抽水蓄能電站建設期生活污水特性及處理

0 引言

中國已于2020年提出“雙碳”目標，即2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和[1]。據國家能源局統計，電力行業碳排放約占全國總碳排放量的 40% ，且已被列人“碳減排治理”核心對象名單[2]。因此，實現“雙碳”目標的關鍵在于大力發展風電、光伏、核電等清潔能源，優化能源結構，實現電力行業低碳轉型[3]。抽水蓄能電站因其運行靈活、技術成熟、經濟環保，以及可為電力系統提供轉動慣量等優勢，已成為目前支撐新能源發展的重要手段[4]。國家能源局于2021年發布的《抽水蓄能中長期發展規劃（ 2021～2035 年）》中指出，到2030年，抽水蓄能投產總規模較“十四五”期間再翻一番，總裝機容量達到120GW左右[5]。綜上，抽水蓄能電站的建設是輔助中國電力行業低碳轉型的重要手段。

然而，抽水蓄能電站在建設過程中會產生大量的生產廢水（砂石系統廢水、洞室廢水、混凝土廢水等）和生活污水[6-7]。盡管生活污水產生量相對較低，但由于其處理設施可能是電站建成后的永久保留設施，其設計和運行管理需考慮長期運行的可行性和穩定性。自前，應用較普遍的生活污水處理工藝包括 A/O 、接觸氧化、MBR、SBR等工藝。徐寶琨[8選用使用廣泛、技術成熟的地埋式 A/0 一體化污水處理器處理水電站生活污水，處理后出水達到綜合利用需求，但缺少工藝選擇的水質特性依據。王環武等借鑒農村分散生活污水處理現狀，結合大型水電站實例，證明 A/0 接觸氧化 + 沸石過濾技術適用于水電站生活污水處理。吳緒偉等[10]通過對溪洛渡水電站生活污水處理運行探討，發現設計水質較實際水質濃度偏高，導致_N，P 去除較差。張麗亞[ 基于實例分析了SBR適合在水電站生活營地中推廣應用。以上研究主要集中在生活污水處理工藝運行效果的驗證上，缺乏對建設期生活污水排放規律、水質特性的研究，即缺乏對處理工藝系統性選擇的依據，缺少對工藝設計和運行的建議。此外，譚奇林[12基于水電工程施工期生活污水的特點，探討了適合施工期生活污水的集中和分散處理模式，但缺少對處理模式的系統性研究。因此，為實現抽水蓄能電站建設期生活污水的有效處理，需構建選擇和設計生活污水處理工藝的方法體系。

鑒于目前對抽水蓄能電站建設期生活污水處理工藝設計和運行上存在的問題，本研究選取了國內處于建設期的5座抽水蓄能電站作為研究對象，通過分析其生活污水排放規律、水質特性和水質組分，從處理模式、處理規模、工藝選擇和優化等角度提出建議，為抽水蓄能電站建設期生活污水處理系統設計和運行管理提供借鑒。

1數據來源與分析方法

1.1 案例概況

本研究選取了5個不同地區處于建設初期的抽水蓄能電站作為研究對象： ① 安徽TC電站，采用MBR一體化處理設施，處理規模為 390m³/d ② 江蘇JR電站，采用接觸氧化池 +MBR 一體化處理設施，處理規模為 168m³/d ③ 浙江ZA 電站，采用 MBR一體化污水處理設施，處理規模為 70m³/d ④ 新疆FK電站，采用AAO一體化處理設施，處理規模為 360m³/d ：⑤ 內蒙古CF電站，采用AAO一體化處理設施，處理規模為 15m³/d 。

