貴陽市8所污水處理廠工藝及運營情況分析

杜赟 白強

摘要：城市污水處理廠是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施重要的組成部分，是人類生產(chǎn)生活與自然生態(tài)環(huán)境相互協(xié)調(diào)發(fā)展的重要因素。貴陽市城市污水處理廠的建設(shè)起步較晚，但是發(fā)展迅速。中國水環(huán)境集團于2015年進入貴陽，經(jīng)過3年的發(fā)展，它已占有了貴陽市污水處理行業(yè)80%的市場份額。該項目調(diào)查研究了中國水環(huán)境集團在貴陽市下屬的8所污水處理廠，對比分析了它們的處理工藝、運營情況和存在問題?？梢钥闯?，工藝由早期的SBR/CAST池逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦牧糀2/O法，并在二級處理后增設(shè)高效沉淀池，使得出水水質(zhì)達到國家一級A標。在建設(shè)形勢上，早期的污水廠均采用地上式，并遠離居民生活區(qū)。而后期建設(shè)的污水廠逐步采用地埋式，地面建設(shè)成為人工濕地公園，為居民提供休閑娛樂的場所。在運營情況上，8所污水廠工藝成熟，運行穩(wěn)定。但是由于固體垃圾填埋場處理能力有限，不能完全接納污水廠排放的污泥，使得生物反應(yīng)池不能按時排泥，部分污泥解體上浮，影響水中懸浮固體濃度。

關(guān)鍵詞：污水處理改良A2/O法；SBR/CAST池

引言

隨著城市化的不斷加劇，城市人口日益膨脹，人們生活和生產(chǎn)過程中，排放的生活垃圾、生活污水和廢氣等已經(jīng)對自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的、甚至是不可逆轉(zhuǎn)的危害1。1893年，世界上第一座城市污水處理設(shè)施——生物濾池在英國威爾士投入使用，1914年英國科學(xué)家發(fā)明了活性污泥法，1921年活性污泥法傳播至中國，中國建設(shè)了第一座污水處理廠——上海北區(qū)污水處理廠2。經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展，污水處理廠已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市必可不少的一部分，是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施中重要的組成。然而，世界衛(wèi)生組織2017年《世界飲用水，衛(wèi)生與健康發(fā)展歷程》報告中數(shù)據(jù)顯示，2015年，全世界只有39%的人口能夠使用安全管理的污水處理設(shè)備，并對污水處理后進行排放3。不難看出，污水處理設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展將成為影響人類與自然關(guān)系能否可持續(xù)的關(guān)鍵因素之一。

在我國，污水處理行業(yè)起步較晚，改革開放以后才逐步發(fā)展起來。尤其是近年來，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的影響下，人們對環(huán)境保護日益重視。據(jù)《2015年中國統(tǒng)計年鑒》中數(shù)據(jù)顯示，2015年全國城市廢水排放總量為7353227萬噸，城市污水日處理量為16065萬噸4，處理效率為80%。而貴陽市于2002年才建成全市第一座城市污水處理廠——小河污水處理廠。經(jīng)過15年的發(fā)展與建設(shè)，至2016年全市共擁有22個污水處理廠，處理能力為110萬噸/天，污水處理效率為90.5%5，高于全國平均水平。由此可以看出，貴陽市在污水處理行業(yè)的發(fā)展是十分迅速的。尤其是2009年貴陽市開始承辦生態(tài)文明國際論壇以來，生態(tài)環(huán)境保護更是成為貴陽市城市建設(shè)的重要目標。在這樣的背景下，貴陽市采取了一系列保護生態(tài)環(huán)境的舉措。這其中比較重要的有：南明河河道整治工程、“兩湖一庫”水質(zhì)保護治理工程等。本項目調(diào)研了貴陽市運營中的8所城市污水處理廠，總處理水量為71萬噸/天，占22個污水處理廠處理能力的64.5%。文章對比分析了8所污水廠處理工藝的異同、建設(shè)形式的差別和運行過程中存在的問題。這對了解掌握貴陽市城市污水處理整個行業(yè)情況是十分必要的。

