薛正

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司環(huán)境設(shè)備處，陜西西安 710043)

1 工程概況

拉薩站為青藏線大型客運站，北鄰拉薩河，占地面積約7 250 m2，設(shè)有機輛段等全線大部分生產(chǎn)單位，設(shè)計近期用水量1 476 m3/d;車站污水主要為生活污水，并含有少量生產(chǎn)污水，污水量600 m3/d，車站糞便污水經(jīng)化糞池處理，鍋爐污水經(jīng)排污降溫井處理，機車檢查坑含油污水經(jīng)隔油池處理后與其他污水經(jīng)管網(wǎng)匯入站區(qū)污水處理站內(nèi)處理，處理后水質(zhì)要求達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)(一級)后排入拉薩河。拉薩站污水處理站設(shè)計規(guī)模確定為近期600 m3/d，并預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)模。

2 污水處理工藝的選擇

2．1 污水處理工藝技術(shù)難點

目前，拉薩地區(qū)尚未建成運行生活污水處理廠，更無設(shè)計及運行參數(shù)可借鑒。青藏高原具有的低氣壓、低含氧量和低氣溫的三低氣候特點對污水生化處理影響大，尤其是溫度對生化污水處理有著非常大的影響。溫度對微生物具有廣泛的影響，不同的反應(yīng)溫度，就有不同的微生物和不同的生長規(guī)律，好氧菌能在10℃ ～40℃范圍內(nèi)生存，而拉薩站污水年平均氣溫只有7．5℃［1］，低溫對微生物的培養(yǎng)、馴化及對污染物的處理效果均有較大的影響。污水處理技術(shù)難點綜合如下:

(1)拉薩站污水處理水質(zhì)要求高，應(yīng)達到國家綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。

(2)青藏高原三低氣候?qū)ξ鬯幚碛绊懘?，設(shè)計難度增大。

(3)污水處理工藝設(shè)備及構(gòu)筑物計算復(fù)雜，設(shè)計參數(shù)選擇難度較大。

(4)污水處理工藝及構(gòu)筑物保溫設(shè)計難度大，熱平衡計算較復(fù)雜。

(5)三低氣候?qū)ξ鬯幚碓O(shè)備選型影響較大，要求高。

(6)三低氣候?qū)ξ勰酀饪s、脫水影響大，處理難度增大。

2．2 污水處理工藝選擇

設(shè)計中對傳統(tǒng)污水處理法、氧化溝處理法、SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，序列間歇式活性污泥法)處理法、膜處理法等污水處理工藝進行了綜合比選，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H氣候特點，確定采用SBR污水處理工藝［2］。SBR處理工藝與其它處理工藝相比有以下幾個特點:

(1)不需設(shè)沉淀池和污泥回流設(shè)備，處理構(gòu)筑物少，減少了污水溫度的散失，節(jié)省了占地。

(2)通過厭氧—好氧處理后水質(zhì)較好，尤其是除磷、脫氮效果較好，減少了排入水體的富營養(yǎng)化，這是傳統(tǒng)處理工藝較難達到的。

(3)可獲得沉淀性好的活性污泥，與普通曝氣池的相比，可抑制絲狀菌生長，不易發(fā)生污泥膨脹。

(4)處理工藝自動化控制程度高，從進水、曝氣及出水均能實現(xiàn)自控，運行成本均比其它傳統(tǒng)處理工藝低。

(5)處理工藝對自動化控制程度要求高，對處理流程設(shè)計參數(shù)準(zhǔn)確性要求高，對處理設(shè)備性能參數(shù)要求高。

3 SBR處理工藝設(shè)計

設(shè)計SBR處理工藝處理構(gòu)筑物主要由進水井、格柵間、污水泵井、沉砂池、儲砂池、SBR反應(yīng)池、接觸消毒池、污泥泵井、污泥干化場、消毒間等組成［2］(見圖1)。SBR處理工藝的核心是 SBR反應(yīng)池，污水的曝氣、有機污染物的降解、污泥的沉淀和排放均在該池內(nèi)通過自控完成。

