北方污水厂尾水处理工程案例及冬季运行分析

杨 峥

河南永泽环境科技有限公司

1 前言

华北地区水资源匮乏，其中最为困难的天津地区人均水资源量仅为51.9m³[1]，约为全国平均2077.7m³[1]的2.5%；河南地区的人均水资源量为175.2m³[1]，也为极度匮乏地区。污水处理厂出水作为一种资源，其回用价值越来越受到全社会的重视。采取有效的、低成本的尾水处理措施，使之达到回用要求，对国民经济及社会发展有着及其重要的意义。

2 项目概况

新郑市第三污水处理厂尾水生态湿地项目工程范围南至双湖大道，北至祥和路西至规划经三路，东至十七里河。项目设计规模2.5×104m³/d，将新郑市第三污水处理厂达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准尾水主要水质指标通过“曝气生物滤池（BAF）+垂直流人工湿地+表面流人工湿地+生态塘（十七里河）”组合工艺提升至《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类水，生态湿地出水作为十七里河生态补给水源，从而实现水资源的回用。

1.1 设计进、出水水质

项目设计进水水质指标达到《城镇污水处理厂主要污染物排放标准》（GB 1818—2002）一级A标准，出水主要水质指标达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ水标准，具体见表1。

表1 项目进水水质指标

1.2 工艺介绍及主要设计参数

项目采用：曝气生物滤池（BAF）+垂直流人工湿地+生态塘（十七里河）组合的工艺依次对污水厂尾水进行处理。项目总占地面积34.19亩，其中曝气生物滤池及配水池占地0.77亩，垂直流人工湿地占地16.53亩，表面流人工湿地占地9亩，步道及其他占地7.89亩。生态塘利用现状河道约33.75亩。配水池分为十个系统，分别向十个垂直流湿地单元配水。

曝气生物滤池（BAF）是一种污水生物膜处理技术，具有极好的脱氮和有机物降解效果，其最大特点是采用球形轻质多孔生物滤料，在其表面及孔隙内生长微生物膜，污水由下向上或由上向下流经滤料层，滤料层下部提供曝气。污水流经表面长满生物膜的滤料时，其中的有机物及氮得到降解，同时生物滤料层截留污水中的SS和老化脱落生物膜并进行固液分离。定期利用处理后的出水对滤池进行反冲洗，排除被截留的SS和老化脱落生物膜，促进滤料表面老化生物膜的脱落，使高活性的新鲜生物膜与污水直接接触，提高了降解速率和效率，使出水稳定达标。

垂直流人工湿地自下而上采用砾石、沸石和火山岩作为湿地填料，微生物附着在填料上，对COD、氨氮等污染物进行降解，含磷污染物被吸附在滤层中。垂直流人工湿地共两组，第一组四个单元，第二组六个单元，由人行步道分开。单组池体长30m，深1.55m～1.8m，底部采用HDPE防渗膜。湿地上层20cm为布水区，下层20cm为集水区，集水区上层15cm为过渡层，布水层和过渡层之间75cm为主体滤料层，填料层总高度1.3m。垂直流人工湿地植物选型既要考虑经济性和观赏性，还要考虑生态适应性和去污能力，以充分发挥人工湿地的生态效益、经济效益和社会效益。选用芦苇（Phragmites Australis）、菖蒲（Acorus Cal⁃amus）、香蒲（Typha Orientalis）、水葱（Scirpus）交叉栽种。

表面流人工湿地设置在垂直流人工湿地外侧，水深较浅，以景观功能为主，兼具进一步去除污染物的功能。表面流人工湿地选用沉水植物、浮水植物和挺水植物，构建出不同层次景观效果。植物选取包括睡莲（Nymphaea Tetragona）、菖蒲（Acorus Cal⁃amus）、常绿矮型苦草（Vallisneria Natans）交叉栽种。

工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

主要设计参数[2]见表2。

表2 设计参数

2 运行稳定性分析

2.1 污水处理系统运行状况

尾水水处理系统于2020年11月下旬通水，调试后于12月正常运行。选取整个12月低温环境下的运行数据作为分析对象，出水取样点位于表面流人工湿地末端，考察系统对于COD、氨氮、TP的日均进出水及去除率情况，见图2～图4。

图2 进出水COD浓度

图4 进出水TP浓度

系统进水COD均值37.60mg/L，出水COD均值22.37mg/L，系统对于COD的去除率39.55%。达到地表IV类水标准。

图3 进出水氨氮浓度

系统进水氨氮均值2.50mg/L，出水氨氮均值0.37mg/L，系统对于氨氮的去除率85.09%。达到地表III类水标准。

系统进水TP均值0.27mg/L，出水TP均值0.11mg/L，系统对于TP的去除率58.06%。达到地表III类水标准。

相关案例[3]及上述数据表明在冬季偏低气温环境下，BAF+垂直流人工湿地+表面流人工湿地工艺对COD、氨氮、TP有较好的去除效果；待夏季气温较高时，该系统应具有更好的处理效果及景观效果。

3 运行成本分析

整个处理系统的直接运行成本构成包括：电耗、人工等。系统总装机功率145kW，主要包括风机、反冲洗泵、排污泵、电动阀门等，吨水电耗0.139kW，综合电价0.8元/kWh，吨水电费0.111元；系统维护人员4人，吨水人工成本0.027元；其他费用如BAF滤料补充、冬季植物收割等非日常费用暂不计入。合计直接运行成本0.166元/m³。

该系统每年产生高品质再生水912.5万吨，具有较大的社会和环境效益。

4 结论及建议

（1）采用BAF+垂直流人工湿地+表面流人工湿地+生态塘处理工艺将城镇污水处理产尾水水质提升至准地表IV类水，技术上可行，运行效果稳定，且具有很好的景观效果。

（2）在冬季低温情况下，系统出水的COD达到地表IV类水标准，氨氮达到地表III类水标准，TP达到地表III类水标准，整体达到类IV类水要求。

（3）系统处理成本低，吨水直接运行成本约0.166元，具有很好的运行经济性。同时，出水作为高品质再生水，具有很高的使用价值。

（4）该案例在冬季的稳定运行经验表明系统设计可靠，对于华北地区城镇污水处理厂尾水提标工程的建设和运营有着非常典型的借鉴意义。