溪洛渡水电站花椒湾污水厂长期运行效果分析

谌佳伟，任小菊

(三峡生态环境有限公司，湖北 宜昌，443000)

0 引言

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上，是世界第一大地下水电站，也是我国“西电东送”骨干工程。为服务溪洛渡水电站工程的建设，解决坝区营地生活污水排放问题，中国长江三峡集团公司在施工区共建四座污水处理厂，以确保坝区污水排放符合国家相关政策要求。花椒湾污水厂位于溪洛渡水电站坝区花椒湾营地，主要承担花椒湾营地生活污水排放。本文以花椒湾污水厂为研究对象，对其设计水质参数和运行工艺流程进行了介绍，根据2008-2020年长期运行数据，评价了SS、COD、BOD5、NH3-N和TP等水质指标的去除效果，分析了污水厂进出水水质特征，对花椒湾污水处理厂长期运行效果进行系统评价，并对该污水厂提标改造及类似污水处理厂的工程建设提供数据参考和实践经验。

1 污水厂概况

花椒湾污水厂于2005年建成运行，承担整个花椒湾营地的生活污水及部分雨水处理任务，采用SBR工艺处理方法，设计最大污水处理量为1440m3/d。污水处理站主要构筑物由进水调节池、SBR生化反应池、污泥浓缩池、加氯消毒池组成；主要建筑物由鼓风机房、脱水机房及配电房、辅助用房组成。污水经处理后排放标准达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准。

根据设计文件，该厂进水水质以接近城市生活污水水质设计，出水水质执行《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准。污水处理厂设计进水水质主要污染物指标见表1，设计出水水质标准见表2。

表1 设计进水水质

表2 设计出水水质

2 工艺流程

该污水厂采用SBR污水处理工艺，采用硝化和反硝化工艺进行生物除氮处理；采用固磷菌吸收及污泥压榨浓缩工艺进行除磷处理；采用二氧化氯对处理水进行消毒。工艺流程见图1。

图1 污水处理工艺流程

3 水质分析方法

分别在进水及出水处设置2个监测点。SS、COD、BOD5、NH3-N、TP等水质指标监测方法均参照《水和废水监测分析方法》(第4版)[1]。2008-2020年污水厂运行期间，进、出水水质指标每周监测1～2次，每月统计水质数据为本月监测数据平均值。

4 运行效果分析

4.1 污水厂实际进、出水质及进水水量情况

本污水厂原水为施工区内工作人员生活排放的污水，进水来源单一。经过2008-2020年污水厂长期运行，污水厂进、出水质监测情况见表3，进水水量变化统计见图2。由表3可知，进水SS浓度较高且波动较大，进水COD、BOD5、NH3-N、TP浓度较低且波动较小。经污水厂各处理单元处理后，水质各指标明显下降，均能达到污水厂设计出水标准，符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准。其中，SS、COD、BOD5去除率达到90%以上，去除效果明显，NH3-N、TP去除率也达到76%以上。

表3 污水厂进、出水质

由图2可知，在监测期间水量存在较大波动。从年际尺度分析，在2008-2010年施工区内水量较大；2010年年末污水厂进水水量开始明显减少，在2011-2013年趋于稳定；2013年年末污水厂进水量再次明显减少，在2014-2020年再次趋于稳定。这主要是因为施工区内人员流动所致，由于该污水厂的特殊性，在溪洛渡水电站施工期，工区人员较多、流动也大，产生污水量大。水电站建成后的运营期内，工区人员较施工期明显减少且趋于稳定。

图2 污水处理厂水量变化

本研究选取施工期(2008年)、运营期(2019年)作施工期与运营期进水量对比(见图3)。施工期进水量波动较大，月平均值为44.63km3，最大值为64.26km3，最小值为26.25km3；运营期进水量较平稳，月平均值为9.71km3，最大值为14.55km3，最小值为5.47km3，施工期与运营期进水量差异显著。进水量在施工期及运营期均呈现较好的季节性变化，12-2月，水量逐渐下降，2-6月水量表现出逐步上升的趋势，其中5-6月上升幅度较大，6-9月水量相对稳定，9-11月水量基本呈现下降的趋势，11-12月水量逐渐上升。在12-2月春节期间，由于大部分员工返乡过春节，从而使得日常生活用水量下降明显。夏季(5-7月)受雨水增多及天气炎热人均用水量增加的影响，从而使得污水厂进水量相对较大。

图3 施工期与运营期进水对比

在监测期间内，进水水质各指标均明显小于设计值，进水水量在前期接近设计值，在水电站运营期，进水水量显著小于设计值，该污水厂处于低负荷运行状态。

4.2 影响处理效果的水质参数

污水的可生化性表示污水可被生物法处理的难易程度，一般用BOD5/COD的比值作为评价污水可生化性的指标，BOD5/COD>0.3时则认为该污水的可生化性较好，该比值越大，说明可生化性越强[2]。BOD5/TP值用作评价生物除磷可行性的指标，一般认为BOD5/TP≥20时，除磷工艺具有较好的除磷效果，值越高，去除效果越好[3]。

该污水厂在2008-2020年监测期间进水BOD5/COD比值较稳定，基本在0.7左右小幅波动，仅在2008年有一个月监测到小于0.3，说明监测期间进水水质具有较好的可生化性。BOD5/TP比值在研究期间显现出一定的波动性，在2008-2010年间该值逐渐减小；2011-2014年较稳定，在40附近小幅波动；2015-2016年呈倒“V”形变化；2017-2020年再次趋于稳定。虽然整个监测期间BOD5/TP存在一定波动，但是大多数值仍大于等于20，表明该污水厂仍有较好的除磷效果。

