以作品为媒，让图纸说话，感受每一个工程项目背后的设计理念和思想。“设计案例”与国内各大设计院所联名合作，深入剖析我国市政给排水新改扩建工程项目设计过程中的理念和经验，相互启迪，引领发展。
通信作者 ：付乐
(1982— )，男，硕士，研究方向为市政给排水、水环境，E-mail：26416990@qq.com。
导语 ： 近年来，我国城镇污水在处理能力、处理工艺等方面都有了长足的发展。截至2020年,共有污水处理厂4 326座，其中城市污水处理厂2 618座，县城污水处理厂1 708座，污水处理能力约为2.3亿 m 3 /d，处理率达到97%，其中大部分都已执行国家现行标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中最严格的一级A标准。 目前，污水处理重点已从快速的量增阶段向提质增效、节能降耗、更高排放标准方向转变。 部分省、市或区域陆续出台了更严格的地方标准，这有利于改善水环境质量，但对污水处理工艺也提出了更高的要求。本文对各地高排放标准进行梳理，对典型案例进行分析，提出了高排放标准处理工艺的设计思路和应注意的问题，为类似工程设计及运行管理提供参考。
城镇污水处理厂污染物排放国家标准、典型的地方标准、地表水环境质量标准如表1所示。
高排放标准一般是在一级A标准基础上，对有机物、氮、磷、SS等提出更高的要求，其中较多采用“准Ⅳ类”(
COD
Cr
、氨氮、TP等达到地表水Ⅳ类标准，TN一般由一级A标准的15 mg/L提高至10 mg/L)，如天津A标准、浙江新建污水处理厂、湖南一级标准等；
部分水环境敏感地区采用更严格的“准Ⅲ类”，即
COD
Cr
、B
OD
5
、氨氮、TP达到地表水Ⅲ类标准，TN限值为10 mg/L (昆明地标中水温>12 ℃时为5 mg/L)，如北京A标准、昆明A级等。
高排放标准的确定主要考虑受纳水体功能要求、生态敏感程度、工程规模、工业废水比例等因素。
其中,(1)《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中，水质浓度取样频率为至少每2 h一次，取24 h混合样，以日均值计;《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)要求水样采集后自然沉降30 min，取上层非沉降部分检测，水质指标值中带括号的，括号内为湖、库标准。(2)北京地标DB 11/890—2012中，氨氮在12月1日—次年3月31日执行括号内的排放限值;天津、浙江地标中氨氮、TN括号内数值为每年11月1日—次年3月31日执行；湖南、江苏太湖、安徽巢湖、昆明地标括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。(3)江苏太湖地标中，工业废水量占比大于60%时，可按企业污水中最严的行业标准执行；昆明地标共分A、B、C、D、E5级，本表仅列其中标准较高的A、B级。
高排放标准一般是对有机物、氮、磷等的去除提出更高要求，依靠执行一级A标准时的常规“预处理+生物处理+深度处理”工艺难以稳定达标。
因此，应根据进水水质及排放标准的具体要求，完善预处理，减少大颗粒杂质、水质水量波动、油污和工业废水中重金属等对后续处理工艺的影响；强化生物处理，提高脱氮除磷效果；合理选择深度处理工艺单元，确保稳定达标。
根据高排放标准中 COD Cr 、氨氮、TN、TP等的去除要求，可有针对性地选择相应的处理工艺。
生物处理是 COD Cr 去除的最重要环节。城镇污水处理厂常用的生物处理工艺包括AAO、氧化沟、序列间歇式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器(MBR)、移动床生物膜反应器(MBBR)等，以及各种优化、改良、组合工艺，对碳、氮、磷等污染物都有较好的去除效果。在执行“准Ⅳ类”甚至“准Ⅲ类”标准时，尽可能使 COD Cr 、B OD 5 、氨氮等通过生物处理达标，并最大程度地去除TN、TP。
在工业废水含量较大、溶解性难降解有机物含量较高等情况下，达到“准Ⅳ类”标准难度较大，尤其是在要求达到“准Ⅲ类”标准时，可以增设臭氧高级氧化、活性炭吸附、生物滤池、膜分离等深度处理强化单元。
由于TN主要通过生物处理去除，生物处理阶段需重点考虑脱氮，可以采用延长缺氧停留时间、多级AO、多点进水优化碳源分配、调整回流点及回流量、外加碳源、投加填料、降低运行负荷、改善曝气设施、优化池体功能区等方式强化脱氮效果。当要求TN<10 mg/L时，可增加反硝化生物滤池等深度处理单元。
