高海拔寒冷地区污水处理厂运行影响因素探析——以某污水处理厂为例

(四川大学建筑与环境学院 四川 成都 610065)

当今,防止水体污染最有效的方法之一就是加强对城市废水的收集和处理.在我国大中城市和经济较发达的城镇,大都铺设有污水管网和污水处理厂,可以实现污水集中处理;但在我国高海拔寒冷地区,地理位置偏远、海拔较高、经济欠发达,常年气温偏低,温差较大,适合当地气候条件的污水处理技术很少,即使能够实现有效收集,当地污水处理厂的出水也难以达到相关标准,加之污水收集率偏低更是使水污染和水资源浪费的情况雪上加霜.不仅如此,考虑到我国西南片区的高海拔寒冷地带地广人稀,地处偏远、经济发展缓慢,严重缺乏技术过硬的专业人才,对于某些适合高海拔寒冷地区的污水处理工艺由于操作技术要求较高,所以较难实现工艺普及.

正是由于我国高海拔寒冷地带污水处理面临如此多的局限性,针对高海拔寒冷地区的污水处理厂存在进水温度常年较低、污染物浓度偏低、污水处理不稳定等特点,通过对我省高海拔寒冷地区城镇污水处理技术的现状调查分析,找出问题并提出相应的对策和措施,选择适宜的污水处理工艺确保污水处理厂的稳定运行对缓解水污染形势是非常有意义的.

一、四川省阿坝州某县污水处理厂

(一)污水处理厂概况

污水处理厂位于四川省西北部高原东南部,阿坝州的中部,占地7.14亩,总投资2242.66万元,现有收集管网10.23公里,建设规模为日处理污水1万吨,2007年5月通过验收后正式运行.

(二)工程设计

1.工艺流程

本污水处理厂采用以活性污泥为主的CASS工艺.城市污水管网来水通过粗格栅、细格栅去除漂浮物后,进入CASS生化池去除各种污染物,出水经消毒后即可达标排放.贮泥池排放污泥由带式浓缩一体机脱水后送往垃圾处理厂处理.工艺流程图见图1.

图1 某县污水处理厂工艺流程图

2.进、出水水质

本污水处理厂接纳的污水全部为生活污水,不接纳工矿企业排放的废水,污水处理厂进水水质见表1所示.

表1 某县污水处理厂进、出水水质

3.运行数据

该污水处理厂运行监测数据：污水处理厂外排水质监测因子pH、氨氮、悬浮物、总氮、总汞、总镉、总铬、总砷和总铅的监测值均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)表1中一级B标准,化学需氧量、总磷和氨氮的监测值均未达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)表1中一级B标准,其中,化学需氧量超标2.48倍,总磷超标0.19倍,氨氮超标0.15倍.详见表2.

表2 某县污水处理厂运行监测数据

二、高海拔寒冷地区污水处理厂影响因素分析

现场调研结果显示：高海拔寒冷地区污水处理厂超标排放的影响因素分为自然因素和人为因素。

(一)自然因素

高海拔寒冷地区具有特殊的自然环境,即高海拔、温度低、温差大,这三者均会对污水处理效果产生相应影响。海拔对污水处理效果的影响主要通过海拔→气压→溶解氧实现；水温主要通过对微生物生长过程、微生物降解速率、微生物酶促反应速度、脱氮除磷、污泥性能等的影响对污水处理效果产生影响；紫外线对污水处理效果是抑制还是增效尚待进一步研究确定。

1.高海拔对污水处理的影响

高海拔会引起低气压,而低气压会影响污水中溶解氧质量浓度值,溶解氧质量浓度值会对污水处理效果产生影响。根据相关文献报道,在高海拔寒冷地区供氧系数值远大于1.61,部分供氧系数值甚至为1.61的2倍以上。如果溶解氧过低,好氧微生物正常的代谢活动就会下降,活性污泥会因此发黑发臭,进而使其处理污水的能力受到影响。而且溶解氧过低,易于滋生丝状菌,产生污泥膨胀,影响出水水质。

2.低水温对污水处理的影响

水温对污水处理效果的影响有：微生物生长过程、微生物降解速率、微生物酶促反应速度、脱氮除磷、污泥性能等方面。一般污水处理过程中水温低于10℃即为低温,当水温低于5.6℃时大部分微生物处于休眠状态,污水处理效率会下降。

