如何應(yīng)對(duì)松花江水質(zhì)季節(jié)性波動(dòng)？
黑龍江構(gòu)建污水處理彈性調(diào)控技術(shù)體系，研發(fā)優(yōu)化運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)
圖為“智能松花江”項(xiàng)目中污水處理廠群智能化集群調(diào)控平臺(tái)。 資料圖片
◆中國(guó)環(huán)境報(bào)記者 吳殿峰 通訊員 張福貴
松花江，我國(guó)七大水系之一，是東北老工業(yè)基地生存和發(fā)展的命脈。自實(shí)施“讓松花江休養(yǎng)生息”以來(lái)，通過(guò)排污總量目標(biāo)控制，松花江水質(zhì)總體上由中度污染好轉(zhuǎn)為輕度污染。
但是，松花江仍存在各水期季節(jié)性水環(huán)境容量波動(dòng)較大、特殊水期流域水體水質(zhì)達(dá)標(biāo)難等問(wèn)題，在冬季等特殊水期的不利條件下，松花江流域內(nèi)的污水處理廠存在處理效果差、處理效率低、水質(zhì)達(dá)標(biāo)難，缺少污水處理智能化集群調(diào)控等問(wèn)題，不達(dá)標(biāo)的時(shí)間段除冰封期還有豐水初期、桃花水期。
為此，由龍江環(huán)保集團(tuán)股份有限公司承擔(dān)的《松花江流域污水處理智能化集群調(diào)控技術(shù)研究與示范》課題，以流域污水處理智能化集群調(diào)控為目標(biāo)，旨在研發(fā)污水處理廠優(yōu)化運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)、流域污水處理水質(zhì)水量彈性調(diào)控技術(shù)，構(gòu)建松花江流域污水處理智能化集群調(diào)控平臺(tái)，有效改善松花江干流水質(zhì)狀況。
污水處理廠群對(duì)水環(huán)境影響大
冰封期、豐水初期和桃花水期等不利條件下，污水處理廠水質(zhì)難達(dá)標(biāo)
目前，松花江流域已建大中型城市污水處理廠90多座，設(shè)計(jì)處理量364.37萬(wàn)m3/日，污水處理廠的快速集群發(fā)展，導(dǎo)致沿江污水處理廠群排水規(guī)模的持續(xù)增大，城市污水處理廠排放污染對(duì)松花江水質(zhì)貢獻(xiàn)增大。加之東北地區(qū)冬季冰封期長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月，水體自凈能力較弱，同時(shí)低溫引起的污水處理廠處理效果差、處理效率低，對(duì)流域水環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。特別是在冰封期、豐水初期和桃花水期等不利條件下，污水處理廠水質(zhì)難達(dá)標(biāo)的問(wèn)題比較突出。
而《松花江流域污水處理智能化集群調(diào)控技術(shù)研究與示范》課題，正是針對(duì)松花江流域各水期季節(jié)性水環(huán)境容量波動(dòng)較大、特殊水期流域水體水質(zhì)達(dá)標(biāo)難、缺少污水處理智能化集群調(diào)控等一系列問(wèn)題展開(kāi)的。“結(jié)合流域水質(zhì)功能劃和流域規(guī)劃考核斷面要求，研發(fā)污水處理廠優(yōu)化運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)、水質(zhì)水量彈性調(diào)控技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)污水處理廠群的優(yōu)化調(diào)度和水質(zhì)水量錯(cuò)峰。”課題負(fù)責(zé)人介紹說(shuō)。
在動(dòng)態(tài)水文設(shè)計(jì)條件下，課題以阿什河口內(nèi)斷面及其附近的污水處理廠群排放口排放混合區(qū)作為示范混合區(qū)開(kāi)展研究，結(jié)果顯示，化學(xué)需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）的環(huán)境容量分布十分不均勻，且COD環(huán)境容量分布均勻性更差。其中，環(huán)境容量最大值出現(xiàn)在8月，最小值出現(xiàn)在2月，同時(shí)，實(shí)際環(huán)境容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理想環(huán)境容量，NH3-N的環(huán)境壓力更加嚴(yán)峻，增加了治理壓力。
研究數(shù)據(jù)表明，阿什河（阿什河口內(nèi)斷面處）COD排放量為12612 t/a（噸/年），NH3-N排放量為493 t/a（1月～4月，11月，12月）和890 t/a（5月～10月），斷面對(duì)應(yīng)的文昌太平污水處理廠執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，其COD排放量為8910 t/a，NH3-N排放量為220 t/a（1月～4月，11月～12月）、254 t/a（5月～10月）。與實(shí)際水環(huán)境容量對(duì)比可見(jiàn)，阿什河排入松花江的COD總量占COD環(huán)境容量的93.5%，已經(jīng)接近COD的環(huán)境容量，文昌太平污水處理廠COD排放濃度需控制在65mg/L以下，才可以滿足環(huán)境容量需求。
進(jìn)行水環(huán)境承載力全解析
以課題為基礎(chǔ)，以問(wèn)題為導(dǎo)向，構(gòu)建流域污水處理廠群混合區(qū)水質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度和錯(cuò)峰