图4 BOD5/COD与BOD5/TP分布

4.3 COD去除效果分析

污水处理厂进水、出水COD浓度分布如图5。总体看来，进水COD浓度存在一定波动，COD浓度平均值为101mg/L，相较于设计进水浓度较低，属于低负荷污水厂进水浓度[4-5]，COD浓度大概率分布在60mg/L～120mg/L，概率为81%，表明该污水厂进水水质较稳定。工艺出水COD平均浓度为8.7mg/L，浓度都在50mg/L以下，达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准，且83%分布在4mg/L～12mg/L，表明该污水处理厂COD处理效果较稳定，出水浓度较平稳且较低。由于实际进水量小于设计进水量，在一定程度上增加了实际水力停留时间，对COD去除效果有一定的提高[6]。

图5 进、出水COD浓度分布

4.4 BOD5去除效果分析

污水厂进、出水BOD5浓度分布如图6。进水BOD5水质较为稳定，多集中于40mg/L～100mg/L，概率为86%，BOD5浓度平均值为72mg/L，相较于设计进水浓度较低。工艺出水BOD5浓度平均值为5.3mg/L，都在20mg/L以下，达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准，且91%在10mg/L以下，表明该污水厂对可生化有机污染物具有较好的处理效果。

图6 进、出水BOD5浓度分布

4.5 悬浮物去除效果分析

污水厂进、出水SS浓度分布如图7。总体看来，进水SS浓度波动较大，分布在80～1830范围内，较高概率的监测浓度分布在500mg/L～1000mg/L，偶尔会大于1500mg/L，SS浓度平均值为635mg/L，明显高于典型污水处理厂SS浓度最大值350mg/L[7]，这可能是由于工区存在部分的雨污合流，雨水冲刷泥沙进入工艺系统而导致SS浓度偏高。出水SS平均浓度为0.53mg/L，都在5mg/L以下，该值显著低于《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准中的20mg/L，且92%在1mg/L以下，表明该污水厂对SS的去除效果显著。

图7 进、出水SS浓度分布

4.6 脱氮效果分析

污水厂进、出水NH3-N浓度分布如图8。进水NH3-N浓度波动不大且较低，平均值为2.8mg/L，主要集中在0～5mg/L，占总体比例为85%。出水NH3-N浓度平均值为0.7mg/L，都在4mg/L以下，该值显著低于《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准中的15mg/L，且87%在1mg/L以下，表明该污水厂对NH3-N有较为理想的去除效果。

图8 进、出水NH3-N浓度分布

4.7 除磷效果分析

污水厂进、出水TP浓度分布如图9。进水TP浓度存在一定波动，平均值为1.5mg/L，主要集中在1.0mg/L～2.0mg/L，概率为94%。出水TP浓度平均值为0.35mg/L，全部都小于等于0.5mg/L，出水达到设计标准。但是，TP出水浓度0.4mg/L～0.5mg/L之间的概率为54%，存在超过排放限值0.5mg/L的风险，该污水厂运行过程中应加强TP指标监测，提出有针对性的预防措施。

图9 进、出水TP浓度分布

5 污水厂低负荷原因及运行经验

由污水厂长期运行监测数据可知，COD、BOD5、NH3-N、TP等指标平均值属于城市污水典型水质浓度中的超低浓度污水[8]，该污水厂长期处于低负荷运行状态，根据对实际情况分析，造成该污水厂进水水量、水质偏低的原因主要有以下几个方面：

(1)该污水厂服务区域特殊性。该污水厂主要为服务溪洛渡水电站工程而建设，由于建设期和运营期服务区域人口存在较大波动，从而造成运营期污水进水量远小于建设期。

(2)工区未实行雨污分流。所处区域降雨量大、地下水位较高，雨水流入及地下水渗入使得进水水质得以稀释。

(3)工区管道渗漏。工区污水管网运行年限较长，存在一定老化渗漏，一方面导致污水未能全部收集；另一方面有部分山水进入管网对污水进行了一定程度的稀释。

对长期低负荷进水，通过调整运行方式和投加药剂的措施确保污水厂达标排放。

(1)延长运行周期时间，加大单周期内进水量，增大单周期污泥有机负荷，为微生物提供更多的有机营养，有利于微生物生长。

(2)降低生物池溶解氧，通过减少曝气时间和曝气流量降低生物池溶解氧，一定程度减少生物的内源呼吸。

(3)延长静沉时间，使污泥絮体能够有充足的时间沉淀，避免污泥絮体未完全沉降而随出水排出，影响出水水质。

(4)投加营养液、面粉等补充碳源，保证活性污泥质量。

6 结论

(1)2008-2020年期间，污水厂进水SS、COD、BOD5、NH3-N、TP浓度范围分别为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，各指标存在一定波动，除SS外其余各指标浓度偏低。监测期间，进水水量波动较大，溪洛渡水电站施工期污水厂进水水量与运营期差异显著，施工期进水量远大于运营期，施工期及运营期的水量均呈现一定程度的季节性变化。该污水厂长期处于低负荷运行状态。

(2)污水厂进水BOD5/COD较稳定，在0.7附近小幅波动；BOD5/TP存在一定波动性，基本可保持在20以上。进水水质具有较好的可生化性、可达到较好的除磷效果。

(3)污水厂采用SBR工艺对SS、COD、BOD5、NH3-N、TP的平均去除率分别为99.92%、91.39%、92.64%、76.24%、76.67%，其中SS、COD、BOD5平均去除率达到90%以上，去除效果显著。

(4)污水厂利用SBR工艺抗冲击负荷能力强的优点，通过调整运行方式和投加药剂等措施保证在低负荷运行状态下出水各指标达到设计标准。