從化溫泉鎮污水排放規律及水質特征分析

朱紅蓮，潘石強，胡燕金，高捷瓊，徐東川

(從化區水務局，廣東廣州 510900)

伴隨國民經濟不斷發展，人民生活水平逐年提高，消費觀念隨之轉變，更加注重養生和休閑娛樂活動。溫泉旅游業通過將溫泉休閑和旅游度假結合，深受不同年齡階層人民的喜愛，已經遍布于我國各大中小城鎮[1-2]。據統計，2012年—2016年我國溫泉旅游產品消費規模從103億元增長到266億元，年復合增長率達到20.9%[3]。溫泉旅游業的蓬勃發展，也帶來了不容忽視的環境和生態問題。溫泉旅游型村鎮生活污水是影響當地生態環境的主要因素之一，亟需經濟、合理、有效的處理方法[4]。

污水的水質特點和水量特征是選擇處理工藝的主要依據。然而，當前對溫泉旅游型村鎮生活污水的水質特性和排放規律研究還比較少，導致溫泉旅游型村鎮污水處理廠工藝選擇資料匱乏，亟需開展這一方面的研究工作。本文選擇廣州市從化區溫泉鎮為研究對象，通過現場調研結合水質分析，獲得典型溫泉旅游型村鎮生活污水的排放規律及水質水量特征，并提出污水處理工藝，以期為溫泉旅游型村鎮污水廠的設計與改造提供依據。

1 方法與背景

1.1 從化區溫泉鎮污水處理概況

圖1 取樣點布置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Sampling Points Layout

溫泉鎮是廣州市從化區下轄一個小鎮，位于從化區東北郊，其溫泉旅游區總面積超過20 km2，擁有世界珍稀小蘇打溫泉，是旅游和療養勝地。溫泉鎮已建成合流管道(市政道路上排水管道)總長6.33 km，污水主干管道17.95 km，排水管道總長度為24.28 km。溫泉鎮污水處理廠位于溫泉鎮流溪河東岸，總設計規模為日處理污水2萬 t，其中近期規模為1萬t/d，采用CASS+纖維轉盤過濾+人工濕地工藝。近年來，溫泉鎮污水處理廠進水水量穩定在0.5～0.8萬t/d，實際進水COD、NH3-N、TN、TP的平均濃度分別為43.8、6.57、9.36、0.96 mg/L。進水水質嚴重偏低，導致污水處理廠CASS池活性污泥量不足，處理效果欠佳。

1.2 取樣點布置

根據溫泉鎮排水管網設計圖，在溫泉鎮河東區、河西區分別布置41、18個取樣點，如圖1所示。其中，河東區污水主要排放點13個，主干管檢查井28個，編號WQHD1～WQHD28；河西區污水主要排放點9個，主干管檢查井9個，編號為WQHX1～WQHX9。

冬季是溫泉鎮旅游旺季，故選擇1月—2月展開調研取樣工作。每個取樣點至少連續取樣3 d，包含平日和周末。對于重要主干管檢查井及主要污水排放點，在1 d內不同時間段連續取樣，分析1 d內污染物濃度變化規律。

1.3 檢測項目及方法

為了保證采集水樣的代表性和準確性，每個水樣至少平行采集2瓶。采集的水樣立即滴加硝酸，使水樣pH值在2左右，并在4 h內送往實驗室，保存于4 ℃冰箱，24 h內完成水樣各項指標的測定。

根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)，選取水溫、COD、NH3-N、TN、TP這5項指標為主要檢測項目。各項水質指標檢測方法參照《水和廢水監測分析方法》(第四版)，COD采用快速消解分光光度法、NH3-N采用納氏試劑分光光度法、TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、TP采用鉬酸銨分光光度法[5]。另外，污水排放量難以直接測定，故采用自來水用量和溫泉水用量進行估算。

1.4 水質水量模型建立

在對污水排放規律及水質水量特征調研基礎上，基于物料平衡原則，建立數學模型，可預測污水處理廠進水理論水質濃度，指導管網優化和處理工藝選擇。溫泉鎮污水管網模型如圖2所示。在不考慮污水中污染物在污水管網中降解以及管網存在一定程度滲漏的情況下，污水處理廠進水水質濃度理論值計算如式(1)。

(1)

