黃山風(fēng)景區(qū)污水處理提標(biāo)改造工程實踐研究

李 崢，吳 慧，李 響

(1.安徽省黃山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 黃山 245000；2.黃山旅游發(fā)展股份有限公司，安徽 黃山 245000)

1 引言

黃山風(fēng)景區(qū)某區(qū)域污水處理站始建于20世紀(jì)90年代，原污水處理工藝為生物接觸法[1]，出水執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中一級標(biāo)準(zhǔn)[2]，經(jīng)多年運(yùn)行后處理設(shè)施陳舊，已無法滿足現(xiàn)環(huán)保管理要求，有關(guān)部門決定對該污水處理站進(jìn)行升級改造，要求改造后出水穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[3](GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。2017年6月啟動改造項目建設(shè)，對原有的“接觸生物氧化”污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并于2020年10月完成提標(biāo)改造。改擴(kuò)建后工程總處理規(guī)模可達(dá)1000 t/d，優(yōu)化后采用“氣浮+Phoredox工藝+高效沉淀池+精密轉(zhuǎn)鼓過濾器+紫外消毒”污水處理技術(shù)。

2 提標(biāo)改造技術(shù)難點

2.1 污水排放量變化大

景區(qū)污水排放量與接待的旅游人次緊密相關(guān)，主要特點表現(xiàn)為景區(qū)污水排放量受氣候、出行假期、旅游營銷活動、交通條件等影響，變化幅度較大。據(jù)統(tǒng)計，2019年(未受新冠疫情影響)該區(qū)域最高日(10月3日)污水排放量為826 m3，年均日污水排放量為480.9 m3，日變化系數(shù)(Kd)為1.72，而城鎮(zhèn)生活污水日變化系數(shù)一般為1.1～1.5之間。因此，景區(qū)污水與城鎮(zhèn)生活污水相比，污水排放量日波動較大。主要表現(xiàn)為在旅游旺季時，尤以“五一”和“十一”黃金周為主的5、10月份，排放量達(dá)到較高峰值；11月至次年2月份氣溫較低，出行旅游人次減少，排放量隨之減少。2019年污水處理量全年分布情況如圖1所示。

圖1 2019年污水處理量全年分布情況

此外，選取2019年1月5日，4月3日，7月6日以及最高水量日10月3日為代表參照日，從0：00開始，每間隔1 h讀取流量計數(shù)值，分別計算每1 h污水站進(jìn)水量。通過該污水站點日進(jìn)水變化圖(圖2)可知，最高日最高時進(jìn)水量為66 m3，平均時進(jìn)水量為34.4 m3，時變化系數(shù)(Kh)為1.92，明顯大于城鎮(zhèn)污水時變化系數(shù)取值。主要表現(xiàn)為該區(qū)域污水排放集中在10：00～12：00和18：00～20：00 2個時間段，其中10：00～12：00進(jìn)水除公廁用水，主要來源為中午用餐高峰產(chǎn)生的餐飲排水，油脂含量高；18：00～20：00進(jìn)水則主要以酒店洗浴排水為主。總體而言，景區(qū)內(nèi)污水站進(jìn)水呈現(xiàn)出日變化系數(shù)、時變化系數(shù)都較大的特點。

圖2 某山岳景區(qū)污水站日進(jìn)水量變化

2.2 進(jìn)水總氮濃度高、碳氮比低

通過對4個參照日的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測，在進(jìn)水口每2 h取一次樣，取24 h混合樣。景區(qū)污水隨人流量和天氣原影響，污染物濃度日均變化大，日均值監(jiān)測結(jié)果見表1，并對其進(jìn)行可生化指標(biāo)判定。本項目參照日BOD5/COD值均大于0.4，屬于生化性較好的進(jìn)水水質(zhì)，可采用生化處理工藝。BOD5/TN值理論上大于2.86即可滿足脫氮要求[4]，但在景區(qū)污水站實際運(yùn)行過程中，DO與NO3-N競爭電子供體，且經(jīng)初沉池后，污水中BOD5還會得到一定的去除，一般需要BOD5/TN>5才能滿足脫氮要求5。該景區(qū)公廁高峰時人次可達(dá)1萬人/d，導(dǎo)致進(jìn)水中總氮濃度較高，污水BOD5/TN均小于2.80，屬于典型的低碳氮比進(jìn)水。

表1 污水可生化性指標(biāo)判定(日均值)

