初论长江武汉开发区江段污水处理厂污染物的排放标准

郑 潭，付 乐，尹 炜

(1．中国市政工程华北设计研究总院有限公司，湖北武汉 430000；2．长江水资源保护科学研究所，湖北武汉 430000)

随着长江经济带沿线城市快速的发展，相应的生产和生活活动产生污水量越来越大，给长江的水环境保护带来巨大的压力。为更好的保护长江水环境，在现行水污染物排放标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)[1]一级A标准和地方污水排放标准的基础上，结合《长江流域片重要江河湖泊水功能区纳污能力核定和分阶段限制排污总量控制方案报告》[2]现有和规划长江武汉开发区段水环境容量，论述污水处理厂中CODCr、NH3-N、TP和TN需采用何种排放标准，以此来确定污水处理厂采取何种技术路线，为武汉开发区污水处理厂出水标准提供科学依据和参考。

1 国内污水处理厂污染物排放标准

国家水体总量控制指标为化学需氧量(CODCr)和氨氮(NH3-N)、区域性水体控制指标为总磷(TP)和总氮(TN)。

目前，城镇污水处理厂污染物国家排放标准有一级标准(A标准和B标准)、二级标准、三级标准。其中，一级A标准为城镇污水处理厂污染物排放的最高标准，CODCr、NH3-N、TP和TN相应执行标准如表1所示。

表1 基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)Tab.1 Maximum Acceptable Discharge Concentration of Basic Control Items (Daily Average)

注：括号外数值为水温>12 ℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标

制定污水排放地方标准有《广东省水污染物排放限值》(DB 4426—2001)[3]、《北京市水污染物综合排放标准》(DB 11/307—2013)[4]、《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》(DB 51/2311—2016)[5]、《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值》(DB 34/2710—2016)[6]、《湖北省汉江中下游流域污水综合排放标准》(DB 42/1318—2017)[7]、《天津市污水综合排放标准》(DB 12/356—2018)[8]、《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)[9]、《浙江省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB 33/2169—2018)[10]等地方标准。由于排放水体的不同，相应的水环境容量不一致，但对于CODCr、NH3-N、TP和TN控制指标的要求均严于国家标准一级A标准如表2所示。

表2 地方标准允许排放浓度(日均值)Tab.2 Discharge Limit for Local Standard (Daily Average)

注：括号外数值为水温>12 ℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标

《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[11]不同水体分类对地表水中CODCr、NH3-N、TP和TN的规定如表3所示。

表3 地表水环境质量标准基本项目标准限值Tab.3 Discharge Limit of Surface Water Environment Quality Standard

注：括号外数值为江、河等流动水体控制指标，括号内数值为湖、库等封闭水体控制指标

根据以上国家和地方污染物排放标准以及地表水环境质量标准，目前很多省、市制定地方标准均严于国家标准，基本上执行标准介于地表水III类～V类(TN除外)。

2 结果与分析

2.1 出水标准

长江武汉开发区段水环境区划分为长江嘉鱼、武汉保留区和长江武汉汉阳饮用水源、工业用水区(图1)。水环境现状和管理要求如表4所示。

根据长江武汉开发区段排污口审批情况，以及该区段现状污水处理厂排放标准，具体分析如表5所示。

图1 长江武汉开发区段水功能区段图Fig.1 Diagram of Wuhan EDZ Section of Yangtze River Water Function Area

表4 长江武汉开发区段水环境现状和管理要求Tab.4 Current Situation and Management Requirements of Water Environment in Wuhan EDZ Section of Yangtze River

由表4、表5可知，长江嘉鱼、武汉保留区和长江武汉开发利用——长江武汉汉阳饮用水源、工业用水区现状入河污染物总量已经大于该区段的纳污能力，该区段已没有水环境容量，因此新设排污口排放标准拟定的原则为自身区域内减量置换。由于长江嘉鱼、武汉保留区自身水环境容量远大于长江武汉开发利用-长江武汉汉阳饮用水源、工业用水区段，选取长江嘉鱼、武汉保留区段进行减量置换。该区段武汉开发区现状污水处理厂有纱帽污水厂、军山污水厂和黄陵污水厂，拟新建有沌口第二污水厂和汉南第二污水厂。

具体解决方案：对现有的污水处理厂进行提标，腾出水环境容量；另一方面，新建污水处理厂执行更严格的排放标准，保证区域内总的水环境容量不增加。

(1)新建污水厂

沌口第二污水厂新建规模为6万m3/d，汉南第二污水厂新建规模为5万m3/d，如出水CODCr、NH3-N、TP执行IV类，TN≤10 mg/L，即CODCr为30 mg/L、NH3-N为1.5 mg/L(3 mg/L)、TP为1.5 mg/L。根据《武汉经济技术开发区污水收集与处理专项规划》(2018年—2030年)[12]污水来源生活∶工业=6∶4，生活污水的部分可参照附近南太子湖污水厂的出水要求，作为区域减排项目请求审批部门不参与纳污能力管理限制。只考虑工业废水部分排放，经核算工业废水入江需要的环境容量：CODCr为482 t/a、NH3-N为24 t/a、TP为4.8 t/a。

(2)现状污水厂

军山污水处理厂现状规模为2万m3/d，执行一级A排放标准。由于军山污水厂厂外管网尚处于启动建设阶段，且污水厂规模不大，近期暂不对该厂进行提标。

表5 长江武汉开发区段现状污水处理厂排放标准Tab.5 Discharge Standard of Existing WWTPs in Wuhan EDZ Section of Yangtze River

黄陵污水处理厂现状规模为3.5万m3/d，执行一级A排放标准。二期扩建规模为6万m3/d，执行一级A排放标准。二期正在建设过程中，且用地受限，近期暂不对该厂进行提标，维持一级A排放标准。

