張家口城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀淺析

何延青 李 易 宏 哲

(1.河北建筑工程學(xué)院，能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河北 張家口 075000)

張家口城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀淺析

何延青1李 易1宏 哲2

(1.河北建筑工程學(xué)院，能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河北 張家口 075000)

結(jié)合2016年張家口城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀,對(duì)微生物處理工藝進(jìn)行分析,提出了低溫寒冷地區(qū)污水處理廠可能出現(xiàn)的與處理能力有關(guān)的問題,以及相應(yīng)的解決措施.

城鎮(zhèn)污水處理廠;微生物處理工藝;低溫寒冷地區(qū)

0 引 言

張家口市分為6個(gè)區(qū)，10個(gè)縣.地處內(nèi)蒙古高原、黃土高原和華北平原過渡地帶，地勢(shì)西北高、東南低，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，氣候干旱而寒冷.該市能源資源十分豐富，主要有煤炭、風(fēng)能和太陽(yáng)能，但實(shí)屬半干旱地區(qū)，水資源嚴(yán)重不足.本文結(jié)合張家口城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀及氣候特征，對(duì)低溫寒冷條件下，污水處理廠可能出現(xiàn)的與處理能力有關(guān)的問題，以及相應(yīng)的解決措施進(jìn)行了分析.

1 各城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 廢水、廢氣及污泥處理工藝或措施

圖1 城鎮(zhèn)污水處理廠處理工藝比例圖

張家口市共有17個(gè)城鎮(zhèn)污水處理廠，且大部分建造于2005年后，經(jīng)過兩年時(shí)間完成建造，大部分污水處理廠后期都會(huì)經(jīng)過升級(jí)改造，或分兩期建造，主要處理城鎮(zhèn)生活污水及工業(yè)廢水.各城鎮(zhèn)污水處理廠廢水主要污染物為COD和氨氮，污水處理所采用的工藝情況如圖1所示.圖中百分比為各處理工藝所占比例.

由圖1可知，張家口各縣區(qū)污水處理廠目前所使用的工藝大部分為奧貝爾氧化溝、A2O工藝以及CASS工藝，并且在原有工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)砂濾池等工藝進(jìn)行深度處理.三種工藝的共同特點(diǎn)是具有同步脫氮除磷的效果，并且處理效果好，工藝簡(jiǎn)單，易于控制和自動(dòng)化操作.各區(qū)縣污水處理廠大多數(shù)都設(shè)置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類污染物的濃度，用以及時(shí)控制處理工藝中各個(gè)環(huán)節(jié)的工作運(yùn)行狀況，控制污染物排放總量.

張家口市城鎮(zhèn)污水處理廠廢氣污染物主要來源于廢水處理工藝中粗細(xì)格柵、生化處理池、沉砂池、污泥濃縮間等構(gòu)筑物，廢水處理過程中主要的廢氣有硫化氫氣體和氨氣.全市73%左右城鎮(zhèn)污水處理廠由于冬季使用集體供暖或采用電鍋爐供暖，還有一些處理廠采用電熱膜供熱，不涉及廢氣重點(diǎn)污染物二氧化硫和碳氧化物的產(chǎn)生和排放，且其他廢氣產(chǎn)生量較小，符合排放標(biāo)準(zhǔn)，則處理廠設(shè)置一定寬度的綠化帶，直接排放至大氣中，通過大氣稀釋、擴(kuò)散.

對(duì)于剩余污泥的處理，則都是運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)處理.而剩余污泥中不僅含有微生物殘?bào)w，還有處理污水時(shí)吸附的大量有機(jī)質(zhì)，因此對(duì)剩余污泥進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚碇陵P(guān)重要.剩余污泥的直接填埋會(huì)對(duì)土壤、大氣、地下水等造成二次污染.