1.2水樣采集及水質分析方法

通過對抽水蓄能電站主體工程施工期間的生活污水處理設施進水流量進行在線監測，獲取水量數據，實時記錄污水的流入量，為分析污水排放規律提供了準確的時間序列數據。水質樣品依據HJ/T91-2002《地表水和污水監測技術規范》規定的采樣方式由采樣人員進行采集，然后送至水質分析實驗室進行分析。本研究涵蓋了多個水質參數，包括懸浮物（SS）、化學需氧量（ COD_Cr ）、氨氮、總氮（TN）、總磷（TP）、動植物油類和石油類等。具體分析方法如下：懸浮物（SS）測定采用重量法，參考GB/T11901-1989《水質懸浮物的測定重量法》；化學需氧量測定采用快速消解分光光度法，參考HJ/T399-2007《水質化學需氧量的測定快速消解分光光度法》；氨氮測定采用納氏試劑分光光度法，參考HJ535-2009《水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法》；總氮測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，參考HJ636-2012《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》；總磷測定采用鉬酸銨分光光度法，參考GB/T11893-1989《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》；動植物油類和石油類采用紅外分光光度法，參考HJ637-2018《水質石油類和動植物油類的測定紅外分光光度法》。

1.3 數據分析方法

本研究通過時間序列研究排放規律特性，基于3個時間維度（時、日、月）分析，獲得排放的產生規模和波動性規律，分別指導規模和模式設計。同時，通過統計方法和組分分析方法深入分析水質特性，識別關鍵處理指標，為工藝選擇和運行優化提供依據。

2污水排放規律特性

以江蘇JR電站為案例，開展污水排放規律研究。JR電站工程籌建期為24月，第25月進人主體工程施工期，總工期為112月。生活污水包括上水庫生活區、公路施工營地、出渣洞生活區和業主營地生活區參與施工建設、管理等人員生活產生的污水。

2.1月度排放規律分析

對生活污水產水量進行逐月分析，如圖1所示。從圖1可知，2024年1月與3月日產水量較大，2024年2月日產水量有所回落，2023年9月、10月和2024年5月日產水量較少。對照電站的投入勞動力計劃可知（圖2），根據工程項目的進展，2023年9，10月施工勞動力配置較其他月份少，導致產水量較少。2024年2月受春節假期，4，5月受施工進度安排和清明、五一假期的雙重影響，導致產水量較少。

2.2 日處理水量分析

生活污水日處理水量如圖3所示，生活污水日處理水量均值為 76.5m³/d ，處理負荷均值為 40.7% ，約有 20.2% 的天數超負荷運行。生活污水日產生量波動性大，整體處理負荷低，但仍有超負荷運行時段，且超負荷運行時間約占統計時段的1/5。

2.3小時處理水量波動性分析

為進一步研究抽水蓄能電站建設期生活污水排放規律情況，對生活污水日處理情況按小時進行分析。圖4為生活污水處理設施每小時處理波動情況，從圖4可知，污水處理設施1d的處理水量具有明顯的波動性，來水峰值基本集中于每日上午 08：00～10：00 下午 17：00～19：00 ，且白天的水量整體較夜間多。圖5為生活污水處理設施運行時長統計，生活污水處理設施日均處理時長為 ^10h ，這是由于生活污水每小時的產水量不均，來水流量無法達到處理設施設計流量，導致設備處于間歇斷流狀態，且間歇斷流時段也大多集中于夜間（ 22：00 至次日 ）。間歇斷流時長與設計規模和設施布設位置密切相關，設計規模越大，來水量小于設計水量效應更明顯；處理設施離生活營地越遠，污水收集越困難，斷流時間越長。

綜上所述，抽水蓄能電站建設期生活污水受工序、假期及人員用水習慣等因素影響，生活污水水量時、日變化大，經常出現瞬時超負荷運行情況和間歇斷流狀態。

3 污水水質特征

3.1 濃度特征

抽水蓄能電站生活污水中的各類污染物濃度如圖6所示。生活污水SS濃度為 163.8±134.1mg/L. 石油類濃度為 5.72±1.90mg/L. 動植物油類濃度9.22±5.38mg/L，COD_Cr 濃度為 312±186.7mg/L，TN 濃度為 97.6±18.2mg/L， 氨氮濃度為 63. 1± 16. 9mg/L，TP 濃度為 4.10±0.88mg/L ，與已有研究中花園水電站[8]、金沙江旭龍水電站[13]、西藏扎拉水電站[14]排放的生活污水 COD_Cr 氨氮濃度接近。

