高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠運行影響因素探析
——以某污水處理廠為例

(四川大學建筑與環(huán)境學院 四川 成都 610065)

當今,防止水體污染最有效的方法之一就是加強對城市廢水的收集和處理.在我國大中城市和經(jīng)濟較發(fā)達的城鎮(zhèn),大都鋪設有污水管網(wǎng)和污水處理廠,可以實現(xiàn)污水集中處理;但在我國高海拔寒冷地區(qū),地理位置偏遠、海拔較高、經(jīng)濟欠發(fā)達,常年氣溫偏低,溫差較大,適合當?shù)貧夂驐l件的污水處理技術很少,即使能夠實現(xiàn)有效收集,當?shù)匚鬯幚韽S的出水也難以達到相關標準,加之污水收集率偏低更是使水污染和水資源浪費的情況雪上加霜.不僅如此,考慮到我國西南片區(qū)的高海拔寒冷地帶地廣人稀,地處偏遠、經(jīng)濟發(fā)展緩慢,嚴重缺乏技術過硬的專業(yè)人才,對于某些適合高海拔寒冷地區(qū)的污水處理工藝由于操作技術要求較高,所以較難實現(xiàn)工藝普及.

正是由于我國高海拔寒冷地帶污水處理面臨如此多的局限性,針對高海拔寒冷地區(qū)的污水處理廠存在進水溫度常年較低、污染物濃度偏低、污水處理不穩(wěn)定等特點,通過對我省高海拔寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理技術的現(xiàn)狀調(diào)查分析,找出問題并提出相應的對策和措施,選擇適宜的污水處理工藝確保污水處理廠的穩(wěn)定運行對緩解水污染形勢是非常有意義的.

一、四川省阿壩州某縣污水處理廠

(一)污水處理廠概況

污水處理廠位于四川省西北部高原東南部,阿壩州的中部,占地7.14畝,總投資2242.66萬元,現(xiàn)有收集管網(wǎng)10.23公里,建設規(guī)模為日處理污水1萬噸,2007年5月通過驗收后正式運行.

(二)工程設計

1.工藝流程

本污水處理廠采用以活性污泥為主的CASS工藝.城市污水管網(wǎng)來水通過粗格柵、細格柵去除漂浮物后,進入CASS生化池去除各種污染物,出水經(jīng)消毒后即可達標排放.貯泥池排放污泥由帶式濃縮一體機脫水后送往垃圾處理廠處理.工藝流程圖見圖1.

圖1 某縣污水處理廠工藝流程圖

2.進、出水水質(zhì)

本污水處理廠接納的污水全部為生活污水,不接納工礦企業(yè)排放的廢水,污水處理廠進水水質(zhì)見表1所示.

表1 某縣污水處理廠進、出水水質(zhì)

3.運行數(shù)據(jù)

該污水處理廠運行監(jiān)測數(shù)據(jù)：污水處理廠外排水質(zhì)監(jiān)測因子pH、氨氮、懸浮物、總氮、總汞、總鎘、總鉻、總砷和總鉛的監(jiān)測值均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)表1中一級B標準,化學需氧量、總磷和氨氮的監(jiān)測值均未達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)表1中一級B標準,其中,化學需氧量超標2.48倍,總磷超標0.19倍,氨氮超標0.15倍.詳見表2.

表2 某縣污水處理廠運行監(jiān)測數(shù)據(jù)

二、高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠影響因素分析

現(xiàn)場調(diào)研結果顯示：高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠超標排放的影響因素分為自然因素和人為因素。

(一)自然因素

高海拔寒冷地區(qū)具有特殊的自然環(huán)境,即高海拔、溫度低、溫差大,這三者均會對污水處理效果產(chǎn)生相應影響。海拔對污水處理效果的影響主要通過海拔→氣壓→溶解氧實現(xiàn)；水溫主要通過對微生物生長過程、微生物降解速率、微生物酶促反應速度、脫氮除磷、污泥性能等的影響對污水處理效果產(chǎn)生影響；紫外線對污水處理效果是抑制還是增效尚待進一步研究確定。

1.高海拔對污水處理的影響

高海拔會引起低氣壓,而低氣壓會影響污水中溶解氧質(zhì)量濃度值,溶解氧質(zhì)量濃度值會對污水處理效果產(chǎn)生影響。根據(jù)相關文獻報道,在高海拔寒冷地區(qū)供氧系數(shù)值遠大于1.61,部分供氧系數(shù)值甚至為1.61的2倍以上。如果溶解氧過低,好氧微生物正常的代謝活動就會下降,活性污泥會因此發(fā)黑發(fā)臭,進而使其處理污水的能力受到影響。而且溶解氧過低,易于滋生絲狀菌,產(chǎn)生污泥膨脹,影響出水水質(zhì)。

2.低水溫對污水處理的影響

水溫對污水處理效果的影響有：微生物生長過程、微生物降解速率、微生物酶促反應速度、脫氮除磷、污泥性能等方面。一般污水處理過程中水溫低于10℃即為低溫,當水溫低于5.6℃時大部分微生物處于休眠狀態(tài),污水處理效率會下降。

