污水處理廠進水水質變化對污染物去除效率的影響分析

陳 清

(北京市海淀區水務局，北京 100094)

城鎮污水處理廠進水污染物質量負荷是污水處理工藝設計和運行管理的重要依據，準確掌握污水中污染物質量負荷，是確定處理設施及輔助設備的處理能力和操作特性，并保證穩定達到處理目標的必要條件［1-3］，同時由于污水水質受多種因素影響，致使目前已建的部分城市污水處理廠實際進水水質與設計水質存在較大差異，嚴重影響了城市污水處理廠的運行和管理，因此，研究城鎮污水處理廠進水水質特征，對提高城鎮污水處理廠的運行效果具有重要意義［4-5］。本文主要對海淀區北部新區某污水處理廠2013年進水濃度變化與出水水質進行了比較和研究，結果對該污水廠的運行和管理有指導作用，對其他污水處理廠具有一定的參考價值。

1 污水處理廠概況與工藝

某污水處理廠位于海淀區北部新區，建成于2008年，設計處理污水能力為2萬m3/天，工藝流程分為預處理、生物處理、深度處理、污泥處理和除臭處理5個部分，工藝流程和設計進水要求見圖1和表1，主要處理工藝采用卡魯塞爾氧化溝3000。污水處理廠出水水質執行北京市《水污染排放標準》(DB 11/307—2005)中的一級B標準，并滿足國家和北京市有關標準要求。卡魯塞爾氧化溝是1967年由荷蘭某公司開發研制的，研制目的是在較深的氧化溝中使混合液充分混合，并能維持較高的傳質效率，以克服小型氧化溝溝深較淺，混合效果差等缺陷。實踐證明:該工藝具有投資省、處理效率高、可行性好、管理方便和運行維護費用低等優點［6-8］。

表1 污水處理廠設計進水標準

圖1 污水處理廠工藝流程

2 采樣與分析方法

2.1 樣品采集與保存

按照水質檢測中心《水和廢水監測分析方法》的相關要求［9］，于每月定期在固定點位采取1個瞬時樣品，當日分析化學需氧量(CODCr)、5日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)共五項指標。進水取樣點為沉沙池出口，出水取樣點為二沉池出水排放口。

2.2 樣品分析

水質分析分別采用如下方法:CODCr采用GB/T 22597—2008重鉻酸鹽法，BOD5采用HJ 505—2009稀釋與接種法，NH3-N采用HJ 535—2009納什試劑分光光度法，TN采用GB/T 11894—1989堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP采用GB/T 11893—1989鉬酸銨分光光度法。

2.3 污染物去除效率計算方法

計算公式為

式中 R——去除效率;

C0——進水污染物濃度;

Ci——出水污染物濃度［10］。

2.4 監測數據處理

為便于去除效率與濃度的擬合分析，對監測結果作了如下處理:將各個指標的濃度范圍劃分為表2所列的5個區間，參照表2的區間劃分，如相鄰月份的數據落在同一區間內，則將其合并，合并數值取算術平均值，最終將12組數據合并成5組，去除效率也是將出水水質數據合并取算術平均值后參與計算。

表2 線性擬合濃度梯度劃分

3 結果與討論

3.1 化學需氧量

城市生活污水處理廠的主要功能之一是削減污水中的有機污染物，削減污染物的總量同時受處理水量和進水CODCr濃度的影響。圖2(a)是該廠2013年的進出水CODCr濃度情況，從中可以看出，該廠處理效果良好，出水水質基本能較好地保持穩定且均達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B 標準［11］。CODCr進水最高達到了 550mg/L，進水年均濃度為216mg/L，經處理后年均出水濃度為11.5mg/L，年處理平均效率高達94.5%，出水CODCr低于25mg/L，完全滿足排放要求。圖2(b)是經過數據合并后的濃度分布和濃度與去除效率的擬合曲線，曲線回歸方程為y=-0.0001x2+0.09273x+78.3，校正的模型決定系數R2=0.82，該系數是衡量所建模型好壞的重要指標之一，R2越大，模型擬合得越好，從中可以看出，該組數據較好地符合了拋物線模型，當進水濃度小于460mg/L時，隨著進水CODCr濃度的增加處理效率也在增加，但是當濃度超過了460mg/L時，即遠大于設計標準400mg/L時，污水處理系統將不再有相應的處理能力，處理效率開始下降。

圖2 CODCr處理效率

3.2 總氮

圖3(a)、(b)分別是TN進出水濃度比較情況和數據合并處理后TN濃度分布及濃度與去除效率擬合曲線，從中可以看出，進水最大為 9月，濃度為95.7mg/L，最小為2月，濃度為16.2mg/L，進水濃度年均值為38mg/L，表明來水總氮含量總體較低，對比圖5(a)，可以看出氨氮占總氮比例較低，不是氮類污染物的主要貢獻者;處理后出水年均濃度值為13.1mg/L，處理效率為65.5%，對總氮的處理能力有待于改善，低的處理效率可能與進水濃度、氣溫、硝化工藝等有關，雖然處理效率不高，但是大部分時間出水濃度均符合排放要求，僅在9月和10月有異常波動，出現連續不達標的情況，超過了一級B對總氮20mg/L的要求。濃度與去除效率的擬合曲線較好地符合拋物線模型，得到擬合方程為y=-0.02953x2+3.8997x-31.67，校正的模型決定系數R2=0.663，當進水濃度小于66mg/L時，去除效率隨著進水濃度的增大呈現提高的趨勢，當進水濃度大于66mg/L后，去除效率隨著進水濃度的繼續增加而降低。