COD_Cr，TN 、氨氮、含油物質濃度較常規市政污水高，這是由于抽水蓄能電站施工期的生活污水大多數是黑水與灰水混合處理，人類糞便和尿液貢獻了大量的 cop_cr 和氨[15]，餐廚廢水引人了大量的含油物質。不同地區電站生活污水濃度差異較大，主要是由于不同地區施工人員的生活習慣、地理氣候和飲食文化存在差異，這點與農村生活污水類似。侯京衛等[1和劉曉慧[17]對中國12個省市的農村生活污水進行了實地調研，發現不同地區農村生活污水中主要污染物濃度相差較為懸殊，各地最高濃度和最低濃度相差可達數十倍。

生活污水經處理后出水，若直接排放，執行GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準，或是按照排放地的相關標準執行；若是回用，則執行GB/T18920-2002《城市污水再生利用城市雜用水水質》標準，有灌溉需求的還應執行GB5084-2005《農田灌溉水質標準》。綜上，有機物、含氮污染物的去除是生活污水處理的重點，部分地區電站還需要去除石油類和動植物油類。

3.2 水質組分特征

污水中有機物含量對活性污泥系統脫氮效果影響較大，當污水中有機物含量不足，即碳氮比（C/N）較低時，污水處理系統的脫氮效果會受到嚴重影響[18]。國際水協（IWA）提出的活性污泥ASM1模型指出，反硝化過程所需的理論 COD_Cr/TN 應超過 8.67^[19] 。5座電站的水質組分特征如圖7所示，從圖7（a）中可知，抽水蓄能電站建設期生活污水 C/N 均值為 3.69±2.77 ，遠遠低于反硝化過程需要的 COD_Cr/TN 理論值8.67，且各電站間的C/N差異較大。對于本文研究的5座抽水蓄能電站，在TN的去除上，均處于進水碳源不足的狀態。因此，在進行生活污水處理時，應選擇適用的處理工藝或優化手段。

生物除磷效率也由污水中有機物含量決定。有研究表明，去除 1mg 的磷酸鹽需要 20mg 的 cop_cr ，為滿足生物除磷的需求， BOD₅/TP 應大于等于 15^[20] ，折換為 COD_Cr/TP 則應大于等于25。從圖7（b）中可知，抽水蓄能電站建設期生活污水C/P均值為 70.47± 50.49，可滿足生物除磷需求。

如圖7（c）所示，5座電站進水 SS/COD_cr 均值為0.71±0.70 ，僅CF電站進水 SS/COD_Cr 大于1.2，這表明，CF電站建設期生活污水具有典型高 ss/cop_cr 特性。已有研究表明，當進水 ss/cop_cr 高于1.2時，宜設置高效初沉發酵池，在去除進水懸浮物的同時改善生物池進水C/N[21]

4 設計運行建議

4.1處理與運行模式選擇

建設期生活污水當前處理模式主要有4種：接入市政管網、收集委外處理、施工場地集中式處理、施工場地分散式處理。選擇一個適宜的模式需要綜合考慮以下因素：污水產水量、占地面積、距城（鎮）市政管網/污水處理廠的距離、是否永久保留、集中收集難易程度等。

抽水蓄能電站多建設于山區，人口相對較少或為人跡罕至地區[21]。受地形條件等多種因素限制，抽水蓄能電站建設期生活污水往往難以接人市政管網。本文以JR電站為例，對產水量進行監測，得出生活污水產水量存在顯著的波動性，峰值主要集中在每日 和 17：00～19：00 。根據上述數據，建議選擇集中式或分散式處理模式。集中式處理適用于施工區域集中、生活區距離較近的情況。集中式處理宜按常規污水處理站建設，選擇土建構筑物進行設計，并以重力流方式連通布置。分散式處理適用于施工標段分布廣泛、管網布設難度大的情況，設計上宜選擇成套污水處理設施，并設計為可移動式。

針對集中和分散式處理設施，宜考慮經濟性，不建議采用建設和維護成本高或需專業人員管理的工藝；宜考慮比選節能型設備和技術，如變頻泵、智能控制系統等；宜考慮可持續性，采用耐久性強、可靠性高的材料和設備。

