從化溫泉鎮(zhèn)污水排放規(guī)律及水質(zhì)特征分析

朱紅蓮，潘石強(qiáng)，胡燕金，高捷瓊，徐東川

(從化區(qū)水務(wù)局，廣東廣州 510900)

伴隨國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民生活水平逐年提高，消費(fèi)觀念隨之轉(zhuǎn)變，更加注重養(yǎng)生和休閑娛樂活動(dòng)。溫泉旅游業(yè)通過將溫泉休閑和旅游度假結(jié)合，深受不同年齡階層人民的喜愛，已經(jīng)遍布于我國各大中小城鎮(zhèn)[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年—2016年我國溫泉旅游產(chǎn)品消費(fèi)規(guī)模從103億元增長到266億元，年復(fù)合增長率達(dá)到20.9%[3]。溫泉旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，也帶來了不容忽視的環(huán)境和生態(tài)問題。溫泉旅游型村鎮(zhèn)生活污水是影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的主要因素之一，亟需經(jīng)濟(jì)、合理、有效的處理方法[4]。

污水的水質(zhì)特點(diǎn)和水量特征是選擇處理工藝的主要依據(jù)。然而，當(dāng)前對溫泉旅游型村鎮(zhèn)生活污水的水質(zhì)特性和排放規(guī)律研究還比較少，導(dǎo)致溫泉旅游型村鎮(zhèn)污水處理廠工藝選擇資料匱乏，亟需開展這一方面的研究工作。本文選擇廣州市從化區(qū)溫泉鎮(zhèn)為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)研結(jié)合水質(zhì)分析，獲得典型溫泉旅游型村鎮(zhèn)生活污水的排放規(guī)律及水質(zhì)水量特征，并提出污水處理工藝，以期為溫泉旅游型村鎮(zhèn)污水廠的設(shè)計(jì)與改造提供依據(jù)。

1 方法與背景

1.1 從化區(qū)溫泉鎮(zhèn)污水處理概況

圖1 取樣點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Sampling Points Layout

溫泉鎮(zhèn)是廣州市從化區(qū)下轄一個(gè)小鎮(zhèn)，位于從化區(qū)東北郊，其溫泉旅游區(qū)總面積超過20 km2，擁有世界珍稀小蘇打溫泉，是旅游和療養(yǎng)勝地。溫泉鎮(zhèn)已建成合流管道(市政道路上排水管道)總長6.33 km，污水主干管道17.95 km，排水管道總長度為24.28 km。溫泉鎮(zhèn)污水處理廠位于溫泉鎮(zhèn)流溪河?xùn)|岸，總設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理污水2萬 t，其中近期規(guī)模為1萬t/d，采用CASS+纖維轉(zhuǎn)盤過濾+人工濕地工藝。近年來，溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水量穩(wěn)定在0.5～0.8萬t/d，實(shí)際進(jìn)水COD、NH3-N、TN、TP的平均濃度分別為43.8、6.57、9.36、0.96 mg/L。進(jìn)水水質(zhì)嚴(yán)重偏低，導(dǎo)致污水處理廠CASS池活性污泥量不足，處理效果欠佳。

1.2 取樣點(diǎn)布置

根據(jù)溫泉鎮(zhèn)排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)圖，在溫泉鎮(zhèn)河?xùn)|區(qū)、河西區(qū)分別布置41、18個(gè)取樣點(diǎn)，如圖1所示。其中，河?xùn)|區(qū)污水主要排放點(diǎn)13個(gè)，主干管檢查井28個(gè)，編號(hào)WQHD1～WQHD28；河西區(qū)污水主要排放點(diǎn)9個(gè)，主干管檢查井9個(gè)，編號(hào)為WQHX1～WQHX9。

冬季是溫泉鎮(zhèn)旅游旺季，故選擇1月—2月展開調(diào)研取樣工作。每個(gè)取樣點(diǎn)至少連續(xù)取樣3 d，包含平日和周末。對于重要主干管檢查井及主要污水排放點(diǎn)，在1 d內(nèi)不同時(shí)間段連續(xù)取樣，分析1 d內(nèi)污染物濃度變化規(guī)律。

