(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院 四川 成都 610065)

當(dāng)今,防止水體污染最有效的方法之一就是加強(qiáng)對(duì)城市廢水的收集和處理.在我國(guó)大中城市和經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城鎮(zhèn),大都鋪設(shè)有污水管網(wǎng)和污水處理廠,可以實(shí)現(xiàn)污水集中處理;但在我國(guó)高海拔寒冷地區(qū),地理位置偏遠(yuǎn)、海拔較高、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),常年氣溫偏低,溫差較大,適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的污水處理技術(shù)很少,即使能夠?qū)崿F(xiàn)有效收集,當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S的出水也難以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),加之污水收集率偏低更是使水污染和水資源浪費(fèi)的情況雪上加霜.不僅如此,考慮到我國(guó)西南片區(qū)的高海拔寒冷地帶地廣人稀,地處偏遠(yuǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢,嚴(yán)重缺乏技術(shù)過(guò)硬的專業(yè)人才,對(duì)于某些適合高海拔寒冷地區(qū)的污水處理工藝由于操作技術(shù)要求較高,所以較難實(shí)現(xiàn)工藝普及.

正是由于我國(guó)高海拔寒冷地帶污水處理面臨如此多的局限性,針對(duì)高海拔寒冷地區(qū)的污水處理廠存在進(jìn)水溫度常年較低、污染物濃度偏低、污水處理不穩(wěn)定等特點(diǎn),通過(guò)對(duì)我省高海拔寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的現(xiàn)狀調(diào)查分析,找出問(wèn)題并提出相應(yīng)的對(duì)策和措施,選擇適宜的污水處理工藝確保污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)緩解水污染形勢(shì)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(wàn)元,現(xiàn)有收集管網(wǎng)10.23公里,建設(shè)規(guī)模為日處理污水1萬(wàn)噸,2007年5月通過(guò)驗(yàn)收后正式運(yùn)行.

(二)工程設(shè)計(jì)

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(wǎng)來(lái)水通過(guò)粗格柵、細(xì)格柵去除漂浮物后,進(jìn)入CASS生化池去除各種污染物,出水經(jīng)消毒后即可達(dá)標(biāo)排放.貯泥池排放污泥由帶式濃縮一體機(jī)脫水后送往垃圾處理廠處理.工藝流程圖見(jiàn)圖1.

圖1 某縣污水處理廠工藝流程圖

2.進(jìn)、出水水質(zhì)

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(yè)排放的廢水,污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1所示.

表1 某縣污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)

3.運(yùn)行數(shù)據(jù)

該污水處理廠運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：污水處理廠外排水質(zhì)監(jiān)測(cè)因子pH、氨氮、懸浮物、總氮、總汞、總鎘、總鉻、總砷和總鉛的監(jiān)測(cè)值均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)表1中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn),化學(xué)需氧量、總磷和氨氮的監(jiān)測(cè)值均未達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)表1中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn),其中,化學(xué)需氧量超標(biāo)2.48倍,總磷超標(biāo)0.19倍,氨氮超標(biāo)0.15倍.詳見(jiàn)表2.

表2 某縣污水處理廠運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

二、高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠影響因素分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果顯示：高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠超標(biāo)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(qū)具有特殊的自然環(huán)境,即高海拔、溫度低、溫差大,這三者均會(huì)對(duì)污水處理效果產(chǎn)生相應(yīng)影響。海拔對(duì)污水處理效果的影響主要通過(guò)海拔→氣壓→溶解氧實(shí)現(xiàn)；水溫主要通過(guò)對(duì)微生物生長(zhǎng)過(guò)程、微生物降解速率、微生物酶促反應(yīng)速度、脫氮除磷、污泥性能等的影響對(duì)污水處理效果產(chǎn)生影響；紫外線對(duì)污水處理效果是抑制還是增效尚待進(jìn)一步研究確定。

1.高海拔對(duì)污水處理的影響

高海拔會(huì)引起低氣壓,而低氣壓會(huì)影響污水中溶解氧質(zhì)量濃度值,溶解氧質(zhì)量濃度值會(huì)對(duì)污水處理效果產(chǎn)生影響。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,在高海拔寒冷地區(qū)供氧系數(shù)值遠(yuǎn)大于1.61,部分供氧系數(shù)值甚至為1.61的2倍以上。如果溶解氧過(guò)低,好氧微生物正常的代謝活動(dòng)就會(huì)下降,活性污泥會(huì)因此發(fā)黑發(fā)臭,進(jìn)而使其處理污水的能力受到影響。而且溶解氧過(guò)低,易于滋生絲狀菌,產(chǎn)生污泥膨脹,影響出水水質(zhì)。

2.低水溫對(duì)污水處理的影響

水溫對(duì)污水處理效果的影響有：微生物生長(zhǎng)過(guò)程、微生物降解速率、微生物酶促反應(yīng)速度、脫氮除磷、污泥性能等方面。一般污水處理過(guò)程中水溫低于10℃即為低溫,當(dāng)水溫低于5.6℃時(shí)大部分微生物處于休眠狀態(tài),污水處理效率會(huì)下降。

高海拔寒冷地區(qū)的低水溫會(huì)造成微生物數(shù)量和質(zhì)量降低、世代時(shí)間變長(zhǎng)、降解能力變?nèi)?、污泥沉降性能變?進(jìn)而造成有機(jī)物去除效果和脫氮除磷效果變差,影響出水水質(zhì)。同時(shí),水溫過(guò)低對(duì)污水處理廠設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行也有很大的挑戰(zhàn)。