2.3 山區(qū)環(huán)境受限

黃山風(fēng)景區(qū)污水站所處海拔高度為1200 m，受制于山地復(fù)雜的地形、生態(tài)保護(hù)和規(guī)劃的要求，難有平整的大塊土地進(jìn)行站點布局和工藝設(shè)計。該站點年均氣溫7.8 ℃，晝夜溫差較大，年平均降雪日數(shù)49 d，冬季最低氣溫可達(dá)零下22 ℃，嚴(yán)重影響菌種活性。因此，在占地布局有限和低溫和的條件確保出水達(dá)標(biāo)成為高海拔山岳景區(qū)污水處理工藝的重點和難點。

3 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

3.1 進(jìn)水水質(zhì)

景區(qū)內(nèi)該片區(qū)主要污水為酒店以及部分管理單位的生活污水，另外有一部分公廁污水，根據(jù)污水水量水質(zhì)實測結(jié)果并參考《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50015-2019)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到酒店較多，各水質(zhì)指標(biāo)取偏上限。預(yù)測的生活污水水質(zhì)為：COD =600～750 mg/L，BOD5=300～375 mg/L，TN=90～130 mg/L，TP=5～7 mg/L，本工程設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)取：BOD5≤400 mg/L、COD≤800 mg/L、TN≤135 mg/L、TP≤8.0 mg/L，設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)見表2。

表2 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)

3.2 出水水質(zhì)

根據(jù)風(fēng)景區(qū)規(guī)劃文件的環(huán)境保護(hù)要求，該污水處理站出水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002 )中一級A標(biāo)準(zhǔn)。具體出水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 設(shè)計出水水質(zhì)

4 提標(biāo)改造工藝方案

4.1 工藝方案比選

目前城鎮(zhèn)生活污水處理工藝多采用AAO+反硝化濾池工藝。針對本工程山岳景區(qū)廢水低碳氮比、高油污、冬季低溫、水質(zhì)水量隨旅游淡旺季波動明顯的特點，有關(guān)專家提出了除油、保溫，延長反應(yīng)停留時間的對策[6]，根據(jù)水質(zhì)特點，充分考慮山岳景區(qū)低溫和的程建設(shè)占地的有限性的自然條件，重點關(guān)注站點構(gòu)筑物的處理能力、運(yùn)行成本、能耗情況、管理情況以及出水水質(zhì)等情況，對Phoredox[7]和AAO[8]這2種工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選。詳細(xì)比較如表4所示。

表4 工藝比選

4.2 工藝流程確定

通過比選，對于C/N較低的景區(qū)污水，Phoredox(五段)工藝可在后端缺氧池處通過添加碳源的方式促進(jìn)反硝化，確保TN達(dá)標(biāo)，具有運(yùn)行穩(wěn)定，低溫適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)好，管理簡單，占地面積小，經(jīng)濟(jì)性以及對景區(qū)環(huán)境影響較小等優(yōu)點[9]，能夠滿足山岳景區(qū)污水治理要求。因此，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后采用“Phoredox”五段工藝作為的核心生物處理工藝模式[10]。增加“高效沉淀池+精密轉(zhuǎn)鼓過濾器”深度處理工藝[11，12]，確保出水TP和SS達(dá)標(biāo)。

具體的工藝流程如圖3所示。

圖3 污水處理工藝流程

4.3 工藝優(yōu)化措施

主要工藝的優(yōu)化措施為：

(1)根據(jù)游客量和天氣變化情況實行動態(tài)運(yùn)維，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。在設(shè)計中經(jīng)不斷試驗調(diào)試，選取到最佳工藝參數(shù)，如變頻控制風(fēng)機(jī)曝氣量，冬季采取低溫運(yùn)行模式，做好管道保溫工作，并向低溫污水中投加高效菌種及載體的方法，同時根據(jù)冬天處理水量較少的情況，延長污水生化反應(yīng)時間，提高生化處理工藝的效果。

(2)合理增設(shè)碳源投加點。針對進(jìn)水中碳源比失調(diào)的特點，同時為解決回流比對總氮去除效果影響的限制作用，采用Phoredox工藝，并增設(shè)后端缺氧區(qū)碳源投加點，提高總N去除率，增強(qiáng)脫氮效果。

(3)設(shè)置前端隔油池進(jìn)行預(yù)處理。針對餐飲用水，強(qiáng)化酒店隔油預(yù)處理，分離去除污水中顆粒較大的懸浮油。

(4)優(yōu)化污泥濃縮脫水方案。原有帶式脫水機(jī)占地面積較大，維護(hù)困難，且零部件一旦損害，需更換的部件體積較大，不適合山上運(yùn)輸條件。因此根據(jù)站點人員操作水平和設(shè)備維護(hù)，確定采用疊螺脫水機(jī)代替帶式脫水機(jī)。