1.3 檢測項(xiàng)目及方法

為了保證采集水樣的代表性和準(zhǔn)確性，每個(gè)水樣至少平行采集2瓶。采集的水樣立即滴加硝酸，使水樣pH值在2左右，并在4 h內(nèi)送往實(shí)驗(yàn)室，保存于4 ℃冰箱，24 h內(nèi)完成水樣各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)，選取水溫、COD、NH3-N、TN、TP這5項(xiàng)指標(biāo)為主要檢測項(xiàng)目。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)檢測方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)，COD采用快速消解分光光度法、NH3-N采用納氏試劑分光光度法、TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、TP采用鉬酸銨分光光度法[5]。另外，污水排放量難以直接測定，故采用自來水用量和溫泉水用量進(jìn)行估算。

1.4 水質(zhì)水量模型建立

在對污水排放規(guī)律及水質(zhì)水量特征調(diào)研基礎(chǔ)上，基于物料平衡原則，建立數(shù)學(xué)模型，可預(yù)測污水處理廠進(jìn)水理論水質(zhì)濃度，指導(dǎo)管網(wǎng)優(yōu)化和處理工藝選擇。溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)模型如圖2所示。在不考慮污水中污染物在污水管網(wǎng)中降解以及管網(wǎng)存在一定程度滲漏的情況下，污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)濃度理論值計(jì)算如式(1)。

(1)

其中：C——污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)濃度理論值，mg/L；

Qi——溫泉鎮(zhèn)主要污水排放點(diǎn)污水排放量，m3/d；

Ci——溫泉鎮(zhèn)主要污水排放點(diǎn)污水水質(zhì)濃度，mg/L。

圖2 污水管網(wǎng)模型簡化圖Fig.2 Schematic Diagram of Sewage Pipe Network Model

2 結(jié)果與討論

2.1 溫泉鎮(zhèn)主要污水排放點(diǎn)水質(zhì)水量分析

圖3展示了2018年1月—2019年1月溫泉鎮(zhèn)自來水、溫泉水用水量以及污水處理廠污水處理量的變化規(guī)律。2018年1月—2019年1月，溫泉鎮(zhèn)自來水、溫泉水用水總量基本穩(wěn)定在5 000 m3/d，而污水處理廠污水處理量除2018年3月—7月較高(達(dá)6 000 m3/d)外，其余月份穩(wěn)定在4 500 m3/d。這主要是因?yàn)?月—7月處于雨季，降雨較多，存在雨水匯入污水管網(wǎng)導(dǎo)致。另外，溫泉鎮(zhèn)作為溫泉旅游特色小鎮(zhèn)，溫泉水用量約占總用量的50%，大量溫泉洗浴水排入污水管網(wǎng)，對污水處理廠沖擊較大。

圖3 溫泉鎮(zhèn)自來水量、溫泉水量及污水量比較(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)

圖4 主要污水排放點(diǎn)污水水質(zhì)情況Fig.4 Wastewater Quality of the Main Sewage Discharge Points

溫泉鎮(zhèn)主要污水排放點(diǎn)排放污水水質(zhì)特性如圖4所示。河?xùn)|區(qū)大部分酒店和小區(qū)排放的污水CODCr濃度在100 mg/L左右，NH3-N濃度在10～20 mg/L，TN濃度在20 mg/L左右，TP濃度在2 mg/L左右。其中，毅華酒店和亨來斯登酒店排放污水CODCr濃度較高，達(dá)500～650 mg/L，其主要原因在于毅華酒店和亨來斯登酒店的餐廚污水水量較大，污水中漂浮有油脂，較混濁。河西區(qū)大部分酒店排放的污水CODCr濃度在50 mg/L左右，NH3-N濃度在10 mg/L左右，TN濃度低于20 mg/L，TP濃度基本在1 mg/L左右。河西區(qū)排放污水水質(zhì)指標(biāo)整體較河?xùn)|區(qū)低，其主要是因?yàn)椴糠志频杲ㄓ泻喴孜鬯幚碓O(shè)施，對污染物，尤其是COD，有一定的去除能力。