圖2 城鎮(zhèn)污水處理廠處理規(guī)模比例圖

1.2 處理規(guī)模、處理量負(fù)荷及中水回用情況

張家口市各城鎮(zhèn)污水處理廠由于服務(wù)范圍不同，而具有不同的處理規(guī)模.根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，城鎮(zhèn)污水處理廠按年處理規(guī)模大體上可劃分為三個(gè)等級(jí)：小型(小于1萬m3)、中型(1萬到10萬m3)和大型(大于10萬m3).右圖為各城鎮(zhèn)污水處理廠的實(shí)際處理規(guī)模比例圖.

由圖2可以看出，張家口市城鎮(zhèn)污水處理廠大部分為小型污水廠，其原因與張家口的水資源量以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平相關(guān).

各城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)際處理規(guī)模與設(shè)計(jì)處理規(guī)模之比稱為污水處理量負(fù)荷.

圖3 各城鎮(zhèn)污水廠污水處理量負(fù)荷

由圖3可知，張家口市城鎮(zhèn)污水處理廠的處理量負(fù)荷最高可達(dá)到100%(張家口市鴻澤排水有限公司和懷安縣左衛(wèi)鎮(zhèn)污水處理廠)，即設(shè)計(jì)處理規(guī)模與實(shí)際處理規(guī)模相等.經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這兩污水處理廠主要處理其所在位置的生活污水和生產(chǎn)廢水：鴻澤排水主要服務(wù)范圍是張家口市主城區(qū)的生活污水和生產(chǎn)廢水，包括橋東區(qū)、橋西區(qū)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)；左衛(wèi)鎮(zhèn)污水處理廠主要服務(wù)范圍是懷安縣城規(guī)劃區(qū)內(nèi)全部生活污水及達(dá)到國(guó)家綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廢水.其處理范圍較大，因此很容易造成滿負(fù)荷處理的情況，但并不影響出水水質(zhì).大部分城鎮(zhèn)污水處理廠處理量負(fù)荷在40%-90%之間，認(rèn)為這將對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠日后的處理量提升有著重要影響.

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，張家口市93%左右城鎮(zhèn)污水處理廠處理后的終水，將排放至當(dāng)?shù)氐乇硭w中，這不僅會(huì)對(duì)地表水造成污染，并且還會(huì)造成水資源浪費(fèi).在各二級(jí)處理后端，均設(shè)置了砂濾池并且投加化學(xué)絮凝劑(聚丙烯酰胺和聚丙乙酰胺、聚合氯化鋁等)，提升了反硝化作用效果.

2 低溫寒冷地區(qū)微生物處理工藝可能存在的問題及治理措施

由于張家口氣候?qū)贃|亞大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季，日照充足，晝夜溫差大.張家口市2016年月平均氣溫如下圖所示.

圖4 張家口市2016年月平均高溫及月平均低溫圖

由圖4可知，張家口市月平均高溫溫不足15 ℃，月平均低溫不足4 ℃，尤其是冬季，氣候更是寒冷，最低可達(dá)-15 ℃.溫度在污水微生物處理中是一個(gè)極為重要的影響因素，溫度對(duì)微生物的活性有著重要的影響，一般微生物適宜的生長(zhǎng)溫度為20-35 ℃，當(dāng)溫度下降到10 ℃時(shí)，微生物的活性會(huì)降低一倍；當(dāng)溫度低于4 ℃時(shí)，微生物幾乎停止一切生命活動(dòng)[1].因此，張家口地區(qū)的污水處理廠常受低溫影響，而使處理效果降低.

在脫氮除磷水處理工藝中，主要的微生物包括硝化細(xì)菌，反硝化細(xì)菌，聚磷菌.在低溫環(huán)境下，這三種微生物對(duì)溫度變化都比較敏感，當(dāng)水溫下降到5 ℃時(shí)，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的活性明顯下降，也就是說此時(shí)的脫氮效果明顯降低，甚至停止脫氮[2].因此，在低溫環(huán)境下，為了提高脫氮效果，可以增加污泥濃度.本章節(jié)將對(duì)低溫環(huán)境下各微生物水處理工藝問題提出建議.

