黄山风景区污水处理提标改造工程实践研究

李 峥，吴 慧，李 响

(1.安徽省黄山生态环境监测中心，安徽 黄山 245000；2.黄山旅游发展股份有限公司，安徽 黄山 245000)

1 引言

黄山风景区某区域污水处理站始建于20世纪90年代，原污水处理工艺为生物接触法[1]，出水执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级标准[2]，经多年运行后处理设施陈旧，已无法满足现环保管理要求，有关部门决定对该污水处理站进行升级改造，要求改造后出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》[3](GB18918-2002)一级A标准。2017年6月启动改造项目建设，对原有的“接触生物氧化”污水处理工艺进行优化设计，并于2020年10月完成提标改造。改扩建后工程总处理规模可达1000 t/d，优化后采用“气浮+Phoredox工艺+高效沉淀池+精密转鼓过滤器+紫外消毒”污水处理技术。

2 提标改造技术难点

2.1 污水排放量变化大

景区污水排放量与接待的旅游人次紧密相关，主要特点表现为景区污水排放量受气候、出行假期、旅游营销活动、交通条件等影响，变化幅度较大。据统计，2019年(未受新冠疫情影响)该区域最高日(10月3日)污水排放量为826 m3，年均日污水排放量为480.9 m3，日变化系数(Kd)为1.72，而城镇生活污水日变化系数一般为1.1～1.5之间。因此，景区污水与城镇生活污水相比，污水排放量日波动较大。主要表现为在旅游旺季时，尤以“五一”和“十一”黄金周为主的5、10月份，排放量达到较高峰值；11月至次年2月份气温较低，出行旅游人次减少，排放量随之减少。2019年污水处理量全年分布情况如图1所示。

图1 2019年污水处理量全年分布情况

此外，选取2019年1月5日，4月3日，7月6日以及最高水量日10月3日为代表参照日，从0：00开始，每间隔1 h读取流量计数值，分别计算每1 h污水站进水量。通过该污水站点日进水变化图(图2)可知，最高日最高时进水量为66 m3，平均时进水量为34.4 m3，时变化系数(Kh)为1.92，明显大于城镇污水时变化系数取值。主要表现为该区域污水排放集中在10：00～12：00和18：00～20：00 2个时间段，其中10：00～12：00进水除公厕用水，主要来源为中午用餐高峰产生的餐饮排水，油脂含量高；18：00～20：00进水则主要以酒店洗浴排水为主。总体而言，景区内污水站进水呈现出日变化系数、时变化系数都较大的特点。

图2 某山岳景区污水站日进水量变化

2.2 进水总氮浓度高、碳氮比低

通过对4个参照日的进水水质指标监测，在进水口每2 h取一次样，取24 h混合样。景区污水随人流量和天气原影响，污染物浓度日均变化大，日均值监测结果见表1，并对其进行可生化指标判定。本项目参照日BOD5/COD值均大于0.4，属于生化性较好的进水水质，可采用生化处理工艺。BOD5/TN值理论上大于2.86即可满足脱氮要求[4]，但在景区污水站实际运行过程中，DO与NO3-N竞争电子供体，且经初沉池后，污水中BOD5还会得到一定的去除，一般需要BOD5/TN>5才能满足脱氮要求5。该景区公厕高峰时人次可达1万人/d，导致进水中总氮浓度较高，污水BOD5/TN均小于2.80，属于典型的低碳氮比进水。

表1 污水可生化性指标判定(日均值)

2.3 山区环境受限

黄山风景区污水站所处海拔高度为1200 m，受制于山地复杂的地形、生态保护和规划的要求，难有平整的大块土地进行站点布局和工艺设计。该站点年均气温7.8 ℃，昼夜温差较大，年平均降雪日数49 d，冬季最低气温可达零下22 ℃，严重影响菌种活性。因此，在占地布局有限和低温和的条件确保出水达标成为高海拔山岳景区污水处理工艺的重点和难点。

3 设计进出水水质

3.1 进水水质

景区内该片区主要污水为酒店以及部分管理单位的生活污水，另外有一部分公厕污水，根据污水水量水质实测结果并参考《建筑给水排水设计标准》(GB50015-2019)相关标准，考虑到酒店较多，各水质指标取偏上限。预测的生活污水水质为：COD =600～750 mg/L，BOD5=300～375 mg/L，TN=90～130 mg/L，TP=5～7 mg/L，本工程设计进水水质取：BOD5≤400 mg/L、COD≤800 mg/L、TN≤135 mg/L、TP≤8.0 mg/L，设计进水水质见表2。

表2 设计进水水质

3.2 出水水质

根据风景区规划文件的环境保护要求，该污水处理站出水水质应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002 )中一级A标准。具体出水水质指标见表3。

表3 设计出水水质

4 提标改造工艺方案

4.1 工艺方案比选

目前城镇生活污水处理工艺多采用AAO+反硝化滤池工艺。针对本工程山岳景区废水低碳氮比、高油污、冬季低温、水质水量随旅游淡旺季波动明显的特点，有关专家提出了除油、保温，延长反应停留时间的对策[6]，根据水质特点，充分考虑山岳景区低温和的程建设占地的有限性的自然条件，重点关注站点构筑物的处理能力、运行成本、能耗情况、管理情况以及出水水质等情况，对Phoredox[7]和AAO[8]这2种工艺进行经济技术比选。详细比较如表4所示。

