我國北方污水處理廠冬季運行與管理策略分析

摘要：我國北方地區冬季寒冷，水溫低，微生物代謝能力減弱，污染物去除效率降低，影響出水的達標排放，增加污水處理設施運行與管理困難。結合我國北方地區某污水處理廠往年冬季運行情況，分析低溫運行特點，從而加強安全、設備與工藝等方面的管理，確保冬季出水達標排放。

關鍵詞：污水處理；冬季；低溫；運行與管理

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.068

Analysis of Winter Operation and Management Strategies for Sewage Treatment Plants in Northern China

LI Chuangxiu， GAO Yuan， GAO Jianjing

（Jining Zhongshan Public Utilities Water Co.， Ltd.， Jining 272000， China）

Abstract： In Northern China， winter is cold and the water temperature is low， which weakens the metabolic capacity of microorganisms and reduces the efficiency of pollutant removal， affecting the standard discharge of effluent and making it difficult to operate and manage sewage treatment facilities. Based on the winter operation of a sewage treatment plant in Northern China in previous years， the characteristics of low-temperature operation is analyzed， thus strengthening the management of safety， equipment， and processes to ensure that the winter effluent meets the discharge standards.

Keywords： sewage treatment; winter; low-temperature; operation and management

我國城市生活污水處理廠一般采用活性污泥法和生物膜法作為主體工藝，依靠活性微生物將污水中的有機污染物降解為小分子物質，達到凈化污水的目的[1]。微生物活性受pH、溫度、有機負荷和溶解氧等因素影響，其中溫度與微生物的代謝活性有關[2]。冬季水溫低，微生物代謝能力減弱，污染物去除效率降低，影響出水的達標排放[3]。當水溫小于15 ℃時，硝化細菌活性受到抑制，氨氮去除效率降低[4]。我國北方地區冬季寒冷，部分地區最低氣溫在-15 ℃以下，污水處理系統水溫低，增加污水處理設施運行與管理困難。因此，以我國北方地區某污水處理廠為例，結合往年冬季運行情況，分析低溫運行特點，從而加強安全、設備和工藝等方面的管理，確保冬季出水水質達標。

1 項目概況

該污水處理廠設計規模為20萬m3/d，主要處理城區的生活污水和工業廢水，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A排放標準。生物處理段采用厭氧-缺氧-好氧法（Anaerobic-Anoxic-Oxic，AAO）與移動床生物膜反應器（Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR）的組合工藝，深度處理采用混凝沉淀+纖維轉盤濾池過濾+紫外線/次氯酸鈉消毒的組合工藝，尾水排入運河和人工濕地，改善城市水環境。該污水處理廠配套設計規模8萬m3/d的中水回用工程，主要向周邊電廠輸送循環冷卻水。

2 運行情況分析

2022年3月至2023年2月，該污水處理廠的月均水溫介于14.7～24.3 ℃，如圖1所示。日均污水處理量為21.6萬m3/d，相比設計水量，超過8%，電能單耗為0.269 kW·h/m3。在年度目標體系的指引下，嚴格遵守生產管理制度，實施精細化運行與科學調控，做到合理加藥與節能降耗，出水水質穩定達到排放標準。全年進出水水質監測結果如圖2、圖3和圖4所示。進水化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）的年平均值分別為153 mg/L、83.1 mg/L，進水氨氮（NH3-N）、總氮（Total Nitrogen，TN）的年平均值分別為29.88 mg/L、35.24 mg/L。總體來說，進水碳氮比偏低，為2.36，廠區采用補充乙酸鈉作為碳源的方式強化TN的去除。合理控制好氧區曝氣量，根據進水碳源充足程度，在厭氧區中部和缺氧區前部投加液體乙酸鈉，出水氨氮、TN的年平均值分別為0.25 mg/L、11.55 mg/L。在生物除磷基礎上，廠區采用生物池投加鐵鹽除磷劑，輔以深度處理段投加聚合氯化鋁的方式進行化學除磷，進水總磷（Total Phosphorus，TP）的年平均值為3.31 mg/L，出水TP的年平均值為0.38 mg/L。

2022年12月至2023年2月，該污水處理廠的冬季最冷月水溫介于14.7～15.6 ℃。冬季，月均水溫偏低，微生物代謝速率低，生物處理段將活性污泥法與生物膜法有機結合，系統具有一定的抗沖擊負荷能力，同時強化低溫脫氮能力。其間，各水質評價指標的去除率比較穩定，進出水COD、BOD5、NH3-N、TN與TP的去除率分別為87.8%、92.8%、98.7%、64.4%和88.1%。

