摘要:伴隨著城市污水處理廠及管網系統的大規模建設,“廠網一體化”綜合治理管控模式為污水處理的主要發展趨勢之一,排水系統的提質增效成為行業面臨的重要問題。選取北京市朝陽區某再生水廠匯水范圍內的四類典型城市生活功能區,以各功能區排水水質監測數據為依據,分析進水污染物規律,詳細探究了典型城市生活污水的排污規律及水質特征,對下游再生水廠處理水量、進水污染物負荷變化情況進行測算,用以優化調整工藝運行策略。

　　關鍵詞:廠網一體化;生活功能區;生活污水;排放規律

　　0 引言

　　城市污水處理系統是由廠和網組成的有機整體,近年來,“廠網一體化”綜合治理管控模式為城市污水處理的主要發展趨勢之一[1-2]。通過構建完整、連通的排水系統,建設集實時監控、預警、協調調度、應急搶險功能于一體的廠網管理系統,可有效提升城市污水處理系統管控和應急保障能力[3]。研究城市生活污水中污染物排放規律,合理測算污染負荷總量及變化特征,有助于在“廠網一體化”治理管控模式下,充分優化、提升污水收集和處理的全系統功能,精準實施水質源頭監控、污水超標排放追溯管理,為管網系統排污管控和再生水廠工藝精細化調控提供數據參考[4-5]。本次水質調研工作選擇北京市朝陽區某100萬m3/d處理規模再生水廠,選取其匯水管網范圍內的典型城市生活功能區作為測試調研對象,采用定點動態采樣分析的方法,于2018年開展取樣工作,歷經6個月的取樣監測,已取得15組有效的測試數據。通過數據分析,獲得了不同城市生活功能區排水的污染物濃度值及其隨時間變化情況,詳細探究了典型城市生活污水的排污規律及水質特征,完成再生水廠處理水量、進水污染物負荷變化情況的測算工作,用以優化調整再生水廠工藝運行策略[6]。

　　1 調研分析方法

　　1.1 調研范圍

　　本文選取北京市朝陽區某再生水廠作為調研對象,該再生水廠處理規模100萬 m3/d,匯水面積包括北京市中心區及東郊地區總計9661hm2,設計服務人口240萬,流域內污水管線長度為2866.2km。水質調研過程中,取該再生水廠匯水管網范圍內,幾類具有代表性的典型城市生活功能區,在不同功能區排污管線污水井處,設定取水樣點位,進行水樣采集及監測工作。調研工作所選取生活功能區分類情況如下:(1)綜合商超:調研區為大型商用建筑,主要生活功能為購物、飲食、寫字樓辦公,不同時段人員流動性較大,人員活動量白天高于夜間。

　　(2)酒店賓館:調研區為連鎖型賓館酒店,主要生活功能為商旅住宿、餐飲,住宿人員波動性較大,人員數量白天低于夜間。(3)住宅小區(新式):調研區為新建公寓式高檔生活小區,小區居民以日常通勤工作的年輕人群為主,白天工作時間區域內居住人員較少,夜間人口活躍度高,常住人口數量穩定。(4)住宅小區(老式):調研區為老式家庭生活小區,小區居民以家庭式住戶為主,住戶中退休居家人員與兒童較多,白天及夜間區域內人員流動性相對較少,常住人口數量穩定。(5)管網干線:作為不同生活功能區排污情況的對比項,在該再生水廠匯水管網干線處,選取一取樣點位,用以表征匯水范圍內生活污水混合均勻后,至再生水廠進水污染物濃度。

　　1.2 數據分析方法

　　(1)水質取樣及監測分析方法。污水樣品取自各生活功能區總排水渠污水井處,采用多次平行取樣法,取平行樣監測均值,作為該生活功能區該時段排水水質濃度。采樣時間為2018年4月至9月,采樣頻次1次/周,每個取樣點位分別于取樣日7:00、14:00、20:00取3組水樣。各項水質指標依照國家標準中的水樣化學分析方法 測 定 分 析,污 染 物 指 標 包 括 化 學 需 氧 量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP),化學需氧量采用采用重鉻酸鉀法,氨氮采用納氏試劑分光光度法,總磷采用鉬酸銨分光光度法進行測定[7]。

　　(2)排污參考標準。以《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T31962-2015)(下文中簡稱城鎮排水標準),作為不同生活功能區污染物排放濃度參考規范值[8](COD500mg/L、NH3-N45mg/L、TP8mg/L)。本次水質調研工作中,對各生活功能區排水取24小時混合樣,混合樣水質監測值均低于《污水排入城鎮下水道水質標準》中標準限值。部分取樣時段因水質、水量波動,瞬時取樣監測值超出標準限值。