總體來看，溫泉鎮(zhèn)作為典型的溫泉旅游特色小鎮(zhèn)，溫泉旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，居民所排放生活污水的水質(zhì)較典型村鎮(zhèn)生活污水的水質(zhì)有所不同，污染物濃度明顯低于典型城鎮(zhèn)生活污水。主要原因可以歸結(jié)為：(1)溫泉鎮(zhèn)溫泉水用量較大，大量低濃度溫泉洗浴水混入生活污水，造成溫泉鎮(zhèn)生活污水COD濃度較低；(2)溫泉鎮(zhèn)生活污水大部分來自于酒店和度假村，游客在失去水價(jià)約束的情況下，節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)，造成用水浪費(fèi)，對污染物有稀釋作用，亦造成了溫泉鎮(zhèn)生活污水COD濃度較低；(3)溫泉鎮(zhèn)的溫泉旅游歷史悠久，部分溫泉酒店，如省溫泉賓館、翠島度假村、萬豐酒店等，已經(jīng)建設(shè)有簡易污水處理設(shè)施，進(jìn)一步造成了排入污水管網(wǎng)污水COD濃度較低的現(xiàn)狀。

2.2 溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)主干管水質(zhì)變化規(guī)律

圖5 溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)主干管水質(zhì)變化Fig.5 Variation of Wastewater Quality along the Main Pipes of Wenquan Town

為了摸清溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)中水質(zhì)變化規(guī)律，分別在溫泉鎮(zhèn)河?xùn)|、河西選取28、9個(gè)主干管檢查井連續(xù)3 d分析管網(wǎng)中污水水質(zhì)變化，結(jié)果如圖5所示。溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)主干管污染物濃度，包括COD、NH3-N、TN、TP，基本與主要污水排放點(diǎn)排放污水濃度相吻合，表明溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的污水收集率高，基本不存在排污點(diǎn)漏接問題。溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水污染物濃度較低的原因并不是管網(wǎng)滲漏，而是溫泉洗浴水匯入，這是溫泉旅游型村鎮(zhèn)普遍存在的現(xiàn)象。另外，研究結(jié)果顯示，污水管網(wǎng)中COD、NH3-N、TN、TP的變化規(guī)律有所不同，與金鵬康等的研究結(jié)果相符。主要是由于管道沉積和管內(nèi)微生物作用，污水中有機(jī)物去除率達(dá)10%，污水中有機(jī)氮在管道中會(huì)轉(zhuǎn)化為NH3-N，硝酸鹽氮可通過反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，只有TP的變化相對較小[6]。因此，在污水管網(wǎng)中污染物物料衡算以及管網(wǎng)漏損分析時(shí)，采用TP作為主要水質(zhì)指標(biāo)較為穩(wěn)定。

為了進(jìn)一步探究溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)水質(zhì)隨時(shí)間變化的規(guī)律，分別選取12個(gè)河?xùn)|污水管網(wǎng)主干管檢查井和3個(gè)河西污水管網(wǎng)主干管檢查井，觀測早7點(diǎn)—晚7點(diǎn)每2 h污水中污染物濃度的變化情況，結(jié)果如圖6所示。

圖6 溫泉鎮(zhèn)污水管網(wǎng)污染物日濃度變化Fig.6 Daily Variation of Pollutants in the Main Pipes of Wenquan Town

溫泉鎮(zhèn)污水主干管中COD、NH3-N、TN、TP濃度變化規(guī)律相似，呈現(xiàn)早晚低、中午高的變化規(guī)律。與溫泉旅游型村鎮(zhèn)的生產(chǎn)生活方式相一致，早晨COD低主要是由于夜間幾大酒店均會(huì)放空溫泉泡澡池，大量低濃度溫泉洗浴水進(jìn)入污水管網(wǎng)。中午COD升高是因?yàn)橹形鐣r(shí)段泡溫泉人數(shù)較少，溫泉洗浴水以及淋浴水排放較少，且中午酒店餐飲業(yè)排放的餐廚污水增多。晚上COD又出現(xiàn)降低是因?yàn)橥砩吓轀厝藬?shù)增多，溫泉洗浴水以及淋浴水水量增加。