3 冬季運行與管理策略

3.1 安全生產

冬季，由于雨、雪與霧等天氣的特殊性，生產作業的危險系數顯著增加，應更加重視安全管理。要落實安全生產責任制，制定安全生產檢查制度，定期組織檢查，對于發現的安全問題，限期整改。將安全隱患納入交接班內容，建立安全隱患臺賬，對可能出現的安全隱患做出預警與整改，確保污水處理廠冬季運行安全。要嚴格執行安全生產規章制度，生產作業配備完善的防護工具，注意人身、財產及作業安全，預防安全生產事故的發生。要認真執行巡檢制，尤其是夜間巡回檢查制，人員巡檢要嚴格落實雙人制，上下樓梯應抓住護欄，嚴禁走路看手機。室外的樓梯、巡檢平臺及通道要保持清潔干燥，及時清除積水，防止結冰。下雪天氣，首先清理巡視路線的積雪，再清理其他設施的積雪。

3.2 設備維護

在低溫環境下，污水處理廠的設備易出現故障且維修難度增加。為確保污水處理設備正常運行，預防冬季低溫對設備產生的不利影響，污水處理廠根據季節變化提前做好準備工作，降低事故發生的風險。

入冬前，制定設備維保計劃，對廠區設備進行全面的維護與檢修，包括更換設備機油和潤滑脂。梳理低溫下易出現問題的設備，納入設備管理計劃，并制定應急搶修預案。進入冬季前，對廠內供暖設備、供暖管線進行全面的檢查與維護，保證冬季供暖期間連續正常運行。廠區內給水、污水、空氣、加藥管線和閥門應注意防凍，敷設保溫棉。對于裸露在室外的管線及間歇輸送液體的管線，要纏好保溫棉和鋁箔，保證管線內液體不凍結。對于暫停使用的工藝管線，如綠化中水管道等，應將管線中的水提前放空。

保溫措施的施工應在冬季到來前保質保量地完成，避免低溫期間施工不便。注意冬季風機房與配電室的保溫工作，提供與運行相適應的工作環境，避免設備因環境溫度過低而停機。注意格柵等關鍵設備保溫措施的檢查，定期開啟設備，間歇運行設備調整為連續運行，防止結冰[5]。做好防凍鹽水的儲備工作，二沉池刮吸泥機行車輪路線投加防凍鹽水。格柵輸送機上的柵渣、浮渣應及時清理，防止柵渣與輸送設備凍結。要保證備品備件齊全，如保溫材料、設備備件、各種型號的管道與配件等，應對緊急搶修。

3.3 運行監控

冬季運行情況復雜多變，突發情況下，工藝調控不及時，出水水質容易波動，因此化驗數據、系統過程儀表參數、模擬小型試驗數據對運行具有重要的指導意義，要求運行管理人員加強數據的監測與分析。要加強系統過程儀表與在線監測儀表的監控，參數異常時及時調整工藝。冬季污水溫度在15 ℃左右，無法達到硝化菌及反硝化菌的最適宜溫度，對氮的去除效果有很大的影響。生物處理系統在好氧池中部與末端均設有溶解氧儀，監控溶解氧含量，冬季氨氮去除效果不佳時，可通過增加曝氣量提高硝化速率。生物處理系統缺氧區出水點位與好氧區出水點位安裝有硝態氮儀表，硝態氮含量升高時，調整碳源投加量或回流量。

要做好污泥濃度與沉降比的監控管理。冬季溫度較低，微生物活性顯著降低，污泥極易發生膨脹，引起出水渾濁，嚴重時出現跑泥現象，對生物處理系統造成不利影響。因此，定期監控污泥沉降比和污泥濃度，關注污泥的沉降性能。要進行碳源反硝化模擬小型試驗和除磷劑模擬小型試驗，測定脫氮除磷效果。冬季生物脫氮除磷效率降低，需要投加的化學藥劑也會顯著增加，藥劑的質量管控對于節能降耗有重要意義。碳源模擬小型試驗和除磷劑模擬小型試驗可以跟蹤藥劑的使用效果，調整加藥量，指導生產。另外，要加強重點部位點檢與巡視，保證設備連續運轉，曝氣沉砂池和二沉池浮渣槽、刮吸泥橋以及格柵不結冰。

