从化温泉镇污水排放规律及水质特征分析

朱红莲，潘石强，胡燕金，高捷琼，徐东川

(从化区水务局，广东广州 510900)

伴随国民经济不断发展，人民生活水平逐年提高，消费观念随之转变，更加注重养生和休闲娱乐活动。温泉旅游业通过将温泉休闲和旅游度假结合，深受不同年龄阶层人民的喜爱，已经遍布于我国各大中小城镇[1-2]。据统计，2012年—2016年我国温泉旅游产品消费规模从103亿元增长到266亿元，年复合增长率达到20.9%[3]。温泉旅游业的蓬勃发展，也带来了不容忽视的环境和生态问题。温泉旅游型村镇生活污水是影响当地生态环境的主要因素之一，亟需经济、合理、有效的处理方法[4]。

污水的水质特点和水量特征是选择处理工艺的主要依据。然而，当前对温泉旅游型村镇生活污水的水质特性和排放规律研究还比较少，导致温泉旅游型村镇污水处理厂工艺选择资料匮乏，亟需开展这一方面的研究工作。本文选择广州市从化区温泉镇为研究对象，通过现场调研结合水质分析，获得典型温泉旅游型村镇生活污水的排放规律及水质水量特征，并提出污水处理工艺，以期为温泉旅游型村镇污水厂的设计与改造提供依据。

1 方法与背景

1.1 从化区温泉镇污水处理概况

图1 取样点布置示意图Fig.1 Schematic Diagram of Sampling Points Layout

温泉镇是广州市从化区下辖一个小镇，位于从化区东北郊，其温泉旅游区总面积超过20 km2，拥有世界珍稀小苏打温泉，是旅游和疗养胜地。温泉镇已建成合流管道(市政道路上排水管道)总长6.33 km，污水主干管道17.95 km，排水管道总长度为24.28 km。温泉镇污水处理厂位于温泉镇流溪河东岸，总设计规模为日处理污水2万 t，其中近期规模为1万t/d，采用CASS+纤维转盘过滤+人工湿地工艺。近年来，温泉镇污水处理厂进水水量稳定在0.5～0.8万t/d，实际进水COD、NH3-N、TN、TP的平均浓度分别为43.8、6.57、9.36、0.96 mg/L。进水水质严重偏低，导致污水处理厂CASS池活性污泥量不足，处理效果欠佳。

1.2 取样点布置

根据温泉镇排水管网设计图，在温泉镇河东区、河西区分别布置41、18个取样点，如图1所示。其中，河东区污水主要排放点13个，主干管检查井28个，编号WQHD1～WQHD28；河西区污水主要排放点9个，主干管检查井9个，编号为WQHX1～WQHX9。

冬季是温泉镇旅游旺季，故选择1月—2月展开调研取样工作。每个取样点至少连续取样3 d，包含平日和周末。对于重要主干管检查井及主要污水排放点，在1 d内不同时间段连续取样，分析1 d内污染物浓度变化规律。

1.3 检测项目及方法

为了保证采集水样的代表性和准确性，每个水样至少平行采集2瓶。采集的水样立即滴加硝酸，使水样pH值在2左右，并在4 h内送往实验室，保存于4 ℃冰箱，24 h内完成水样各项指标的测定。

根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)，选取水温、COD、NH3-N、TN、TP这5项指标为主要检测项目。各项水质指标检测方法参照《水和废水监测分析方法》(第四版)，COD采用快速消解分光光度法、NH3-N采用纳氏试剂分光光度法、TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、TP采用钼酸铵分光光度法[5]。另外，污水排放量难以直接测定，故采用自来水用量和温泉水用量进行估算。

1.4 水质水量模型建立

在对污水排放规律及水质水量特征调研基础上，基于物料平衡原则，建立数学模型，可预测污水处理厂进水理论水质浓度，指导管网优化和处理工艺选择。温泉镇污水管网模型如图2所示。在不考虑污水中污染物在污水管网中降解以及管网存在一定程度渗漏的情况下，污水处理厂进水水质浓度理论值计算如式(1)。

(1)

