高原地区污水处理厂工程项目案例分析

沈鸿滢，郭 玉，王艳英，沈艳涛

(1.北京市市政四建设工程有限责任公司，北京 100176;2.北京城市排水集团有限责任公司，北京 100044)

高原高寒区主要包括青海省、四川省西南部、云南省西部和西藏自治区，与我国东部平原地区相比具有海拔高、气压低、空气中含氧量低等特点，这些地区的部分城市平均海拔高度在2200 m以上，有些城市甚至达到3 000 m以上。由于海拔高、气压低、温差大、年平均气温低，因此这些地区建设污水处理厂对污水处理技术有特殊要求，一般可选用曝气生物滤池、生物接触氧化法、活性污泥和生物膜法等工艺。昌都污水处理厂是世界首座高原污水处理厂，它的建立和运行为保护澜沧江流域的水环境、建设高海拔城镇污水处理厂起到了示范作用。玉树污水处理厂是世界海拔最高的污水处理厂，目前日处理能力已达1.5万t。高原地区污水处理厂的相继建立，将对改善高原地区的环境质量，巩固污染防治与生态保护效果，确保西藏经济社会可持续发展有着重大的意义。

1 案例一

1.1 工程概况

昌都污水处理项目(如图1)，由一座污水处理厂、三座提升泵站、25 km雨污管网、21座公厕等组成，日污水处理能力(含污泥消化和沼气利用)为近期0.9万 t，远期 1.8万 t。2006年 7 月开工建设，2008年8月7日昌都污水处理厂试运行，出水水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002中一级B标准。2009年5月污泥处理及沼气利用系统试运行后也保持良好运转，污泥处理各项指标达到设计标准。

1.2 运行情况

昌都污水处理厂处理能力在6 000 t/d左右，截止2011年4月30日，共处理生活污水572万m3，出水水质达标排放，处理污水水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。外运干污泥2 268 m3、栅渣225 m3至垃圾填埋场处理，少量干污泥用于厂区绿化施肥。

图1 昌都污水处理厂Fig.1 Changdu Sewage Treatment Plant

表1 昌都污水处理厂处理水量及COD去除率Tab.1 Treatment Capacity and Removal Rate of COD of Changdu Sewage Treatment Plant

1.3 运行工艺

昌都污水处理厂利用活性污泥法处理污水，污水处理设备是利用生物化学技术处理的完全自动化设备，把高浓度的污水利用循环原理处理变成干净的水再次利用。

厂区包括四个处理单元:机械处理、生物处理、污泥处理和臭气处理。机械处理单元主要将进厂污水中的大块悬浮、漂浮状的污物阻截，并使砂料与污水分离，为预处理阶段。生物处理单元采用活性污泥生物处理工艺，水力停留时间为8 h，污泥龄为25 d，好氧池主要控制指标有:MLSS为2 500～3000 mg/L、SV 为20% ～25%、DO 为2.5 ～3.5 mg/L，出水水质达到国家一级B类标准。污泥处理单元将每天剩余污泥及初沉池污泥进行浓缩进入消化池，并向污泥加热经中温消化产生沼气降解有机物，进入后浓缩池的污泥在脱水机房做脱水处理，制成泥饼，日产污泥为3.0 m3。臭气处理单元处理能力30 000 m3/h。

污泥消化处理是昌都污水处理厂的亮点之一，也是运行难点之处。据悉，我国现有运行的城市污水处理厂约3 000座，仅有59座设计了污泥消化系统。昌都污水处理厂设备管理得当，污泥经过厌氧消化后，不仅满足了污泥减量、稳定、无害的要求，同时又产生了可利用的沼气。并对产生的污泥经过厌氧中温消化、脱水处理，最后填埋。

1.4 问题及方案

1.4.1 存在问题

冬季运行期间因污水温度较低，最低时仅有2～3℃，而设计正常处理水温为12～35℃，造成氨氮、总氮等处理指标部分超标。污泥量少，加之污水温度很低，最低只有3℃左右，要保证污泥消化所需的温度非常困难。人为因素和外部环境造成污水管道内进入大量泥砂、衣物等杂物，加剧了潜水泵叶轮及相关设备的磨损。鼓风机受高原因素影响导致机头高温，时而造成故障停机。