2.1 奧貝爾氧化溝

張家口市城鎮(zhèn)污水處理廠所使用的奧貝爾氧化溝，均是由三個(gè)同心圓形或橢圓形的溝道組成.污水由外溝道進(jìn)入，在外溝道中與回流污泥混合，在曝氣轉(zhuǎn)碟的作用下，推動(dòng)水流前進(jìn)并且向誰提供氧，水體通過淹沒式輸水口進(jìn)入相鄰的下一溝道，最后從中心島將水流排出，進(jìn)入二沉池，回流污泥由二沉池回流至外溝道進(jìn)水管.

三溝道由外到內(nèi)的溶解氧濃度為遞增的態(tài)勢(shì).外溝道為缺氧區(qū)，但在曝氣轉(zhuǎn)刷的推動(dòng)和供氧條件下，該區(qū)域微生物實(shí)際上是在有氧和無氧交替環(huán)境下，對(duì)污水進(jìn)行反硝化和硝化作用，以達(dá)到脫氮的效果，聚磷菌在此釋磷[3].中間溝道為過渡區(qū)，為外溝道和內(nèi)溝道提供外援補(bǔ)充.內(nèi)溝道為好氧區(qū)，在此區(qū)域的污水有機(jī)物已被大部分去除，所以聚磷菌可以更好地?cái)z取磷，以達(dá)到除磷的效果.

奧貝爾氧化溝工藝也有一些不足之處，該工藝的構(gòu)筑物占地面積較大，且中心島的位置為無效占地；由于氧化溝內(nèi)始終有溶解氧，導(dǎo)致反硝化作用及聚磷菌釋磷不完全.

在低溫環(huán)境下，水中溶解氧含量會(huì)升高，因此可以在氧化溝前端設(shè)置厭氧池，將污泥回流至厭氧池中，以保持氧化溝外溝道中的低溶解氧含量，保證微生物對(duì)氮磷的去除效率.

2.2 A2/O工藝

A2/O工藝主要是由厭氧池、缺氧池、好氧池組成.首段厭氧池，聚磷菌在此階段充分釋放磷，同時(shí)氨氮含量由于微生物細(xì)胞的合成而降低；在缺氧池中，完成反硝化作用，反硝化細(xì)菌利用無水腫的有機(jī)物作為碳源，將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庖绯鏊?；在好氧池中，有機(jī)物繼續(xù)被微生物氧化分解，氨氮被硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，污水中的磷含量由于聚磷菌過量攝取而降低.

相對(duì)于CASS工藝來說，A2/O工藝的構(gòu)筑物建筑面積較大，但由于厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)在三個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)池內(nèi)，不同的微生物之間不存在相互影響.好氧池設(shè)置在最后一道工序，使聚磷菌充分過量攝取污水中的磷，即剩余污泥中的磷含量較高，肥力較強(qiáng)，可作為農(nóng)業(yè)肥料再利用.

A2/O工藝也有一些不足之處，當(dāng)回流污泥從好氧池回流到厭氧池時(shí)，其中會(huì)攜帶一定的溶解氧和硝酸鹽類，厭氧池中由于得到一定濃度的溶解氧和硝酸鹽類，而使聚磷菌釋磷和厭氧反硝化能力降低，影響聚磷菌在后端好氧池中的吸磷作用，導(dǎo)致出水水質(zhì)中含磷量有一定提升[4].反之，當(dāng)好氧池中供氧量不足時(shí)，好氧消化作用不完全，則回流污泥中硝酸鹽類含量降低，使反硝化作用不能很好地進(jìn)行，導(dǎo)致出水水質(zhì)中總氮含量提升.

在低溫環(huán)境下，在保證氨氮去除率不變的情況下，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)污泥負(fù)荷率，將會(huì)有效的提升COD和總磷的去除率.有研究表明，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)為COD：147-330 mg/L、總磷：3.0-7.1 mg/L、氨氮：33-61 mg/L時(shí)，將污泥負(fù)荷率調(diào)為0.015-0.02 gCOD/gMLSS，則COD和總磷有較好的去除率[5].另外可以在缺氧池進(jìn)行適當(dāng)攪拌，使污水中各種污染物與微生物充分接觸，避免局部污染物濃度過高等.

