我國(guó)北方污水處理廠冬季運(yùn)行與管理策略分析

摘要：我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷，水溫低，微生物代謝能力減弱，污染物去除效率降低，影響出水的達(dá)標(biāo)排放，增加污水處理設(shè)施運(yùn)行與管理困難。結(jié)合我國(guó)北方地區(qū)某污水處理廠往年冬季運(yùn)行情況，分析低溫運(yùn)行特點(diǎn)，從而加強(qiáng)安全、設(shè)備與工藝等方面的管理，確保冬季出水達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：污水處理；冬季；低溫；運(yùn)行與管理

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.068

Analysis of Winter Operation and Management Strategies for Sewage Treatment Plants in Northern China

LI Chuangxiu， GAO Yuan， GAO Jianjing

（Jining Zhongshan Public Utilities Water Co.， Ltd.， Jining 272000， China）

Abstract： In Northern China， winter is cold and the water temperature is low， which weakens the metabolic capacity of microorganisms and reduces the efficiency of pollutant removal， affecting the standard discharge of effluent and making it difficult to operate and manage sewage treatment facilities. Based on the winter operation of a sewage treatment plant in Northern China in previous years， the characteristics of low-temperature operation is analyzed， thus strengthening the management of safety， equipment， and processes to ensure that the winter effluent meets the discharge standards.

Keywords： sewage treatment; winter; low-temperature; operation and management

我國(guó)城市生活污水處理廠一般采用活性污泥法和生物膜法作為主體工藝，依靠活性微生物將污水中的有機(jī)污染物降解為小分子物質(zhì)，達(dá)到凈化污水的目的[1]。微生物活性受pH、溫度、有機(jī)負(fù)荷和溶解氧等因素影響，其中溫度與微生物的代謝活性有關(guān)[2]。冬季水溫低，微生物代謝能力減弱，污染物去除效率降低，影響出水的達(dá)標(biāo)排放[3]。當(dāng)水溫小于15 ℃時(shí)，硝化細(xì)菌活性受到抑制，氨氮去除效率降低[4]。我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷，部分地區(qū)最低氣溫在-15 ℃以下，污水處理系統(tǒng)水溫低，增加污水處理設(shè)施運(yùn)行與管理困難。因此，以我國(guó)北方地區(qū)某污水處理廠為例，結(jié)合往年冬季運(yùn)行情況，分析低溫運(yùn)行特點(diǎn)，從而加強(qiáng)安全、設(shè)備和工藝等方面的管理，確保冬季出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1 項(xiàng)目概況

該污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，主要處理城區(qū)的生活污水和工業(yè)廢水，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。生物處理段采用厭氧-缺氧-好氧法（Anaerobic-Anoxic-Oxic，AAO）與移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR）的組合工藝，深度處理采用混凝沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤(pán)濾池過(guò)濾+紫外線/次氯酸鈉消毒的組合工藝，尾水排入運(yùn)河和人工濕地，改善城市水環(huán)境。該污水處理廠配套設(shè)計(jì)規(guī)模8萬(wàn)m3/d的中水回用工程，主要向周邊電廠輸送循環(huán)冷卻水。

2 運(yùn)行情況分析

2022年3月至2023年2月，該污水處理廠的月均水溫介于14.7～24.3 ℃，如圖1所示。日均污水處理量為21.6萬(wàn)m3/d，相比設(shè)計(jì)水量，超過(guò)8%，電能單耗為0.269 kW·h/m3。在年度目標(biāo)體系的指引下，嚴(yán)格遵守生產(chǎn)管理制度，實(shí)施精細(xì)化運(yùn)行與科學(xué)調(diào)控，做到合理加藥與節(jié)能降耗，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。全年進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2、圖3和圖4所示。進(jìn)水化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）的年平均值分別為153 mg/L、83.1 mg/L，進(jìn)水氨氮（NH3-N）、總氮（Total Nitrogen，TN）的年平均值分別為29.88 mg/L、35.24 mg/L。總體來(lái)說(shuō)，進(jìn)水碳氮比偏低，為2.36，廠區(qū)采用補(bǔ)充乙酸鈉作為碳源的方式強(qiáng)化TN的去除。合理控制好氧區(qū)曝氣量，根據(jù)進(jìn)水碳源充足程度，在厭氧區(qū)中部和缺氧區(qū)前部投加液體乙酸鈉，出水氨氮、TN的年平均值分別為0.25 mg/L、11.55 mg/L。在生物除磷基礎(chǔ)上，廠區(qū)采用生物池投加鐵鹽除磷劑，輔以深度處理段投加聚合氯化鋁的方式進(jìn)行化學(xué)除磷，進(jìn)水總磷（Total Phosphorus，TP）的年平均值為3.31 mg/L，出水TP的年平均值為0.38 mg/L。

