高原高海拔地区生活污水处理设施运行问题分析及改造建议

刘统华，潘炳锟，勾中刚，冯锦平

(1. 华电西藏能源有限公司大古水电分公司，西藏 山南 856000； 2. 中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

DG水电站所在的西藏山南地区，属于典型的藏南谷地，地质构造复杂，地形以高山谷地为主，地势自西向东逐渐降低，平均海拔在3 700 m左右。由于海拔高，植被稀少，所以空气稀薄洁净，尘埃和水气含量少，大气透明度高，光照充足，全地区全年日照时间为2 600～3 300 h；辐射量大，是全国太阳辐射量最多的地方。

该地区属温带干旱性气候，年均降水量不到450 mm，雨季多集中在6至 9月，年平均气温8.0℃，年平均最低气温6℃，最高8.8℃，昼夜温差大，最低气温可达-37℃；年均风速在3 m/s左右，最大风速为17 m/s，风期主要集中在12月至次年3月。

1 业主营地现有污水处理设施概况

业主营地食宿人数约150人，污水处理设施设计处理能力为3 m3/h，设计出水水质为：《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准[1]，《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准的B标准[2]。主体采用AO法+超滤处理工艺。工艺流程：化粪池污水来水通过污水管道进入格栅，经过格栅去除大块的固体杂质，经调节池提升泵提升至地埋一体化设备厌氧池。再通过提升泵提升至好氧池，再流入斜板沉淀池，最后进入清水池，清水池的水可达标排放。若要回用于营地绿化，清水池的水泵提至保安过滤器，再通过超滤膜过滤(加药)，进入不锈钢清水箱，通过变频供水系统，紫外线杀菌后回用于营地绿化。工艺流程如图1所示。

图1 业主营地生活污水处理工艺流程图

根据环评报告及批复要求，工程区水环境功能区划为Ⅲ类水质，要求回用废水执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)中绿化回用标准[3]，不能利用时，执行《污水综合排放标准》(GB8798-1996)一级标准。

2 污水处理运行效果[4-7]

2.1 现场主要设施运行情况

1)隔油池。按原设计工艺流程，该生活污水处理系统设计进水为经化粪池处理的生活污水。但实际运行中，将食堂污水纳入了污水处理系统中。由于食堂污水中含大量油脂，需要做隔油处理。进水口放置垃圾筐，存储进入隔油池的垃圾，设置隔油板隔油，隔油板下端中空，水从下部通过，设置网板对隔油池前端垃圾进行阻隔，设置放油管将上层油液导入存油桶。

按照设计要求，经过隔油池处理后，隔油池后端应基本无油脂。但实际运行中，由于隔油池处理量大，但有效深度仅约80 cm，并且由于植物油脂凝固点低， 导致其难以去除，油液进入生化系统，严重影响生物菌种存活率，并且极易堵塞保安过滤器和超滤膜。

2)格栅池。格栅池设计过流能力Q=10 m3/h，栅隙5 mm。但在实际运行中，格栅池不能有效阻隔污水中的固体废物，纸巾、烟头等大颗粒固体废物仍能进入下级处理单元，导致后续处理系统堵塞。

3)生化系统。现场调查及采样过程中发现，厌氧池和好氧池表面有结块浮泥及大量格栅池未能去除的纸巾，污水均呈现炭黑色，这表明污泥生长状况不佳，生化单元没有达到最佳运行状态，生物降解效果差。

4)机电及自控设备。DG电站业主营地海拔达到3 300 m以上，海拔高且昼夜温差大，对控制设备要求较高。但现场使用的PLC控制器适用范围为海拔2 200 m以下，导致PLC控制器与使用条件不适配，容易发生故障。

2.2 运行效果分析

2.2.1 出水水质

2018年7月至2019年3月的业主营地出水水质见表1。

2.2.2 BOD5处理效果分析

2018年7月至2019年3月的业主营地进出水BOD5变化见图2。

从图2可以看出，2018年7月至2019年3月的业主营地出水BOD5浓度出现了不达标情况，且集中在2018年10月至2019年2月，达标率仅66.67%。虽然出水BOD5大部分时间可以达标，但是这与进水BOD5浓度低有关。监测期间，BOD5平均去除率仅为71.24%，最低去除率64.38%，最高去除率84.92%，而一般正常运行的生物处理BOD5去除率可达90%以上。分析其原因，一是在于这期间DG水电站气温低，微生物降解能力降低造成；另一方面与进水BOD5变化有关，可以看出随着进水浓度变化，出水BOD5呈现出类似规律，这从侧面可表明本业主营地污水处理站生化池处理效果不佳。

2.2.3 COD处理效果分析

2018年7月至2019年3月的业主营地进出水COD变化见图3。

2018年7月至2019年3月的业主营地出水COD浓度基本在《污水综合排放标准》(GB8798-1996)一级标准以上，达标率仅13.33%。监测期间COD平均去除率仅为55.17%，最低去除率41.30%，最高去除率75.63%。而在正常运行的生物处理系统中，COD去除率可达90%以上。并且可以看出，随着COD进水浓度增加，出水呈现出类似规律，这从侧面可表明本业主营地污水处理站生化处理效果不佳。

