张家口城镇污水处理厂运行现状浅析

何延青 李 易 宏 哲

(1.河北建筑工程学院，能源与环境工程学院，河北 张家口 075000；2.张家口市环境监测站，河北 张家口 075000)

张家口城镇污水处理厂运行现状浅析

何延青1李 易1宏 哲2

(1.河北建筑工程学院，能源与环境工程学院，河北 张家口 075000；2.张家口市环境监测站，河北 张家口 075000)

结合2016年张家口城镇污水处理厂运行现状,对微生物处理工艺进行分析,提出了低温寒冷地区污水处理厂可能出现的与处理能力有关的问题,以及相应的解决措施.

城镇污水处理厂;微生物处理工艺;低温寒冷地区

0 引 言

张家口市分为6个区，10个县.地处内蒙古高原、黄土高原和华北平原过渡地带，地势西北高、东南低，常年主导风向为西北风，气候干旱而寒冷.该市能源资源十分丰富，主要有煤炭、风能和太阳能，但实属半干旱地区，水资源严重不足.本文结合张家口城镇污水处理厂运行现状及气候特征，对低温寒冷条件下，污水处理厂可能出现的与处理能力有关的问题，以及相应的解决措施进行了分析.

1 各城镇污水处理厂的运行现状

1.1 废水、废气及污泥处理工艺或措施

图1 城镇污水处理厂处理工艺比例图

张家口市共有17个城镇污水处理厂，且大部分建造于2005年后，经过两年时间完成建造，大部分污水处理厂后期都会经过升级改造，或分两期建造，主要处理城镇生活污水及工业废水.各城镇污水处理厂废水主要污染物为COD和氨氮，污水处理所采用的工艺情况如图1所示.图中百分比为各处理工艺所占比例.

由图1可知，张家口各县区污水处理厂目前所使用的工艺大部分为奥贝尔氧化沟、A2O工艺以及CASS工艺，并且在原有工艺的基础上增设砂滤池等工艺进行深度处理.三种工艺的共同特点是具有同步脱氮除磷的效果，并且处理效果好，工艺简单，易于控制和自动化操作.各区县污水处理厂大多数都设置在线监测系统，可以实时监测各类污染物的浓度，用以及时控制处理工艺中各个环节的工作运行状况，控制污染物排放总量.

张家口市城镇污水处理厂废气污染物主要来源于废水处理工艺中粗细格栅、生化处理池、沉砂池、污泥浓缩间等构筑物，废水处理过程中主要的废气有硫化氢气体和氨气.全市73%左右城镇污水处理厂由于冬季使用集体供暖或采用电锅炉供暖，还有一些处理厂采用电热膜供热，不涉及废气重点污染物二氧化硫和碳氧化物的产生和排放，且其他废气产生量较小，符合排放标准，则处理厂设置一定宽度的绿化带，直接排放至大气中，通过大气稀释、扩散.

对于剩余污泥的处理，则都是运至垃圾填埋场处理.而剩余污泥中不仅含有微生物残体，还有处理污水时吸附的大量有机质，因此对剩余污泥进行适当的处理至关重要.剩余污泥的直接填埋会对土壤、大气、地下水等造成二次污染.

图2 城镇污水处理厂处理规模比例图

1.2 处理规模、处理量负荷及中水回用情况

张家口市各城镇污水处理厂由于服务范围不同，而具有不同的处理规模.根据我国的实际情况，城镇污水处理厂按年处理规模大体上可划分为三个等级：小型(小于1万m3)、中型(1万到10万m3)和大型(大于10万m3).右图为各城镇污水处理厂的实际处理规模比例图.

由图2可以看出，张家口市城镇污水处理厂大部分为小型污水厂，其原因与张家口的水资源量以及社会经济水平相关.

各城镇污水处理厂实际处理规模与设计处理规模之比称为污水处理量负荷.

图3 各城镇污水厂污水处理量负荷

由图3可知，张家口市城镇污水处理厂的处理量负荷最高可达到100%(张家口市鸿泽排水有限公司和怀安县左卫镇污水处理厂)，即设计处理规模与实际处理规模相等.经分析发现，这两污水处理厂主要处理其所在位置的生活污水和生产废水：鸿泽排水主要服务范围是张家口市主城区的生活污水和生产废水，包括桥东区、桥西区和经济开发区；左卫镇污水处理厂主要服务范围是怀安县城规划区内全部生活污水及达到国家综合排放标准的工业废水.其处理范围较大，因此很容易造成满负荷处理的情况，但并不影响出水水质.大部分城镇污水处理厂处理量负荷在40%-90%之间，认为这将对城镇污水处理厂日后的处理量提升有着重要影响.