2022年12月至2023年2月，該污水處理廠的冬季最冷月水溫介于14.7～15.6 ℃。冬季，月均水溫偏低，微生物代謝速率低，生物處理段將活性污泥法與生物膜法有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力，同時(shí)強(qiáng)化低溫脫氮能力。其間，各水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的去除率比較穩(wěn)定，進(jìn)出水COD、BOD5、NH3-N、TN與TP的去除率分別為87.8%、92.8%、98.7%、64.4%和88.1%。

3 冬季運(yùn)行與管理策略

3.1 安全生產(chǎn)

冬季，由于雨、雪與霧等天氣的特殊性，生產(chǎn)作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)顯著增加，應(yīng)更加重視安全管理。要落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，制定安全生產(chǎn)檢查制度，定期組織檢查，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的安全問(wèn)題，限期整改。將安全隱患納入交接班內(nèi)容，建立安全隱患臺(tái)賬，對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患做出預(yù)警與整改，確保污水處理廠冬季運(yùn)行安全。要嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)規(guī)章制度，生產(chǎn)作業(yè)配備完善的防護(hù)工具，注意人身、財(cái)產(chǎn)及作業(yè)安全，預(yù)防安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。要認(rèn)真執(zhí)行巡檢制，尤其是夜間巡回檢查制，人員巡檢要嚴(yán)格落實(shí)雙人制，上下樓梯應(yīng)抓住護(hù)欄，嚴(yán)禁走路看手機(jī)。室外的樓梯、巡檢平臺(tái)及通道要保持清潔干燥，及時(shí)清除積水，防止結(jié)冰。下雪天氣，首先清理巡視路線的積雪，再清理其他設(shè)施的積雪。

3.2 設(shè)備維護(hù)

在低溫環(huán)境下，污水處理廠的設(shè)備易出現(xiàn)故障且維修難度增加。為確保污水處理設(shè)備正常運(yùn)行，預(yù)防冬季低溫對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的不利影響，污水處理廠根據(jù)季節(jié)變化提前做好準(zhǔn)備工作，降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

入冬前，制定設(shè)備維保計(jì)劃，對(duì)廠區(qū)設(shè)備進(jìn)行全面的維護(hù)與檢修，包括更換設(shè)備機(jī)油和潤(rùn)滑脂。梳理低溫下易出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備，納入設(shè)備管理計(jì)劃，并制定應(yīng)急搶修預(yù)案。進(jìn)入冬季前，對(duì)廠內(nèi)供暖設(shè)備、供暖管線進(jìn)行全面的檢查與維護(hù)，保證冬季供暖期間連續(xù)正常運(yùn)行。廠區(qū)內(nèi)給水、污水、空氣、加藥管線和閥門(mén)應(yīng)注意防凍，敷設(shè)保溫棉。對(duì)于裸露在室外的管線及間歇輸送液體的管線，要纏好保溫棉和鋁箔，保證管線內(nèi)液體不凍結(jié)。對(duì)于暫停使用的工藝管線，如綠化中水管道等，應(yīng)將管線中的水提前放空。

保溫措施的施工應(yīng)在冬季到來(lái)前保質(zhì)保量地完成，避免低溫期間施工不便。注意冬季風(fēng)機(jī)房與配電室的保溫工作，提供與運(yùn)行相適應(yīng)的工作環(huán)境，避免設(shè)備因環(huán)境溫度過(guò)低而停機(jī)。注意格柵等關(guān)鍵設(shè)備保溫措施的檢查，定期開(kāi)啟設(shè)備，間歇運(yùn)行設(shè)備調(diào)整為連續(xù)運(yùn)行，防止結(jié)冰[5]。做好防凍鹽水的儲(chǔ)備工作，二沉池刮吸泥機(jī)行車輪路線投加防凍鹽水。格柵輸送機(jī)上的柵渣、浮渣應(yīng)及時(shí)清理，防止柵渣與輸送設(shè)備凍結(jié)。要保證備品備件齊全，如保溫材料、設(shè)備備件、各種型號(hào)的管道與配件等，應(yīng)對(duì)緊急搶修。

