习近平总书记在2018年11月5日的首届中国国际进口博览会上,宣布将长三角一体化上升为国家战略。长三角三省一市(沪苏浙皖)的地域面积35.9万km²、常住人口2.2亿,分别占全国的1/26和1/6,经济总量19.5万亿元,占全国的近1/4。在一体化发展的大背景下,长三角水务一体化也被提上了议事日程。2015年4月国务院发布《水污染防治行动计划》(即“水十条”)后,沪苏浙皖也相继发布了各自的水污染防治行动工作方案,对水污染防治、水生态保护和水资源管理等均提出了明确的工作目标和具体措施。在各地的行动方案中,提高污水处理厂的处理能力和处理标准均为一项重要举措。2016年以来,各地也陆续发布了关于污水处理厂污染物排放的地方标准,相对于现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准,各地方标准对污水处理厂的污染物排放,尤其是氮、磷指标均提出了更高的要求,这就给污水处理厂的提标改造带来了更大的挑战。

上海市在2016年4月由上海市环保局和上海市水务局联合发布了“关于全市污水处理厂新建、扩建和提标改造项目污染物排放标准有关事项的通知”。要求污水处理厂尾水排放标准按不低于一级A的指标控制。由于上海水环境中氨氮、总磷问题突出,特此明确向内陆水体排水且尚未建设(尚未批复工可)的污水处理厂,氨氮和总磷必须执行地表水Ⅳ类水标准,即氨氮1.5 mg/L(水温>12 ℃)和3.0 mg/L(水温≤12 ℃),总磷0.3 mg/L,同时对其他指标在建设空间布局上进行总体预留考虑。

江苏省在2018年5月发布了新版的《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),太湖地区包括苏州市、无锡市、常州市,南京市溧水区、高淳区,镇江市丹阳市、句容市和丹徒区。该标准相对原2007版提高了太湖流域一级、二级保护区内主要水污染物(化学需氧量、氨氮、总氮和总磷)的排放限值,也提高了太湖地区其他区域内部分工业行业的废水排放限值。

浙江省在2018年12月发布了《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB 33/2169-2018),对全省现有城镇污水处理厂和新建城镇污水处理厂分别提出了不同的排放标准要求,主要涉及化学需氧量、氨氮、总氮和总磷共4项指标。

安徽省在2016年9月发布了《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),要求巢湖流域(包括巢湖市、肥西县、肥东县、舒城县和合肥市庐阳区、瑶海区、蜀山区、包河区的全部行政区域,以及长丰县、庐江县、含山县、和县、无为县、岳西县、芜湖市鸠江区、六安市金安区行政区域)的城镇污水处理厂需执行该标准。该标准按城镇污水处理厂是现有还是新建、进水中工业废水比例是否超50%设定了不同的排放标准。同样是规定了COD、氨氮、总氮和总磷共4项指标。

三省一市主要水污染物排放指标如表1所示。

从前述数据来看,长三角三省一市的污水处理厂排放标准有以下特点:

(1)从排放限值的具体数值来看,各地均在一级A标准的基础上又提出了更高的要求,各地标准都是针对氮、磷营养物和化学需氧量指标。这些指标的控制对于缓解水体的富营养化、提升环境质量有着积极的作用。但新标准的实施意味着各地又要在目前的一级A标准基础上,着手考虑进行新一轮的污水处理厂提标改造。

(2)从适用范围来看,上海和浙江标准的适用范围最广,均适用于全市和全省。而江苏省的标准仅适用于太湖流域,安徽省的标准仅适用于巢湖流域。

(3)三省一市的排放标准相比较,浙江省的标准最严。新建污水处理厂的COD、氨氮和总磷均为地表水Ⅳ类水标准,总氮按10(12)mg/L控制也基本是目前国内污水处理厂的最高标准。现有污水处理厂的排放标准也在一级A基础上做了较大的提升。

(4)安徽省的排放标准相对宽松且对不同污水处理厂的类型做了详细区分,包括现有厂和新建厂的区分,进水中工业废水量比例是否大于50%的区分等。对于进水中工业废水量≥50%的现有污水处理厂,排放标准甚至比一级A标准还要宽松。