2.3 溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)模擬分析

基于上述溫泉鎮(zhèn)主要污水排放點(diǎn)排放污水水質(zhì)水量數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)模型分析，得出溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)模擬值，即理論最大值，并與從化區(qū)其他污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)比較，結(jié)果如表1所示。溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水模擬值CODCr、NH3-N、TP、TN分別為89.29、14.42、1.35、20.41 mg/L，與實(shí)際值相當(dāng)，說明模型能夠較好地反映溫泉鎮(zhèn)污水水質(zhì)特性。此外，溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)較從化區(qū)其他污水處理廠偏低，且遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)按國家相關(guān)規(guī)范及廣東地區(qū)城鎮(zhèn)居民生活污水水質(zhì)來選取，沒有考慮到溫泉鎮(zhèn)排放污水以洗浴污水為主，且存在大量溫泉洗浴水的特殊情況。該情況導(dǎo)致溫泉鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)值偏高，污水處理工藝選擇不合理，是當(dāng)前溫泉鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行困難，活性污泥不能正常生長的主要原因。

由此可見，溫泉旅游型村鎮(zhèn)污水區(qū)別于傳統(tǒng)的村鎮(zhèn)污水，污水含有較高比例的溫泉洗浴污水，具有污染物濃度低且水質(zhì)水量變化大的水質(zhì)特征。傳統(tǒng)城鎮(zhèn)生活污水處理工藝，如AAO、CASS工藝，難以應(yīng)對溫泉旅游型村鎮(zhèn)污水的水質(zhì)水量變化，出現(xiàn)運(yùn)行困難、處理效果差等問題[7-8]。目前，該鎮(zhèn)污水處理廠采用CASS+纖維轉(zhuǎn)盤過濾+人工濕地工藝，針對該類水質(zhì)，CASS工藝存在活性污泥難以正常生長、菌膠團(tuán)沉降效果不好等運(yùn)行問題。建議該溫泉鎮(zhèn)污水處理廠在原CASS工藝基礎(chǔ)上于生化池內(nèi)增設(shè)懸浮填料，形成活性污泥-生物膜復(fù)合工藝，提高活性污泥固體停留時(shí)間，增加生化池微生物量，并利用生物膜形成的好氧和缺氧區(qū)實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，減小對碳源的消化量，以此解決污水有機(jī)物濃度低、反硝化碳源不足的問題，整體提高污水處理效率和出水水質(zhì)，達(dá)到工藝的穩(wěn)定運(yùn)行和污染物的高效去除。

表1 溫泉鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水水質(zhì)與從化區(qū)其他污水廠比較(2019年1月)Tab.1 Comparison of Influent Quality between Wenquan WWTP and the Others in Conghua District (January, 2019)

3 結(jié)論

(1)溫泉鎮(zhèn)作為典型溫泉旅游型小鎮(zhèn)，所排放污水具有水質(zhì)水量波動(dòng)大、污染物濃度低的水質(zhì)特征，造成了污水處理廠運(yùn)行困難、活性污泥無法正常生長等問題，具有一定的代表性，是溫泉旅游型村鎮(zhèn)普遍存在的問題。

(2)溫泉旅游型村鎮(zhèn)污水污染物濃度偏低的主要原因在于大量低濃度溫泉洗浴水的匯入、游客用水量大、所排放污水以洗浴和盥洗污水為主、污染物濃度低。

(3)溫泉旅游型村鎮(zhèn)污水污染物濃度偏低是其生活用水排水習(xí)慣所致，在污水處理廠工藝選擇時(shí)就應(yīng)考慮其水質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的工藝形式，比如生物膜法或活性污泥-生物膜復(fù)合工藝。