　　2 調研結果與討論

　　2.1 典型生活功能區排污規律分析結合各生活功能區上午7:00、下午14:00及夜間20:00所采集水樣的監測數據,對其污染物濃度、離散度進行分析,各功能區體現出不同的排污規律。

　　2.1.1 綜合商超功能區

　　(1)不同時段排水中污染物濃度值。綜合商超功能區不同時段排水中污染物濃度情況。(2)不同時段排水中污染物離散度。對比不同時段污染物數值離散度情況。(3)分析結論。由分析可知:①綜合商超生活功能區上午、晚間排污濃度高,下午排污濃度低;②受取樣時段水質、水量波動影響,氨氮、化學需氧量部分時段排放濃度超出城鎮排水標準規定值;③排水中化學需氧量濃度波動較大,氨氮、總磷濃度較為穩定。綜合商超區域上午、晚間排污濃度較高,由于區域功能為購物、飲食及寫字樓辦公,可能與上午、晚間取樣時間為非工作時間,區域內人員活動少、用水量少,以及上午清潔、晚間就餐及餐后清洗行為有關。

　　2.1.2 賓館酒店功能區

　　(1)不同時段排水中污染物濃度值。賓館酒店功能區不同時段排水中污染物濃度情況。(2)不同時段排水中污染物離散度。對比不同時段污染物數值離散度情況。

　　(3)分析結論。由分析可知:①賓館酒店生活功能區下午、晚間排污濃度高,上午排污濃度低;②全天污染物排放濃度低于城鎮排水標準規定值;③上午時段排水中各項污染物濃度波動較大,其余排水水質較為穩定。賓館酒店下午、晚間排污濃度較高,結合區域功能為商旅住宿、餐飲,可能受賓館入住、退宿規律性影響,下午時段住宿人群集體退宿、住房集中清潔,晚間集中入主、就餐、洗漱等行為有關。

　　2.1.3 住宅小區(新式)功能區

　　(1)不同時段排水中污染物濃度值。住宅小區(新式)功能區不同時段排水中污染物濃度。(2)不同時段排水中污染物離散度。對比不同時段污染物數值離散度情況。

　　(3)分析結論。由分析可知:①住宅小區(新式)生活功能區上午排污濃度較高,下午、晚間排污濃度低;②受取樣時段水質、水量波動影響,化學需氧量上午時段排放濃度超出城鎮排水標準規定值;③下午時段排水中化學需氧量濃度波動較大,其余排水水質較為穩定。住宅小區(新式)上午排污濃度較高,下午、晚間排污濃度低,在該公寓型小區內,租住居民主要為每日通勤工作的年輕人群,可能受日常工作、生活習慣影響。小區住戶下午多在工作單位,小區內人員活躍度低,且年輕人群日常在小區內動火做飯的時候偏少,廚余廢水中污染物含量相對較低。

　　2.1.4 住宅小區(老式)功能區

　　(1)不同時段排水中污染物濃度值。住宅小區(老式)功能區不同時段排水中污染物濃度。(2)不同時段排水中污染物離散度。對比不同時段污染物數值離散度情況。

　　(3)分析結論。由分析可知:①住宅小區(老式)生活功能區上午、晚間排污濃度較高,下午排污濃度低;②受取樣時段水質、水量波動影響,氨氮、化學需氧量、總磷部分時段排放濃度超出城鎮排水標準規定值;③上午、晚間時段排水中污染物值濃度波動性較大,下午時段水質較為穩定。住宅小區(老式)全天排污濃度較高,結合區域功能為穩態生活住宿區,住戶多為家庭住戶,可能與區域內全天常住人員較多,就餐、洗漱、清潔等生活行為頻繁有關。

　　2.1.5 排污管網干線

　　(1)不同時段排水中污染物濃度值。本次水質調研活動中,排污管網干線不同時段污染物濃度情況,見圖5。(2)不同時段排水中污染物離散度。對比不同時段污染物排放離散度情況。(3)分析結論。由分析可知:①排污管網干線中水質污染物濃度由高到底為:下午>晚間>上午;②全天污染物排放濃度低于城鎮排水標準規定值;③全天污染物濃度值離散度較低、波動小,上午水質相對存在波動情況。排污管網干線中水質污染物較低,可能受其他生活排水、中水稀釋影響,稀釋倍數為0.6~0.7倍。

　　2.2 不同生活功能區排污規律對比對比不同生活功能區排放污水中,各污染物的濃度、離散度情況,分析結論如下。

　　2.2.1 化學需氧量排污情況對比各生活功能區排水中化學需氧量均值、極值、離散度如表6所示。由表6分析可知:各生活功能區化學需氧量排污濃度由高到低:住宅小區(老式)>綜合商超>住宅小區(新式)>賓館酒店>污水干線;住宅小區(老式)、綜合商超污水中化學需氧量波動性較大,其余水質較穩定。