高海拔寒冷地區(qū)的低水溫會造成微生物數(shù)量和質(zhì)量降低、世代時間變長、降解能力變?nèi)?、污泥沉降性能變?進而造成有機物去除效果和脫氮除磷效果變差,影響出水水質(zhì)。同時,水溫過低對污水處理廠設備的維護和運行也有很大的挑戰(zhàn)。

表3 水溫變化對污水各處理段影響

3.溫差大

高海拔寒冷地區(qū)氣溫最大的特點就是日溫差大,晝夜溫差大勢必會影響到水溫的變化。查詢現(xiàn)有的水溫資料表明：某縣污水同一日最低溫度為8℃,最高溫度為12.5℃,日水溫差高達4.5℃。污水溫度變化必然導致其出水水質(zhì)發(fā)生變化,要達到相關處理效率必須經(jīng)過一定時間的適應后才可以實現(xiàn),有時這個適應時間高達數(shù)天,顯然這對短周期水溫變化污水處理系統(tǒng)不太現(xiàn)實。

(二)影響高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠運行的人為因素

目前,高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠進水濃度偏低是該區(qū)域污水處理廠共同面臨的問題,人為因素造成進水濃度偏低主要有：經(jīng)濟水平低、污水管網(wǎng)破舊、雨污合流等因素。

1.經(jīng)濟水平低

經(jīng)濟水平低下使得生活水平落后,節(jié)水型衛(wèi)生器價格較高,在經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)還不能普及,傳統(tǒng)衛(wèi)生器具耗水量過大,從而降低了污水COD濃度,且服務區(qū)區(qū)域內(nèi)無較高的工業(yè)污染源,導致進水COD濃度較低。

2.污水管網(wǎng)破舊、污水處理廠配套設施不全

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研,這些地區(qū)的市政管網(wǎng)使用時間較長,缺乏維護,因管道老化、破損滲入大量地下水,在很大程度上降低污水中COD濃度。假設地下水滲入量占25%,生活污水源頭的COD為220mg/L,為了考察地下水滲入對污水水質(zhì)的影響,利用均勻混合公式推斷計算出地下水滲入后污水的COD可降至175mg/L,下降了20%；另污水處理廠的配套設施不齊全也會造成污水處理廠運行狀況不佳。

3.雨污合流

雨污合流是造成城市污水處理廠進水濃度偏低的主要原因。高海拔寒冷地區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達,多數(shù)區(qū)域仍是雨污合流,導致污水處理廠接納處理的污水濃度偏低影響其運行效率。

高海拔會引起低氣壓,而低氣壓會影響污水中溶解氧質(zhì)量濃度值,溶解氧質(zhì)量濃度值會對污水處理效果產(chǎn)生影響。根據(jù)相關文獻報道,在高海拔寒冷地區(qū)供氧系數(shù)值遠大于1.61,部分供氧系數(shù)值甚至為1.61的2倍以上。如果溶解氧過低,好氧微生物正常的代謝活動就會下降,活性污泥會因此發(fā)黑發(fā)臭,進而使其處理污水的能力受到影響。而且溶解氧過低,易于滋生絲狀菌,產(chǎn)生污泥膨脹,影響出水水質(zhì)。

三、高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠設計方案

根據(jù)調(diào)研和高海拔寒冷地區(qū)污水廠實際運行狀況,提出了一套適合高海拔寒冷地區(qū)污水處理工藝：充分利用太陽能預熱污水,并采用地埋式一體化生物接觸氧化/復合式人工濕地工藝處理污水。

圖2 高海拔寒冷地區(qū)污水處理推薦工藝

工藝的優(yōu)勢：厭氧池中利用太陽能預熱污水可以解決高原地區(qū)氣溫低、晝夜溫差大造成的生物處理水溫過低和冰凍等問題；在高原地區(qū)選用生物處理曝氣設備時應增大曝氣量,提供充足的溶解氧以保證有機物、N、P的去除率；二級處理設施設計成地埋式一體化,可節(jié)約占地并起到保溫作用；考慮到高原地區(qū)氧氣稀薄,在潛流人工濕地設自然復氧區(qū)可以促進自動增氧,保證有機物、N、P的去除效率,實現(xiàn)回用。具體工藝見圖2：

四、結論

現(xiàn)有高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠存在的問題主要問題有：

(1)溫度過低對生物處理單元的影響、壓強過低對溶解氧的要求和供氧設備的要求與平原有差異；

(2)冬季運行方案、污水處理廠進水COD濃度過低,影響N、P的去除效率；

(3)需改善污水中碳源的濃度、污水處理廠收集管網(wǎng)等問題。

(4)針對上述問題提出了相應的應對措施,這些措施和技術在理論上是可行的,但是在實際工程應用中會出現(xiàn)很多影響因素、限制這些技術和理論的運用,可以以此作為理論基礎,投入到實際的工程案例中進行運用,通過實踐一步步的證明理論的可行性和不足之處,在理論加實踐的基礎上解決不足之處,從根本上解決高海拔寒冷地區(qū)污水處理面臨的問題。