长三角地区近年来正全面进行污水处理厂一级A标准的提标改造。上海市截至2016年底,全市共有城镇污水处理厂53座,处理规模812.2万m³/d,其中执行一级A标准的占3.75%,执行一级B及二级标准的占96.25%^[1],经过近两年的提标改造后,全市污水处理厂的一级A提标改造基本完成。江苏省自2007年太湖蓝藻事件后,要求太湖流域污水处理厂必须达到一级A排放标准,至2010年底,太湖流域城镇污水处理厂的提标改造工作全面完成,大部分污水处理厂基本能达到一级A标准。截至2015年9月底,江苏全省实际建成695座城镇污水处理厂,处理能力1 551.89万m³/d,太湖流域建成城镇污水处理厂250座,处理能力818.31 m³/d^[2]2]。浙江省截至2017年底共建成城镇污水处理厂296座,设计规模1 224.55万m³/d,至2017年底,全省基本完成城镇污水处理厂的一级A提标改造^[3]3]。年9月底,全省共有146座污水处理厂投入运行,处理能力696.74万m³/d,计划对长江流域24座污水处理厂实施提标改造^[4]4]。

长三角地区污水处理厂新排放标准的出台无疑对污水处理厂的提标改造带来了新的压力和挑战,主要体现在以下两个方面:

(1)稳定达标的挑战。几项指标中,氨氮的达标相对容易,一般在好氧段充分曝气的情况下氨氮达标都问题不大。总磷达标也相对容易,通过适量加药和出水SS的控制也能做到出水总磷稳定达标。总氮和COD指标的稳定达标则相对难度较大。总氮指标要稳定控制在10～12 mg/L以下只靠二级生物处理有一定难度,尤其是在冬季低温的情况下,目前工程中往往在深度处理段增加反硝化深床滤池作为最后的把关,但实际运行中的效果还要取决于对补充碳源的精准控制。COD指标则受污水处理厂进水水质的影响较大,如进水中难降解COD的本底值较高,要保证出水COD稳定在40 mg/L甚至30 mg/L以下的难度就可想而知了。另外,在国内的水质监测方式上,尽管排放标准中对水污染物检测的要求都是“取样频率为至少每2 h一次,取24 h混合样,以日均值计”。但在实际的考核或督查中,基本上都是取瞬时样,并以此为执法依据,这实际上就是要求出水水质必须要100%达标。因此在按新标准执行后,污水处理厂出水的稳定达标将面临更严峻的挑战。

(2)污水处理厂运营成本控制的挑战。为了达到环保考核的要求,在各污水处理厂提标改造中可以说“十八般武艺”都用上了。一方面是污水处理工艺流程一再加长,如预处理段增加调蓄池调质调量,针对COD去除增加水解酸化,二级处理段在生反池内投加填料,三级深度处理段也增加多种工艺组合如各种高效沉淀、各种滤池的组合等,工艺流程的加长无疑会带来电耗和药耗的大量增加。另一方面是以往仅用于工业废水厂的工艺如臭氧催化氧化、活性炭吸附等也越来越多地应用到了城市污水处理厂。如在嘉兴联合污水处理厂一级A提标改造的工程中,为确保出水COD的稳定达标,就在污水处理厂末端设置了臭氧氧化池,污水处理厂规模60万m³/d,配置了600 kg/h的臭氧发生器设备,臭氧投加量约24 mg/L;同时在加砂高效沉淀池还配置了粉末活性炭投加设备。在项目建成运行后,确实需要臭氧和活性炭两种手段齐上才能保证出水的稳定达标。处理工艺和手段的复杂化除了增加运营管理的难度之外,还大大增加了污水处理厂的运营成本。以嘉兴联合污水处理厂为例,污水处理厂从二级标准提升到一级A标准,单位水量经营成本增加了0.53元/m³;要从一级A标准提升到新地标的现有污水处理厂标准,按提标方案初步估算,单位水量经营成本还要增加0.30～0.40元/m³。

在国家对环境保护越来越重视、环保督察力度也越来越大的背景下,污水处理厂执行越来越严的排放标准是大势所趋。自浙江省新地标从2019年1月1日正式实施后,长三角地区已在原一级A标准基础上全面执行新的排放标准。尽管在新标准的制定过程中不乏各种争论,但在尘埃落定之后,唯一能做的就是考虑如何应对。笔者认为,对于新标准下的污水处理厂提标改造,单纯的厂内工程措施已难以满足所有污水处理厂的提标改造需求,尤其是对于江浙地区部分进水中工业废水比例较高的污水处理厂,需要从厂、网两方面同时入手,才能有效应对新标准下污水处理厂稳定达标的需求。