　　2.2.2 氨氮排污情況對比各功能區耗排水中氨氮均值、極值、離散度所示。由分析可知:各生活功能區氨氮排污濃度對比情況同化學需氧量;住宅小區(老式)污水中化學需氧量波動性較大,其余水質較穩定。

　　2.2.3 總磷排污情況對比各生活功能區總磷排放濃度的極值、均值、離散度。由分析可知:各功生活能區總磷排污濃度對比情況同化學需氧量、氨氮;各功能區污水中總磷離散度小、水質穩定。

　　2.2.4 不同生活功能區排污規律對比

　　根據上述分析,對比不同生活功能區排水污染物濃度情況,結論如下:(1)老式住宅區生活廢水中污染物濃度最高、波動性最大。(2)綜合商超區生活廢水中污染物濃度、波動性略低于老式住宅,廢水中污染物濃度及波動性相對較高。(3)新式住宅、賓館酒店日均排污規律相近,廢水中污染物濃度、波動性較低。(4)生活污水中化學需氧量、氨氮值波動性較大,總磷值相對穩定。(5)排污管網干線中生活污水污染物濃度最低,較各生活區排污點水質存在0.6~0.8倍的稀釋;干穩定。

　　3 水廠運行策略分析

　　3.1 不同時段進水污染物總量本次水質調研工作,完成了對北京市朝陽區某100萬 m3/d處理規模再生水廠匯水范圍內,管網干線中不同時段化學需氧量(COD)、氨氮、總磷濃度值的測定工作。

　　應用于再生水廠日常運行工作中,可得出以下運行調控策略。

　　(1)水量抽升穩定化。遵循“削峰填谷”原則,高水量時段適當提高進水液位控制值,減少抽升量;利用再生水廠前端管網的水量存蓄能力,提高低水量時段來水量。減小高、低抽升量間差值,保障水量抽升穩定化,減小對生物系統的水力沖擊負荷。每日午10:00后,再生水廠來水量快速增加,進水泵房根據需泵前池液位情況及時加減泵,應對水量變化沖擊;13:00至次日2:00,來水量較高,大水量抽升處理階段,注意區域聯動,保障各工藝單元過水能力。

　　(2)曝氣調控精細化。根據再生水廠不同時段進水水量、污染物負荷變化規律,精細化進行曝氣調整。低負荷運行階段系統控制低曝氣量,隨水量、污染物負荷提升,逐步加開鼓風機開啟臺數、運行頻率提高曝氣強度。氣量精細化調控過程中,控制曝氣池氣水比穩定在可控范圍內,生物系統穩態運行,保障水質穩定達標的同時,節約能耗。(3)碳源投加動態化。低負荷運行階段,水質達標壓力較小。在保障氨氮穩定的前提下,制定曝氣池末端溶解氧控制措施,適度降低末端溶解氧控制值,增加內回流量,強化生物系統脫氮能力,減少碳源投加量。中、高負荷運行階段,提高曝氣池末端溶解氧控制值,關注末端溶解氧變化趨勢,保障氨氮穩定達標,根據出水總氮值適度減少系統內回流量,動態調整碳源投加量。

　　(4)水質波動保障。由上文,低負荷運行階段,水質波動性較大,部分天數出現碳源不足情況,該時段需加強對水質在線監測儀表關注度,增加早間化驗頻次,應對水質突變情況。(5)再生水外供保障。結合不同運行時段水量變化情況,加強中水外供聯動機制,高水量時段嘗試適當提高外供水量或存蓄產水;低負荷運行階段關注系統產水能力,保障產水量滿足再生水外供需求。

　　4 結論

　　(1)本次水質調研對四類典型城市生活功能區一天內不同時段的排污規律進行測算,由水質取樣監測結果,初步得出各類生活功能區的污染物排放濃度值及其波動變化規律。受人員活動影響,各生活功能區在一天內不同時段,排放污水中污染物濃度、波動情況各不相同。其中,住宅小區(老式)生活污水中污染物濃度最高、波動性最大;綜合商超區生活污水中污染物濃度、波動性略低于住宅小區(老式),相對較高;住宅小區(新式)、賓館酒店區排污規律相近,污染濃度值最低,數據波動性最小。

　　(2)本次水質調研活動完成了一天內不同時段排污管網干線水質的取樣監測工作,結合水質監測分析數據,完成了調研區域內再生水廠不同時段進水負荷的測算工作,結合進水污染物變化規律,劃分一天內進水污染物低負荷、中負荷、高負荷運行階段。(3)完成再生水廠不同時段進水污染物總量的測算工作,根據進水水量、污染物負荷變化情況,分析制定再生水廠工藝運行策略,對進水抽升、曝氣量調整、碳源投加工作進行針對性優化調整。

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　　作者：宗福哲 李 佟 曹 婧 劉 松 裘 巖 畢銘達