经分析发现，张家口市93%左右城镇污水处理厂处理后的终水，将排放至当地地表水体中，这不仅会对地表水造成污染，并且还会造成水资源浪费.在各二级处理后端，均设置了砂滤池并且投加化学絮凝剂(聚丙烯酰胺和聚丙乙酰胺、聚合氯化铝等)，提升了反硝化作用效果.

2 低温寒冷地区微生物处理工艺可能存在的问题及治理措施

由于张家口气候属东亚大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，日照充足，昼夜温差大.张家口市2016年月平均气温如下图所示.

图4 张家口市2016年月平均高温及月平均低温图

由图4可知，张家口市月平均高温温不足15 ℃，月平均低温不足4 ℃，尤其是冬季，气候更是寒冷，最低可达-15 ℃.温度在污水微生物处理中是一个极为重要的影响因素，温度对微生物的活性有着重要的影响，一般微生物适宜的生长温度为20-35 ℃，当温度下降到10 ℃时，微生物的活性会降低一倍；当温度低于4 ℃时，微生物几乎停止一切生命活动[1].因此，张家口地区的污水处理厂常受低温影响，而使处理效果降低.

在脱氮除磷水处理工艺中，主要的微生物包括硝化细菌，反硝化细菌，聚磷菌.在低温环境下，这三种微生物对温度变化都比较敏感，当水温下降到5 ℃时，硝化细菌和反硝化细菌的活性明显下降，也就是说此时的脱氮效果明显降低，甚至停止脱氮[2].因此，在低温环境下，为了提高脱氮效果，可以增加污泥浓度.本章节将对低温环境下各微生物水处理工艺问题提出建议.

2.1 奥贝尔氧化沟

张家口市城镇污水处理厂所使用的奥贝尔氧化沟，均是由三个同心圆形或椭圆形的沟道组成.污水由外沟道进入，在外沟道中与回流污泥混合，在曝气转碟的作用下，推动水流前进并且向谁提供氧，水体通过淹没式输水口进入相邻的下一沟道，最后从中心岛将水流排出，进入二沉池，回流污泥由二沉池回流至外沟道进水管.

三沟道由外到内的溶解氧浓度为递增的态势.外沟道为缺氧区，但在曝气转刷的推动和供氧条件下，该区域微生物实际上是在有氧和无氧交替环境下，对污水进行反硝化和硝化作用，以达到脱氮的效果，聚磷菌在此释磷[3].中间沟道为过渡区，为外沟道和内沟道提供外援补充.内沟道为好氧区，在此区域的污水有机物已被大部分去除，所以聚磷菌可以更好地摄取磷，以达到除磷的效果.

奥贝尔氧化沟工艺也有一些不足之处，该工艺的构筑物占地面积较大，且中心岛的位置为无效占地；由于氧化沟内始终有溶解氧，导致反硝化作用及聚磷菌释磷不完全.

在低温环境下，水中溶解氧含量会升高，因此可以在氧化沟前端设置厌氧池，将污泥回流至厌氧池中，以保持氧化沟外沟道中的低溶解氧含量，保证微生物对氮磷的去除效率.

2.2 A2/O工艺

A2/O工艺主要是由厌氧池、缺氧池、好氧池组成.首段厌氧池，聚磷菌在此阶段充分释放磷，同时氨氮含量由于微生物细胞的合成而降低；在缺氧池中，完成反硝化作用，反硝化细菌利用无水肿的有机物作为碳源，将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气溢出水面；在好氧池中，有机物继续被微生物氧化分解，氨氮被硝化细菌转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，污水中的磷含量由于聚磷菌过量摄取而降低.

相对于CASS工艺来说，A2/O工艺的构筑物建筑面积较大，但由于厌氧区、缺氧区、好氧区在三个独立的反应池内，不同的微生物之间不存在相互影响.好氧池设置在最后一道工序，使聚磷菌充分过量摄取污水中的磷，即剩余污泥中的磷含量较高，肥力较强，可作为农业肥料再利用.

A2/O工艺也有一些不足之处，当回流污泥从好氧池回流到厌氧池时，其中会携带一定的溶解氧和硝酸盐类，厌氧池中由于得到一定浓度的溶解氧和硝酸盐类，而使聚磷菌释磷和厌氧反硝化能力降低，影响聚磷菌在后端好氧池中的吸磷作用，导致出水水质中含磷量有一定提升[4].反之，当好氧池中供氧量不足时，好氧消化作用不完全，则回流污泥中硝酸盐类含量降低，使反硝化作用不能很好地进行，导致出水水质中总氮含量提升.

