溪洛渡水電站花椒灣污水廠長期運行效果分析

諶佳偉，任小菊

(三峽生態(tài)環(huán)境有限公司，湖北 宜昌，443000)

0 引言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)金沙江干流上，是世界第一大地下水電站，也是我國“西電東送”骨干工程。為服務溪洛渡水電站工程的建設(shè)，解決壩區(qū)營地生活污水排放問題，中國長江三峽集團公司在施工區(qū)共建四座污水處理廠，以確保壩區(qū)污水排放符合國家相關(guān)政策要求?；ń窞澄鬯畯S位于溪洛渡水電站壩區(qū)花椒灣營地，主要承擔花椒灣營地生活污水排放。本文以花椒灣污水廠為研究對象，對其設(shè)計水質(zhì)參數(shù)和運行工藝流程進行了介紹，根據(jù)2008-2020年長期運行數(shù)據(jù)，評價了SS、COD、BOD5、NH3-N和TP等水質(zhì)指標的去除效果，分析了污水廠進出水水質(zhì)特征，對花椒灣污水處理廠長期運行效果進行系統(tǒng)評價，并對該污水廠提標改造及類似污水處理廠的工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考和實踐經(jīng)驗。

1 污水廠概況

花椒灣污水廠于2005年建成運行，承擔整個花椒灣營地的生活污水及部分雨水處理任務，采用SBR工藝處理方法，設(shè)計最大污水處理量為1440m3/d。污水處理站主要構(gòu)筑物由進水調(diào)節(jié)池、SBR生化反應池、污泥濃縮池、加氯消毒池組成；主要建筑物由鼓風機房、脫水機房及配電房、輔助用房組成。污水經(jīng)處理后排放標準達到《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準。

根據(jù)設(shè)計文件，該廠進水水質(zhì)以接近城市生活污水水質(zhì)設(shè)計，出水水質(zhì)執(zhí)行《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準。污水處理廠設(shè)計進水水質(zhì)主要污染物指標見表1，設(shè)計出水水質(zhì)標準見表2。

表1 設(shè)計進水水質(zhì)

表2 設(shè)計出水水質(zhì)

2 工藝流程

該污水廠采用SBR污水處理工藝，采用硝化和反硝化工藝進行生物除氮處理；采用固磷菌吸收及污泥壓榨濃縮工藝進行除磷處理；采用二氧化氯對處理水進行消毒。工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程

3 水質(zhì)分析方法

分別在進水及出水處設(shè)置2個監(jiān)測點。SS、COD、BOD5、NH3-N、TP等水質(zhì)指標監(jiān)測方法均參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)[1]。2008-2020年污水廠運行期間，進、出水水質(zhì)指標每周監(jiān)測1～2次，每月統(tǒng)計水質(zhì)數(shù)據(jù)為本月監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值。

4 運行效果分析

4.1 污水廠實際進、出水質(zhì)及進水水量情況

本污水廠原水為施工區(qū)內(nèi)工作人員生活排放的污水，進水來源單一。經(jīng)過2008-2020年污水廠長期運行，污水廠進、出水質(zhì)監(jiān)測情況見表3，進水水量變化統(tǒng)計見圖2。由表3可知，進水SS濃度較高且波動較大，進水COD、BOD5、NH3-N、TP濃度較低且波動較小。經(jīng)污水廠各處理單元處理后，水質(zhì)各指標明顯下降，均能達到污水廠設(shè)計出水標準，符合《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準。其中，SS、COD、BOD5去除率達到90%以上，去除效果明顯，NH3-N、TP去除率也達到76%以上。

表3 污水廠進、出水質(zhì)

由圖2可知，在監(jiān)測期間水量存在較大波動。從年際尺度分析，在2008-2010年施工區(qū)內(nèi)水量較大；2010年年末污水廠進水水量開始明顯減少，在2011-2013年趨于穩(wěn)定；2013年年末污水廠進水量再次明顯減少，在2014-2020年再次趨于穩(wěn)定。這主要是因為施工區(qū)內(nèi)人員流動所致，由于該污水廠的特殊性，在溪洛渡水電站施工期，工區(qū)人員較多、流動也大，產(chǎn)生污水量大。水電站建成后的運營期內(nèi)，工區(qū)人員較施工期明顯減少且趨于穩(wěn)定。