圖3 TN處理效率

3.3 總磷

圖4(a)、(b)是總磷進出水濃度對比情況和總磷濃度與去除效率擬合曲線，從中可以看出，該廠進水濃度最大值為12月份的3.77mg/L，最小值為7月份的0.97mg/L，進水濃度年均值為2.43mg/L;年均出水濃度為0.31mg/L，處理效率為87.2%，總體來看，該廠對總磷的處理效率較好，從出水達標情況來看，全年達標排放率為91.7%，僅6月出現不達標。從合并處理后的濃度分布情況和擬合曲線可以看出，處理效率隨著進水濃度的變化有較為明顯的變化規律，得到擬合曲線為y=-16.6x2+83.8x-8.9，校正的模型決定系數R2=0.84，較好地符合二次曲線模型，最佳處理進水濃度約為2.5mg/L，超過該濃度后，處理效率明顯降低。

圖4 TP處理效率

3.4 氨氮

圖5(a)、(b)是該廠氨氮進出水監測情況，可以看出，9月進水濃度較高，為92.7mg/L，7月進水濃度較好，僅為11.6mg/L;年均進水濃度為33.8mg/L;出水年均濃度為0.7mg/L，處理效率為96.8%，出水水質良好，完全達到排放要求。濃度與去除效率擬合曲線方程為y=-0.00467x2+0.475x+88.2，校正的模型決定系數R2=0.82，較理想地符合濃度分布曲線，最佳去除效率對應的濃度為50mg/L，為該污水處理廠設計標準的上限值。在該濃度以前，去除效率隨著濃度的增加而增加，超過該點后由于超過系統處理負荷，去除效率降低。

圖5 NH3-N處理效率

3.5 5日生化需氧量

圖6(a)顯示了該廠進出水BOD5的前后變化情況，從中可以看出，BOD5與CODCr有較為密切的相關性，兩個指標的進水濃度具有一致的波動特點，進水濃度年均值為98.1mg/L，進水濃度最大值為379mg/L，對比CODCr濃度分布情況可以看出，該水體可生化性良好。從出水指標來看，經處理后出水年均濃度僅為2.3mg/L，平均處理效率達到了97.7%，出水水質均能滿足排放要求，小于20mg/L，出水水質穩定，外界條件的變化對處理效果沒有造成顯著影響。圖6(b)為數據合并后的濃度分布情況與前4個點的線性擬合曲線，從圖中可以看出，該濃度分布與擬合曲線吻合非常好，表明BOD5去除效率隨濃度的變化非常顯著，擬合曲線方程為y=-0.00043x2+0.0973x+93.4，校正的模型決定系數R2=0.979，理想地附合拋物曲線模型，進水濃度113mg/L為該污水處理工藝的最佳點，為設計標準的中間值，超過該濃度后處理效率顯著降低，第5個點對曲線已沒有相關性。

圖6 BOD5處理效率

4 結語

通過對海淀區北部新區某污水處理廠進出水長達一年的監測，對進出水水質進行對比，并將污染物去除效率與濃度進行線性擬合，得到了較滿意的擬合曲線，發現該污水處理廠進水污染物濃度對污染物去除效率有較為明顯的影響和規律，二者呈現出下開口的拋物線關系，當進水污染物濃度小于一定值時，去除效率隨著濃度增加而增加，當進水污染物濃度超過某特定值后，去除效率隨濃度增加而降低。本文得到了該污水處理廠各個指標的最佳進水濃度分別為CODCr460mg/L、TN 66mg/L、TP 2.5mg/L、NH3-N 50mg/L、BOD5113mg/L。■

[1] 孫迎雪，馬磊，吳光學，等.昆明市合流制排水區域污水處理廠進水水質特征分析［J］.給水排水，2013，39(3)，135-139.

[2] 靜賀，邱勇，沈童剛，等.城市污水處理廠進水動態特征及其影響研究［J］.給水排水，2010，36(8)，35-38.

[3] 張玲玲，陳立，郭興芳，等.南北方污水處理廠進水水質特性分析［J］.給水排水，2012，38(1)，45-49.

[4] 張健君，呂英俊，劉章富，等.排水體制與污水處理廠進水水質分析［J］.給水排水，2010，36(9)，47-50.

[5] 李亞峰，晉文學.城市污水處理廠運行管理［M］.北京:化學工業出版社，2010.

[6] 袁東洲.中小型城市污水處理廠適用工藝分析［J］.科技論文與案例交流，2013(7).

[7] 向宇.淺析污水處理工藝方法的當前狀況和進展［J］.科技創新與應用，2013，18(5).

[8] 張培帥，徐海曉，陳步東.魯塞爾氧化溝工藝水質凈化效果季節變化特性分析［J］.給水排水，2011，37.

[9] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法［M］.北京:中國環境出版社，2002.

[10] 何媛媛，呂鑑，張濤，等.污水處理廠進水水質變化對污水處理效率的影響分析［J］.北京水務，2013(2)，29-31.

[11] GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2002.