其中：C——污水處理廠進水水質濃度理論值，mg/L；

Qi——溫泉鎮主要污水排放點污水排放量，m3/d；

Ci——溫泉鎮主要污水排放點污水水質濃度，mg/L。

圖2 污水管網模型簡化圖Fig.2 Schematic Diagram of Sewage Pipe Network Model

2 結果與討論

2.1 溫泉鎮主要污水排放點水質水量分析

圖3展示了2018年1月—2019年1月溫泉鎮自來水、溫泉水用水量以及污水處理廠污水處理量的變化規律。2018年1月—2019年1月，溫泉鎮自來水、溫泉水用水總量基本穩定在5 000 m3/d，而污水處理廠污水處理量除2018年3月—7月較高(達6 000 m3/d)外，其余月份穩定在4 500 m3/d。這主要是因為3月—7月處于雨季，降雨較多，存在雨水匯入污水管網導致。另外，溫泉鎮作為溫泉旅游特色小鎮，溫泉水用量約占總用量的50%，大量溫泉洗浴水排入污水管網，對污水處理廠沖擊較大。

圖3 溫泉鎮自來水量、溫泉水量及污水量比較(2018年1月—2019年1月)Fig.3 Comparison of the Quantities of Tap Water, Hot Spring Water and Wastewater in Wenquan Town (January, 2018 ～ January, 2019)

圖4 主要污水排放點污水水質情況Fig.4 Wastewater Quality of the Main Sewage Discharge Points

溫泉鎮主要污水排放點排放污水水質特性如圖4所示。河東區大部分酒店和小區排放的污水CODCr濃度在100 mg/L左右，NH3-N濃度在10～20 mg/L，TN濃度在20 mg/L左右，TP濃度在2 mg/L左右。其中，毅華酒店和亨來斯登酒店排放污水CODCr濃度較高，達500～650 mg/L，其主要原因在于毅華酒店和亨來斯登酒店的餐廚污水水量較大，污水中漂浮有油脂，較混濁。河西區大部分酒店排放的污水CODCr濃度在50 mg/L左右，NH3-N濃度在10 mg/L左右，TN濃度低于20 mg/L，TP濃度基本在1 mg/L左右。河西區排放污水水質指標整體較河東區低，其主要是因為部分酒店建有簡易污水處理設施，對污染物，尤其是COD，有一定的去除能力。

總體來看，溫泉鎮作為典型的溫泉旅游特色小鎮，溫泉旅游產業發達，居民所排放生活污水的水質較典型村鎮生活污水的水質有所不同，污染物濃度明顯低于典型城鎮生活污水。主要原因可以歸結為：(1)溫泉鎮溫泉水用量較大，大量低濃度溫泉洗浴水混入生活污水，造成溫泉鎮生活污水COD濃度較低；(2)溫泉鎮生活污水大部分來自于酒店和度假村，游客在失去水價約束的情況下，節水意識不強，造成用水浪費，對污染物有稀釋作用，亦造成了溫泉鎮生活污水COD濃度較低；(3)溫泉鎮的溫泉旅游歷史悠久，部分溫泉酒店，如省溫泉賓館、翠島度假村、萬豐酒店等，已經建設有簡易污水處理設施，進一步造成了排入污水管網污水COD濃度較低的現狀。

2.2 溫泉鎮污水管網主干管水質變化規律

圖5 溫泉鎮污水管網主干管水質變化Fig.5 Variation of Wastewater Quality along the Main Pipes of Wenquan Town

為了摸清溫泉鎮污水管網中水質變化規律，分別在溫泉鎮河東、河西選取28、9個主干管檢查井連續3 d分析管網中污水水質變化，結果如圖5所示。溫泉鎮污水管網主干管污染物濃度，包括COD、NH3-N、TN、TP，基本與主要污水排放點排放污水濃度相吻合，表明溫泉鎮污水管網的污水收集率高，基本不存在排污點漏接問題。溫泉鎮污水處理廠進水污染物濃度較低的原因并不是管網滲漏，而是溫泉洗浴水匯入，這是溫泉旅游型村鎮普遍存在的現象。另外，研究結果顯示，污水管網中COD、NH3-N、TN、TP的變化規律有所不同，與金鵬康等的研究結果相符。主要是由于管道沉積和管內微生物作用，污水中有機物去除率達10%，污水中有機氮在管道中會轉化為NH3-N，硝酸鹽氮可通過反硝化作用轉化為氮氣，只有TP的變化相對較小[6]。因此，在污水管網中污染物物料衡算以及管網漏損分析時，采用TP作為主要水質指標較為穩定。

