污水水质对污水厂影响及评估

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天津滨海新区位于天津市的东部临海地区，是环渤海经济增长的带动力量。随着新区工业产业的进一步升级，其所带来的环境压力也进一步增大。多家生物制药企业的迁入、百万吨乙烯项目、3000×104t炼油项目、100万辆汽车生产项目等相继启动，工业用水量和废水产生量均有较大幅度增加。目前，滨海新区产生的废水主要涵盖了制药、石油化工和冶金等行业的诸多废水，其水质特点主要表现为“两高一低”(难降解COD和TP浓度高、BOD5浓度低)。另外，其水质往往还表现为污染物种类繁多、可生化性较差、各成分配比失调、pH值变化范围较大、腐蚀性较强、含盐量高等工业园区废水水质特点，处理难度大［1］。目前我国工业园区已建和新建的污水处理厂大部分仍采用生物处理法，但近几年来，随着国家对污水处理厂出水水质标准的提高，单纯的生物处理工艺已经很难满足一级出水水质要求，尤其是生物处理法无法解决工业废水中溶解性难降解COD含量高这一问题，必须采用物理、化学等辅助方法加以解决，改造迫在眉睫［2，3］。为了解工业园区废水特点，笔者对天津滨海新区某工业园区污水处理厂进行实地调查研究，并结合该污水处理厂的水质特点进行了一系列试验。

1污水厂运行情况介绍

1.1进水水质及处理工艺该水厂建于2009年，于2010年正式运营，建设规模为1．25×104m3/d。进水水质受工业园区内排水企业的影响较大，其中，工业废水包含有医药废水、生物制品废水、橡胶废水、金属制造废水、汽车制造废水等，成分较为复杂，约占进厂总水量的85%，生活污水仅占15%左右;而且各企业的废水排放时间、排放量都会发生变化，特别是医药生产企业生产产品有周期性变化，废水成分也会相应变化，水质波动较大。该厂污水处理工艺采用移动床生物膜反应器(MBBR)工艺，工艺流程如图1所示。填料设置在好氧池中。从整个工艺来看，虽然在生物段投加了悬浮填料，但还是纯粹的生物处理工艺，没有物理、化学等其他处理工艺。图1污水处理厂的工艺流程Fig．1Flowchartoftreatmentprocess

1.2污水厂运行情况选取该厂2011年4月—6月的运行情况进行说明和分析。这期间，污水厂进水量平均为8287m3/d(为设计值的65%)，且该时期温度基本稳定在15～18℃之间，虽然温度并未处在生物处理最佳阶段，但基本能满足微生物的生长要求。这期间污水厂实际进、出水水质与设计值见表1。可见，除TP外，实际进水中其他指标的平均值均在设计值范围内，理应取得较好的处理效果;而实际出水中，除氨氮和BOD5外，COD、TN、TP和TSS均未能稳定达到设计值要求，与预想相差甚远。污水厂进水COD平均为223mg/L(在设计值以下)，出水COD平均为77．9mg/L。进水BOD5平均为25．9mg/L(远低于设计值)，BOD5/COD值平均为0．1。按照常规理论，当BOD5/COD值＞0．3时，认为水质具有较好的可生化性;当BOD5/COD值为0．2～0．3时，认为废水的可生化性较差;当BOD5/COD值＜0．2时，认为水质难以生化处理。目前该污水处理厂的BOD5/COD值仅为0．1左右，进水中溶解性难降解COD的含量较高，生物处理难度大，这也是造成出水COD值一直未达标的主要原因。而且BOD5值偏低会影响污泥生长，导致污泥沉降性能差，影响出水TSS。为此，对污水厂进水进行了COD降解试验和进水中有机污染物的定性分析试验。进水TN值基本都在设计范围内，但出水TN值未稳定达标。结合进水BOD5值发现，进水BOD5/TN值≈1，低于设计值(BOD5/TN值≥3)，无法满足反硝化对碳源的需求，故而导致出水TN值无法达到设计值。一般认为，当废水中的BOD5/TN值≥3时则无需外加碳源，否则需要另外投加有机碳源。外加碳源要求不留下难降解的中间产物，一般采用甲醇、乙醇、白糖等有机物。生物除磷主要通过聚磷菌厌氧状态下释磷、好氧状态下过量吸磷，最终通过排泥实现。由于进水TP值超过设计值，BOD5/TP值(＜5)远小于设计要求(BOD5/TP值≥27)，且出水中又含有大量的悬浮物，系统没有足够的BOD5，故而单纯的生物法已无法满足要求，需要通过投加铝盐等化学药剂来改善系统的除磷效果。

2污水处理工艺的改善研究

针对该污水厂的进水水质以及出水水质不能达标排放的现状，对其现有工艺进行改善研究。

2.1进、出水中难降解有机物定性分析采用GC－MS对进、出水水质进行分析，试验结果表明，进水中有机物成分复杂、种类繁多且变化较大，没有规律可循。在进行的9次测试分析中出现频次较高的物质分别有N－甲基苯胺、三乙基磷酸酯、苯并噻唑、N－甲基富马胺、粪甾烷－3－醇、2，6－二叔丁基对甲苯酚、胆固醇，但90%以上的有机物种类仅出现过一次。从分子结构式来看，大部分物质均带有苯环，结构稳定，不易生物降解，属难降解有机物。