其中：C——污水处理厂进水水质浓度理论值，mg/L；

Qi——温泉镇主要污水排放点污水排放量，m3/d；

Ci——温泉镇主要污水排放点污水水质浓度，mg/L。

图2 污水管网模型简化图Fig.2 Schematic Diagram of Sewage Pipe Network Model

2 结果与讨论

2.1 温泉镇主要污水排放点水质水量分析

图3展示了2018年1月—2019年1月温泉镇自来水、温泉水用水量以及污水处理厂污水处理量的变化规律。2018年1月—2019年1月，温泉镇自来水、温泉水用水总量基本稳定在5 000 m3/d，而污水处理厂污水处理量除2018年3月—7月较高(达6 000 m3/d)外，其余月份稳定在4 500 m3/d。这主要是因为3月—7月处于雨季，降雨较多，存在雨水汇入污水管网导致。另外，温泉镇作为温泉旅游特色小镇，温泉水用量约占总用量的50%，大量温泉洗浴水排入污水管网，对污水处理厂冲击较大。

图3 温泉镇自来水量、温泉水量及污水量比较(2018年1月—2019年1月)Fig.3 Comparison of the Quantities of Tap Water, Hot Spring Water and Wastewater in Wenquan Town (January, 2018 ～ January, 2019)

图4 主要污水排放点污水水质情况Fig.4 Wastewater Quality of the Main Sewage Discharge Points

温泉镇主要污水排放点排放污水水质特性如图4所示。河东区大部分酒店和小区排放的污水CODCr浓度在100 mg/L左右，NH3-N浓度在10～20 mg/L，TN浓度在20 mg/L左右，TP浓度在2 mg/L左右。其中，毅华酒店和亨来斯登酒店排放污水CODCr浓度较高，达500～650 mg/L，其主要原因在于毅华酒店和亨来斯登酒店的餐厨污水水量较大，污水中漂浮有油脂，较混浊。河西区大部分酒店排放的污水CODCr浓度在50 mg/L左右，NH3-N浓度在10 mg/L左右，TN浓度低于20 mg/L，TP浓度基本在1 mg/L左右。河西区排放污水水质指标整体较河东区低，其主要是因为部分酒店建有简易污水处理设施，对污染物，尤其是COD，有一定的去除能力。

总体来看，温泉镇作为典型的温泉旅游特色小镇，温泉旅游产业发达，居民所排放生活污水的水质较典型村镇生活污水的水质有所不同，污染物浓度明显低于典型城镇生活污水。主要原因可以归结为：(1)温泉镇温泉水用量较大，大量低浓度温泉洗浴水混入生活污水，造成温泉镇生活污水COD浓度较低；(2)温泉镇生活污水大部分来自于酒店和度假村，游客在失去水价约束的情况下，节水意识不强，造成用水浪费，对污染物有稀释作用，亦造成了温泉镇生活污水COD浓度较低；(3)温泉镇的温泉旅游历史悠久，部分温泉酒店，如省温泉宾馆、翠岛度假村、万丰酒店等，已经建设有简易污水处理设施，进一步造成了排入污水管网污水COD浓度较低的现状。

2.2 温泉镇污水管网主干管水质变化规律

图5 温泉镇污水管网主干管水质变化Fig.5 Variation of Wastewater Quality along the Main Pipes of Wenquan Town

为了摸清温泉镇污水管网中水质变化规律，分别在温泉镇河东、河西选取28、9个主干管检查井连续3 d分析管网中污水水质变化，结果如图5所示。温泉镇污水管网主干管污染物浓度，包括COD、NH3-N、TN、TP，基本与主要污水排放点排放污水浓度相吻合，表明温泉镇污水管网的污水收集率高，基本不存在排污点漏接问题。温泉镇污水处理厂进水污染物浓度较低的原因并不是管网渗漏，而是温泉洗浴水汇入，这是温泉旅游型村镇普遍存在的现象。另外，研究结果显示，污水管网中COD、NH3-N、TN、TP的变化规律有所不同，与金鹏康等的研究结果相符。主要是由于管道沉积和管内微生物作用，污水中有机物去除率达10%，污水中有机氮在管道中会转化为NH3-N，硝酸盐氮可通过反硝化作用转化为氮气，只有TP的变化相对较小[6]。因此，在污水管网中污染物物料衡算以及管网漏损分析时，采用TP作为主要水质指标较为稳定。

