污水水質(zhì)對(duì)污水廠影響及評(píng)估

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天津?yàn)I海新區(qū)位于天津市的東部臨海地區(qū)，是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的帶動(dòng)力量。隨著新區(qū)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步升級(jí)，其所帶來(lái)的環(huán)境壓力也進(jìn)一步增大。多家生物制藥企業(yè)的遷入、百萬(wàn)噸乙烯項(xiàng)目、3000×104t煉油項(xiàng)目、100萬(wàn)輛汽車(chē)生產(chǎn)項(xiàng)目等相繼啟動(dòng)，工業(yè)用水量和廢水產(chǎn)生量均有較大幅度增加。目前，濱海新區(qū)產(chǎn)生的廢水主要涵蓋了制藥、石油化工和冶金等行業(yè)的諸多廢水，其水質(zhì)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為“兩高一低”(難降解COD和TP濃度高、BOD5濃度低)。另外，其水質(zhì)往往還表現(xiàn)為污染物種類(lèi)繁多、可生化性較差、各成分配比失調(diào)、pH值變化范圍較大、腐蝕性較強(qiáng)、含鹽量高等工業(yè)園區(qū)廢水水質(zhì)特點(diǎn)，處理難度大［1］。目前我國(guó)工業(yè)園區(qū)已建和新建的污水處理廠大部分仍采用生物處理法，但近幾年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，單純的生物處理工藝已經(jīng)很難滿(mǎn)足一級(jí)出水水質(zhì)要求，尤其是生物處理法無(wú)法解決工業(yè)廢水中溶解性難降解COD含量高這一問(wèn)題，必須采用物理、化學(xué)等輔助方法加以解決，改造迫在眉睫［2，3］。為了解工業(yè)園區(qū)廢水特點(diǎn)，筆者對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)某工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究，并結(jié)合該污水處理廠的水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。

1污水廠運(yùn)行情況介紹

1.1進(jìn)水水質(zhì)及處理工藝該水廠建于2009年，于2010年正式運(yùn)營(yíng)，建設(shè)規(guī)模為1．25×104m3/d。進(jìn)水水質(zhì)受工業(yè)園區(qū)內(nèi)排水企業(yè)的影響較大，其中，工業(yè)廢水包含有醫(yī)藥廢水、生物制品廢水、橡膠廢水、金屬制造廢水、汽車(chē)制造廢水等，成分較為復(fù)雜，約占進(jìn)廠總水量的85%，生活污水僅占15%左右;而且各企業(yè)的廢水排放時(shí)間、排放量都會(huì)發(fā)生變化，特別是醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品有周期性變化，廢水成分也會(huì)相應(yīng)變化，水質(zhì)波動(dòng)較大。該廠污水處理工藝采用移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)工藝，工藝流程如圖1所示。填料設(shè)置在好氧池中。從整個(gè)工藝來(lái)看，雖然在生物段投加了懸浮填料，但還是純粹的生物處理工藝，沒(méi)有物理、化學(xué)等其他處理工藝。圖1污水處理廠的工藝流程Fig．1Flowchartoftreatmentprocess

1.2污水廠運(yùn)行情況選取該廠2011年4月—6月的運(yùn)行情況進(jìn)行說(shuō)明和分析。這期間，污水廠進(jìn)水量平均為8287m3/d(為設(shè)計(jì)值的65%)，且該時(shí)期溫度基本穩(wěn)定在15～18℃之間，雖然溫度并未處在生物處理最佳階段，但基本能滿(mǎn)足微生物的生長(zhǎng)要求。這期間污水廠實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)與設(shè)計(jì)值見(jiàn)表1。可見(jiàn)，除TP外，實(shí)際進(jìn)水中其他指標(biāo)的平均值均在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，理應(yīng)取得較好的處理效果;而實(shí)際出水中，除氨氮和BOD5外，COD、TN、TP和TSS均未能穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)值要求，與預(yù)想相差甚遠(yuǎn)。污水廠進(jìn)水COD平均為223mg/L(在設(shè)計(jì)值以下)，出水COD平均為77．9mg/L。進(jìn)水BOD5平均為25．9mg/L(遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值)，BOD5/COD值平均為0．1。按照常規(guī)理論，當(dāng)BOD5/COD值＞0．3時(shí)，認(rèn)為水質(zhì)具有較好的可生化性;當(dāng)BOD5/COD值為0．2～0．3時(shí)，認(rèn)為廢水的可生化性較差;當(dāng)BOD5/COD值＜0．2時(shí)，認(rèn)為水質(zhì)難以生化處理。目前該污水處理廠的BOD5/COD值僅為0．1左右，進(jìn)水中溶解性難降解COD的含量較高，生物處理難度大，這也是造成出水COD值一直未達(dá)標(biāo)的主要原因。而且BOD5值偏低會(huì)影響污泥生長(zhǎng)，導(dǎo)致污泥沉降性能差，影響出水TSS。為此，對(duì)污水廠進(jìn)水進(jìn)行了COD降解試驗(yàn)和進(jìn)水中有機(jī)污染物的定性分析試驗(yàn)。進(jìn)水TN值基本都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，但出水TN值未穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。結(jié)合進(jìn)水BOD5值發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水BOD5/TN值≈1，低于設(shè)計(jì)值(BOD5/TN值≥3)，無(wú)法滿(mǎn)足反硝化對(duì)碳源的需求，故而導(dǎo)致出水TN值無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值。一般認(rèn)為，當(dāng)廢水中的BOD5/TN值≥3時(shí)則無(wú)需外加碳源，否則需要另外投加有機(jī)碳源。外加碳源要求不留下難降解的中間產(chǎn)物，一般采用甲醇、乙醇、白糖等有機(jī)物。生物除磷主要通過(guò)聚磷菌厭氧狀態(tài)下釋磷、好氧狀態(tài)下過(guò)量吸磷，最終通過(guò)排泥實(shí)現(xiàn)。由于進(jìn)水TP值超過(guò)設(shè)計(jì)值，BOD5/TP值(＜5)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求(BOD5/TP值≥27)，且出水中又含有大量的懸浮物，系統(tǒng)沒(méi)有足夠的BOD5，故而單純的生物法已無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要通過(guò)投加鋁鹽等化學(xué)藥劑來(lái)改善系統(tǒng)的除磷效果。

