城鎮污水廠進水水質波動解析及污染控制技術研究＊

陳婷婷，彭玉梅，沈丹杰，鐘亞萍，高亞琳，邱 戀，潘志成

（海天水務集團股份公司四川省水安全與水污染控制工程技術研究中心，四川 成都 610095）

隨著經濟和社會的發展，日益嚴重的水污染問題引起了人們對中國水資源的擔憂。為解決水污染問題，政府加強了對污水處理廠建設，并實施了一系列舉措[1-2]。《水污染防治行動計劃》頒布后，全國各省市進一步提高了污水處理廠出水水質標準[3]。“十四五”規劃明確提出了應完善水污染防治流域協同機制，加強城市水體綜合治理，基本消除劣Ⅴ類國控斷面和城市黑臭水體的要求。這說明環境質量標準體系進一步提升，對水體污染物的管理日漸嚴格[4-5]。在污水廠實際運營過程中，污水進水超標的現象時有發生。而誘發這一現象的主要原因是上游部分企業連續或間斷地排放高質量濃度有毒有害工業廢水。進水水質異常波動，導致污泥負荷和容積負荷發生很大變化，對活性污泥中的微生物產生抑制效應，容易導致生化系統崩潰[6]。污水廠進水水質超標已成為威脅污水廠安全、穩定、高效的關鍵因素。

本文系統探究了西南某城鎮污水處理廠（處理規模8 萬t/d）因進水水質異常波動而引起的污水處理系統故障的原因，提出了解決此類問題的方法，可為城鎮污水處理廠穩定運行提供技術參考與借鑒。

1 污水處理廠概況

該污水處理廠采用改良型A/A/O 生化池+反硝化深床濾池工藝，規模8 萬t/d，出水執行DB 51/2311—2016《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》地方標準[4]。

2 進水水質異常運行效果

該污水處理廠設計進水水質主要指標如下：COD質量濃度為50 mg/L，氨氮質量濃度為35 mg/L，TN質量濃度為40 mg/L，TP 質量濃度為4 mg/L。研究通過監測出水水質指標的變化，分析進水水質對處理系統的影響，進而探討污水處理效率。

2.1 COD 去除

污水處理廠進水水質異常期間，COD 的去除情況如圖1 所示。

圖1 COD 處理效果

由圖1 可知，污水處理廠進水波動期間，平均進水COD 質量濃度最高為496.57 mg/L，最低為270.69 mg/L。平均出水COD 質量濃度最高為11.52 mg/L，最低為8.59 mg/L，COD 平均去除率最高可達98.22%，穩定達標，說明進水可生化性高，對污泥中去除COD菌種影響較小。

2.2 氨氮去除

污水處理廠進水水質異常期間，氨氮、總氮的去除情況如圖2 所示。

圖2 氨氮處理效果

由圖2 可知，出水氨氮指標出現異常和超標期間，平均最高進水氨氮質量濃度為31.98 mg/L，出水氨氮質量濃度由0.41 mg/L 逐步上升最高至13.19 mg/L，氨氮去除率由正常的98.32%下降至50.78%，出現出水超標現象。總氮出水質量濃度上升趨勢與氨氮出水質量濃度變化趨勢一致，由4.79 mg/L 最高上升至14.94 mg/L。與進水氨氮設計指標相比，進水水質氨氮并未超標，據此可以判明因進水中含有未知毒性物質使原有生化系統內硝化類細菌基本失活。

2.3 TP 去除

污水處理廠進水水質異常期間，TP 的去除情況如圖3 所示。

圖3 TP 處理效果

由圖3 可知，污水處理廠進水波動期間，平均進水TP 質量濃度最高為9.05 mg/L，最低為3.09 mg/L。平均出水TP 質量濃度最高為0.25 mg/L，最低為0.17 mg/L，TP 平均去除率最高可達97.2%。進水總磷指標超出設計處理能力，日均指標高達7.58 mg/L，大幅超出設計指標，出水仍達標。

3 進水水質毒性分析

為準確判斷進水主要污染因子，將進水水樣采用氣相色譜-質譜聯用儀進行定性檢測，如表1 所示。

表1 進水水樣質譜圖

結果表明，進水中含有二氯甲烷、丙酮、甲基叔丁基醚和四氫呋喃等有毒污染物。進一步對污水廠進水和曝氣池水樣進行二氯甲烷定量檢測，二氯甲烷質量濃度分別為1.09 mg/L 和1.03 mg/L。現有研究成果表明，二氯甲烷對硝化菌有強抑制作用[7-8]。四氫呋喃對活性污泥中脫氫酶的活性有較強的抑制作用，也會引發氨氮異常問題[9]。

4 控制技術研究

4.1 工藝系統調節優化

出水氨氮指標出現異常和超標期間，發現投加了新鮮活性污泥曝氣池的出水氨氮指標下降明顯，未投加新鮮活性污泥的曝氣池出水氨氮指標居高不下。通過大量投加新鮮活性污泥，硝化類細菌得到大量補充，加大內、外回流，將投加的硝化類細菌補充到各個曝氣池，最終確保正常硝化反應需要的菌群數量。經計算，投加的新鮮活性污泥可提高整個生化系統約2 000 mg/L 的污泥質量濃度。新鮮活性污泥中的硝化類細菌能夠完成正常生化反應，消除有毒廢水嚴重沖擊。

4.2 進水水質溯源

為了盡快恢復正常生產，防止有毒有害污水持續進入污水廠，污水處理廠在應急處置過程中加強了對水質溯源。污水處理廠對周邊重點排污企業及管網進行排查，發現XX 企業排污口排水呈黃色并帶有刺激性氣味，進行現場取樣。

采用島津UⅤ-1800 進行對水樣進行紫外全波長掃描檢測，結果如圖4 所示。

圖4 水樣的紫外分光光譜圖

通過企業排污井樣品和污水廠水樣進行對比后發現，該排污井內樣品和污水廠進水水樣的特征峰較為一致。該水樣中含有二氯甲烷、丙酮、甲基叔丁基醚、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、三氯甲烷等有機污染物，其中四氫呋喃質量濃度達137.2 mg/L，二氯甲烷質量濃度達291.2 mg/L，三氯甲烷質量濃度達73.4 mg/L。推斷此次水質波動有可能是由該企業排水引起的氨氮出水超標。

5 結論及建議

本文通過對西南某污水處理廠應對進水水質異常導致的出水水質超標的運行工況研究得出，工業廢水進入城鎮污水處理廠，破壞原有生化系統內硝化類細菌，使出水氨氮質量濃度高達13.19 mg/L。

有毒有害工業廢水沿污水管網排向污水處理廠，破壞活性污泥的微生物，致使污水處理廠時常遭受沖擊，污水處理功能癱瘓，建議政府相關職能部門加強管網排查和重點排污企業監管。為解決因企業偷排超標廢水而引起城市污水處理廠進水水質超常波動，建議污水處理廠建立及時、有效地進水水質超常波動識別手段[10]。同時，加強源頭管控，利用有效的污染源控制技術及裝備，杜絕污染物進入城鎮污水處理廠。