研究方法

中國水環(huán)境集團（citiwater）是中信產(chǎn)業(yè)基金控股企業(yè)，主要為水環(huán)境領(lǐng)域提供投融資、設(shè)計、建設(shè)和運營為一體的專業(yè)化服務(wù)。集團總部設(shè)在北京，并在全國范圍內(nèi)設(shè)有八大平臺公司。中國水環(huán)境集團于2015年進入貴陽，經(jīng)過三年的發(fā)展壯大，現(xiàn)已在貴陽市擁有數(shù)量最多的污水處理廠。據(jù)統(tǒng)計，目前運營水廠13個，調(diào)試水廠5個，擬建水廠4個。此項研究，調(diào)查了運營污水廠中的8所，污水總處理量為71萬噸/天。這8所污水廠的位置如圖1所示。除了金陽污水廠以外，其他7所廠均沿南明河分布，從花溪的小黃河（南明河上游段）一直貫穿至南明河下游，沿線收集城鎮(zhèn)居民生活污水和雨水。同時，貴陽市城市污水截流干管將過量污水輸送至下游污水廠，減輕了污水直接排放水體對生態(tài)環(huán)境的危害。這8所污水廠的基本信息列在表1中。另外，工藝流程是污水處理廠的關(guān)鍵所在。具體的工藝應(yīng)該根據(jù)原水水質(zhì)、出水達標要求、技術(shù)可行性以及經(jīng)濟可行性等因素綜合確定。為了便于中國水環(huán)境集團的日常運營管理，下屬污水處理廠采用的處理工藝都較為相似。文章選取了在建設(shè)時間上具有代表性的三座污水廠（*），它們分別是于2004年開始運營的花溪廠（南明河上游）、于2007年開始運營的新莊一期廠（簡稱新一廠，南明河下游）和于2014年開始運營的青山廠（南明河中游）。項目對比分析了這三個代表廠的工藝流程、建設(shè)形式和生產(chǎn)運營情況。

研究結(jié)果

從表1可知，8所污水廠的污水處理工藝可以分為兩大類別，一類是老廠采用的SBR/CAST池（圖2），另一類是新廠采用的改良A2/O法（圖3，圖4）。隨著環(huán)保要求的逐漸提高，對出水中的氮磷含量要求也日益嚴格，改良A2/O法不僅能夠去處污水中的有機污染物，還具備脫氮除磷的效果6，7。另外，它在厭氧池的前端增設(shè)了一個預(yù)缺氧池，作用是脫出回流污泥中由于硝化反應(yīng)帶入的溶解氧，保證后續(xù)厭氧反硝化反應(yīng)嚴格厭氧的條件。所以，從2007年起，改良A2/O法逐漸取代了之前采用的SBR/CAST池，并成為其他新建廠一直沿用至今的處理工藝。另外，這8所廠均在二級處理之后加設(shè)了高效沉淀池，在高效沉淀池中加入混凝劑聚合氯化鋁（PAC），通過混凝沉淀作用，進一步去除水中的懸浮固體和氮磷元素。在這樣的工藝處理下，8所污水廠的出水均能達到國家一級A標，三個代表水廠的進出水水質(zhì)見表2和表3。從三個水廠的進水水質(zhì)可知，懸浮固體含量從南明河上游到下游逐步增高，而其他污染物參數(shù)數(shù)值程度相當。表4分析了代表水廠污水中典型污染物的去除效率。

