国际经验 | 美国污水处理的“高排放标准”的启示

国际经验 | 美国污水处理的“高排放标准”的启示

高排放标准的讨论是近年来国内污水处理的热门话题，围绕这一话题的相关技术应用正逐渐影响我国污水处理的走向。实施什么样的高排放标准、采用什么样的技术路线、能取得什么样的效果无疑是基层实践者十分关心的。在回答这些问题之前，我们不妨把目光投向大洋彼岸的美国，看一看美国污水处理的“高排放标准”。

美国氮磷控制取得显著成效

“高排放标准”

美国对氮磷控制的“高排放标准”并不是一个统一的标准，而是针对具体区域制定的具体标准。根据美国环保署、NRDC等相关机构的评估，美国的氮磷控制可分为以下五类：

从上表可以看出，无论哪种处理级别，BOD和SS均没有得到进一步的改善。显然这已经不再是处理级别发展所关注的问题，重要的问题是总氮和总磷。美国各地对应上述五个处理级别污水处理技术路线主要有以下几种：

从上表我们可以看出，对于 TN

技术性能统计（TPS）

我们知道污水处理厂的水负荷是时刻变化的，处理厂全年需要面对气温变化、暴雨等天气，污水水质成分的变化也会影响生物处理的动态性能，日常的计划性检修或者突发的设备故障都会影响正常稳定的运行，此外还有一些意料之外的事情，比如工业废水中含有的有毒有害物质的排放。

那么当污水处理厂面对这些复杂多变的情况时，执行上述标准、采用上述技术路线的实际效果如何呢？2010年，美国一份研究报告对22个不同处理等级的污水处理厂进行了为期3年的调查研究。这项研究的参与者来自AEcom、CH2M、HDR、Brown&等多个北美咨询公司，并包括公共设施部门，调查研究的内容主要是工艺效果的稳定性和可靠性。有意思的是，这项研究运用了统计学的方法，并引入了污水处理领域的一个概念——技术性能统计（即TPS）。主要方法如下：

技术可达到的理想标准：这一概念不是指测量出的某个最小值，而是指在一段时间内能够达到的性能水平。具体来说，它是用一年内2周（14天）的连续性能来反映技术可达到的最低标准，简称TPS-14d。这一测量指标代表了系统在理想条件下所能获得的最佳结果，但并不适合作为标准或实际污水厂所能期望达到的值。之所以采用14天的统计结果，是因为生物脱氮除磷的泥龄一般为8-20天，14天的统计周期可以反映泥龄的变化，用概率来表示为3.84%（14/365=3.84%）。

技术所能达到的平均标准：这里用的数值不是平均值，而是统计学里的中位数，中位数不受极端变量值影响，是通过操作可以达到的技术标准。

技术可达到的可靠性标准：可靠性是以95百分位的统计计算得出的，主要是因为美国很多污水处理厂都是以月平均值作为排放标准，即连续5年运行中，月平均值超标3次，这样的结果通常被认为是可靠的技术。

“高排放标准”污水处理厂评价结果

那么用上述指标来评价这些“高排放标准”的污水处理厂，结果如何呢？下面举一个例子。

出水口TN概率值

从上表我们可以看出TPS-14d的数值很低，也都满足排放标准，但是这些数值只占3.84%，中位数50%基本满足排放标准，95%的覆盖率虽然很高，但是也有相当一部分数据不满足排放标准。TP的情况也类似，如下表所示。

出水口TP概率

如果我们对某污水处理厂进行深入分析，还会得到一些另外的信息，该污水处理厂处理规模约12万吨/日，要求出水TN值月均值达到3mg/L，周均值达到4.5mg/L，处理工艺采用三级活性污泥法。

虽然该污水处理厂出水TN中值为1.72mg/L，但当覆盖率达到99.9%时，出水TN已接近10mg/L。可见，上述美国部分污水处理厂出水水质统计结果反映了一个基本事实：在满足“高排放标准”的同时，又要达到高覆盖率，这是不现实的。

同时，在上述统计分析过程中，TPS-14d与TPS-50%、TPS-95%的比值也是一个有趣的现象。对于TN和TP，TPS-14d约为TPS-50%的40~60%，TPS-95%约为TPS-50%的200~300%。这充分说明，即使是在美国目前脱氮除磷效果最好的污水处理厂（其中相当一部分已经达到了极限脱氮除磷标准），出水的氮磷水质也存在较大的波动。

把目光放回到国内，国内对“高排放标准”涉及的流域水环境改善、技术路线等讨论颇多，但“高排放标准”一词在技术层面上缺乏严谨、明确的界定，更重要的是，深入、全面、科学的数据分析还不多见。这些都是国内标准制定的重要基石，我们还有很多工作要做。