圖1 污水處理工藝設(shè)計流程圖

3．1 SBR反應(yīng)池主要設(shè)計參數(shù)

混合液污泥濃度MLSS=3．0 g/L;混合液排出比為1/3;污泥負(fù)荷為0．09 kgBOD/kgSS·d;運行周期為8 h，其中進水 1 h，曝氣 4．5 h，沉淀1．5 h，排水1 h。池體有效容積一格為260 m3，有效水深為4．0 m。SBR反應(yīng)池共分兩格，每天運行三個周期，兩格交替運行。SBR反應(yīng)池潷水能力為0～100 m3/h;曝氣系統(tǒng)采用水下曝氣機，水下曝氣機是由潛水泵和射流器組成的設(shè)備，強制噴出的水流通過射流器的噴嘴產(chǎn)生壓力，將水面以上的空氣由射流管吸入射流器，在擴散段與水混合，混合液從射流器噴出，在池中形成強烈的渦流，使氧溶解在水中。設(shè)計每池采用2臺水下曝氣機，每臺平均供氧量9．6 kg/h，電機功率11 kW。

由于拉薩地區(qū)海拔高，空氣稀薄，含氧量低，故與內(nèi)地低海拔地區(qū)相比，各種污水處理站的設(shè)計參數(shù)取值，均有相應(yīng)調(diào)整，特別應(yīng)注意曝氣方式的選擇，因為青藏高原的含氧量僅有內(nèi)地正常含氧量的60% ～70%［3］，故為了取得理想的含氧量，宜采用水下強制曝氣機。

3．2 SBR反應(yīng)池控制方法

SBR反應(yīng)池采用時間和液位控制，充水采用電動閥按時間和液位自動切換開啟和關(guān)閉;水下曝氣機可根據(jù)時間控制曝氣機的開停，亦可根據(jù)水質(zhì)情況，控制曝氣機的開啟臺數(shù);排水采用旋轉(zhuǎn)潷水器按液位和時間進行控制;在SBR反應(yīng)池內(nèi)，單獨設(shè)置一個污泥濃縮柜，其側(cè)壁設(shè)進泥百葉窗與反應(yīng)池相連，且不受曝氣影響，使混合液在污泥濃縮柜中靜止沉淀和濃縮。污泥沉淀采用時間進行控制，污泥采用重力式排泥，排泥閥門采用手動、自動進行控制。SBR反應(yīng)池采用PLC可編程序控制器，按時間和液位實現(xiàn)全過程自動控制［4］。

3．3 SBR反應(yīng)池設(shè)計特點

3．3．1 熱平衡計算

在具有低溫與日溫差大的青藏高原，SBR反應(yīng)池的熱效應(yīng)主要包括微生物降解污水體里有機物時放出的熱量、水體吸收的太陽輻射熱量、池體傳導(dǎo)的熱量以及水面散失的熱量。其中，微生物降解有機物時放出的熱量最為復(fù)雜多變，影響因素眾多，是設(shè)計研究計算的重點。由于微生物反應(yīng)熱的直接測定很復(fù)雜，存在很多困難，實際主要采用三種方法研究微生物反應(yīng)熱:由底物消耗與代謝產(chǎn)物的生成研究計算反應(yīng)熱、由耗氧量的反應(yīng)研究計算反應(yīng)熱及由微生物利用不同有機物的反應(yīng)研究計算反應(yīng)熱。結(jié)合污水處理工藝和拉薩地區(qū)的氣候特點，設(shè)計中重點采用由微生物利用不同有機物的反應(yīng)的方法研究計算反應(yīng)熱［5］。通過研究計算，SBR反應(yīng)池中微生物反應(yīng)放出的熱量是最多的，其次是水體吸收的太陽輻射熱量;而散失熱量最大的是水面散失的熱量，其次是池體傳導(dǎo)散失的熱量。

