高海拔山岳型景區(qū)污水處理工藝調(diào)控研究

李 響，程維奇，吳 慧，黃文雄

(黃山風(fēng)景區(qū)污水處理管理站，安徽 黃山 245899)

1 引言

在山岳型景區(qū)中，隨著旅游基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)張，旅游業(yè)隨之快速發(fā)展[1]。景區(qū)內(nèi)污水若不經(jīng)過污水處理站處理，直接傾倒到山間溪流中，或通過排水系統(tǒng)排放到地下，對(duì)鄰近地區(qū)的水和土地生態(tài)系統(tǒng)造成危害，嚴(yán)重破壞景區(qū)自然生態(tài)環(huán)境。黃山風(fēng)景區(qū)高度重視水污染防治工作，探索出”污水統(tǒng)管”模式，但限于地形等客觀條件限制，污水處理站難以長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。且隨著旅游形式的發(fā)展，景區(qū)污水排放量增加已超出原污水設(shè)施的處理能力。污水的產(chǎn)生量和處理能力的不匹配已嚴(yán)重制約了景區(qū)接待能力的提升，對(duì)景區(qū)水域環(huán)境產(chǎn)生了影響[2，3]，因此急需進(jìn)一步推進(jìn)污水升級(jí)改造工程建設(shè)，促進(jìn)工藝升級(jí)，構(gòu)建高海拔山岳型景區(qū)污水治理新體系。

目前，針對(duì)高海拔景區(qū)污水開展研究還較為少見。在工程實(shí)踐領(lǐng)域，高海拔山岳型景區(qū)污水多采用生化法進(jìn)行處理，通常采用降低污泥負(fù)荷、增加污泥回流量、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間、將水處理構(gòu)筑物建于室內(nèi)并采取保溫措施來保證在污水處理的效果[4～8]。然而，單純采用這些措施往往會(huì)增加工程投資和運(yùn)行費(fèi)用，且處理效果也很難得到保證。因此，針對(duì)高海拔山岳型景區(qū)獨(dú)特的氣候條件和的險(xiǎn)峻的地形條件，對(duì)黃山風(fēng)景區(qū)污水處理工藝調(diào)控進(jìn)行研究具有較高的理論價(jià)值和實(shí)踐意義，更是踐行國(guó)家生態(tài)文明觀的具體體現(xiàn)。

2 高海拔山岳型景區(qū)污水特點(diǎn)

黃山風(fēng)景區(qū)污水站海拔高度1500 m，建成于2012年。為滿足旅游接待增長(zhǎng)，2020年對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造，改造后的站點(diǎn)主要收集處理周邊酒店、辦公區(qū)域以及公廁的生活污水。根據(jù)景區(qū)近5年的數(shù)據(jù)顯示，排放的污水量和污染負(fù)荷隨季節(jié)變化大，進(jìn)水波動(dòng)大。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[9～13]，在旅游旺季，景區(qū)污水總懸浮物(TSS)和總氮(TN)高于城鎮(zhèn)生活污水。景區(qū)內(nèi)相對(duì)城鎮(zhèn)地區(qū)耗水量低，油脂含量高，污水中COD/BOD5比值不理想，影響除磷和生物脫氮。根據(jù)近幾年風(fēng)景區(qū)污水處理管理站自測(cè)水質(zhì)資料，確定污水處理站設(shè)計(jì)原水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 站點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)

此外，高海拔氣候下的低溫環(huán)境會(huì)對(duì)生物處理過程造成負(fù)面影響。首先，低溫下污水粘性高，容易引發(fā)污泥膨脹或造成活性污泥大量流失，導(dǎo)致出水SS高；其次，氣體溶解于污水中體量增大，易形成污泥上?。涣硗?，低溫使微生物活性降低的同時(shí)亦會(huì)反向增加可溶性微生物產(chǎn)物，進(jìn)一步削弱微生物對(duì)有機(jī)物的分解能力，導(dǎo)致COD、氨氮去除率降低。上述的低溫效應(yīng)對(duì)污水生化處理工藝的運(yùn)行造成了系統(tǒng)性的負(fù)面影響。

還應(yīng)提及的是，由于山區(qū)復(fù)雜的地形特點(diǎn)和生態(tài)紅線保護(hù)需要，污水站點(diǎn)占地面積小，污水設(shè)備的總尺寸應(yīng)相對(duì)較小。受高山陡險(xiǎn)地形限制，高海拔風(fēng)景區(qū)污水管網(wǎng)坡降一般比較大，污水流動(dòng)速度較快，須采取相應(yīng)的減速消能措施[14]。

3 強(qiáng)化低溫污水處理工藝

3.1 強(qiáng)化低溫脫氮措施

為強(qiáng)化脫氮效果，黃山風(fēng)景區(qū)污水處理站向工藝好氧區(qū)外加組合式繩型填料，如圖1所示。該組合式繩型填料在一定程度上發(fā)揮了半軟性和軟性填料的優(yōu)點(diǎn)，適合可生化性較差及濃度較低的高海拔山岳型景區(qū)廢水[15，16]。通過對(duì)污水處理站點(diǎn)設(shè)備調(diào)試和運(yùn)行監(jiān)測(cè)，該組合式懸浮填料易結(jié)膜無堵塞現(xiàn)象，成膜時(shí)間是其他填料的1/2，在18～30 ℃條件下配比一定的成膜營(yíng)養(yǎng)、菌種、氣水比后，6～7 d就能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 組合式繩型填料

