如何应对松花江水质季节性波动？
黑龙江构建污水处理弹性调控技术体系，研发优化运行关键技术
图为“智能松花江”项目中污水处理厂群智能化集群调控平台。 资料图片
◆中国环境报记者 吴殿峰 通讯员 张福贵
松花江，我国七大水系之一，是东北老工业基地生存和发展的命脉。自实施“让松花江休养生息”以来，通过排污总量目标控制，松花江水质总体上由中度污染好转为轻度污染。
但是，松花江仍存在各水期季节性水环境容量波动较大、特殊水期流域水体水质达标难等问题，在冬季等特殊水期的不利条件下，松花江流域内的污水处理厂存在处理效果差、处理效率低、水质达标难，缺少污水处理智能化集群调控等问题，不达标的时间段除冰封期还有丰水初期、桃花水期。
为此，由龙江环保集团股份有限公司承担的《松花江流域污水处理智能化集群调控技术研究与示范》课题，以流域污水处理智能化集群调控为目标，旨在研发污水处理厂优化运行关键技术、流域污水处理水质水量弹性调控技术，构建松花江流域污水处理智能化集群调控平台，有效改善松花江干流水质状况。
污水处理厂群对水环境影响大
冰封期、丰水初期和桃花水期等不利条件下，污水处理厂水质难达标
目前，松花江流域已建大中型城市污水处理厂90多座，设计处理量364.37万m3/日，污水处理厂的快速集群发展，导致沿江污水处理厂群排水规模的持续增大，城市污水处理厂排放污染对松花江水质贡献增大。加之东北地区冬季冰封期长达4个月，水体自净能力较弱，同时低温引起的污水处理厂处理效果差、处理效率低，对流域水环境产生严重影响。特别是在冰封期、丰水初期和桃花水期等不利条件下，污水处理厂水质难达标的问题比较突出。
而《松花江流域污水处理智能化集群调控技术研究与示范》课题，正是针对松花江流域各水期季节性水环境容量波动较大、特殊水期流域水体水质达标难、缺少污水处理智能化集群调控等一系列问题展开的。“结合流域水质功能划和流域规划考核断面要求，研发污水处理厂优化运行关键技术、水质水量弹性调控技术，以实现污水处理厂群的优化调度和水质水量错峰。”课题负责人介绍说。
在动态水文设计条件下，课题以阿什河口内断面及其附近的污水处理厂群排放口排放混合区作为示范混合区开展研究，结果显示，化学需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）的环境容量分布十分不均匀，且COD环境容量分布均匀性更差。其中，环境容量最大值出现在8月，最小值出现在2月，同时，实际环境容量要远远小于理想环境容量，NH3-N的环境压力更加严峻，增加了治理压力。
研究数据表明，阿什河（阿什河口内断面处）COD排放量为12612 t/a（吨/年），NH3-N排放量为493 t/a（1月～4月，11月，12月）和890 t/a（5月～10月），断面对应的文昌太平污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准，其COD排放量为8910 t/a，NH3-N排放量为220 t/a（1月～4月，11月～12月）、254 t/a（5月～10月）。与实际水环境容量对比可见，阿什河排入松花江的COD总量占COD环境容量的93.5%，已经接近COD的环境容量，文昌太平污水处理厂COD排放浓度需控制在65mg/L以下，才可以满足环境容量需求。
进行水环境承载力全解析
以课题为基础，以问题为导向，构建流域污水处理厂群混合区水质信息数据库，实现优化调度和错峰
据了解，以流域污水处理厂群排水混合区为研究对象，集合各水期水质、典型代表污染因子、水量、水环境最大承载量值及沿江污水处理厂的规模、工艺和处理量、不同集水类型、排水量等数据，课题构建起流域污水处理厂群混合区水质信息数据库。其中包含流域考核断面水质信息11万余条，黑龙江省污水处理厂建设信息及污染物进出水指标2000余条，区段水环境容量信息200余条，混合区水质特征信息200余条，为污水处理厂群和环境管理机构建立有效的交互关系提供数据支撑。
龙江环保在其运营管理的20多个污水处理厂，建立了污水处理厂群优化运行管理平台，以探索出污水处理厂处理效率、处理水量、污水排放量和污水处理费用的最优方案。
课题参与单位中国环境科学研究院、哈尔滨工业大学、黑龙江省环境科学研究院等，在城镇污水高效处理技术、城镇污水低能耗的生态处理技术、城镇污泥的有效利用技术等方面取得多项重大突破性研究成果，使课题也形成一系列具有自主知识产权的研究成果。
课题通过开展改良型厌氧折流板工艺、A2O生物脱氮除磷工艺、周期循环活性污泥法等典型污水处理厂工艺优化模拟，分析筛选了制约典型污水处理工艺排污总量削减及运行稳定性的62个参数，其中化学计量学参数29个，动力学参数33个。课题已经有了研究结果：在冬季时各污水处理厂应通过增大污泥龄、增加曝气量、提高内外回流比等措施，来弥补低温对运行效果的不利影响。
构建弹性调控技术体系
不仅解决了松花江流域季节性水容量不均衡问题，课题组还为各地制定治理方案和补偿机制提出建议
课题负责人表示，目前他们正通过构建污水处理水质水量弹性调控技术体系，在松花江流域内的不同地区因地制宜，向水环境改善集中发力。
比如，著名的扎龙湿地所在地齐齐哈尔，当地湿地面积较大，课题组进行了人工湿地低温启动运行效能、低温生物强化人工湿地处理效能、冰封期人工湿地处理效能、植物多样性配置对人工湿地出水水质的影响、湿地氮素转化途径及脱氮机理分析等相关研究，为污水处理厂提出了“湿地协同去除污染”的水质调配方案。
以龙凤湿地为例，冬季采用低温脱氮菌剂强化的方式对人工湿地的脱氮效能进行强化；春、夏、秋三季可利用多元植物复配方式对人工湿地的污染物去除效能进行强化，利用菖蒲对COD和氨氮的日削减量分别为0.313吨、0.139吨，利用鸢尾——菖蒲复配对硝氮的日削减量为0.092吨，利用鸢尾——菖蒲——香蒲复配对总氮的日削减量为0.187吨，利用鸢尾——香蒲对总磷的日削减量为0.047吨。
而大庆市和哈尔滨市，则存在污水处理厂典型污染物复杂的特点，课题组着重探讨污水处理厂出水典型污染物深度削减对策。研究发现，针对COD含量高的废水深度处理应优选臭氧-生物活性炭工艺；混凝沉淀过滤对磷的去除有明显优势，混凝沉淀——BAF对氨氮的处理效果最优；混凝沉淀——BAF和O3——BAC都可有效去除亚硝氮，但这三种组合工艺都不能有效去除TN。因此，考虑脱氮的问题，在污水深度处理技术中可以选择采用交替式曝气生物滤池或多级曝气生物滤池、反硝化滤池和膜生物反应器等进一步去除二级出水中的氮。反硝化生物滤池生物量大，处理效率高。
此外，针对松花江流域污水处理厂群水质调配的不同技术方案，课题组还进行了准确的经济评估。其中提出，厂群优化调控的补偿标准、补偿方式和补偿政策，依据“实践与推广相结合”的原则，分步骤实施。
以齐齐哈尔市“污水处理厂——湿地协同除污染”水质调配方案为例，建议采用“国家层面补偿+地区层面补偿+跨区域地区补偿”的混合补偿模式。
目前，黑龙江省正在以课题为抓手之一，积极推动松花江流域水质持续改善，确保松花江流域同江等17个省控断面水质达标率比2013年总体提高10%。