2污水處理工藝的改善研究

針對(duì)該污水廠的進(jìn)水水質(zhì)以及出水水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)排放的現(xiàn)狀，對(duì)其現(xiàn)有工藝進(jìn)行改善研究。

2.1進(jìn)、出水中難降解有機(jī)物定性分析采用GC－MS對(duì)進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)水中有機(jī)物成分復(fù)雜、種類(lèi)繁多且變化較大，沒(méi)有規(guī)律可循。在進(jìn)行的9次測(cè)試分析中出現(xiàn)頻次較高的物質(zhì)分別有N－甲基苯胺、三乙基磷酸酯、苯并噻唑、N－甲基富馬胺、糞甾烷－3－醇、2，6－二叔丁基對(duì)甲苯酚、膽固醇，但90%以上的有機(jī)物種類(lèi)僅出現(xiàn)過(guò)一次。從分子結(jié)構(gòu)式來(lái)看，大部分物質(zhì)均帶有苯環(huán)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易生物降解，屬難降解有機(jī)物。

2.2進(jìn)水連續(xù)曝氣試驗(yàn)取污水處理廠進(jìn)水混合液，并從系統(tǒng)曝氣池中取活性污泥，混合形成污泥濃度約為3000mg/L的混合液，以保證有足夠的微生物參與反應(yīng)，并對(duì)其進(jìn)行連續(xù)曝氣試驗(yàn)，定時(shí)取樣，所有水樣均采用0．45μm的濾膜過(guò)濾后檢測(cè)COD值(溶解性COD)。當(dāng)COD值趨于穩(wěn)定時(shí)，則認(rèn)為易降解COD已全部降解完成，剩余的便是由難降解有機(jī)物產(chǎn)生的COD，記為溶解性難降解COD。試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)水中溶解性難降解COD為65～80mg/L。通過(guò)不斷連續(xù)曝氣所得到的溶解性難降解COD值和水廠出水溶解性COD值基本吻合，可見(jiàn)生物系統(tǒng)已基本將可生物降解有機(jī)物去除完全，剩余部分基本是不可生物降解的COD。對(duì)于這部分COD，單靠生物法是無(wú)法解決的，需要增加物理、化學(xué)等輔助工藝，才能滿(mǎn)足出水水質(zhì)要求。