1.4.2 解决方案

进入冬季后，采取减少排泥量，提高污泥浓度、溶解氧，保持较低污泥负荷，达到硝化作用，尽量提高冬季运行时氨氮的去除效果。采取了将污泥循环管道保温、延长污泥搅拌时间、提高污泥浓度等措施，有效保证了产生的沼气基本上能满足污泥消化对温度的需求，节省了大量的电耗和油耗。在泵站粗格栅后安装了细格栅，投运后极大地改善了泵及后续工艺设备的运行工况。为解决鼓风机高温停机问题，2011年5月重新更换适合高原运行的机头并进行相应的技术改造。对产生臭气较多的预、后浓缩池等环节，则采取了加盖措施，既满足了冬季安全运行，又阻止了臭气向周边扩散。

2 案例二

2.1 工程概况

青海省玉树州结古镇污水处理厂地处高原，是目前世界上海拔最高的污水处理厂(见图2)。玉树属高原大陆性季风气候，全年无四季之分，只有冷暖两季之别，没有绝对的无霜期。冷季由青藏高原冷高压所控制，风大、干燥、气温低，长达7～8个月;暖季受印度洋暖流的影响，又具有半湿润气候特征，降雨量多且集中，比较湿润，只有4～5个月。据玉树气象站资料，玉树地区年平均日照时数为2 496.4 h，年总辐射量为6 245 MJ/m2，均大于同纬度的东部地区;玉树地区标准冻深为1.04 m，冰冻期达225 d。夏日最高气温34.6℃，冬日最低气温－24.7℃。年平均降雨量为658.9 mm，最大冻结深度为1.1 m，海拔高度为3 666 m。

结古镇污水处理厂一期工程规模为1.5万m3/d，二期工程规模为2.5万m3/d。这座海拔3 800 m的污水处理厂一期工程已经投入使用。

图2 玉树污水处理厂Fig.2 Yushu Sewage Treatment Plant

2.2 运行工艺

玉树污水处理厂采用A/A/O工艺，在该工艺流程内，BOD5、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。在A/A/O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐;在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的;在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物;而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。

1.4.2 提取温度对树舌灵芝多糖提取率的影响。准确称取6份质量相同的3.0 g灵芝干粉末，按树舌灵芝粗多糖提取工艺流程进行操作，按液料比 45∶1加入蒸馏水，设置提取温度分别为50、60、70、80、90、100 ℃，浸提2 h，提取3次。根据所测吸光度考察提取温度对树舌灵芝多糖提取率的影响。

工艺流程如图3所示。

图3 玉树污水处理厂工艺流程图Fig.3 Process Flow Diagram of Yushu Sewage Treatment Plant

2.3 问题及方案

2.3.1 施工过程

由于冬季低温、高寒、缺氧，因此在污水厂土建施工过程中应注意冬季保温材料的选用，处于室外的设备及材料等应加设保温材料。管道应埋设于满足实际要求的冻土层以下，注意管道的保温，有条件时可以考虑在输水管线上增设事故溢流井，在突发管道冻胀或破裂时可以应急使用，防止污水外泄。埋设设备基础的预埋件时尽量不要在冬季施工。墙、地面尽量不要在冬季气温较低时铺设砂浆、勾缝、抹灰等，防止脱落。采用水泥砂浆上抹灰等外墙装饰平涂做法时容易造成墙体外表面脱落，因此可考虑在外墙涂抹仿石涂料做法，防止外墙皮脱落，但也应考虑到此种做法使墙面从外观上看与藏族地区建筑风格有出入。为保证建、构筑物内地面在检修、清扫及运行操作过程地面完好无损，同时满足清理方便的要求，可考虑在地面铺装地砖。

2.3.2 设备保障

高、低配电柜系统在缺氧情况下易出现散热性差、高原缺氧降效问题，在电气设备的控制箱、柜等处可加设进气、排气孔、排风扇等散热装置。鼓风机等工艺设备，应考虑适合高原、缺氧环境条件下，设计合适的冷却方式，否则高原条件下气压低会导致压缩比降低，鼓风机机头过热，机头内润滑油变性，润滑性能降低，机头轴承被损坏。可采用其他传送方式如皮带传动或加大电机功率等办法解决。泵站处由于外管线如进入垃圾等硬质物体，将导致水泵叶轮损坏，此种情况可以在水泵前端加装细格栅。由于高原地区氧含量仅为平原地区的60%左右，且高原地区气压较低，因此一些分析仪表等设备在靠压力作用时不能达到要求，如溶解氧测定仪等采用薄膜法方式工作的仪表应改用其他类型的仪表，例如可采用荧光法溶解氧测定仪。在线监测仪表等由于长期浸没于污水中，易出现被污染导致读数不准确等问题，因此可考虑要求类似仪表带自动清洗等功能，特别是溶解氧测定仪。由于冬季温度较低，在事故排出口加工一翻板，当有水流时翻板自动开启排水，无水时翻板关闭，这样可以解决室内保温问题，不至于从事故排出口进风，加此装置可防风倒灌，有防风、保温的作用。冬季运行时主要考虑保温、加热设备，可考虑选用常见的保温材料，如棉门帘、毛毯等。同时在各种泵体的轴、杆等部位缠电热丝带保温，在格栅部加电暖气防止结冰等多种措施。设置时间继电器。可以考虑在部分运行设备上加装时间继电器，这样可以根据合理的设置设备运行、操作时间，准确无误的对设备进行启动和关闭。