表4 工艺比选

4.2 工艺流程确定

通过比选，对于C/N较低的景区污水，Phoredox(五段)工艺可在后端缺氧池处通过添加碳源的方式促进反硝化，确保TN达标，具有运行稳定，低温适应性强，出水水质好，管理简单，占地面积小，经济性以及对景区环境影响较小等优点[9]，能够满足山岳景区污水治理要求。因此，经过技术经济比选后采用“Phoredox”五段工艺作为的核心生物处理工艺模式[10]。增加“高效沉淀池+精密转鼓过滤器”深度处理工艺[11，12]，确保出水TP和SS达标。

具体的工艺流程如图3所示。

图3 污水处理工艺流程

4.3 工艺优化措施

主要工艺的优化措施为：

(1)根据游客量和天气变化情况实行动态运维，优化运行参数。在设计中经不断试验调试，选取到最佳工艺参数，如变频控制风机曝气量，冬季采取低温运行模式，做好管道保温工作，并向低温污水中投加高效菌种及载体的方法，同时根据冬天处理水量较少的情况，延长污水生化反应时间，提高生化处理工艺的效果。

(2)合理增设碳源投加点。针对进水中碳源比失调的特点，同时为解决回流比对总氮去除效果影响的限制作用，采用Phoredox工艺，并增设后端缺氧区碳源投加点，提高总N去除率，增强脱氮效果。

(3)设置前端隔油池进行预处理。针对餐饮用水，强化酒店隔油预处理，分离去除污水中颗粒较大的悬浮油。

(4)优化污泥浓缩脱水方案。原有带式脱水机占地面积较大，维护困难，且零部件一旦损害，需更换的部件体积较大，不适合山上运输条件。因此根据站点人员操作水平和设备维护，确定采用叠螺脱水机代替带式脱水机。

(5)污泥泵房及污泥浓缩池采用“UV光氧”除臭设计，减少有害气体排放。

5 主要构筑物设计

(1)调节池1座，利用原有池体，结构为钢筋砼，水力停留时间约9.23 h，有效容积为384 m3。内含污水提升泵2台(1用1备)，潜水搅拌机2台(1备1用)，电磁流量计1台。

(2)气浮室1座，主要设备包含气浮机1台，处理能力为50 m3/h；PAC、PAM加药装置各2套(含搅拌机和计量泵)；计量泵4台，流量240 L/h；反应搅拌机2台。

(3)厌氧池，停留时间3 h，污泥回流比200%，缺氧池反硝化负荷0.05 kgNO3-N/kg MLSS·d，水力停留时间约10.6 h，前段缺氧池为7 h，混合液回流比200%，后端缺氧池为3.6 h，混合液回流比100%。

(4)好氧池负荷：0.10 kgBOD5/kg MLSS·d，水力停留时间18.6 h，其中前段好氧池(三格)为15 h，后端好氧池为3.6 h。

(5)辐流沉淀池1座，表面负荷为0.75 m3/(m2·h)，高效沉淀池1座，表面负荷为2.5 m3/(m2·h)。

6 工程效果分析

通过实际运行，采用五段工艺法，在后端缺氧区投加碳源和化学除磷(气浮原计划用于除油，实际运行中对COD、BOD5去除率较高，为减少碳源投加量，强化酒店除油预处理，气浮不使用)，经过调试，出水能稳定达标。2020年10月委托第三方进行水质监测，出水均能满足城镇一级A标准。监测结果见表5。

表5 水质监测数据

工程建成运行后，2021年对该站点每月开展定期水质监测，提标改造后进、出水水质如表6所示，Phoredox生化处理后(辐流沉淀池出水)COD、NH3-N、TN、TP平均值分别为36.81、4.98、9.58 mg/L、0.82 mg/L，大部分月份去除率达到90%以上，如图4所示，年消减COD量122.4 t/a，氨氮48.6 t/a，总氮52.2 t/a，总磷3.42 t/a。

表6 提标改造工程进、出水水质 mg/L

图4 各指标运行监测数据

7 技术经济分析

项目总投资为1960.96万元，其中土建费用1380.27万元，设备购置及安装费用411.98万元、工程建设其他费用79.1万元、预备费89.61万元。该工程处理水量为1000 m3/d，电费48万元/a，药剂费用10万元/a，人员工资12万元/a，设备维护费20万元/a，污泥处置费6万元/a，其他费用4万元/a，则废水处理费用为2.74元/m3。

8 结论

本项目工程设计从山岳景区污水处理现状、难点、技术上的可行性、合理性进行分析和论证，通过经济、技术比选，优化工艺组合，提升山岳景区内生活污水处理能力。经实际运行，优化升级后的“Phoredox五段+深度处理”工艺较原生物接触氧化工艺，治理效果显著提升，COD、NH3-N、TP、TN去除率高达90%以上，保证了出水稳定达到城镇一级A标准。此外，在日后运维管理中，景区内水量和水质受季节和温度影响较大，针对不同的游客量和冬季低温采取动态的运维管理模式将成为该类项目运行管理中的重点[12]，进一步为山岳景区污水高标准排放提供借鉴。