從8所廠的工藝選擇和處理水量可以看出，SBR/CAST法主要使用在規(guī)模較小的水廠，而改良A2/O法既適合于處理水量5萬t/d的青山廠，也適合于處理水量25萬t/d的新一廠。從現(xiàn)場的情況來看， SBR/CAST法運行穩(wěn)定，很少出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水效果良好。從表4可知，改良A2/O法對主要污染物的去除效率均要高于SBR/CAST法，尤其是對氨氮的去除率，遠高于花溪廠一期采用的CAST池工藝。這也是改良A2/O法取代其他工藝，成為近年來新建水廠采用工藝的原因。而在污水廠的建設(shè)形式方面，花溪廠和新一廠均為傳統(tǒng)地面式污水廠。而青山廠由于地處貴陽市區(qū)，用地緊張。為了緩和市政設(shè)施用地與城市居民用地相沖突的矛盾，故青山廠采用地埋式污水廠建設(shè)模式，地面上建設(shè)成為五眼橋濕地公園，是居民休閑娛樂的場所。而污水廠埋設(shè)在地下，建設(shè)統(tǒng)一的廢氣和噪聲管理收集系統(tǒng)，處理后的污水一部分直接排入南明河，另一部分作為中水回用于濕地公園的景觀用水。8所污水廠中，麻堤河廠也采用的是地埋式建設(shè)，只是地面上景觀部分并未對公眾開放。金陽廠的改擴建項目也擬將污水廠由地面式改為地埋式，地面上部分將建設(shè)成為休閑公園。所以，地埋式污水廠將逐步成為城市污水處理設(shè)施的主要建設(shè)形式。

在8所水廠中，建有污泥干化中心的只有新莊一期（350t/d）和新莊二期（180 t/d）兩個污水廠。其他污水廠產(chǎn)生的含水率為80%的污泥每日需用卡車運輸至這兩個廠區(qū)進行進一步處理。新一廠通過投加干石灰，新二廠通過高壓板框壓濾機將這些污泥壓濾成含水率為60%以下的泥餅，然后外運至固體垃圾填埋場進行填埋。在運營過程中，由于固體垃圾填埋場處理能力有限，并不能夠及時處理總量為530 t/d的干化污泥，造成其他污水廠不能每日進行脫泥操作，從而導(dǎo)致污泥齡過長，生物處理池中污泥出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。

討論

根據(jù)《2016年貴陽市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展公報》中數(shù)據(jù)顯示，2016年貴陽市全市污水處理廠22個，處理能力110萬t/d。而中國水環(huán)境集團目前在貴陽市運營的污水廠共有13個，污水廠個數(shù)占貴陽市污水廠總個數(shù)的60%。而隨著貴陽市城市建設(shè)的發(fā)展，城市人口的不斷壯大。中國水環(huán)境集團在貴陽市的業(yè)務(wù)發(fā)展迅速。截止2017年，調(diào)試水廠5個，擬建水廠4個。這些污水廠都將會在貴陽市的污水處理行業(yè)中貢獻積極的力量，發(fā)揮積極的作用。這也是貴陽市升級成為全國生態(tài)文明城市的必備條件。

該項目主要通過實地調(diào)研，對比分析了8所污水廠在處理工藝和建設(shè)形式上的相似之處和不同區(qū)別，從而了解貴陽市污水處理的發(fā)展情況和行業(yè)現(xiàn)狀。由于貴陽市及周邊沒有重工業(yè)企業(yè)存在，所以貴陽市的城市污水中，除了常規(guī)污染物外，很少出現(xiàn)難生物降解的污染物質(zhì)。8所污水廠在處理工藝上的選擇主要分為兩類：一是早期采用的氧化溝和SBR/CAST工藝，它們都屬于間歇型活性污泥處理系統(tǒng)，該工藝的特點是，節(jié)約用地，不易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，具有一定的脫氮除磷效果。但是由于曝氣系統(tǒng)不均勻，污泥易沉積。第二類工藝是改良A2/O法，該工藝在A2/O法的基礎(chǔ)上增加一個預(yù)缺氧池，它的作用是脫出回流污泥中由于硝化反應(yīng)帶入的溶解氧，保證后續(xù)厭氧反硝化反應(yīng)嚴格厭氧的條件，為生物脫氮創(chuàng)造良好條件。另外，生物反應(yīng)器之后均設(shè)置了高效沉淀池，通過投加高效絮凝劑聚合氯化鋁（PAC）和斜管沉淀池的沉淀作用，進一步去除水中的懸浮固體和氮磷有機污染物。該工藝流程技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定，是中國水環(huán)境集團在貴陽市污水處理廠采用的主要技術(shù)措施。在進水水質(zhì)沒有明顯變化的情況下，該工藝會作為新建廠和舊廠技術(shù)改造將采用的主要工藝流程。但是，該工藝流程處理環(huán)節(jié)復(fù)雜，處理構(gòu)筑物較多，管線復(fù)雜。

