如何應對松花江水質季節性波動？
黑龍江構建污水處理彈性調控技術體系，研發優化運行關鍵技術
圖為“智能松花江”項目中污水處理廠群智能化集群調控平臺。 資料圖片
◆中國環境報記者 吳殿峰 通訊員 張福貴
松花江，我國七大水系之一，是東北老工業基地生存和發展的命脈。自實施“讓松花江休養生息”以來，通過排污總量目標控制，松花江水質總體上由中度污染好轉為輕度污染。
但是，松花江仍存在各水期季節性水環境容量波動較大、特殊水期流域水體水質達標難等問題，在冬季等特殊水期的不利條件下，松花江流域內的污水處理廠存在處理效果差、處理效率低、水質達標難，缺少污水處理智能化集群調控等問題，不達標的時間段除冰封期還有豐水初期、桃花水期。
為此，由龍江環保集團股份有限公司承擔的《松花江流域污水處理智能化集群調控技術研究與示范》課題，以流域污水處理智能化集群調控為目標，旨在研發污水處理廠優化運行關鍵技術、流域污水處理水質水量彈性調控技術，構建松花江流域污水處理智能化集群調控平臺，有效改善松花江干流水質狀況。
污水處理廠群對水環境影響大
冰封期、豐水初期和桃花水期等不利條件下，污水處理廠水質難達標
目前，松花江流域已建大中型城市污水處理廠90多座，設計處理量364.37萬m3/日，污水處理廠的快速集群發展，導致沿江污水處理廠群排水規模的持續增大，城市污水處理廠排放污染對松花江水質貢獻增大。加之東北地區冬季冰封期長達4個月，水體自凈能力較弱，同時低溫引起的污水處理廠處理效果差、處理效率低，對流域水環境產生嚴重影響。特別是在冰封期、豐水初期和桃花水期等不利條件下，污水處理廠水質難達標的問題比較突出。
而《松花江流域污水處理智能化集群調控技術研究與示范》課題，正是針對松花江流域各水期季節性水環境容量波動較大、特殊水期流域水體水質達標難、缺少污水處理智能化集群調控等一系列問題展開的。“結合流域水質功能劃和流域規劃考核斷面要求，研發污水處理廠優化運行關鍵技術、水質水量彈性調控技術，以實現污水處理廠群的優化調度和水質水量錯峰。”課題負責人介紹說。
在動態水文設計條件下，課題以阿什河口內斷面及其附近的污水處理廠群排放口排放混合區作為示范混合區開展研究，結果顯示，化學需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）的環境容量分布十分不均勻，且COD環境容量分布均勻性更差。其中，環境容量最大值出現在8月，最小值出現在2月，同時，實際環境容量要遠遠小于理想環境容量，NH3-N的環境壓力更加嚴峻，增加了治理壓力。
研究數據表明，阿什河（阿什河口內斷面處）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），斷面對應的文昌太平污水處理廠執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準，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）。與實際水環境容量對比可見，阿什河排入松花江的COD總量占COD環境容量的93.5%，已經接近COD的環境容量，文昌太平污水處理廠COD排放濃度需控制在65mg/L以下，才可以滿足環境容量需求。
進行水環境承載力全解析
以課題為基礎，以問題為導向，構建流域污水處理廠群混合區水質信息數據庫，實現優化調度和錯峰
據了解，以流域污水處理廠群排水混合區為研究對象，集合各水期水質、典型代表污染因子、水量、水環境最大承載量值及沿江污水處理廠的規模、工藝和處理量、不同集水類型、排水量等數據，課題構建起流域污水處理廠群混合區水質信息數據庫。其中包含流域考核斷面水質信息11萬余條，黑龍江省污水處理廠建設信息及污染物進出水指標2000余條，區段水環境容量信息200余條，混合區水質特征信息200余條，為污水處理廠群和環境管理機構建立有效的交互關系提供數據支撐。
龍江環保在其運營管理的20多個污水處理廠，建立了污水處理廠群優化運行管理平臺，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用的最優方案。
課題參與單位中國環境科學研究院、哈爾濱工業大學、黑龍江省環境科學研究院等，在城鎮污水高效處理技術、城鎮污水低能耗的生態處理技術、城鎮污泥的有效利用技術等方面取得多項重大突破性研究成果，使課題也形成一系列具有自主知識產權的研究成果。
課題通過開展改良型厭氧折流板工藝、A2O生物脫氮除磷工藝、周期循環活性污泥法等典型污水處理廠工藝優化模擬，分析篩選了制約典型污水處理工藝排污總量削減及運行穩定性的62個參數，其中化學計量學參數29個，動力學參數33個。課題已經有了研究結果：在冬季時各污水處理廠應通過增大污泥齡、增加曝氣量、提高內外回流比等措施，來彌補低溫對運行效果的不利影響。
構建彈性調控技術體系
不僅解決了松花江流域季節性水容量不均衡問題，課題組還為各地制定治理方案和補償機制提出建議
課題負責人表示，目前他們正通過構建污水處理水質水量彈性調控技術體系，在松花江流域內的不同地區因地制宜，向水環境改善集中發力。
比如，著名的扎龍濕地所在地齊齊哈爾，當地濕地面積較大，課題組進行了人工濕地低溫啟動運行效能、低溫生物強化人工濕地處理效能、冰封期人工濕地處理效能、植物多樣性配置對人工濕地出水水質的影響、濕地氮素轉化途徑及脫氮機理分析等相關研究，為污水處理廠提出了“濕地協同去除污染”的水質調配方案。
以龍鳳濕地為例，冬季采用低溫脫氮菌劑強化的方式對人工濕地的脫氮效能進行強化；春、夏、秋三季可利用多元植物復配方式對人工濕地的污染物去除效能進行強化，利用菖蒲對COD和氨氮的日削減量分別為0.313噸、0.139噸，利用鳶尾——菖蒲復配對硝氮的日削減量為0.092噸，利用鳶尾——菖蒲——香蒲復配對總氮的日削減量為0.187噸，利用鳶尾——香蒲對總磷的日削減量為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雜的特點，課題組著重探討污水處理廠出水典型污染物深度削減對策。研究發現，針對COD含量高的廢水深度處理應優選臭氧-生物活性炭工藝；混凝沉淀過濾對磷的去除有明顯優勢，混凝沉淀——BAF對氨氮的處理效果最優；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，考慮脫氮的問題，在污水深度處理技術中可以選擇采用交替式曝氣生物濾池或多級曝氣生物濾池、反硝化濾池和膜生物反應器等進一步去除二級出水中的氮。反硝化生物濾池生物量大，處理效率高。
此外，針對松花江流域污水處理廠群水質調配的不同技術方案，課題組還進行了準確的經濟評估。其中提出，廠群優化調控的補償標準、補償方式和補償政策，依據“實踐與推廣相結合”的原則，分步驟實施。
以齊齊哈爾市“污水處理廠——濕地協同除污染”水質調配方案為例，建議采用“國家層面補償+地區層面補償+跨區域地區補償”的混合補償模式。
目前，黑龍江省正在以課題為抓手之一，積極推動松花江流域水質持續改善，確保松花江流域同江等17個省控斷面水質達標率比2013年總體提高10%。