3.3 運(yùn)行監(jiān)控

冬季運(yùn)行情況復(fù)雜多變，突發(fā)情況下，工藝調(diào)控不及時(shí)，出水水質(zhì)容易波動(dòng)，因此化驗(yàn)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)過(guò)程儀表參數(shù)、模擬小型試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義，要求運(yùn)行管理人員加強(qiáng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與分析。要加強(qiáng)系統(tǒng)過(guò)程儀表與在線監(jiān)測(cè)儀表的監(jiān)控，參數(shù)異常時(shí)及時(shí)調(diào)整工藝。冬季污水溫度在15 ℃左右，無(wú)法達(dá)到硝化菌及反硝化菌的最適宜溫度，對(duì)氮的去除效果有很大的影響。生物處理系統(tǒng)在好氧池中部與末端均設(shè)有溶解氧儀，監(jiān)控溶解氧含量，冬季氨氮去除效果不佳時(shí)，可通過(guò)增加曝氣量提高硝化速率。生物處理系統(tǒng)缺氧區(qū)出水點(diǎn)位與好氧區(qū)出水點(diǎn)位安裝有硝態(tài)氮儀表，硝態(tài)氮含量升高時(shí)，調(diào)整碳源投加量或回流量。

要做好污泥濃度與沉降比的監(jiān)控管理。冬季溫度較低，微生物活性顯著降低，污泥極易發(fā)生膨脹，引起出水渾濁，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象，對(duì)生物處理系統(tǒng)造成不利影響。因此，定期監(jiān)控污泥沉降比和污泥濃度，關(guān)注污泥的沉降性能。要進(jìn)行碳源反硝化模擬小型試驗(yàn)和除磷劑模擬小型試驗(yàn)，測(cè)定脫氮除磷效果。冬季生物脫氮除磷效率降低，需要投加的化學(xué)藥劑也會(huì)顯著增加，藥劑的質(zhì)量管控對(duì)于節(jié)能降耗有重要意義。碳源模擬小型試驗(yàn)和除磷劑模擬小型試驗(yàn)可以跟蹤藥劑的使用效果，調(diào)整加藥量，指導(dǎo)生產(chǎn)。另外，要加強(qiáng)重點(diǎn)部位點(diǎn)檢與巡視，保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，曝氣沉砂池和二沉池浮渣槽、刮吸泥橋以及格柵不結(jié)冰。

3.4 工藝調(diào)控

該污水處理廠根據(jù)以往冬季運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際工藝控制參數(shù)，針對(duì)出水指標(biāo)提出適合低溫特點(diǎn)的調(diào)控措施。

3.4.1 出水氨氮的調(diào)控措施

減少污泥排放，適當(dāng)提高污泥濃度，增加污泥齡，通過(guò)補(bǔ)充硝化細(xì)菌的數(shù)量和豐度提高氨氮去除能力。冬季，該污水處理廠將污泥濃度控制在6 000～7 000 mg/L，污泥齡控制在15～25 d。針對(duì)出水氨氮不穩(wěn)定的情況，可以通過(guò)適當(dāng)增加曝氣控制水溫，提高生物池溶解氧濃度，使其保持在2～4 mg/L，為硝化反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件，進(jìn)一步降低出水氨氮濃度。

3.4.2 出水總氮的調(diào)控措施

生產(chǎn)過(guò)程中，在滿足出水氨氮達(dá)標(biāo)的前提下，將生物池末端溶解氧濃度控制在2 mg/L以下，利用生物池后段消氧區(qū)進(jìn)一步降低溶解氧濃度，避免內(nèi)回流液破壞缺氧區(qū)的缺氧環(huán)境。根據(jù)出水總氮情況調(diào)整內(nèi)回流比（0%～200%），進(jìn)水總氮異常升高時(shí)，增開(kāi)內(nèi)回流泵。要提供充足的碳源，儲(chǔ)備充足的乙酸鈉備用，結(jié)合缺氧區(qū)出水和好氧區(qū)出水硝態(tài)氮儀表數(shù)據(jù)調(diào)整乙酸鈉投加量，好氧區(qū)出水硝態(tài)氮濃度逐步上升且超過(guò)13 mg/L時(shí)，增加加藥量。出水硝態(tài)氮濃度恢復(fù)12 mg/L以下，降低加藥量。在進(jìn)水COD偏低、碳氮比失衡等進(jìn)水異常的條件下，現(xiàn)有加藥系統(tǒng)不能滿足工藝使用要求，人工應(yīng)急投加葡萄糖，保證反硝化碳源充足。在生物處理系統(tǒng)中，反硝化細(xì)菌受溫度影響，活性較低，出水總氮較高時(shí)，可應(yīng)急投加反硝化菌種強(qiáng)化脫氮能力。