另外，污泥的最終處置也是制約污水廠正常運行的一個因素。目前，脫水后的污泥外運至固體垃圾填埋廠進行填埋。但是由于填埋場處理能力有限，不能完全處理污水廠的污泥，造成多個污水廠生化反應(yīng)池不能按期排泥，而使污泥齡過長，部分污泥解絮，使得污泥上浮，水中懸浮固體含量增加。另外，脫水后的污泥有機物含量較高，是優(yōu)良的土壤肥料，能夠用于園林綠化。如果能夠?qū)γ撍勰噙M行資源化處理，廢物再利用，形成綠色產(chǎn)業(yè)鏈條，這將更加全面徹底地推動貴陽市環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展。

8所污水廠中，青山廠、花溪廠和麻堤河廠的部分出水引入人工濕地，這不僅使得出水水質(zhì)能夠經(jīng)過濕地系統(tǒng)進一步凈化，也為人工濕地創(chuàng)造了可循環(huán)再生的補水水源。

結(jié)論

中國水環(huán)境集團在貴陽市污水處理行業(yè)中占有的市場比重約為80%，而調(diào)研的8所污水廠處理能力總和占貴陽市污水處理總量的64.5%。它們的運營狀況在一定程度上反應(yīng)了貴陽市近年來在環(huán)境保護事業(yè)上做出的工作和取得的成績。由于貴陽市城市污水中幾乎檢測不到難于被生物降解的物質(zhì)，如重金屬、持久性污染物（POPs）等，所以處理的主要對象是SS、BOD和COD。在工藝上，老廠主要采用的是SBR/CAST池，而2007年以后的新建廠均采用改良A2/O法。另外，為了滿足日益提高的環(huán)境保護要求，在二沉池后均設(shè)置了三級處理構(gòu)筑物，通過投加藥劑和斜管沉淀池，進一步強化對氮磷和懸浮固體的去除效率，使出水水質(zhì)均能達到一級A標。在運行上，8所水廠均能夠穩(wěn)定運行。但是受污泥最終處置的限制和影響，使得生物反應(yīng)池不能按時排泥，污泥齡過長，污泥解體上浮。在建設(shè)形式上，新建廠已開始采用地埋式污水廠，很好地解決了污水廠噪聲和氣味對周圍環(huán)境的影響。并且，污水廠出水和人工濕地相結(jié)合，實現(xiàn)了中水回用的水資源利用模式。

綜上所述，這8所污水廠采用的處理工藝是符合貴陽市生態(tài)環(huán)境保護建設(shè)要求的。它不僅有效地處理了貴陽市的城市污水，也積極開發(fā)城市污水廠的新形式，成功地解決了城市用地緊張、居民休閑場地（濕地公園）和城市市政設(shè)施用地相矛盾的問題。

參考文獻：

[1]Bill Freedman， Environmental Ecology （Second Edition）【B】， Elsevier Science， 2013.

[2]張健，污水控制的歷史回顧和啟示【R】，中國水網(wǎng)水業(yè)高級技術(shù)論壇，2008.

[3]《世界飲用水，衛(wèi)生與健康發(fā)展歷程》

[4]《2015年中國統(tǒng)計年鑒》

[5]《2016年貴州省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》

[6]張自杰等，排水工程（第四版）【B】，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[7]張安龍，潘紅艷，屈振宇，改良型A2/O工藝在生活污水處理中的應(yīng)用【J】，水處理技術(shù)，2001（5），132-135.

作者簡介：

杜赟（1984.03-），女，漢族，貴州貴陽人，講師，碩士，主要從事環(huán)境工程學(xué)科教育研究工作。

白強（1986.03），男，滿族，貴州貴陽人，中級工程師，學(xué)士，主要從事污水廠運行管理工作。