深度处理常用“混凝+沉淀+过滤”，或“混凝+沉淀” “微絮凝+过滤” “气浮”等，对SS、TP有较好的去除效果，并可以进一步去除 COD Cr 等污染物。
另外，根据不同水质特征进行相应预处理，可以有效提升污水处理效果。预处理包括粗格栅、细格栅、超细格栅、沉砂池等，水质水量波动较大时宜设置调节池；含有对污水处理系统影响较大的工业废水时，应根据水质特征进行预处理；含油量较大的污水应采取除油措施；考虑碳源不足，一般可不设初沉池。
我国部分高排放标准污水处理厂概况如表2所示。由表2可知，高排放标准处理工艺中，主要采用了“预处理+生物处理+深度处理”的工艺路线，其中，预处理一般采用格栅、沉砂池等；生物处理采用AAO、氧化沟、MBR等常见工艺或其组合、改良、强化工艺，包括Bardenpho、多级AO、改良式序列间歇反应器(MSBR)、MBBR等；深度处理采用混凝沉淀过滤、膜分离等去除TP、SS，采用生物滤池进一步去除TN，采用臭氧氧化、芬顿氧化、活性炭吸附等去除难降解有机物，根据污水处理厂的水质情况，可以选择几种工艺进行组合。
表2 高排放标准工程案例
天津市津沽污水处理厂是我国第一座大型市政污水处理厂——纪庄子污水处理厂的迁建工程，工程规模为55万 m 3 /d，远期规划为100万 m 3 /d。工厂于2014年投产运行，出水原执行国标一级A标准，2017年进行提标改造后，执行天津地标A标准。
提标改造时，难点主要为TN和 COD Cr ，其他指标可以通过工艺优化达标，经方案论证确定提标改造工艺流程为“
多级AAO+高效沉淀+反硝化深床滤池+臭氧+紫外消毒
”。提标改造后，各项指标均能达到天津地标A标准。在进水低C/N(平均为7.6)情况下，为保证出水TN质量浓度≤10 mg/L，需外加碳源。
东营五六干合排污水处理厂总规模为5万 m 3 /d，一期工程规模为2.5万 m 3 /d，负责处理东营市西城区约1/5的生活污水。污水处理采用“
改良Bardenpho+混合沉淀池+反硝化滤池+浸没式超滤
”工艺，设计出水水质执行地表水“准IV类”标准，其中B OD 5 、 COD Cr 、SS、氨氮、TN、TP质量浓度分别为6、30、5、1.5、10、0.3 mg/L。实际运行出水各项指标均优于设计标准。工程总投资约为1.2亿元，其中工程费用为8 880万元，吨水电耗为0.60 kW·h，单位经营成本为0.90元/ m 3 ，单位总成本为1.41元/ m 3 。
温岭市北城污水处理厂一期工程设计规模为0.5万m3/d。设计进水80%为生活污水，20%为工业废水，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。采用“
AAO +二沉池+深床反硝化滤池+混合絮凝+沉淀+超滤
”工艺进行提标扩容，出水水质达到“准Ⅳ类”标准，其中 COD Cr 、TN、氨氮、TP质量浓度分别为30、12、1.5、0.3 mg/L。该提标扩容工程总投资为3 657.46万元，其中建设投资为3 362.89万元。运行成本为2.41元/ m 3 ，其中电费为0.35元/ m 3 、人工费为0.18元/ m 3 、药剂费[包括醋酸钠、聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)、氯酸钠以及盐酸]为1.5元/ m 3 、污泥外运处置费为0.38元/ m 3 ，出水稳定达标。由于进水C/N偏低，生物脱氮需投加大量碳源，增加了运行成本。优化二级生化段、深床反硝化滤池分段定量投加方式，提高碳源利用率，可以有效降低运行成本。
长沙经开区城南污水处理厂设计总规模为14万 m 3 /d，其中一期工程为7万 m 3 /d，已于2015年建成投入运行，采用改良型(AAO)氧化沟工艺，出水执行国标一级B标准。2017年启动二期提标扩建工程，出水执行“准Ⅳ类”标准，采用“
预处理+改良氧化沟+二沉池+反硝化滤池+浸没式超滤膜
”处理工艺。建成投产后，出水水质优于设计指标。通过智能控制实现了碳源、PAC等药剂的精准投加。
深圳市坂雪岗水质净化厂二期工程规模为12万 m 3 /d，全厂污水处理构筑物区域采用组合式布置，顶部加盖覆土建设市政公园，设计出水 B OD 5 、 COD Cr 、SS、氨氮、TN、TP质量浓度分别为6、30、5、1.5、10、0.3 mg/L。污水处理工艺为“
