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摘要：近几年，我国城镇污水处理规模快速增长，污水处理厂排放标准也有较大提升。城镇污水处理厂一级A提标改造及再生水利用已成为我国“十三五”重要的市政设施建设内容之一。我国大部分城镇污水处理厂进水碳氮比偏低，且由于降雨量、用水量等因素影响，南方地区城镇污水COD浓度明显低于北方地区，为了达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级A及更高的排放标准，对许多污水处理厂而言，单纯依靠生物系统实现脱氮除磷已不能满足要求，投加外部碳源、除磷药剂成为必要的稳定达标关键措施。
关键词：城镇；污水处理厂；运行药耗
一、碳源的使用现状分析
1、投加碳源情况
现阶段，我国90%以上的城镇污水处理厂采用生物处理工艺。为了满足高排放标准，大多数新建厂和提标改造厂的二级处理工段选用了A2/O(A/O)、氧化沟、SBＲ等脱氮除磷工艺，有些厂的深度处理段还增加了反硝化滤池来保证总氮的去除效果。当进水中碳源不足时，大多数污水处理厂会选择在不同位置投加碳源来提高系统的脱氮除磷能力。此外，有些污水厂由于进水中工业废水比例较高，为了促进微生物的生长繁殖也会投加碳源。信息系统数据统计结果显示，在约3880座城镇污水处理厂中，6%左右的城镇污水处理厂投加了碳源，其中，使用甲醇、葡萄糖、乙酸、乙酸钠这四种化学碳源的厂约占80%，具体投加情况见表1。由于其他碳源种类较杂且无明确固定的COD当量，故只对采用以上四种常用化学碳源的污水厂进行投加量方面的数据分析，分析时考虑了有效成分含量。
2、碳源投加量分析
以2014年7月—2015年6月的数据进行统计分析得出，碳源的投加具有较明显的季节性特征，具体月投加量变化见图1。
在秋冬季节，由于低温对微生物活性的影响，导致2014年10月—2015年2月投加量较高，投加碳源的污水厂数量也有所增加，1月份投加量最高，平均值达到25.21mg/L。随着温度的升高，生物系统脱氮性能逐渐恢复，碳源投加量相应降低，投加碳源的厂数也随之减少。
碳源月平均投加量的累计频率分布规律相似。以2015年1月和6月全国城镇污水处理厂碳源投加数据为例，具体投加量分布如图2所示。
从图2可知，投加碳源的污水处理厂中，1月和6月碳源投加量＜10mg/L的分别约占41%和47%，投加量在10～60mg/L的分别约占47%和46%，其中超过30mg/L的分别约占33%和22%。从上述全年数据来看，投加以上四种碳源的污水处理厂中，执行一级A排放标准的厂最多，约占投加厂总数的52%，其次是执行一级B标准的厂，约占投加厂总数的34%，另有约8%执行二级排放标准的厂信息系统数据显示也投加了碳源。执行一级A、一级B和二级排放标准的污水厂碳源平均投加量分别为23.28、18.90、16.60mg/L。可见，执行的排放标准越高，选择投加碳源的可能性就越大，投加量也越高。污水厂进水BOD5/TN比值是影响生物脱氮的关键因素，根据理论及运行经验，BOD5/TN＜3.0的污水厂可认为碳氮比偏低，要有充足的碳源用于生物脱氮则一般需要BOD5/TN＞4.0。从投加碳源厂进水水质分析可知，约55%的厂进水BOD5/TN＜3.0，BOD5/TN＞4.0的厂仅占23.6%。随着进水BOD5/TN的升高，碳源投加量有降低的趋势。
二、除磷药剂的使用现状分析
1、投加除磷药剂情况
目前，我国城镇污水处理厂已将化学除磷作为保障高排放标准下总磷稳定达标的必备手段。根据不完全统计，我国35%以上的城镇污水处理厂采用了化学除磷，占到工程总规模的45%。使用较多的除磷药剂有聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝铁、硫酸亚铁、聚合氯化铁、氧化钙等，其中，投加前五种药剂的污水处理厂最多，无论数量或是规模上占比均超过90%，具体见表2。以下针对投加量的统计分析仅包含表2中列出的五种药剂。
2、除磷药剂投加量分析
为了比较除磷药剂投加的情况，采用物质的量之比的概念，即所投加的化学除磷药剂中铁、铝等金属物质的量与所需化学去除TP物质的量的比值。为统一核算并简化计算，其中“所需化学去除TP物质的量”按所有非生物合成类TP去除量计算，即污水处理厂进水TP量扣除出水TP和生物合成类TP量。
2014年7月—2015年6月我国部分城镇污水处理厂除磷药剂物质的量之比变化如图3所示。
从图3可知，除磷药剂月均物质的量之比在1.9～2.4之间，夏季和冬季较高，平均在2.3以上。这可能与温度的变化有关，研究结果表明，温度较低(＜10℃)或较高(＞30℃)都不利于生物除磷的进行，故此时化学除磷药剂的使用量增加。除磷药剂月平均投加量的累计频率分布规律非常相近。以2015年6月的统计结果为例(如图4所示)，56%的城镇污水处理厂的除磷药剂物质的量之比超过1，将近23%的污水处理厂超过3，月均物质的量之比为2.33。理论上讲，去除1mol的磷需要投加1mol的铝或铁，但实际上，由于受到多种因素影响，反应并不能百分之百有效进行，故物质的量之比会达到2～3甚至更高。
从上述全年数据来看，投加以上五种除磷药剂的污水厂中，执行国标一级A和一级B排放标准的污水厂数量相差不多，总计占86.5%，而执行二级标准的占8.3%。显而易见，执行的排放标准越高，需要投加除磷药剂的必要性就越大，同时投加量也增加，出水水质执行一级A、一级B和二级标准的污水处理厂投加的除磷药剂平均物质的量之比分别为2.36、2.01、1.95。采用SBＲ、氧化沟、A2/O、A/O工艺的污水处理厂除磷药剂的投加量稍有差别，平均物质的量之比分别为1.56、1.90、1.96、2.20。很明显可以看出后两种工艺广泛地被用来处理执行排放标准要求更高的一级A污水处理厂所采用有关。
结束语
无论是与理论值还是参考文献中的经验值与实际值相比，我国城镇污水处理厂整体药耗都较大，以除磷药剂为例从季节变化、加药种类、处理工艺等方面进行分析，随着国家对环保和污水排放标准的提高，药耗的增加将会是必然，如何减低药耗将会成为污水处理厂提质增效的关键性课题。
参考文献
[1]郑兴灿.城镇污水处理厂一级A稳定达标技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2015.
[2]何志强，谢满俊，郭怡雯.污水处理成本及节约途径分析[J].资源节约与环保，2012，(2):47-51.
[3]原培胜.污水处理厂运行成本分析[J].环境科学与管理，2008，33(1):107-109.