2.3.3 工艺运行

玉树污水处理厂运行时，可以借鉴近似环境条件下污水处理厂生物培养的运行、培养参数。为了尽快培养活性污泥，可从附近污水处理厂取活性污泥进行接种，这样将大大提高污泥培养效果，并减少培养驯化时间。在冬季污水量较少时通过加大污泥回流比、增加污泥浓度等方法保证活性污泥的处理效果，尽量提高冬季运行中氨氮的去除率。冬季运行时可以考虑将部分不运行构筑物泄空，如水量较小时要防止曝气系统冻胀、冻裂。冬季污水流量减少时生物池采用间歇式运行。

3 高原和平原地区污水处理厂曝气量计算对比［1］

由于高原和平原地区存在海拔差异，因此污水处理厂计算曝气量时就要根据实际情况采取相应的计算方法。

由于高原地区大气压和空气中氧含量低，因此对污水处理厂的鼓风供气量影响较大，若工程设计中计算不当，可能会影响污水处理厂的正常运转。高原地区当地大气压与标准大气压相差较大，计算清水表面饱和溶解氧浓度Csm值则是按当地大气压计算的修正值，计算公式见式(5):

式中Cs——标准大气压时清水的饱和溶解氧浓度值，mg/L;

EA——曝气装置的氧利用率;

ρ——压力修正系数;

Csm——温度为T、实际计算压力条件下，曝气装置在水下深度处至水面的清水平均饱和溶解氧浓度，mg/L;

Csw——清水表面处饱和溶解氧浓度，mg/L;

Ot——曝气池逸出气体中含氧量百分率，%;

21——空气中含氧量体积百分率，%;

Pb——安装曝气装置处的绝对压力，Kg/cm2。

Pa——所在地区的大气压力;

H——曝气池中曝气装置位置处距水面的距离，设计中可取曝气池有效水深，m

例:某污水处理厂生物池采用鼓风曝气、微孔曝气器，曝气器安装深度H=4.5 m，其氧利用率为EA=23%，当地海拔高度3 000 m，设计水温T=15℃，根据文献［3］查出T=15℃，海拔3 000 m时，Cs=10.15 mg/L，Pa=0.745 Kg/cm2。

根据式(1)～(3)计算出Csw=7.46 mg/L。根据式(4)计算Csm=7.42 mg/L小于7.46 mg/L，根据式(5)～(6)计算出修正的 Csm=9.09 mg/L 大于7.46 mg/L。

因此可以看出，根据式(4)所计算出的Csm值小于Csw值，此结果将进一步影响计算标准供氧量(SOR)值和供气量值的准确性，并影响污水处理厂鼓风机设备运行参数的确定和曝气装置数量，由此可造成鼓风机长期低效运行、能耗浪费、建设投资和运行费增加。应适当选择功率更小的鼓风机以满足节能要求。

4 结论

(1)由于高原地区低温、高寒，因此污水处理厂在建设和运行中重点考虑设备设施的防冻问题，冬季运行应努力保证硝化作用完全。

(2)由于高原地区空气中含氧量低，在选用鼓风机和溶解氧测定仪时应着重考虑，鼓风机应采用适宜的冷却方式。

(3)高原地区污水处理厂供气量计算时，应收集当地海拔高程、大气压、空气中含氧量、进厂水温等实测基础数据，根据实际情况计算Csm，既要满足运行需求，同时达到节能降耗的效果。应适当选择功率更小的鼓风机以满足节能要求。

［1］崔健.高原地区污水处理厂供气量计算探讨［J］.给水排水，2012，38(2):41-46.

［2］北京市市政工程设计研究总院.给水排水设计手册第5册—城镇排水［M］.第2版.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［3］北京水环境技术与设备研究中心，北京市环境保护科学研究院，国家城市环境污染控制工程技术研究中心.三废处理工程技术手册(废水卷)［M］.北京:化学工业出版社，2000.