為了進一步探究溫泉鎮污水管網水質隨時間變化的規律，分別選取12個河東污水管網主干管檢查井和3個河西污水管網主干管檢查井，觀測早7點—晚7點每2 h污水中污染物濃度的變化情況，結果如圖6所示。

圖6 溫泉鎮污水管網污染物日濃度變化Fig.6 Daily Variation of Pollutants in the Main Pipes of Wenquan Town

溫泉鎮污水主干管中COD、NH3-N、TN、TP濃度變化規律相似，呈現早晚低、中午高的變化規律。與溫泉旅游型村鎮的生產生活方式相一致，早晨COD低主要是由于夜間幾大酒店均會放空溫泉泡澡池，大量低濃度溫泉洗浴水進入污水管網。中午COD升高是因為中午時段泡溫泉人數較少，溫泉洗浴水以及淋浴水排放較少，且中午酒店餐飲業排放的餐廚污水增多。晚上COD又出現降低是因為晚上泡溫泉人數增多，溫泉洗浴水以及淋浴水水量增加。

2.3 溫泉鎮污水處理廠進水水質模擬分析

基于上述溫泉鎮主要污水排放點排放污水水質水量數據，通過數學模型分析，得出溫泉鎮污水處理廠進水水質模擬值，即理論最大值，并與從化區其他污水處理廠進水水質比較，結果如表1所示。溫泉鎮污水處理廠進水模擬值CODCr、NH3-N、TP、TN分別為89.29、14.42、1.35、20.41 mg/L，與實際值相當，說明模型能夠較好地反映溫泉鎮污水水質特性。此外，溫泉鎮污水處理廠進水水質較從化區其他污水處理廠偏低，且遠低于設計值。因此，在設計時溫泉鎮污水處理廠進水水質按國家相關規范及廣東地區城鎮居民生活污水水質來選取，沒有考慮到溫泉鎮排放污水以洗浴污水為主，且存在大量溫泉洗浴水的特殊情況。該情況導致溫泉鎮污水處理廠進水水質設計值偏高，污水處理工藝選擇不合理，是當前溫泉鎮污水處理廠運行困難，活性污泥不能正常生長的主要原因。

由此可見，溫泉旅游型村鎮污水區別于傳統的村鎮污水，污水含有較高比例的溫泉洗浴污水，具有污染物濃度低且水質水量變化大的水質特征。傳統城鎮生活污水處理工藝，如AAO、CASS工藝，難以應對溫泉旅游型村鎮污水的水質水量變化，出現運行困難、處理效果差等問題[7-8]。目前，該鎮污水處理廠采用CASS+纖維轉盤過濾+人工濕地工藝，針對該類水質，CASS工藝存在活性污泥難以正常生長、菌膠團沉降效果不好等運行問題。建議該溫泉鎮污水處理廠在原CASS工藝基礎上于生化池內增設懸浮填料，形成活性污泥-生物膜復合工藝，提高活性污泥固體停留時間，增加生化池微生物量，并利用生物膜形成的好氧和缺氧區實現同步硝化反硝化，減小對碳源的消化量，以此解決污水有機物濃度低、反硝化碳源不足的問題，整體提高污水處理效率和出水水質，達到工藝的穩定運行和污染物的高效去除。

表1 溫泉鎮污水廠進水水質與從化區其他污水廠比較(2019年1月)Tab.1 Comparison of Influent Quality between Wenquan WWTP and the Others in Conghua District (January, 2019)

3 結論

(1)溫泉鎮作為典型溫泉旅游型小鎮，所排放污水具有水質水量波動大、污染物濃度低的水質特征，造成了污水處理廠運行困難、活性污泥無法正常生長等問題，具有一定的代表性，是溫泉旅游型村鎮普遍存在的問題。

(2)溫泉旅游型村鎮污水污染物濃度偏低的主要原因在于大量低濃度溫泉洗浴水的匯入、游客用水量大、所排放污水以洗浴和盥洗污水為主、污染物濃度低。

(3)溫泉旅游型村鎮污水污染物濃度偏低是其生活用水排水習慣所致，在污水處理廠工藝選擇時就應考慮其水質特點，選擇合適的工藝形式，比如生物膜法或活性污泥-生物膜復合工藝。