高海拔寒冷地區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濟較發達的城鎮,大都鋪設有污水管網和污水處理廠,可以實現污水集中處理;但在我國高海拔寒冷地區,地理位置偏遠、海拔較高、經濟欠發達,常年氣溫偏低,溫差較大,適合當地氣候條件的污水處理技術很少,即使能夠實現有效收集,當地污水處理廠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的高海拔寒冷地帶地廣人稀,地處偏遠、經濟發展緩慢,嚴重缺乏技術過硬的專業人才,對于某些適合高海拔寒冷地區的污水處理工藝由于操作技術要求較高,所以較難實現工藝普及.

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、污水處理不穩定等特點,通過對我省高海拔寒冷地區城鎮污水處理技術的現狀調查分析,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,現有收集管網10.23公里,建設規模為日處理污水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

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

表1 某縣污水處理廠進、出水水質

3.運行數據

該污水處理廠運行監測數據：污水處理廠外排水質監測因子pH、氨氮、懸浮物、總氮、總汞、總鎘、總鉻、總砷和總鉛的監測值均達到《城鎮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、總磷和氨氮的監測值均未達到《城鎮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測數據

二、高海拔寒冷地區污水處理廠影響因素分析

現場調研結果顯示：高海拔寒冷地區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

高海拔寒冷地區具有特殊的自然環境,即高海拔、溫度低、溫差大,這三者均會對污水處理效果產生相應影響。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；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量濃度值,溶解氧質量濃度值會對污水處理效果產生影響。根據相關文獻報道,在高海拔寒冷地區供氧系數值遠大于1.61,部分供氧系數值甚至為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,活性污泥會因此發黑發臭,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,產生污泥膨脹,影響出水水質。

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,污水處理效率會下降。

高海拔寒冷地區的低水溫會造成微生物數量和質量降低、世代時間變長、降解能力變弱、污泥沉降性能變差,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。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。

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發生變化,要達到相關處理效率必須經過一定時間的適應后才可以實現,有時這個適應時間高達數天,顯然這對短周期水溫變化污水處理系統不太現實。

(二)影響高海拔寒冷地區污水處理廠運行的人為因素

目前,高海拔寒冷地區污水處理廠進水濃度偏低是該區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：經濟水平低、污水管網破舊、雨污合流等因素。

1.經濟水平低

經濟水平低下使得生活水平落后,節水型衛生器價格較高,在經濟欠發達的地區還不能普及,傳統衛生器具耗水量過大,從而降低了污水COD濃度,且服務區區域內無較高的工業污染源,導致進水COD濃度較低。

2.污水管網破舊、污水處理廠配套設施不全

根據現場調研,這些地區的市政管網使用時間較長,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。高海拔寒冷地區經濟欠發達,多數區域仍是雨污合流,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量濃度值,溶解氧質量濃度值會對污水處理效果產生影響。根據相關文獻報道,在高海拔寒冷地區供氧系數值遠大于1.61,部分供氧系數值甚至為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,活性污泥會因此發黑發臭,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,產生污泥膨脹,影響出水水質。

三、高海拔寒冷地區污水處理廠設計方案

根據調研和高海拔寒冷地區污水廠實際運行狀況,提出了一套適合高海拔寒冷地區污水處理工藝：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 高海拔寒冷地區污水處理推薦工藝

工藝的優勢：厭氧池中利用太陽能預熱污水可以解決高原地區氣溫低、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,可節約占地并起到保溫作用；考慮到高原地區氧氣稀薄,在潛流人工濕地設自然復氧區可以促進自動增氧,保證有機物、N、P的去除效率,實現回用。具體工藝見圖2：

四、結論

現有高海拔寒冷地區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污水處理面臨的問題。