表3 水溫變化對(duì)污水各處理段影響

3.溫差大

高海拔寒冷地區(qū)氣溫最大的特點(diǎn)就是日溫差大,晝夜溫差大勢(shì)必會(huì)影響到水溫的變化。查詢現(xiàn)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(dá)4.5℃。污水溫度變化必然導(dǎo)致其出水水質(zhì)發(fā)生變化,要達(dá)到相關(guān)處理效率必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的適應(yīng)后才可以實(shí)現(xiàn),有時(shí)這個(gè)適應(yīng)時(shí)間高達(dá)數(shù)天,顯然這對(duì)短周期水溫變化污水處理系統(tǒng)不太現(xiàn)實(shí)。

(二)影響高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠運(yùn)行的人為因素

目前,高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠進(jìn)水濃度偏低是該區(qū)域污水處理廠共同面臨的問(wèn)題,人為因素造成進(jìn)水濃度偏低主要有：經(jīng)濟(jì)水平低、污水管網(wǎng)破舊、雨污合流等因素。

1.經(jīng)濟(jì)水平低

經(jīng)濟(jì)水平低下使得生活水平落后,節(jié)水型衛(wèi)生器價(jià)格較高,在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)還不能普及,傳統(tǒng)衛(wèi)生器具耗水量過(guò)大,從而降低了污水COD濃度,且服務(wù)區(qū)區(qū)域內(nèi)無(wú)較高的工業(yè)污染源,導(dǎo)致進(jìn)水COD濃度較低。

2.污水管網(wǎng)破舊、污水處理廠配套設(shè)施不全

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,這些地區(qū)的市政管網(wǎng)使用時(shí)間較長(zhǎng),缺乏維護(hù),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(shè)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(duì)污水水質(zhì)的影響,利用均勻混合公式推斷計(jì)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(shè)施不齊全也會(huì)造成污水處理廠運(yùn)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(jìn)水濃度偏低的主要原因。高海拔寒冷地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),多數(shù)區(qū)域仍是雨污合流,導(dǎo)致污水處理廠接納處理的污水濃度偏低影響其運(yùn)行效率。

高海拔會(huì)引起低氣壓,而低氣壓會(huì)影響污水中溶解氧質(zhì)量濃度值,溶解氧質(zhì)量濃度值會(huì)對(duì)污水處理效果產(chǎn)生影響。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,在高海拔寒冷地區(qū)供氧系數(shù)值遠(yuǎn)大于1.61,部分供氧系數(shù)值甚至為1.61的2倍以上。如果溶解氧過(guò)低,好氧微生物正常的代謝活動(dòng)就會(huì)下降,活性污泥會(huì)因此發(fā)黑發(fā)臭,進(jìn)而使其處理污水的能力受到影響。而且溶解氧過(guò)低,易于滋生絲狀菌,產(chǎn)生污泥膨脹,影響出水水質(zhì)。

三、高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠設(shè)計(jì)方案

根據(jù)調(diào)研和高海拔寒冷地區(qū)污水廠實(shí)際運(yùn)行狀況,提出了一套適合高海拔寒冷地區(qū)污水處理工藝：充分利用太陽(yáng)能預(yù)熱污水,并采用地埋式一體化生物接觸氧化/復(fù)合式人工濕地工藝處理污水。

圖2 高海拔寒冷地區(qū)污水處理推薦工藝

工藝的優(yōu)勢(shì)：厭氧池中利用太陽(yáng)能預(yù)熱污水可以解決高原地區(qū)氣溫低、晝夜溫差大造成的生物處理水溫過(guò)低和冰凍等問(wèn)題；在高原地區(qū)選用生物處理曝氣設(shè)備時(shí)應(yīng)增大曝氣量,提供充足的溶解氧以保證有機(jī)物、N、P的去除率；二級(jí)處理設(shè)施設(shè)計(jì)成地埋式一體化,可節(jié)約占地并起到保溫作用；考慮到高原地區(qū)氧氣稀薄,在潛流人工濕地設(shè)自然復(fù)氧區(qū)可以促進(jìn)自動(dòng)增氧,保證有機(jī)物、N、P的去除效率,實(shí)現(xiàn)回用。具體工藝見(jiàn)圖2：

四、結(jié)論

現(xiàn)有高海拔寒冷地區(qū)污水處理廠存在的問(wèn)題主要問(wèn)題有：

(1)溫度過(guò)低對(duì)生物處理單元的影響、壓強(qiáng)過(guò)低對(duì)溶解氧的要求和供氧設(shè)備的要求與平原有差異；

(2)冬季運(yùn)行方案、污水處理廠進(jìn)水COD濃度過(guò)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(wǎng)等問(wèn)題。

(4)針對(duì)上述問(wèn)題提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施,這些措施和技術(shù)在理論上是可行的,但是在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)很多影響因素、限制這些技術(shù)和理論的運(yùn)用,可以以此作為理論基礎(chǔ),投入到實(shí)際的工程案例中進(jìn)行運(yùn)用,通過(guò)實(shí)踐一步步的證明理論的可行性和不足之處,在理論加實(shí)踐的基礎(chǔ)上解決不足之處,從根本上解決高海拔寒冷地區(qū)污水處理面臨的問(wèn)題。