圖2 污水處理廠水量變化

本研究選取施工期(2008年)、運營期(2019年)作施工期與運營期進水量對比(見圖3)。施工期進水量波動較大，月平均值為44.63km3，最大值為64.26km3，最小值為26.25km3；運營期進水量較平穩(wěn)，月平均值為9.71km3，最大值為14.55km3，最小值為5.47km3，施工期與運營期進水量差異顯著。進水量在施工期及運營期均呈現(xiàn)較好的季節(jié)性變化，12-2月，水量逐漸下降，2-6月水量表現(xiàn)出逐步上升的趨勢，其中5-6月上升幅度較大，6-9月水量相對穩(wěn)定，9-11月水量基本呈現(xiàn)下降的趨勢，11-12月水量逐漸上升。在12-2月春節(jié)期間，由于大部分員工返鄉(xiāng)過春節(jié)，從而使得日常生活用水量下降明顯。夏季(5-7月)受雨水增多及天氣炎熱人均用水量增加的影響，從而使得污水廠進水量相對較大。

圖3 施工期與運營期進水對比

在監(jiān)測期間內(nèi)，進水水質(zhì)各指標均明顯小于設(shè)計值，進水水量在前期接近設(shè)計值，在水電站運營期，進水水量顯著小于設(shè)計值，該污水廠處于低負荷運行狀態(tài)。

4.2 影響處理效果的水質(zhì)參數(shù)

污水的可生化性表示污水可被生物法處理的難易程度，一般用BOD5/COD的比值作為評價污水可生化性的指標，BOD5/COD>0.3時則認為該污水的可生化性較好，該比值越大，說明可生化性越強[2]。BOD5/TP值用作評價生物除磷可行性的指標，一般認為BOD5/TP≥20時，除磷工藝具有較好的除磷效果，值越高，去除效果越好[3]。

該污水廠在2008-2020年監(jiān)測期間進水BOD5/COD比值較穩(wěn)定，基本在0.7左右小幅波動，僅在2008年有一個月監(jiān)測到小于0.3，說明監(jiān)測期間進水水質(zhì)具有較好的可生化性。BOD5/TP比值在研究期間顯現(xiàn)出一定的波動性，在2008-2010年間該值逐漸減??；2011-2014年較穩(wěn)定，在40附近小幅波動；2015-2016年呈倒“V”形變化；2017-2020年再次趨于穩(wěn)定。雖然整個監(jiān)測期間BOD5/TP存在一定波動，但是大多數(shù)值仍大于等于20，表明該污水廠仍有較好的除磷效果。

圖4 BOD5/COD與BOD5/TP分布

4.3 COD去除效果分析

污水處理廠進水、出水COD濃度分布如圖5?？傮w看來，進水COD濃度存在一定波動，COD濃度平均值為101mg/L，相較于設(shè)計進水濃度較低，屬于低負荷污水廠進水濃度[4-5]，COD濃度大概率分布在60mg/L～120mg/L，概率為81%，表明該污水廠進水水質(zhì)較穩(wěn)定。工藝出水COD平均濃度為8.7mg/L，濃度都在50mg/L以下，達到《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準，且83%分布在4mg/L～12mg/L，表明該污水處理廠COD處理效果較穩(wěn)定，出水濃度較平穩(wěn)且較低。由于實際進水量小于設(shè)計進水量，在一定程度上增加了實際水力停留時間，對COD去除效果有一定的提高[6]。

圖5 進、出水COD濃度分布

4.4 BOD5去除效果分析

污水廠進、出水BOD5濃度分布如圖6。進水BOD5水質(zhì)較為穩(wěn)定，多集中于40mg/L～100mg/L，概率為86%，BOD5濃度平均值為72mg/L，相較于設(shè)計進水濃度較低。工藝出水BOD5濃度平均值為5.3mg/L，都在20mg/L以下，達到《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準，且91%在10mg/L以下，表明該污水廠對可生化有機污染物具有較好的處理效果。

圖6 進、出水BOD5濃度分布

4.5 懸浮物去除效果分析

污水廠進、出水SS濃度分布如圖7。總體看來，進水SS濃度波動較大，分布在80～1830范圍內(nèi)，較高概率的監(jiān)測濃度分布在500mg/L～1000mg/L，偶爾會大于1500mg/L，SS濃度平均值為635mg/L，明顯高于典型污水處理廠SS濃度最大值350mg/L[7]，這可能是由于工區(qū)存在部分的雨污合流，雨水沖刷泥沙進入工藝系統(tǒng)而導致SS濃度偏高。出水SS平均濃度為0.53mg/L，都在5mg/L以下，該值顯著低于《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準中的20mg/L，且92%在1mg/L以下，表明該污水廠對SS的去除效果顯著。