2.2.4 氨氮处理效果分析

2018年7月至2019年3月的业主营地进出水氨氮变化见图4。

2018年7月至2019年3月的业主营地出水氨氮浓度基本高于《污水综合排放标准》(GB8798-1996)一级标准15 mg/L，达标率仅33.33%。氨氮的去除率非常低，平均去除率30.84%，最低去除率8.43%，最高去除率42.48%。而在正常运行的城市污水处理厂中，其氨氮去除率一般可达70%以上。并且，随着进水浓度增加，出水氨氮浓度呈现出类似规律，这也可从侧面表明本业主营地污水处理站生化处理效果不佳。

表1 2018年7月至2019年3月的业主营地出水水质检测成果表

图2 进出水BOD5变化图

图3 进出水COD变化图

图4 进出水氨氮变化图

2.2.5 总磷(TP)处理效果分析

2018年7月至2019年3月的业主营地进出水TP变化见图5。

图5 进出水TP变化图

2018年7月至2019年3月的业主营地生活污水处理系统出水TP达标率为40%，但TP去除率较低，平均去除率仅为42.80%，最低去除率8.70%，最高去除率57.61%。在低浓度进水条件下，出水浓度明显与进水浓度呈现正相关，也可表明业主营地污水处理系统目前处于不正常运行状态。

2.2.6 好氧池溶解氧(DO)分析

业主营地生活污水处理系统好氧池DO变化见图6。可以看出，业主营地生活污水处理系统好氧池DO维持在较高浓度(3.76～5.88 mg/L)，远高于正常运行的活性污泥系统好氧池DO浓度(2～3 mg/L)，这主要是由于好氧池中活性污泥未正常生长，因此没有溶解氧消耗。

图6 好氧池DO变化图

2.2.7 活性污泥指数分析

1)混合液悬浮固体浓度(MLSS)。混合液悬浮固体浓度指1 L曝气池混合液中所含悬浮固体干重，它是衡量反应器中活性污泥数量多少的指标。它包括微生物菌体(Ma)、微生物自生氧化产物(Me)、吸附在污泥絮体上不能被微生物所降解的有机物(Mi)和无机物(Mii)。

由于MLSS在测定上比较方便，所以工程上往往以它作为估量活性污泥中微生物数量的指标。在污水厂设计运行中，MLSS是非常重要的参数，在处理构筑物池容设计、曝气量计算、曝气设备选择、污泥回流控制等重要问题中起关键性的作用。希望维持较高的MLSS，以缩小曝气池容积，节省占地和投资，但MLSS浓度也不能过高，否则会导致氧气供应不足。根据现行《室外排水设计规范》(GB50014-2006)的规定[8]，针对目前常用的活性污泥法，MLSS取值普遍在1.5～4.5之间。

业主营地污水处理系统活性污泥MLSS浓度监测结果见图7。

图7 MLSS变化图

从图7可以看出，目前业主营地污水处理系统污水处理单元中好氧池活性污泥浓度极低，平均浓度仅为49.2 mg/L，远远低于正常运行的污水处理系统活性污泥浓度，这表明业主营地污水处理系统生化系统处于非正常状态，活性污泥不能正常生长。

2)MLVSS/MLSS。混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)指1 L曝气池混合液中所含挥发性悬浮固体含量，它只包括微生物菌体(Ma)、微生物自生氧化产物(Me)、吸附在污泥絮体上不能被微生物所降解的有机物(Mi)，不包括无机物(Mii)。所以MLVSS能比较确切地反映反应器中微生物的数量。

MLVSS/MLSS比值常用于评价污泥活性，长期以来各种污水处理设计规范和手册等资料对活性污泥的MLVSS/MLSS取值都设定在0.7～0.9之间。DG水电站生活污水处理系统MLVSS/MLSS基本维持在0.3～0.6之间，远低于一般认为的0.75水平。这可能是由于进水总无机固体含量高，而好氧池活性污泥浓度低导致的。

3)SV30。污泥沉降比(SV30)是曝气池混合液在量筒中静止30 min后，污泥所占体积与原混合液体积的比值。正常的活性污泥沉降30 min后，可接近其最大的密度，故在正常运行时，SV%大致反映了反应器中的污泥量，可用于控制污泥排放。一般曝气池中SV%正常值为20%～30%。SV%的变化还可以及时反映污泥膨胀等异常情况。所以SV%是控制活性污泥法运行的重要指标。