应对新的排放标准,污水处理厂内的提标改造工程措施必不可少。可以采用的技术手段在前一轮的一级A提标改造中已基本都采用过了,包括厌氧水解酸化、二级生物处理强化、各种三级深度处理工艺以及高级氧化等。在新的提标中无非还是这些工艺的组合以及设计参数的适当调整。笔者认为,在具体的提标改造工程设计中,还需要注意以下两个方面:①要具体问题具体分析,不能简单套用其他污水处理厂的工艺方案。每座污水处理厂都有其特点和特定的问题,在考虑提标改造方案时,一定要对污水处理厂的现有进水水质特点和出水水质情况进行详尽的分析,搞清楚现状与提标目标的差距和问题的关键点,才能有的放矢地确定适宜的工艺方案。对于情况相对复杂的污水处理厂,需要通过小试、中试等手段来研究工艺路线、确定合适的设计参数。②设计中要充分考虑预留,包括处理手段预留和用地预留等。污水处理厂的进水水质难免会有波动,季节变化对处理效率也有影响,对于可能影响稳定达标的风险点,一定要有预留措施。处理手段预留诸如预留生化反应池多模式运行的可能性、预留多点加药手段、预留粉末活性炭投加措施等。污水处理厂内的用地预留、以及预留与远期设施的衔接接口等也是不能忽视的一个重要方面。现在污水处理厂的处理标准不断提高,污水处理和污泥处理处置都不断有新的需求出现,因此在工程设计时,要尽量为今后预留一定的拓展空间。

要满足新标准的稳定达标需求,单纯的厂内工程措施已不一定能完全满足要求,这一问题在浙江的一些地区已有体现。如嘉兴和绍兴等地区,城市污水处理厂进水中工业废水比例均在50%以上,而且工业废水种类复杂,污水处理的难度很大。在嘉兴联合污水处理厂一级A提标改造工程中,就曾在小试和中试中对进水水质进行过分析,进水中难降解的COD含量在80～120 mg/L,进水总磷中还有一定比例的有机磷。这样的进水水质要出水稳定达到一级A标准已有相当大的难度,在此基础上还要进一步提标,要稳定达标的可能性很小。因此在嘉兴联合污水处理厂扩容提标的前期方案研究中,经过多方论证提出了管网源头水质分流的方案,即对污水处理厂服务范围内的管网系统进行梳理和分流改造,把主要工业区的废水分流出来,单独建厂进行处理,避免再进入嘉兴联合污水处理厂。推进“分类收集、分质处理”的污水处理新模式,城镇生活污水处理厂尾水出水全面达到清洁排放标准^[5]5],这一工作目标已在2019年1月的《嘉兴市城乡污水治理三年攻坚行动计划》(征求意见稿)中予以明确。长三角地区有类似工业废水影响问题的污水处理厂也不在少数,对于此类污水处理厂,管网源头的水质分流确实是新标准下不得不考虑的一种有效措施。

近年来,在“水十条”的指引下,长三角各地的污水处理厂掀起了一波提标改造的建设高潮。各地的提标标准之前并不统一,各种不同的“准Ⅳ类”、甚至“准Ⅲ类”标准都曾在工程中被采用。在各地的污水处理厂污染物排放标准颁布后,污水处理厂提标改造才有了明确的依据。虽然长三角三省一市的排放标准略有不同,但总体上的要求还是一致的,即均是对氮、磷营养物和化学需氧量提出了更高的控制要求。虽然相对于更早开始实施的北京地标和天津地标来讲,长三角地区的排放标准要略低一些,但在江浙地区工业企业广泛分布、工业废水产生量较多的情况下,全面执行新的排放标准还是有相当难度的。目前,各地按照新标准提标改造的污水处理厂正陆续启动建设,部分已建成的污水处理厂运行时间也不长,污水处理厂提标改造的效果还有待于时间的验证,提标改造中可能遇到的各种问题和处理对策也需要在工程实践中不断探索和总结。