纱帽污水处理厂现状规模为8万m3/d，执行一级A排放标准。拟对该厂进行提标，要满足新建污水厂环境容量需求。经核算需要将排放标准提高至CODCr、NH3-N、TP执行地表水IV类标准，TN≤10 mg/L，才能满足要求。

2.2 技术路线

在拟新建污水厂和提标污水厂确定技术路线前，应开展源头管控调查，水质水量特征分析，主要达标影响因素识别，关键指标达标难点分析，工艺运行效能测试等。技术措施：优先考虑加强源头控制、调整运行模式、优化运行管理、投加化学药剂等非工程措施；实施上述措施仍不能稳定达标时，应采取针对性的工程技术措施。

CODCr去除：城镇污水中的CODCr可以划分为溶解性快速生物降解有机物、溶解性难生物降解有机物、悬浮性慢速可生物降解有机物、悬浮性难生物降解有机物等，其中影响出水稳定达标的主要是溶解性难生物降解有机物。技术措施为强化生物处理和深度处理去除，强化生物处理系统的去除效果采用控制排泥，提高污泥浓度、增大泥龄；投加生物填料，利用生物膜法提高生物泥龄。强化深度处理系统去除效果采用混凝沉淀过滤等工艺、活性炭/活性焦等物理截留吸附工艺、(催化)臭氧氧化工艺、高级氧化+物理吸附等工艺组合。

NH3-N与TN去除：城镇污水中的TN 包括有机氮、NH3-N(铵离子+游离氨)和硝态氮，生活污水中的有机氮和NH3-N浓度较高，硝态氮浓度很低。技术措施为采用深度处理系统的吸附、混凝沉淀或高级氧化实现一定程度的去除；在好氧区中投加悬浮填料，提高系统硝化能力及稳定性；在深度处理系统设置反硝化滤池等具有反硝化脱氮功能的设施。

TP去除：城镇污水中的TP主要为磷酸盐。技术措施为根据出水磷酸盐和TP浓度，调控除磷药剂投加量，避免长期过量投加影响生物除磷能力；采用后置化学除磷，可选用气浮或混凝沉淀过滤等工艺；可选用磁混凝等具有强化混凝沉淀效果的工艺，减少占地。

污水厂提标存在的主要问题为工艺设计问题、进水水质问题和运行管理问题。(1)工艺设计问题：预处理系统功能不足、设备故障、过度消耗碳源、复氧严重，即跌水导致水体的复氧，消耗了为营造反硝化脱氮时缺氧的环境，故使系统中碳源消耗增加而增加了碳源的添加；生物系统优化不足、工艺提标潜力低，需工程措施；深度处理负荷不足、能力衰减严重、功能缺失等。(2)进水水质问题：前端管网/纳管、难生物降解CODCr、TN(氨氮)、TP波动等。工业废水过多，管网渗漏、河水倒灌等；含有溶解性难生物降解CODCr，工业废水影响；碳源不足最为突出，同时还有冬季低水温，溶解态有机磷组分。(3)运行管理问题：技术人员缺乏、评估手段欠缺、设备维护不足等。日常检测与运行优化关联性需加强、评估手段应细化；小型污水处理厂和建成较早的大型污水处理厂更应加强。

武汉开发区新建污水厂和提标污水厂出水CODCr、NH3-N、TP执行地表水IV类，TN≤10 mg/L、对于提标污水厂采取的技术路线，充分利用现有设施，调整设备、分区、工艺等：现有设施降低规模+扩建补充规模=总规模达标；现有设施+深度处理。具体改造方式：一级处理的强化与改造，格栅和沉砂池改造、增加初沉池、现有初沉池改造；二级生化系统强化，调整功能分区、多点进水、碳源多点投加，推流、搅拌、曝气系统改造，改造为MBBR、MBR等；新增三级处理工艺，沉淀(高效沉淀池、加砂沉淀池、磁混凝沉淀池)、过滤(砂滤、精密过滤、深床滤池、BAF、活性砂滤池、臭氧氧化等)[13]。对于新建污水处理厂采用技术路线为预处理、生物工艺单元组合模式、深度处理单元组合模式。其中，CODCr和色度去除可选吸附、截留(活性炭、活性焦)和高级氧化(臭氧氧化、次氯酸钠)，TN去除可选生物滤池(反硝化滤池、曝气生物滤池、活性砂滤池)，TP和SS去除可选混凝沉淀(高效沉淀池、磁混凝沉淀池、加砂沉淀池)和过滤(滤布滤池、活性砂滤池、深床滤池)[14-15]。

通过以上分析可知，目前国内保证出水达到CODCr、NH3-N、TP地表水IV类，TN≤10 mg/L排放标准，深度处理单元常见的处理工艺为高效沉淀池+反硝化深床滤池+臭氧氧化。

3 结论

(1)长江嘉鱼、武汉保留区段无富余的水环境容量，该区段新设排污口排放标准拟定为在自身区域内减量置换。

(2)通过对比地方出台排放标准并结合该区域水环境容量，新建沌口第二污水处理厂、汉南第二污水处理厂和提标改造的纱帽污水处理厂，出水排放执行标准CODCr、NH3-N、TP为地表水IV类，TN≤10 mg/L。

(3)武汉开发区新建污水厂和提标污水厂出水标准CODCr、NH3-N、TP执行地表水IV类，TN≤10 mg/L，采取的技术路线为预处理—生物工艺单元组合模式—深度处理单元组合模式，达到该标准的保证为深度处理单元，采用的深度处理工艺为高效沉淀池+深床滤池+臭氧氧化。