高海拔寒冷地区的低水温会造成微生物数量和质量降低、世代时间变长、降解能力变弱、污泥沉降性能变差,进而造成有机物去除效果和脱氮除磷效果变差,影响出水水质。同时,水温过低对污水处理厂设备的维护和运行也有很大的挑战。

表3 水温变化对污水各处理段影响

3.温差大

高海拔寒冷地区气温最大的特点就是日温差大,昼夜温差大势必会影响到水温的变化。查询现有的水温资料表明：某县污水同一日最低温度为8℃,最高温度为12.5℃,日水温差高达4.5℃。污水温度变化必然导致其出水水质发生变化,要达到相关处理效率必须经过一定时间的适应后才可以实现,有时这个适应时间高达数天,显然这对短周期水温变化污水处理系统不太现实。

(二)影响高海拔寒冷地区污水处理厂运行的人为因素

目前,高海拔寒冷地区污水处理厂进水浓度偏低是该区域污水处理厂共同面临的问题,人为因素造成进水浓度偏低主要有：经济水平低、污水管网破旧、雨污合流等因素。

1.经济水平低

经济水平低下使得生活水平落后,节水型卫生器价格较高,在经济欠发达的地区还不能普及,传统卫生器具耗水量过大,从而降低了污水COD浓度,且服务区区域内无较高的工业污染源,导致进水COD浓度较低。

2.污水管网破旧、污水处理厂配套设施不全

根据现场调研,这些地区的市政管网使用时间较长,缺乏维护,因管道老化、破损渗入大量地下水,在很大程度上降低污水中COD浓度。假设地下水渗入量占25%,生活污水源头的COD为220mg/L,为了考察地下水渗入对污水水质的影响,利用均匀混合公式推断计算出地下水渗入后污水的COD可降至175mg/L,下降了20%；另污水处理厂的配套设施不齐全也会造成污水处理厂运行状况不佳。

3.雨污合流

雨污合流是造成城市污水处理厂进水浓度偏低的主要原因。高海拔寒冷地区经济欠发达,多数区域仍是雨污合流,导致污水处理厂接纳处理的污水浓度偏低影响其运行效率。

高海拔会引起低气压,而低气压会影响污水中溶解氧质量浓度值,溶解氧质量浓度值会对污水处理效果产生影响。根据相关文献报道,在高海拔寒冷地区供氧系数值远大于1.61,部分供氧系数值甚至为1.61的2倍以上。如果溶解氧过低,好氧微生物正常的代谢活动就会下降,活性污泥会因此发黑发臭,进而使其处理污水的能力受到影响。而且溶解氧过低,易于滋生丝状菌,产生污泥膨胀,影响出水水质。

三、高海拔寒冷地区污水处理厂设计方案

根据调研和高海拔寒冷地区污水厂实际运行状况,提出了一套适合高海拔寒冷地区污水处理工艺：充分利用太阳能预热污水,并采用地埋式一体化生物接触氧化/复合式人工湿地工艺处理污水。

图2 高海拔寒冷地区污水处理推荐工艺

工艺的优势：厌氧池中利用太阳能预热污水可以解决高原地区气温低、昼夜温差大造成的生物处理水温过低和冰冻等问题；在高原地区选用生物处理曝气设备时应增大曝气量,提供充足的溶解氧以保证有机物、N、P的去除率；二级处理设施设计成地埋式一体化,可节约占地并起到保温作用；考虑到高原地区氧气稀薄,在潜流人工湿地设自然复氧区可以促进自动增氧,保证有机物、N、P的去除效率,实现回用。具体工艺见图2：

四、结论

现有高海拔寒冷地区污水处理厂存在的问题主要问题有：

(1)温度过低对生物处理单元的影响、压强过低对溶解氧的要求和供氧设备的要求与平原有差异；

(2)冬季运行方案、污水处理厂进水COD浓度过低,影响N、P的去除效率；

(3)需改善污水中碳源的浓度、污水处理厂收集管网等问题。

(4)针对上述问题提出了相应的应对措施,这些措施和技术在理论上是可行的,但是在实际工程应用中会出现很多影响因素、限制这些技术和理论的运用,可以以此作为理论基础,投入到实际的工程案例中进行运用,通过实践一步步的证明理论的可行性和不足之处,在理论加实践的基础上解决不足之处,从根本上解决高海拔寒冷地区污水处理面临的问题。