3.4.3 出水總磷的調(diào)控措施

為了保證剩余污泥的正常排放，要監(jiān)控生物池污泥濃度與沉降比的變化，均勻排泥，使得污泥濃度變化穩(wěn)定。冬季生物除磷效果降低后，要增大除磷藥劑的投加量。密切關(guān)注二沉池出水在線磷酸鹽儀表，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整生物池出水點(diǎn)位和混凝沉淀池除磷藥劑的投加量。二沉池出水在線磷酸鹽儀表數(shù)據(jù)控制在0.7 mg/L作為預(yù)警上限值。在厭氧區(qū)前部投加乙酸鈉，提高生物除磷所需的碳源量。

3.4.4 出水懸浮物的調(diào)控措施

關(guān)注二沉池泥位，盡量控制在低泥位運(yùn)行，避免高泥位運(yùn)行造成跑泥。除磷藥劑投加量增大后，將混凝沉淀池產(chǎn)生的化學(xué)污泥及時(shí)排入濃縮池進(jìn)行脫水，避免混凝沉淀池跑泥引起濾布濾池超負(fù)荷運(yùn)行。關(guān)注濾布濾池運(yùn)行狀況、出水懸浮物情況，如出現(xiàn)出水渾濁等跑泥現(xiàn)象，檢查設(shè)備運(yùn)行狀況。要關(guān)注二沉池污泥沉降情況，如出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，及時(shí)調(diào)整工藝。

3.5 生產(chǎn)后勤

儲(chǔ)備生產(chǎn)藥劑，確保藥品儲(chǔ)備充足，及時(shí)補(bǔ)充藥劑，避免雨、雪和大霧等復(fù)雜天氣時(shí)藥品運(yùn)輸困難。儲(chǔ)備微生物菌種，低溫天氣微生物活性降低，根據(jù)生產(chǎn)需要，及時(shí)進(jìn)行微生物菌種尤其是反硝化菌種的補(bǔ)充。提前備好冬季用的防凍工業(yè)鹽與沙。儲(chǔ)備室外作業(yè)的勞動(dòng)防護(hù)用品，如手套、防滑鞋和清掃積雪的工具等。儲(chǔ)備醫(yī)用藥品，如凍瘡膏、碘伏和繃帶等。

4 結(jié)論

我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷，污水處理系統(tǒng)水溫低，污水處理設(shè)施運(yùn)行與管理困難增加。針對(duì)低溫環(huán)境，該污水處理廠有較為成熟的運(yùn)行與管理策略，可以為其他市政污水處理廠設(shè)備、工藝和安全等方面的冬季運(yùn)行與管理提供經(jīng)驗(yàn)。冬季水溫低，微生物活性不高，只有做好運(yùn)行管理與調(diào)控，才能確保出水水質(zhì)連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

1 武 強(qiáng)，彭 程，徐 旭，等.北方地區(qū)污水處理廠冬季運(yùn)行問(wèn)題及措施[J].廣東化工，2020（22）：83-84.

2 楊 紅，白文龍，梅小樂(lè)，等.寒冷地區(qū)冬季脫氮除磷工藝調(diào)控及效果分析[J].中國(guó)給水排水，2021（6）：107-111.

3 錢(qián) 程，任麗波，姚 瑤.寒冷地區(qū)冬季低溫對(duì)污水處理廠運(yùn)行效率的影響研究[J].中國(guó)給水排水，2008（5）：84-86.

4 孫俊楠，常 凱，婁海巖.化工園區(qū)綜合污水處理廠冬季運(yùn)行管理實(shí)踐[J].給水排水，2021（1）：276-283.

5 宮艷萍，王新建，朱 焱.北方地區(qū)城市污水廠冬季運(yùn)行管理[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2005（5）：30-31.

作者簡(jiǎn)介：李闖修（1991—），男，山東魚(yú)臺(tái)人，碩士，工程師。研究方向：污水處理與資源化利用。