3.4 工藝調控

該污水處理廠根據以往冬季運行經驗，結合實際工藝控制參數，針對出水指標提出適合低溫特點的調控措施。

3.4.1 出水氨氮的調控措施

減少污泥排放，適當提高污泥濃度，增加污泥齡，通過補充硝化細菌的數量和豐度提高氨氮去除能力。冬季，該污水處理廠將污泥濃度控制在6 000～7 000 mg/L，污泥齡控制在15～25 d。針對出水氨氮不穩定的情況，可以通過適當增加曝氣控制水溫，提高生物池溶解氧濃度，使其保持在2～4 mg/L，為硝化反應創造良好的條件，進一步降低出水氨氮濃度。

3.4.2 出水總氮的調控措施

生產過程中，在滿足出水氨氮達標的前提下，將生物池末端溶解氧濃度控制在2 mg/L以下，利用生物池后段消氧區進一步降低溶解氧濃度，避免內回流液破壞缺氧區的缺氧環境。根據出水總氮情況調整內回流比（0%～200%），進水總氮異常升高時，增開內回流泵。要提供充足的碳源，儲備充足的乙酸鈉備用，結合缺氧區出水和好氧區出水硝態氮儀表數據調整乙酸鈉投加量，好氧區出水硝態氮濃度逐步上升且超過13 mg/L時，增加加藥量。出水硝態氮濃度恢復12 mg/L以下，降低加藥量。在進水COD偏低、碳氮比失衡等進水異常的條件下，現有加藥系統不能滿足工藝使用要求，人工應急投加葡萄糖，保證反硝化碳源充足。在生物處理系統中，反硝化細菌受溫度影響，活性較低，出水總氮較高時，可應急投加反硝化菌種強化脫氮能力。

3.4.3 出水總磷的調控措施

為了保證剩余污泥的正常排放，要監控生物池污泥濃度與沉降比的變化，均勻排泥，使得污泥濃度變化穩定。冬季生物除磷效果降低后，要增大除磷藥劑的投加量。密切關注二沉池出水在線磷酸鹽儀表，根據在線監測數據調整生物池出水點位和混凝沉淀池除磷藥劑的投加量。二沉池出水在線磷酸鹽儀表數據控制在0.7 mg/L作為預警上限值。在厭氧區前部投加乙酸鈉，提高生物除磷所需的碳源量。

3.4.4 出水懸浮物的調控措施

關注二沉池泥位，盡量控制在低泥位運行，避免高泥位運行造成跑泥。除磷藥劑投加量增大后，將混凝沉淀池產生的化學污泥及時排入濃縮池進行脫水，避免混凝沉淀池跑泥引起濾布濾池超負荷運行。關注濾布濾池運行狀況、出水懸浮物情況，如出現出水渾濁等跑泥現象，檢查設備運行狀況。要關注二沉池污泥沉降情況，如出現污泥膨脹現象，及時調整工藝。

3.5 生產后勤

儲備生產藥劑，確保藥品儲備充足，及時補充藥劑，避免雨、雪和大霧等復雜天氣時藥品運輸困難。儲備微生物菌種，低溫天氣微生物活性降低，根據生產需要，及時進行微生物菌種尤其是反硝化菌種的補充。提前備好冬季用的防凍工業鹽與沙。儲備室外作業的勞動防護用品，如手套、防滑鞋和清掃積雪的工具等。儲備醫用藥品，如凍瘡膏、碘伏和繃帶等。

4 結論

我國北方地區冬季寒冷，污水處理系統水溫低，污水處理設施運行與管理困難增加。針對低溫環境，該污水處理廠有較為成熟的運行與管理策略，可以為其他市政污水處理廠設備、工藝和安全等方面的冬季運行與管理提供經驗。冬季水溫低，微生物活性不高，只有做好運行管理與調控，才能確保出水水質連續穩定達標。

參考文獻

1 武 強，彭 程，徐 旭，等.北方地區污水處理廠冬季運行問題及措施[J].廣東化工，2020（22）：83-84.

2 楊 紅，白文龍，梅小樂，等.寒冷地區冬季脫氮除磷工藝調控及效果分析[J].中國給水排水，2021（6）：107-111.

3 錢 程，任麗波，姚 瑤.寒冷地區冬季低溫對污水處理廠運行效率的影響研究[J].中國給水排水，2008（5）：84-86.

4 孫俊楠，常 凱，婁海巖.化工園區綜合污水處理廠冬季運行管理實踐[J].給水排水，2021（1）：276-283.

5 宮艷萍，王新建，朱 焱.北方地區城市污水廠冬季運行管理[J].環境保護科學，2005（5）：30-31.

作者簡介：李闖修（1991—），男，山東魚臺人，碩士，工程師。研究方向：污水處理與資源化利用。