污水處理工藝采用多級(jí)AO+組合填料復(fù)合工藝，處理工藝流程詳見圖2。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)是一種以懸浮填料為微生物載體的生物接觸氧化污水處理法，它不僅具有傳統(tǒng)生物膜法運(yùn)行穩(wěn)定、管理簡(jiǎn)單、剩余污泥量少等特點(diǎn)，也可以培養(yǎng)活性污泥，形成混合式MBBR反應(yīng)器，在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物硝化和反硝化，懸浮填料可富集和培養(yǎng)大量的耐寒微生物,即使溫度低至3.5 ℃，仍具有可觀的反硝化能力[17，18]。出水執(zhí)行GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 工藝流程

3.2 強(qiáng)化低溫除磷措施

在預(yù)處理階段，PAC投加量為1‰～3‰，PAM投加量為2～10 mg/L[19]；混凝沉淀法混凝時(shí)間：15～30 min，沉淀時(shí)間：25～55 min；氣浮法反應(yīng)時(shí)間：5～10 min，氣浮時(shí)間：10～25 min。

在生化出水后選用后置化學(xué)除磷輔助生物除磷。增設(shè)單位面積產(chǎn)水量大，占地面積小，更耐沖擊的高效沉淀池。池內(nèi)斜管的布置大大提升了沉淀效果，可節(jié)約了10%至30%的藥劑[20]。根據(jù)小試結(jié)果確定最佳藥量，每250 mL污水投加3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%PAC溶液和1.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%PAM溶液效果最好，詳見表2。

表2 PAM+PAC投加用量與混凝效果

3.3 強(qiáng)化低溫工藝調(diào)控

考察了污泥回流比、混合液回流比、排泥周期、溶解氧(DO)、碳氮比等工藝調(diào)控措施對(duì)多級(jí)AO處理低溫污水的影響。低溫下主要的工藝調(diào)試如表3所示。

表3 強(qiáng)化低溫工藝調(diào)控措施

確定高海拔山岳型景區(qū)污水在冬季低溫條件下多級(jí)AO工藝組合調(diào)控措施的運(yùn)行參數(shù)為：調(diào)節(jié)缺氧好氧容積比為 0.40，排泥周期為4～5 d左右，高效沉淀池污泥1 d 1排，保持工藝兩好氧區(qū)DO為3±0.5 mg/L，并設(shè)置混合液回流比為200%；污泥回流比為100%。

4 結(jié)果與討論

某山岳景區(qū)污水站工藝升級(jí)整改完成后經(jīng)過連續(xù)悶爆，悶爆結(jié)束后連續(xù)運(yùn)行5～7 d，生化池能聞到明顯活性污泥的味道，填料上菌種生長(zhǎng)情況良好，非填料污泥也有明顯增長(zhǎng)，污泥濃度約10%，混凝反應(yīng)池有明顯，高效沉淀池運(yùn)行正常，出水清澈，出水口出水清澈，有極少量懸浮物，經(jīng)處理后出水水質(zhì)清澈，進(jìn)出水水樣如圖3所示。

圖3 進(jìn)出水水樣

委托第三方檢測(cè)公司對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮、懸浮物、五日生化需氧量和pH值，水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表4所示，出水滿足GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，第三方檢測(cè)結(jié)果與污管站實(shí)驗(yàn)室自測(cè)結(jié)果誤差如圖4所示，最大誤差范圍不超過0.21。

表4 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

圖4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差

為進(jìn)一步保證低溫下山岳型景區(qū)強(qiáng)化污水治理工藝治理效果，污管站按月進(jìn)行水質(zhì)自檢，8～12月份水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖5 運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

9～10月為旅游旺季，氣溫較高，碳源充足，污染物去除效率較高。進(jìn)入冬季，游客量相對(duì)減少，碳氮比結(jié)構(gòu)失衡，尤其進(jìn)入2021年1月，氣溫持續(xù)下降至-21～-7 ℃，菌種活性降低，影響反硝化作用，氨氮、總氮數(shù)據(jù)明顯上升。低溫對(duì)COD的去除影響較小，對(duì)總磷去除有一定影響，低溫下通過及時(shí)采取強(qiáng)化除磷措施，可明顯改善除磷效果。由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，污水站升級(jí)整改完成后，通過強(qiáng)化污水處理工藝和外加組合調(diào)控措施，自8月份投入運(yùn)行以來水質(zhì)均能穩(wěn)定達(dá)到城鎮(zhèn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，年處理污水能力約23萬m3，年消減COD量29.9 t/a，氨氮2.07 t/a，總氮2.3 t/a，總磷0.23 t/a。

5 總結(jié)

本文以黃山風(fēng)景區(qū)污水處理站為例，探究高海拔山岳型景區(qū)污水治理強(qiáng)化工藝。結(jié)合高海拔山岳型景區(qū)進(jìn)水特點(diǎn)，綜合選取多級(jí)AO+懸填料的復(fù)合污水處理工藝，主要得到以下結(jié)論。

(2)通過向工藝好氧區(qū)外加組合式繩型填料后，多級(jí)AO工藝均持續(xù)具有良好的硝化效果，出水氮濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。通過后置除磷工藝進(jìn)行輔助生物除磷，確定PAC和PAM的最佳投加量，出水總磷穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，為低溫下高海拔山岳型景區(qū)污水穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

(3)實(shí)現(xiàn)了景區(qū)片區(qū)內(nèi)污水的統(tǒng)一處理，減少污水排放量，年處理污水能力約23萬m3，年消減COD量29.9 t/a，氨氮2.07 t/a，總氮2.3 t/a，總磷0.23 t/a。從源頭削減污染物的排放，有利于景區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提升景區(qū)接待能力，實(shí)現(xiàn)景區(qū)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。