3．3．2 保持熱平衡的措施

根據(jù)SBR反應(yīng)池?zé)崞胶庋芯坑嬎憬Y(jié)果，設(shè)計中主要采取了以下保持水溫措施:充分利用微生物反應(yīng)放出的熱量，采用性能優(yōu)良的水下曝氣機，既減少了水面散失的熱量，又使池內(nèi)水體充分混合充氧。同時，適當(dāng)延長曝氣時間，使水體充分曝氣，讓微生物充分降解有機物，釋放出更多的熱量。在SBR反應(yīng)池池頂根據(jù)季節(jié)和氣候的變化加蓋陽光板，既減少了水面熱量的散失，又利用了太陽輻射熱量。為減少池體傳導(dǎo)散失的熱量，設(shè)計在池體四周粘貼了一層10 cm厚的聚酚醛保溫板［6］，聚酚醛保溫板防水、保溫效能好，適用于青藏高原的三低氣候。通過采用上述熱平衡措施，可以提供微生物需要的溫度，保證有機污染物的有效降解。

3．3．3 提高污泥濃縮的措施

設(shè)計中，在SBR反應(yīng)池內(nèi)，單獨設(shè)置一個污泥濃縮柜，其側(cè)壁設(shè)進泥百葉窗與反應(yīng)池相連，使混合液在污泥濃縮柜中靜止沉淀和濃縮。與SBR常規(guī)處理工藝相比，污泥濃縮柜受曝氣影響較小，有效提高了污泥的濃縮效率，減少了污泥沉淀的時間和污泥的含水率，有利于剩余污泥的干化處理，減少了污泥處理的時間。

3．3．4 曝氣設(shè)備的選擇

曝氣設(shè)備是SBR反應(yīng)池設(shè)計的重要工作，污水中有機物的降解主要在曝氣階段完成，曝氣設(shè)備效率的高低，直接影響著污水處理效果的好壞。設(shè)計中主要對水下曝氣機和水下曝氣頭進行了綜合比較:a．水下曝氣機充氧效率高，保溫性能好，能在池中形成強烈的渦流，有利于氧溶解在水中，同時兼有攪拌功能，使活性污泥充分混合，有利于有機物的充分降解;不足是水中充氧效果不均勻，檢修麻煩。b．水下曝氣頭充氧效率高，水中充氧效果均勻，充氣量較易控制，保溫性能好;不足是需設(shè)空壓機房，投資增加較大，管理檢修麻煩。

4 小結(jié)

拉薩站污水處理工程，目前是拉薩市第一座生活污水生化處理設(shè)施。設(shè)計中較好地解決了青藏高原三低氣候?qū)ξ鬯幚淼挠绊?，尤其是溫度、低含氧量對污水生化處理的影響，對高原三低氣候下污水生化處理工藝進行了有益的研究和探索，為今后的設(shè)計提供了參考、利用價值。

目前，拉薩污水處理站經(jīng)過多年的運行，使用效果良好，處理后水質(zhì)較好，尤其是除磷、脫氮效果好，減少了排入水體的富營養(yǎng)化物質(zhì)，這是傳統(tǒng)處理工藝較難達到的。同時，改進后的SBR污水處理工藝也存在著對系統(tǒng)自動化控制要求高和依賴性大，對處理流程設(shè)計參數(shù)準(zhǔn)確性要求高，對處理設(shè)備性能參數(shù)要求高等特點，需要加強后期的運營管理維護工作。

［1］ 吳紹洪，尹云鶴，鄭度，等．青藏高原近30年氣候變化趨勢［J］．地理學(xué)報，2005，15(1):3-11．

［2］ TB l0079—2013，鐵路污水處理工程設(shè)計規(guī)范［S］．

［3］ 馬寧，丁曉鈺，李海新．西藏高原地區(qū)給排水設(shè)計的難點及解決方法［J］．給水排水，2009(1):88-90．

［4］ 王三反，王挺，潘亮，等．青藏鐵路多年凍土區(qū)內(nèi)給排水工程試驗研究［J］．中國給水排水，2010(21):43-46．

［5］ 胡清華，高孟理，王三反，等．青藏高原太陽輻射熱的計算與利用［J］．蘭州交通大學(xué)學(xué)報，2005，24(4):62-66．

［6］ 王傳琦，牟瑞芳，王芃．多年凍土地區(qū)給排水管道保溫層厚度設(shè)計的數(shù)值模擬分析［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(1):86-88．