(5)污泥泵房及污泥濃縮池采用“UV光氧”除臭設(shè)計，減少有害氣體排放。

5 主要構(gòu)筑物設(shè)計

(1)調(diào)節(jié)池1座，利用原有池體，結(jié)構(gòu)為鋼筋砼，水力停留時間約9.23 h，有效容積為384 m3。內(nèi)含污水提升泵2臺(1用1備)，潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(1備1用)，電磁流量計1臺。

(2)氣浮室1座，主要設(shè)備包含氣浮機(jī)1臺，處理能力為50 m3/h；PAC、PAM加藥裝置各2套(含攪拌機(jī)和計量泵)；計量泵4臺，流量240 L/h；反應(yīng)攪拌機(jī)2臺。

(3)厭氧池，停留時間3 h，污泥回流比200%，缺氧池反硝化負(fù)荷0.05 kgNO3-N/kg MLSS·d，水力停留時間約10.6 h，前段缺氧池為7 h，混合液回流比200%，后端缺氧池為3.6 h，混合液回流比100%。

(4)好氧池負(fù)荷：0.10 kgBOD5/kg MLSS·d，水力停留時間18.6 h，其中前段好氧池(三格)為15 h，后端好氧池為3.6 h。

(5)輻流沉淀池1座，表面負(fù)荷為0.75 m3/(m2·h)，高效沉淀池1座，表面負(fù)荷為2.5 m3/(m2·h)。

6 工程效果分析

通過實際運(yùn)行，采用五段工藝法，在后端缺氧區(qū)投加碳源和化學(xué)除磷(氣浮原計劃用于除油，實際運(yùn)行中對COD、BOD5去除率較高，為減少碳源投加量，強(qiáng)化酒店除油預(yù)處理，氣浮不使用)，經(jīng)過調(diào)試，出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。2020年10月委托第三方進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，出水均能滿足城鎮(zhèn)一級A標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測結(jié)果見表5。

表5 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

工程建成運(yùn)行后，2021年對該站點每月開展定期水質(zhì)監(jiān)測，提標(biāo)改造后進(jìn)、出水水質(zhì)如表6所示，Phoredox生化處理后(輻流沉淀池出水)COD、NH3-N、TN、TP平均值分別為36.81、4.98、9.58 mg/L、0.82 mg/L，大部分月份去除率達(dá)到90%以上，如圖4所示，年消減COD量122.4 t/a，氨氮48.6 t/a，總氮52.2 t/a，總磷3.42 t/a。

表6 提標(biāo)改造工程進(jìn)、出水水質(zhì) mg/L

圖4 各指標(biāo)運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)

7 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

項目總投資為1960.96萬元，其中土建費(fèi)用1380.27萬元，設(shè)備購置及安裝費(fèi)用411.98萬元、工程建設(shè)其他費(fèi)用79.1萬元、預(yù)備費(fèi)89.61萬元。該工程處理水量為1000 m3/d，電費(fèi)48萬元/a，藥劑費(fèi)用10萬元/a，人員工資12萬元/a，設(shè)備維護(hù)費(fèi)20萬元/a，污泥處置費(fèi)6萬元/a，其他費(fèi)用4萬元/a，則廢水處理費(fèi)用為2.74元/m3。

8 結(jié)論

本項目工程設(shè)計從山岳景區(qū)污水處理現(xiàn)狀、難點、技術(shù)上的可行性、合理性進(jìn)行分析和論證，通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選，優(yōu)化工藝組合，提升山岳景區(qū)內(nèi)生活污水處理能力。經(jīng)實際運(yùn)行，優(yōu)化升級后的“Phoredox五段+深度處理”工藝較原生物接觸氧化工藝，治理效果顯著提升，COD、NH3-N、TP、TN去除率高達(dá)90%以上，保證了出水穩(wěn)定達(dá)到城鎮(zhèn)一級A標(biāo)準(zhǔn)。此外，在日后運(yùn)維管理中，景區(qū)內(nèi)水量和水質(zhì)受季節(jié)和溫度影響較大，針對不同的游客量和冬季低溫采取動態(tài)的運(yùn)維管理模式將成為該類項目運(yùn)行管理中的重點[12]，進(jìn)一步為山岳景區(qū)污水高標(biāo)準(zhǔn)排放提供借鑒。