據(jù)了解，以流域污水處理廠群排水混合區(qū)為研究對(duì)象，集合各水期水質(zhì)、典型代表污染因子、水量、水環(huán)境最大承載量值及沿江污水處理廠的規(guī)模、工藝和處理量、不同集水類型、排水量等數(shù)據(jù)，課題構(gòu)建起流域污水處理廠群混合區(qū)水質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。其中包含流域考核斷面水質(zhì)信息11萬(wàn)余條，黑龍江省污水處理廠建設(shè)信息及污染物進(jìn)出水指標(biāo)2000余條，區(qū)段水環(huán)境容量信息200余條，混合區(qū)水質(zhì)特征信息200余條，為污水處理廠群和環(huán)境管理機(jī)構(gòu)建立有效的交互關(guān)系提供數(shù)據(jù)支撐。
龍江環(huán)保在其運(yùn)營(yíng)管理的20多個(gè)污水處理廠，建立了污水處理廠群優(yōu)化運(yùn)行管理平臺(tái)，以探索出污水處理廠處理效率、處理水量、污水排放量和污水處理費(fèi)用的最優(yōu)方案。
課題參與單位中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、黑龍江省環(huán)境科學(xué)研究院等，在城鎮(zhèn)污水高效處理技術(shù)、城鎮(zhèn)污水低能耗的生態(tài)處理技術(shù)、城鎮(zhèn)污泥的有效利用技術(shù)等方面取得多項(xiàng)重大突破性研究成果，使課題也形成一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。
課題通過(guò)開(kāi)展改良型厭氧折流板工藝、A2O生物脫氮除磷工藝、周期循環(huán)活性污泥法等典型污水處理廠工藝優(yōu)化模擬，分析篩選了制約典型污水處理工藝排污總量削減及運(yùn)行穩(wěn)定性的62個(gè)參數(shù)，其中化學(xué)計(jì)量學(xué)參數(shù)29個(gè)，動(dòng)力學(xué)參數(shù)33個(gè)。課題已經(jīng)有了研究結(jié)果：在冬季時(shí)各污水處理廠應(yīng)通過(guò)增大污泥齡、增加曝氣量、提高內(nèi)外回流比等措施，來(lái)彌補(bǔ)低溫對(duì)運(yùn)行效果的不利影響。
構(gòu)建彈性調(diào)控技術(shù)體系
不僅解決了松花江流域季節(jié)性水容量不均衡問(wèn)題，課題組還為各地制定治理方案和補(bǔ)償機(jī)制提出建議
課題負(fù)責(zé)人表示，目前他們正通過(guò)構(gòu)建污水處理水質(zhì)水量彈性調(diào)控技術(shù)體系，在松花江流域內(nèi)的不同地區(qū)因地制宜，向水環(huán)境改善集中發(fā)力。
比如，著名的扎龍濕地所在地齊齊哈爾，當(dāng)?shù)貪竦孛娣e較大，課題組進(jìn)行了人工濕地低溫啟動(dòng)運(yùn)行效能、低溫生物強(qiáng)化人工濕地處理效能、冰封期人工濕地處理效能、植物多樣性配置對(duì)人工濕地出水水質(zhì)的影響、濕地氮素轉(zhuǎn)化途徑及脫氮機(jī)理分析等相關(guān)研究，為污水處理廠提出了“濕地協(xié)同去除污染”的水質(zhì)調(diào)配方案。
以龍鳳濕地為例，冬季采用低溫脫氮菌劑強(qiáng)化的方式對(duì)人工濕地的脫氮效能進(jìn)行強(qiáng)化；春、夏、秋三季可利用多元植物復(fù)配方式對(duì)人工濕地的污染物去除效能進(jìn)行強(qiáng)化，利用菖蒲對(duì)COD和氨氮的日削減量分別為0.313噸、0.139噸，利用鳶尾——菖蒲復(fù)配對(duì)硝氮的日削減量為0.092噸，利用鳶尾——菖蒲——香蒲復(fù)配對(duì)總氮的日削減量為0.187噸，利用鳶尾——香蒲對(duì)總磷的日削減量為0.047噸。
而大慶市和哈爾濱市，則存在污水處理廠典型污染物復(fù)雜的特點(diǎn)，課題組著重探討污水處理廠出水典型污染物深度削減對(duì)策。研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)COD含量高的廢水深度處理應(yīng)優(yōu)選臭氧-生物活性炭工藝；混凝沉淀過(guò)濾對(duì)磷的去除有明顯優(yōu)勢(shì)，混凝沉淀——BAF對(duì)氨氮的處理效果最優(yōu)；混凝沉淀——BAF和O3——BAC都可有效去除亞硝氮，但這三種組合工藝都不能有效去除TN。因此，考慮脫氮的問(wèn)題，在污水深度處理技術(shù)中可以選擇采用交替式曝氣生物濾池或多級(jí)曝氣生物濾池、反硝化濾池和膜生物反應(yīng)器等進(jìn)一步去除二級(jí)出水中的氮。反硝化生物濾池生物量大，處理效率高。
此外，針對(duì)松花江流域污水處理廠群水質(zhì)調(diào)配的不同技術(shù)方案，課題組還進(jìn)行了準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)評(píng)估。其中提出，廠群優(yōu)化調(diào)控的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)償方式和補(bǔ)償政策，依據(jù)“實(shí)踐與推廣相結(jié)合”的原則，分步驟實(shí)施。
以齊齊哈爾市“污水處理廠——濕地協(xié)同除污染”水質(zhì)調(diào)配方案為例，建議采用“國(guó)家層面補(bǔ)償+地區(qū)層面補(bǔ)償+跨區(qū)域地區(qū)補(bǔ)償”的混合補(bǔ)償模式。
目前，黑龍江省正在以課題為抓手之一，積極推動(dòng)松花江流域水質(zhì)持續(xù)改善，確保松花江流域同江等17個(gè)省控?cái)嗝嫠|(zhì)達(dá)標(biāo)率比2013年總體提高10%。