圖7 進、出水SS濃度分布

4.6 脫氮效果分析

污水廠進、出水NH3-N濃度分布如圖8。進水NH3-N濃度波動不大且較低，平均值為2.8mg/L，主要集中在0～5mg/L，占總體比例為85%。出水NH3-N濃度平均值為0.7mg/L，都在4mg/L以下，該值顯著低于《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級排放標準中的15mg/L，且87%在1mg/L以下，表明該污水廠對NH3-N有較為理想的去除效果。

圖8 進、出水NH3-N濃度分布

4.7 除磷效果分析

污水廠進、出水TP濃度分布如圖9。進水TP濃度存在一定波動，平均值為1.5mg/L，主要集中在1.0mg/L～2.0mg/L，概率為94%。出水TP濃度平均值為0.35mg/L，全部都小于等于0.5mg/L，出水達到設(shè)計標準。但是，TP出水濃度0.4mg/L～0.5mg/L之間的概率為54%，存在超過排放限值0.5mg/L的風險，該污水廠運行過程中應加強TP指標監(jiān)測，提出有針對性的預防措施。

圖9 進、出水TP濃度分布

5 污水廠低負荷原因及運行經(jīng)驗

由污水廠長期運行監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，COD、BOD5、NH3-N、TP等指標平均值屬于城市污水典型水質(zhì)濃度中的超低濃度污水[8]，該污水廠長期處于低負荷運行狀態(tài)，根據(jù)對實際情況分析，造成該污水廠進水水量、水質(zhì)偏低的原因主要有以下幾個方面：

(1)該污水廠服務區(qū)域特殊性。該污水廠主要為服務溪洛渡水電站工程而建設(shè)，由于建設(shè)期和運營期服務區(qū)域人口存在較大波動，從而造成運營期污水進水量遠小于建設(shè)期。

(2)工區(qū)未實行雨污分流。所處區(qū)域降雨量大、地下水位較高，雨水流入及地下水滲入使得進水水質(zhì)得以稀釋。

(3)工區(qū)管道滲漏。工區(qū)污水管網(wǎng)運行年限較長，存在一定老化滲漏，一方面導致污水未能全部收集；另一方面有部分山水進入管網(wǎng)對污水進行了一定程度的稀釋。

對長期低負荷進水，通過調(diào)整運行方式和投加藥劑的措施確保污水廠達標排放。

(1)延長運行周期時間，加大單周期內(nèi)進水量，增大單周期污泥有機負荷，為微生物提供更多的有機營養(yǎng)，有利于微生物生長。

(2)降低生物池溶解氧，通過減少曝氣時間和曝氣流量降低生物池溶解氧，一定程度減少生物的內(nèi)源呼吸。

(3)延長靜沉時間，使污泥絮體能夠有充足的時間沉淀，避免污泥絮體未完全沉降而隨出水排出，影響出水水質(zhì)。

(4)投加營養(yǎng)液、面粉等補充碳源，保證活性污泥質(zhì)量。

6 結(jié)論

(1)2008-2020年期間，污水廠進水SS、COD、BOD5、NH3-N、TP濃度范圍分別為80.00mg/L～1830.00mg/L、28.00mg/L～272.00mg/L、26.00mg/L～172.00mg/L、0.18mg/L～28.90mg/L、0.50mg/L～3.10mg/L，各指標存在一定波動，除SS外其余各指標濃度偏低。監(jiān)測期間，進水水量波動較大，溪洛渡水電站施工期污水廠進水水量與運營期差異顯著，施工期進水量遠大于運營期，施工期及運營期的水量均呈現(xiàn)一定程度的季節(jié)性變化。該污水廠長期處于低負荷運行狀態(tài)。

(2)污水廠進水BOD5/COD較穩(wěn)定，在0.7附近小幅波動；BOD5/TP存在一定波動性，基本可保持在20以上。進水水質(zhì)具有較好的可生化性、可達到較好的除磷效果。

(3)污水廠采用SBR工藝對SS、COD、BOD5、NH3-N、TP的平均去除率分別為99.92%、91.39%、92.64%、76.24%、76.67%，其中SS、COD、BOD5平均去除率達到90%以上，去除效果顯著。

(4)污水廠利用SBR工藝抗沖擊負荷能力強的優(yōu)點，通過調(diào)整運行方式和投加藥劑等措施保證在低負荷運行狀態(tài)下出水各指標達到設(shè)計標準。