预沉砂池+粗格栅及提升泵房+细格栅及曝气沉砂池+速沉池+精细格栅+AAO生化池+MBR膜池+紫外线消毒池
”。调试运行后出水水质稳定达标，出水氨氮质量浓度稳定在0.025 mg/L以下，TN质量浓度约为9 mg/L并随进水水质变化波动，出水TN控制是该工艺的关键。工程费用为3.81亿元，吨水投资为3 692元，污水处理经营成本为0.73元/ m 3 ，其中电费为0.27元/ m 3 (电耗为0.27 kW·h/ m 3 )、药剂费为0.098元/m3。
北京市沙河再生水厂一期工程规模为3万 m 3 /d，二期扩建提标工程规模为6万 m 3 /d，建成后总规模为9万 m 3 /d。采用“
预处理+AAO+MBR+臭氧
”工艺，出水达到北京地标B标准，臭氧投加量为10 mg/L，采用空气源臭氧设备，臭氧处理单元设置超越措施。
由上述典型案例可知， 为达到更高排放标准， 需从预处理、生物处理、深度处理阶段系统强化，并优化运行控制。 其中生物处理阶段可采用脱氮处理效果较好的强化工艺(如多级AAO、Bardenpho、改良AAO等)或组合工艺(如AAO +MBR等)；深度处理阶段针对TN去除要求可设置反硝化滤池；为确保 COD Cr 达标，可增加臭氧氧化。
(1)系统治理水环境
水环境治理是一个系统性问题，应从源头、污水收集管网、污水处理厂、排放水体等进行系统治理，重点关注“污水管网全覆盖、全收集、全处理”，系统关注面源、农业、大气等污染问题，不能仅依托污水处理厂提标，需合理确定污水排放标准。若过于追求高标准，污水处理厂建设成本高、运行难度大、能源消耗大，总体而言可能不利于节能减排。
(2)污水处理厂进水
目前，较多污水处理厂存在进水水量不足、进水有机污染物浓度低、C/N失调等问题，严重影响污水处理厂的运行效率。应从管网普及率、管径大小、源头雨污分流、混错接、管网破损、地下水渗漏等方面加强排查和整改，有效提高污水收集率和污水处理效率。
(3)改造项目中现状设施的评估与优化
目前，污水处理厂大多已执行一级A排放标准，工艺多采用“预处理+生物处理+深度处理”。当生活污水比例大、运行管理较好时，通过现状设施及运维方案的改造、优化，一般都具备提标至“准Ⅳ类”的潜力。在提标改造时，应对现状设施进行系统评估，优先管理性提标，再工程性提标，“一厂一策”，提出合理的优化方案。新建项目中，应优先考虑污染物处理效率高的生物处理工艺及运行参数。
(4)高排放标准处理系统的运行管理
运行过程中，“准Ⅳ类”“准Ⅲ类”高排放标准需要精细化管理，应根据水质、水量变化情况，适时调整运行工况，将重点放在预处理、生物处理及运行成本相对较低的“混凝、沉淀、过滤”深度处理工艺单元，确保既达标又节能。部分强化深度处理工艺单元可设置超越管，若采用了臭氧、粉末活性炭等药剂作为“兜底”措施，根据需要确定投加时间及投加量。冬季水温较低时，微生物活性、脱氮效果会下降，设计和运行中应考虑预留应对措施。
(5)水质检测
污水处理厂排放标准中，对水污染物检测要求一般是取样频率为至少每2 h一次，取24 h混合样，以日均值计。但在实际考核时，往往是取瞬时样，这就要求出水每时都达标，运行管理要求高。另外，根据《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》(HJ 828—2017)， COD Cr 重铬酸钾法检出限为4 mg/L、测定下限为16 mg/L，当要求出水 COD Cr 质量浓度低于20 mg/L时准确测定的难度较大。
为了改善水环境质量、缓解水资源缺乏的压力，北京、天津、浙江等地陆续出台了高于国家标准的污水处理厂排放地方标准，这对削减氮、磷营养物和有机污染物排放量、提升水体水质起到了积极作用，但对污水处理工艺也提出了更高的要求。
在执行高排放标准时， “预处理+生物处理+深度处理”仍应是主要的技术路线 。其中生物处理是最重要的环节，可根据需要采用优化、改良、组合的生物处理工艺，例如Bardenpho工艺等；深度处理阶段，可根据水质特征及排放标准要求，在混凝、沉淀、过滤的基础上，选用臭氧氧化、活性炭吸附、反硝化生物滤池、膜分离等有针对性的强化工艺单元。
水环境应从源头、管网、污水处理厂、排放水体等进行系统治理，重点关注污水管网“全覆盖、全收集、全处理”；加快推进污水收集处理的提质增效；系统关注面源、农业、大气等污染问题，不能仅将重点放在污水处理厂提标上。确定污水排放标准时，既要考虑受纳水体的环境容量，也要考虑建设及运行的难度和经济性。