2.3 CASS工藝

CASS工藝是在SBR工藝基礎(chǔ)上，反應(yīng)池沿池長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)為三個(gè)部分，前部為生物選擇區(qū)(厭氧區(qū))，中部為預(yù)反應(yīng)區(qū)(缺氧區(qū))，后部為主反應(yīng)區(qū)(好氧區(qū))，其主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的潷水器.該工藝中，在時(shí)間上污染物的降解是一個(gè)推流的過程，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的微生物處于好氧、缺氧、厭氧的周期性變化之中，因此較好的脫氮除磷效果[6].

前端生物選擇區(qū)的設(shè)置，有效的提高了污泥的活性，使活性污泥的內(nèi)回流有所增加，從而提升了活性污泥的處理能力[7].預(yù)反應(yīng)區(qū)有效的對(duì)污水中有機(jī)物進(jìn)行了高負(fù)荷降解，緩沖能力強(qiáng)，使污水在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)得到更好的處理.

由于整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、潷水和閑置階段都在一個(gè)池子內(nèi)同一周期循環(huán)運(yùn)行，則對(duì)曝氣、排泥、排水等工序的設(shè)備、時(shí)間要求較為嚴(yán)格.

CASS工藝也有一些不足之處，由于脫氮除磷是在同一池子內(nèi)進(jìn)行，則硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、聚磷菌在同一池子內(nèi)生存和工作，必將會(huì)相互影響.為此可以適當(dāng)改變?nèi)齻€(gè)部分的容積比.當(dāng)反應(yīng)區(qū)的容積配比適當(dāng)時(shí)，該工藝對(duì)COD、氨氮、總氮、總磷均有較高的去除率[8].

對(duì)于低溫水處理，最直接有效的辦法是在水處理構(gòu)筑物外圍加保溫材料、加蓋處理等，以保持構(gòu)筑物內(nèi)事宜微生物生長(zhǎng)的溫度.也可以進(jìn)行分段進(jìn)水，或適當(dāng)攪拌，使污水中各種污染物與微生物充分接觸，避免局部污染物濃度過高等.

3 總 結(jié)

經(jīng)過對(duì)張家口市各區(qū)縣城鎮(zhèn)污水處理廠的工藝及運(yùn)行現(xiàn)狀分析，處理廠工藝過程和工藝處理設(shè)備都處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，處理水可達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).在出水利用和中水回用的問題上，大部分污水處理廠過都選擇直接外排給受納水體，這樣不僅不能充分利用水資源，而且還使出水量增大，增加排水管道的成本.

對(duì)于低溫條件下污水處理工藝的處理措施，提出以下幾點(diǎn)建議：增加污泥濃度，在反應(yīng)池前端設(shè)置生物選擇池或厭氧池，適當(dāng)調(diào)整污泥負(fù)荷率，和反應(yīng)區(qū)容積配比，另外可以增加保溫材料等，以提高低溫條件下微生物生命活性和處理能力，保證出水水質(zhì).

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Analysis on the Operation Status of Zhangjiakou Sewage Wastewater Treatment Plant

HEYan-qing1,LIYi1，HONGZhe2

(1.Hebei University of Architecture, Zhangjiakou, Hebei 075000;2.Zhangjiakou Environmental Inspection Station,Zhangjiakou 075000)

Based on the analysis of the status quo of the sewage treatment plant in Zhangjiakou city in 2016, the microbial treatment process was analyzed, and the possible problems related to the processing capacity of the sewage treatment plant in low temperature and cold area were put forward, and the corresponding measures were put forward as well.

sewage wastewater treatment plant；the microbial treatment process；low temperature and cold area

2016-12-12

河北建筑工程學(xué)院創(chuàng)新基金 項(xiàng)目編號(hào)XB201745

何延青(1968-)，女，教授,從事環(huán)境污染及其防治.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.021

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