2.2进水连续曝气试验取污水处理厂进水混合液，并从系统曝气池中取活性污泥，混合形成污泥浓度约为3000mg/L的混合液，以保证有足够的微生物参与反应，并对其进行连续曝气试验，定时取样，所有水样均采用0．45μm的滤膜过滤后检测COD值(溶解性COD)。当COD值趋于稳定时，则认为易降解COD已全部降解完成，剩余的便是由难降解有机物产生的COD，记为溶解性难降解COD。试验结果表明，进水中溶解性难降解COD为65～80mg/L。通过不断连续曝气所得到的溶解性难降解COD值和水厂出水溶解性COD值基本吻合，可见生物系统已基本将可生物降解有机物去除完全，剩余部分基本是不可生物降解的COD。对于这部分COD，单靠生物法是无法解决的，需要增加物理、化学等辅助工艺，才能满足出水水质要求。

2.3碳源投加试验在现有试验设备基础上模拟污水厂工艺流程，通过投加碳源提高废水中的易降解有机物含量，使废水的BOD5/COD值、BOD5/TN值、BOD5/TP值等物质配比更为合理，同时希望通过共代谢作用进一步带动难生物处理有机物的降解，并改善污泥活性。试验以白砂糖作为外加碳源，控制其投加量使进水COD值提高约60mg/L。为了更好地了解试验结果，在运行条件均一致的条件下，加碳源和不加碳源两组试验同时进行。试验流程如图2所示。图2碳源投加试验工艺流程Fig．2Flowchartofaddingcarbonsourceexperiment投加碳源后，进水COD值约增加60mg/L，BOD5值约增加55mg/L。BOD5/COD值从0．1提高至0．27。投加碳源后出水COD值和BOD5值与污水厂出水相当，并无改善，对溶解性难降解COD也无改善效果。进水BOD5值增加后，BOD5/TN值达到了设计进水水质要求，出水TN值明显降低，平均为7．8mg/L，相应的去除率为74%;而未投加碳源时对TN的去除率仅为23．6%，出水TN值和污水厂出水TN值几乎一致，见图3。图3投加碳源对出水TN、TP的影响Fig．3InfluenceofaddingcarbonsourceoneffluentTNandTP分析原因:污水厂出水氨氮均值为0．4mg/L，去除率为98%，氨氮几乎全部被氧化为NO－3－N。由于系统中易降解的COD较少，尤其是经过厌氧和缺氧段后更是所剩无几，几乎没有反硝化所需要的碳源，因此系统中的氮元素基本以硝态氮的形式存留在污水中，造成污水厂出水TN值过高。而投加碳源试验中，由于易降解碳源较充足，满足了反硝化作用所需要的碳源，NO－3－N被还原为氮气而逸出系统。此外，投加碳源还可提升对TP的去除效果，但由于进水TP值远高于设计值，因此出水TP值也未达到排放标准。而且，投加碳源提高了污泥活性，MLVSS/MLSS值从未投加碳源前的35%提高到65%，污泥也从细小的悬浮状态变成易于沉淀的较大菌胶团，改善了污泥的沉降性能，从而降低了出水TSS值。

2.4PAC和活性炭投加试验

2.4.1PAC投加试验向二沉池出水中投加不同剂量的聚合氯化铝(PAC)，观察对TP的去除效果，并确定PAC最佳投量。结果表明，当PAC投加量在500～600mg/L时(有效成分Al2O3占10%，为50～60mg/L)，可使TP从6mg/L降至1mg/L以下，对TP的去除率达到85%以上。

2.4.2活性炭投加试验向二沉池出水中投加活性炭，活性炭投量由100mg/L逐渐增至1000mg/L，吸附30min。由试验结果可知，当活性炭投量达到200mg/L以上时，COD值可降至60mg/L。

3结论与建议

目前该污水处理厂接纳的水体中工业废水占很大比例，约为85%，工业废水种类掺杂，成分复杂，属于典型的工业园区污水。通过污水厂运行数据和相关试验，可以得出以下结论:①该厂进水水质的主要特点表现为“两高一低”，即难降解COD和TP浓度高、BOD5浓度低。②废水中的溶解性难降解COD含量高，基本在65～80mg/L。BOD5/COD值仅为0．1左右，可归纳为水质不可生化范畴。这部分COD很难被生物降解，需要辅以其他物化处理工艺才能确保出水水质达到设计值，例如投加活性炭。③进水的TP含量较高且进水BOD5/TP值≈3(一般要求BOD5/TP≥27才能有较好的生物除磷效果)，很难完全通过生物法来除磷，故在出水中投加PAC以确保出水TP满足要求。④进水BOD5/TN值≈1，影响反硝化反应的进行，需要另外投加有机碳源。⑤由于进水中易生物降解的BOD5浓度较低，无法满足微生物生长的需求，因此造成活性污泥松散、细小，吸附和沉降性能差，最终导致水厂出水TSS值偏高。而且出水TSS会影响到出水COD、BOD5、TP等指标。对于该污水处理厂主要有以下几点建议:①通过投加碳源(或引入一些生化性好、有机物含量高的生活污水)调整各营养配比，以确保出水TN值达标，并改善出水TP、TSS以及污泥活性。②通过投加PAC确保出水TP值达标。③通过增加新工艺以去除废水中的难降解COD，活性炭吸附可作为备选方案;另外，芬顿法、膜处理法、臭氧法等都对难降解COD有较好的去除效果，可通过试验比对，选出最佳改造方案。