2.3碳源投加試驗(yàn)在現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備基礎(chǔ)上模擬污水廠工藝流程，通過(guò)投加碳源提高廢水中的易降解有機(jī)物含量，使廢水的BOD5/COD值、BOD5/TN值、BOD5/TP值等物質(zhì)配比更為合理，同時(shí)希望通過(guò)共代謝作用進(jìn)一步帶動(dòng)難生物處理有機(jī)物的降解，并改善污泥活性。試驗(yàn)以白砂糖作為外加碳源，控制其投加量使進(jìn)水COD值提高約60mg/L。為了更好地了解試驗(yàn)結(jié)果，在運(yùn)行條件均一致的條件下，加碳源和不加碳源兩組試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。試驗(yàn)流程如圖2所示。圖2碳源投加試驗(yàn)工藝流程Fig．2Flowchartofaddingcarbonsourceexperiment投加碳源后，進(jìn)水COD值約增加60mg/L，BOD5值約增加55mg/L。BOD5/COD值從0．1提高至0．27。投加碳源后出水COD值和BOD5值與污水廠出水相當(dāng)，并無(wú)改善，對(duì)溶解性難降解COD也無(wú)改善效果。進(jìn)水BOD5值增加后，BOD5/TN值達(dá)到了設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)要求，出水TN值明顯降低，平均為7．8mg/L，相應(yīng)的去除率為74%;而未投加碳源時(shí)對(duì)TN的去除率僅為23．6%，出水TN值和污水廠出水TN值幾乎一致，見(jiàn)圖3。圖3投加碳源對(duì)出水TN、TP的影響Fig．3InfluenceofaddingcarbonsourceoneffluentTNandTP分析原因:污水廠出水氨氮均值為0．4mg/L，去除率為98%，氨氮幾乎全部被氧化為NO－3－N。由于系統(tǒng)中易降解的COD較少，尤其是經(jīng)過(guò)厭氧和缺氧段后更是所剩無(wú)幾，幾乎沒(méi)有反硝化所需要的碳源，因此系統(tǒng)中的氮元素基本以硝態(tài)氮的形式存留在污水中，造成污水廠出水TN值過(guò)高。而投加碳源試驗(yàn)中，由于易降解碳源較充足，滿(mǎn)足了反硝化作用所需要的碳源，NO－3－N被還原為氮?dú)舛莩鱿到y(tǒng)。此外，投加碳源還可提升對(duì)TP的去除效果，但由于進(jìn)水TP值遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，因此出水TP值也未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而且，投加碳源提高了污泥活性，MLVSS/MLSS值從未投加碳源前的35%提高到65%，污泥也從細(xì)小的懸浮狀態(tài)變成易于沉淀的較大菌膠團(tuán)，改善了污泥的沉降性能，從而降低了出水TSS值。

2.4PAC和活性炭投加試驗(yàn)

2.4.1PAC投加試驗(yàn)向二沉池出水中投加不同劑量的聚合氯化鋁(PAC)，觀察對(duì)TP的去除效果，并確定PAC最佳投量。結(jié)果表明，當(dāng)PAC投加量在500～600mg/L時(shí)(有效成分Al2O3占10%，為50～60mg/L)，可使TP從6mg/L降至1mg/L以下，對(duì)TP的去除率達(dá)到85%以上。

2.4.2活性炭投加試驗(yàn)向二沉池出水中投加活性炭，活性炭投量由100mg/L逐漸增至1000mg/L，吸附30min。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)活性炭投量達(dá)到200mg/L以上時(shí)，COD值可降至60mg/L。

3結(jié)論與建議

目前該污水處理廠接納的水體中工業(yè)廢水占很大比例，約為85%，工業(yè)廢水種類(lèi)摻雜，成分復(fù)雜，屬于典型的工業(yè)園區(qū)污水。通過(guò)污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)和相關(guān)試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論:①該廠進(jìn)水水質(zhì)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為“兩高一低”，即難降解COD和TP濃度高、BOD5濃度低。②廢水中的溶解性難降解COD含量高，基本在65～80mg/L。BOD5/COD值僅為0．1左右，可歸納為水質(zhì)不可生化范疇。這部分COD很難被生物降解，需要輔以其他物化處理工藝才能確保出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)值，例如投加活性炭。③進(jìn)水的TP含量較高且進(jìn)水BOD5/TP值≈3(一般要求BOD5/TP≥27才能有較好的生物除磷效果)，很難完全通過(guò)生物法來(lái)除磷，故在出水中投加PAC以確保出水TP滿(mǎn)足要求。④進(jìn)水BOD5/TN值≈1，影響反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，需要另外投加有機(jī)碳源。⑤由于進(jìn)水中易生物降解的BOD5濃度較低，無(wú)法滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)的需求，因此造成活性污泥松散、細(xì)小，吸附和沉降性能差，最終導(dǎo)致水廠出水TSS值偏高。而且出水TSS會(huì)影響到出水COD、BOD5、TP等指標(biāo)。對(duì)于該污水處理廠主要有以下幾點(diǎn)建議:①通過(guò)投加碳源(或引入一些生化性好、有機(jī)物含量高的生活污水)調(diào)整各營(yíng)養(yǎng)配比，以確保出水TN值達(dá)標(biāo)，并改善出水TP、TSS以及污泥活性。②通過(guò)投加PAC確保出水TP值達(dá)標(biāo)。③通過(guò)增加新工藝以去除廢水中的難降解COD，活性炭吸附可作為備選方案;另外，芬頓法、膜處理法、臭氧法等都對(duì)難降解COD有較好的去除效果，可通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)，選出最佳改造方案。