對JR電站工程污水處理設施運行情況進行統計表明，日處理水量波動大，存在瞬時超負荷現象，一天中污水處理設施存在間歇斷流的情況。這主要是由于抽水蓄能電站建設期間，日產水量遠低于污水處理設計規模，導致污水處理設施長期處于間歇運行狀態，這將對污泥系統活性污泥的生化性產生直接影響。由于有機物的不足，活性污泥長期處在饑餓狀態，細菌會通過調整自身代謝，降低對能源的需求，從而導致活性降低[22]。而且，由于長期缺乏營養物質，細菌也可能通過胞內物質來維持自身的種群活動，從而導致細胞死亡[23]。因而，合理的處理規模和運行模式是維持高效、穩定運行的重要因素。

基于前文2.3節的調研統計結果，建議采用多規模模塊化裝配式設計，以適應不同水量需求。同時，應設計靈活的運行模式，如在間歇運行期間維持活性污泥的生化性，以應對水量波動和間歇斷流。生活污水處理規模應基于施工人員的總數和人均排水量。由于不同地區的人均排水量存在較大差異，確定人均排水量時應綜合考慮當地的氣候、環境以及施工人員用水習慣等因素。此外，為適應生活污水大幅度的水量變化，應采用間歇式處理模式，一方面可對污水處理設施采用多規模模塊化裝配式設計，可根據水量選擇模塊，并可在停止模式下適當投加營養物質，或維持低氣量曝氣保證生物活性。另一方面可設計分階段處理方案，在人數少、排量少時，選擇化糞池-沉淀池-隔油池等低成本方案，在施工高峰期，人數多時，采用成套生活污水處理設施。

4.2 工藝選擇與優化

通過對5座電站生活污水水質進行測試，得出建設期生活污水污染物濃度較常規城鎮生活污水偏高[24]，且存在部分電站含油物質濃度較高的情況。

基于此，針對新建生活污水處理系統，若生活污水進水可生化性較好、碳氮比較高，可以選擇活性污泥法，如 A²0 、SBR等工藝，出水水質要求較高時可選擇MBR生物膜工藝或增加深度處理段。黃晨梅等[25]研究表明 A²O 工藝可去除一定的油類物質，但若油類物質濃度較高，還應在生化段前端增加隔油池。若生活污水進水碳氮比較低，應充分考慮化糞池建設的必要性，化糞池利用沉淀和厭氧發酵作用，可去除污水中的懸浮物、病原微生物和有機物[26]，但由于缺乏氧氣，無法進行TN的去除，因而進一步降低碳氮比，有研究表明，經化糞池處理后，碳氮比可降低 23% 左右[27]。除考慮進水水質外，進行新建的生活污水處理系統工藝選擇時，還應考慮建設和運行成本。彭杰等[28]設計了小型地埋式一體化SBR設備處理蘇州地區的農村生活污水，噸水處理成本低至0.95元；郭海林等[2以A²O+MBR 為主體工藝設計了一體化污水處理裝置，運行成本為 ;張嘉豪[30]采用AAO一體化設備處理佛山市農村污水，電費、藥劑及污泥清運費噸水運行成本為0.92元。由此可見，活性污泥法工藝間的運行成本差異較小，但明顯低于生物膜法。

針對已有工藝，可以通過工藝優化增強生化段的脫氮除磷能力，如提高內回流比、投加外加碳源，嚴鈐鯤等[31]通過回流控制、碳源投加等工藝調控方式，解決了江西某污水處理廠因進水C/N失衡造成的出水TN 超標問題。控制低溶氧運行，吳芳磊等[32]依托山東某污水處理廠，通過長期低DO運行策略，實現了碳源零投加，TN平均去除率由 76.3% 提升至 82.9% 。王利超等[33]通過延長水力停留時間，解決了德州市某污水處理廠COD、氨氮、TN等污染物處理效率低，水量難以提升的問題。曾勇等[34通過在貴州高原某污水處理廠內投加懸浮載體，實現了出水水質由原先的一級B標準提升至一級A標準。

除工藝優化外，為增強污水處理能動性，降低處理成本，保障出水水質，建議在污水處理設施中增加智能監測及控制措施，劉夢等[35]將智能調控技術應用于江蘇省某農村污水處理項目，使生化系統具備相對穩定的進水流量，改善了活性污泥性狀，節約 50% 的運行成本。于懷星等[36]利用全自動數據采集及短程精準曝氣智能控制系統，使汕頭某污水處理廠氧利用效率提高約 11% 。邱鑄毅[37]通過污水脫氮的智能控制策略，實現了平均曝氣能耗降低 43.86kWh/d ，出水總氮含量均值降低 0.97mg/L 。