在低温环境下，在保证氨氮去除率不变的情况下，根据进水水质适当的调节污泥负荷率，将会有效的提升COD和总磷的去除率.有研究表明，当进水水质为COD：147-330 mg/L、总磷：3.0-7.1 mg/L、氨氮：33-61 mg/L时，将污泥负荷率调为0.015-0.02 gCOD/gMLSS，则COD和总磷有较好的去除率[5].另外可以在缺氧池进行适当搅拌，使污水中各种污染物与微生物充分接触，避免局部污染物浓度过高等.

2.3 CASS工艺

CASS工艺是在SBR工艺基础上，反应池沿池长方向设计为三个部分，前部为生物选择区(厌氧区)，中部为预反应区(缺氧区)，后部为主反应区(好氧区)，其主反应区后部安装了可升降的滗水器.该工艺中，在时间上污染物的降解是一个推流的过程，反应区内的微生物处于好氧、缺氧、厌氧的周期性变化之中，因此较好的脱氮除磷效果[6].

前端生物选择区的设置，有效的提高了污泥的活性，使活性污泥的内回流有所增加，从而提升了活性污泥的处理能力[7].预反应区有效的对污水中有机物进行了高负荷降解，缓冲能力强，使污水在主反应区内得到更好的处理.

由于整个工艺的曝气、沉淀、滗水和闲置阶段都在一个池子内同一周期循环运行，则对曝气、排泥、排水等工序的设备、时间要求较为严格.

CASS工艺也有一些不足之处，由于脱氮除磷是在同一池子内进行，则硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌在同一池子内生存和工作，必将会相互影响.为此可以适当改变三个部分的容积比.当反应区的容积配比适当时，该工艺对COD、氨氮、总氮、总磷均有较高的去除率[8].

对于低温水处理，最直接有效的办法是在水处理构筑物外围加保温材料、加盖处理等，以保持构筑物内事宜微生物生长的温度.也可以进行分段进水，或适当搅拌，使污水中各种污染物与微生物充分接触，避免局部污染物浓度过高等.

3 总 结

经过对张家口市各区县城镇污水处理厂的工艺及运行现状分析，处理厂工艺过程和工艺处理设备都处于国内先进水平，处理水可达到相关标准.在出水利用和中水回用的问题上，大部分污水处理厂过都选择直接外排给受纳水体，这样不仅不能充分利用水资源，而且还使出水量增大，增加排水管道的成本.

对于低温条件下污水处理工艺的处理措施，提出以下几点建议：增加污泥浓度，在反应池前端设置生物选择池或厌氧池，适当调整污泥负荷率，和反应区容积配比，另外可以增加保温材料等，以提高低温条件下微生物生命活性和处理能力，保证出水水质.

[1]任南琪，马放，杨基先.污染控制微生物学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2011

[2]艾胜书,徐辉,张雪花,等.我国寒冷地区城市污水生物处理工艺的研究与应用现状[J].长春工程学院学报(自然科学版),2014,15(3):50～52

[3]惠丽娜,赵保林.奥贝尔氧化沟微生物循环工艺研究[J].科技与企业,2012,12:302

[4]庞雪玲.寒冷地区污水厂氮磷去除的优化运行研究[D].哈尔滨工业大学,2013

[5]李政键，郭亚琼，赫俊国，等.低温污水处理A2/O工艺好氧活性污泥厌氧释磷影响因素[J].科技导报.2011,29(20):45～48

[6]李洪罡，张玲，张宝杰.运用调整CASS工艺运行周期策略处理不同水质污水的研究[J].环境科学与管理.2011,36(5):15～117

[7]柴宗学.CASS工艺在城市污水处理厂运行参数优化及应用的研究[D].哈尔滨工业大学,2014

[8]郑飞.CASS工艺在寒冷地区城市污水处理中的优化运行研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011

Analysis on the Operation Status of Zhangjiakou Sewage Wastewater Treatment Plant

HEYan-qing1,LIYi1，HONGZhe2

(1.Hebei University of Architecture, Zhangjiakou, Hebei 075000;2.Zhangjiakou Environmental Inspection Station,Zhangjiakou 075000)

Based on the analysis of the status quo of the sewage treatment plant in Zhangjiakou city in 2016, the microbial treatment process was analyzed, and the possible problems related to the processing capacity of the sewage treatment plant in low temperature and cold area were put forward, and the corresponding measures were put forward as well.

sewage wastewater treatment plant；the microbial treatment process；low temperature and cold area

2016-12-12

河北建筑工程学院创新基金 项目编号XB201745

何延青(1968-)，女，教授,从事环境污染及其防治.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.02.021

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