为了进一步探究温泉镇污水管网水质随时间变化的规律，分别选取12个河东污水管网主干管检查井和3个河西污水管网主干管检查井，观测早7点—晚7点每2 h污水中污染物浓度的变化情况，结果如图6所示。

图6 温泉镇污水管网污染物日浓度变化Fig.6 Daily Variation of Pollutants in the Main Pipes of Wenquan Town

温泉镇污水主干管中COD、NH3-N、TN、TP浓度变化规律相似，呈现早晚低、中午高的变化规律。与温泉旅游型村镇的生产生活方式相一致，早晨COD低主要是由于夜间几大酒店均会放空温泉泡澡池，大量低浓度温泉洗浴水进入污水管网。中午COD升高是因为中午时段泡温泉人数较少，温泉洗浴水以及淋浴水排放较少，且中午酒店餐饮业排放的餐厨污水增多。晚上COD又出现降低是因为晚上泡温泉人数增多，温泉洗浴水以及淋浴水水量增加。

2.3 温泉镇污水处理厂进水水质模拟分析

基于上述温泉镇主要污水排放点排放污水水质水量数据，通过数学模型分析，得出温泉镇污水处理厂进水水质模拟值，即理论最大值，并与从化区其他污水处理厂进水水质比较，结果如表1所示。温泉镇污水处理厂进水模拟值CODCr、NH3-N、TP、TN分别为89.29、14.42、1.35、20.41 mg/L，与实际值相当，说明模型能够较好地反映温泉镇污水水质特性。此外，温泉镇污水处理厂进水水质较从化区其他污水处理厂偏低，且远低于设计值。因此，在设计时温泉镇污水处理厂进水水质按国家相关规范及广东地区城镇居民生活污水水质来选取，没有考虑到温泉镇排放污水以洗浴污水为主，且存在大量温泉洗浴水的特殊情况。该情况导致温泉镇污水处理厂进水水质设计值偏高，污水处理工艺选择不合理，是当前温泉镇污水处理厂运行困难，活性污泥不能正常生长的主要原因。

由此可见，温泉旅游型村镇污水区别于传统的村镇污水，污水含有较高比例的温泉洗浴污水，具有污染物浓度低且水质水量变化大的水质特征。传统城镇生活污水处理工艺，如AAO、CASS工艺，难以应对温泉旅游型村镇污水的水质水量变化，出现运行困难、处理效果差等问题[7-8]。目前，该镇污水处理厂采用CASS+纤维转盘过滤+人工湿地工艺，针对该类水质，CASS工艺存在活性污泥难以正常生长、菌胶团沉降效果不好等运行问题。建议该温泉镇污水处理厂在原CASS工艺基础上于生化池内增设悬浮填料，形成活性污泥-生物膜复合工艺，提高活性污泥固体停留时间，增加生化池微生物量，并利用生物膜形成的好氧和缺氧区实现同步硝化反硝化，减小对碳源的消化量，以此解决污水有机物浓度低、反硝化碳源不足的问题，整体提高污水处理效率和出水水质，达到工艺的稳定运行和污染物的高效去除。

表1 温泉镇污水厂进水水质与从化区其他污水厂比较(2019年1月)Tab.1 Comparison of Influent Quality between Wenquan WWTP and the Others in Conghua District (January, 2019)

3 结论

(1)温泉镇作为典型温泉旅游型小镇，所排放污水具有水质水量波动大、污染物浓度低的水质特征，造成了污水处理厂运行困难、活性污泥无法正常生长等问题，具有一定的代表性，是温泉旅游型村镇普遍存在的问题。

(2)温泉旅游型村镇污水污染物浓度偏低的主要原因在于大量低浓度温泉洗浴水的汇入、游客用水量大、所排放污水以洗浴和盥洗污水为主、污染物浓度低。

(3)温泉旅游型村镇污水污染物浓度偏低是其生活用水排水习惯所致，在污水处理厂工艺选择时就应考虑其水质特点，选择合适的工艺形式，比如生物膜法或活性污泥-生物膜复合工艺。