然而，在业主营地污水处理系统好氧池单元目前SV30未检出，肉眼无法观测到正常生长的活性污泥絮体，这表明好氧池污泥未能正常生长，生化系统基本未启动。

3 业主营地污水处理系统存在的主要问题

目前，业主营地生活污水处理采用传统活性污泥法，导致污水处理系统运行效果不佳的主要因素有：

1)业主营地生活污水可生化性差，并且由于入住人员较少(约150人)，进水水质水量波动大，不利于污水处理系统的稳定运行。

2)隔油池处理能力偏低，处理效果差，油液难以去除，导致后续生化系统易堵塞。

3)格栅池运行效果差，不能有效阻隔固体废物进入后续生化单元。

4)污水处理生化系统完全无法适应高寒高海拔气候，昼夜温差大，冬季气温低，好氧池、厌氧池活性污泥无法正常生长，微生物活性低，生化处理单元未正常运行。

5)由于预处理及污水处理生化系统运行效果差，导致后续深度处理系统运行负荷高，易堵塞，大大增加了运行成本，并且出水水质基本不能达到回用或排放要求。

4 业主营地污水处理系统改造建议

从业主营地污水处理设施运行效果评价结论可知，预处理系统运行效果差、系统不适应当地气候是导致业主营地污水处理系统运行效果差的主要原因。为保证业主营地出水达到设计标准，建议对现有污水处理系统进行改造。建议改造方案如下：

1)隔油池。隔油池是利用油滴与水的密度差产生上浮作用来去除含油废水中可浮性油类物质的一种废水预处理构筑物，主要分自动隔油器和重力式隔油池。

目前系统采用简易重力式隔油池，池中设置隔油板隔油，隔油板下端中空，水从下部通过，设置网板对隔油池前端垃圾进行阻隔，设置放油管将上层油液导入存油桶。

根据现场运行情况反馈，目前隔油池不能有效去除食堂污水中的油脂，主要是由于隔油池处理能力不够。因此，建议根据食堂污水排放量，重新进行隔油池设计，扩大隔油池处理能力。

此外，建议可采用自动隔油设备，自动隔油设备在重力式隔油池基础上增加了渣滓、水分离及排渣功能、气浮功能、自动除油功能，提高油脂、固体污物的分离效率，隔油精度高。

2)格栅池。格栅将污水中较大的悬浮物都可以被截留下来，避免堵塞后续处理的管道及水泵，保证后续生物处理阶段的稳定运行。按清渣方式，格栅可分为人工清渣和机械清渣格栅两种。人工清渣格栅适用于小型污水处理厂；当栅渣量大于0.2 m3/d时，为改善工人劳动与卫生条件，都应采用机械清渣格栅。

由于DG污水处理站处理量小，因此目前系统采用5 mm栅隙格栅，利用人工清理截留在格栅上的污物，格栅清洗频率1次/月。根据现场运行情况来看，处理效果并不理想，大量固体废物进入了后续处理系统。因此，为提高预处理固体废物去除能力，建议可使用3 mm以下的细格栅，同时提高人工清理频率，保证2～3 d清理一次。

3)生化处理系统。目前业主营地污水处理系统采用AO传统活性污泥法，正常运行一般污泥浓度在1 500～4 500 mg/L。但由于高寒高海拔特殊气候，活性污泥难以正常生长，实际运行中，生化池污泥浓度极低(MLSS浓度21～92 mg/L)，因此污染物去除效率极低。

污水中90%以上的有机污染物是通过活性微生物降解的，维持足够的污泥浓度和活性，是保证污水生化处理效果的关键。根据目前运行情况，建议生化处理单元采用浸没式MBR工艺。

MBR是一种将膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺，具有对污染物去除效率高，硝化能力强，出水水质稳定，剩余污泥产量低，设备紧凑，操作简单等优点。与传统活性污泥法不同，由于膜的截留作用，在生物反应池中的微生物将得到富集并维持较高的浓度，以利于对有机物的降解速度。并且MBR用膜分离代替传统活性污泥法中的二沉池的沉降分离，也大大提高了了系统中活性污泥的浓度。浸没式平板膜元件可以承受很高的污泥浓度，推荐在8 000～10 000 mg/L的范围内运行，从而使系统出水水质和容积负荷都得到大幅度提高，出水一般可以达到中水回用标准。MBR与传统活性污泥法的流程比较见图8。

图8 MBR与传统活性污泥法的流程比较图

并且，浸没式MBR将膜组件直接沉浸于生化反应池中，清水直接从膜组件中被抽出，由于低压抽水，能耗相对外置式MBR低，因此也可降低运行费用。

此外，由于膜生物反应器对水温也有一定的要求，而且生物处理的好坏直接影响膜元件的正常运行，为达到良好的处理效果，建议生物曝气池中的水温最好保持在15～35℃的范围内。建议选择地埋保温、管道保温或太阳能加热等措施保证曝气池中的温度。

4)电气、机械设备等的选择。DG电站业主营地海拔达到3 300 m以上，海拔高且昼夜温差大，对电气、机械设备性能要求较高。因此，在电气及机械设备选择时，应注意设备参数(如使用温度、海拔等)需适用于DG地区地理气候条件，保证设备在正常工况下运行。

5)活性污泥的培养。在正常运行的生活污水处理系统中，污水中90%以上的有机污染物是通过活性微生物降解的，维持足够的污泥浓度和活性，是保证污水生化处理效果的关键。