對污水處理效果進行客觀、科學的評估，有助于識別潛在問題并及時采取應對措施，保障污水處理的穩定運行。因此，建立一個完善、長期有效的污水處理評估和反饋機制是必要且有意義的。賀玉曉等[3以15座農村污水處理設施為評價對象，從經濟、技術和管理

3個層面建立了評價指標體系，利用多準則決策理論構建了評價模型，對規劃設計和運行管理兩階段進行評價，得到了各農村污水處理設施運行效果的優劣排序，可為農村污水處理設施規劃設計和運行管理提供技術支撐。郜闊等[39]建立了包括技術特征、經濟特征2項16個指標的評估體系，采用層次分析法，綜合評估了6套農村污水一體化處理設備1a的運行狀況，得出影響設備表現的關鍵因素，為一體化處理設備選擇提供參考。

綜上，本研究通過對污水排放規律和水質特征的分析，從處理模式、運行模式、工藝選擇與優化等角度給出了建議（表1），為抽水蓄能電站建設期生活污水處理的系統設計和運行管理提供借鑒。

5 結論與建議

本研究通過對5座處于建設期的抽水蓄能電站生活污水的排放規律和水質特性進行深人分析，針對建設期生活污水處理設計及運行優化，得出以下結論和建議。

（1）處理模式的選擇。研究總結了4種主要的生活污水處理模式，并強調了根據占地面積、集中收集的難易程度、設施是否為永久性保留等因素進行綜合考量的重要性。選擇最合適的處理模式對于確保污水處理的有效性和經濟性至關重要。

（2）水量波動性的適應性設計。生活污水產水量易受工序、假期、用水習慣等影響，水量波動性極大，并且在某種情況下可能存在間歇斷流現象。因此，合理確定處理設施規模至關重要。建議采用多規模模塊化裝配式設計，以提高對水量變化的適應性和靈活性。

（3）水質特性的深入研究和工藝選擇。生活污水的特征污染物與城鎮生活污水具有一致性，但不同電站之間污染物濃度存在較大差異，且普遍存在碳氮比較低的問題。對于新建的污水處理工藝，應根據水質特點優選處理工藝和微生物種類，以提高系統的處理效率和效果。對于已有的工藝，建議通過工藝優化措施來增強生化段的脫氮除磷能力。

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（編輯：李慧）

Characteristics and treatment of domestic wastewater during pumped storage power stations construction period

LIU Chao1，YAN Kai1 ，ZHANG Yongping1，LIU Xuejie2，SHI Peipei2，MA Xueyan3，QIU Yong3 （1.AnhuiTongchengPumpedStorageCo.，td.ongcheng140China；.ResearchIstituteforEironmentalIotion （Suzhou）Tsinghua，Suzhou5oo，China；3.hoolofEnvironment，Tinghua University，BeijingOo84，China）

Abstract：Inorder to systematicallyinvestigate thedischargeprofilesand waterqualitycharacteristicsof domestic wastewater during the construction period of pumped storagepower stations，toscientifically guidethe designof wastewater treatment processes，and to facilitatethelow-carbon transitionof China’spower industry.We implemented fieldresearchand dataanalysis methods to systematicallanalyze the discharge patems，water qualitycharacteristics，and water quality components of domestic sewage from five pumped storage power stations during construction phases in China.The results showed thatthe discharge of domestic wastewater during the construction period exhibited cyclical changes，closelyrelated toconstruction activities.In terms ofwaterqualitycharacteristics，there were diferences among power stations.Theremoval oforganicmaterandnitrogen-containing polutants waskeyfocusof treatment.It was found that wastewatercontained higher levels of grease in some power stations，which posed higherdemands on wastewater treatment processes.The research findings can provide areference for the design and operation of wastewater treatment processes during the construction period of pumped storage power stations.

Key Words： pumped storage power stations；domestic wastewater；discharge pattern；water quality characteristics