污水水質對污水廠影響及評估

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天津濱海新區位于天津市的東部臨海地區，是環渤海經濟增長的帶動力量。隨著新區工業產業的進一步升級，其所帶來的環境壓力也進一步增大。多家生物制藥企業的遷入、百萬噸乙烯項目、3000×104t煉油項目、100萬輛汽車生產項目等相繼啟動，工業用水量和廢水產生量均有較大幅度增加。目前，濱海新區產生的廢水主要涵蓋了制藥、石油化工和冶金等行業的諸多廢水，其水質特點主要表現為“兩高一低”(難降解COD和TP濃度高、BOD5濃度低)。另外，其水質往往還表現為污染物種類繁多、可生化性較差、各成分配比失調、pH值變化范圍較大、腐蝕性較強、含鹽量高等工業園區廢水水質特點，處理難度大［1］。目前我國工業園區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，隨著國家對污水處理廠出水水質標準的提高，單純的生物處理工藝已經很難滿足一級出水水質要求，尤其是生物處理法無法解決工業廢水中溶解性難降解COD含量高這一問題，必須采用物理、化學等輔助方法加以解決，改造迫在眉睫［2，3］。為了解工業園區廢水特點，筆者對天津濱海新區某工業園區污水處理廠進行實地調查研究，并結合該污水處理廠的水質特點進行了一系列試驗。

1污水廠運行情況介紹

1.1進水水質及處理工藝該水廠建于2009年，于2010年正式運營，建設規模為1．25×104m3/d。進水水質受工業園區內排水企業的影響較大，其中，工業廢水包含有醫藥廢水、生物制品廢水、橡膠廢水、金屬制造廢水、汽車制造廢水等，成分較為復雜，約占進廠總水量的85%，生活污水僅占15%左右;而且各企業的廢水排放時間、排放量都會發生變化，特別是醫藥生產企業生產產品有周期性變化，廢水成分也會相應變化，水質波動較大。該廠污水處理工藝采用移動床生物膜反應器(MBBR)工藝，工藝流程如圖1所示。填料設置在好氧池中。從整個工藝來看，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，沒有物理、化學等其他處理工藝。圖1污水處理廠的工藝流程Fig．1Flowchartoftreatmentprocess

1.2污水廠運行情況選取該廠2011年4月—6月的運行情況進行說明和分析。這期間，污水廠進水量平均為8287m3/d(為設計值的65%)，且該時期溫度基本穩定在15～18℃之間，雖然溫度并未處在生物處理最佳階段，但基本能滿足微生物的生長要求。這期間污水廠實際進、出水水質與設計值見表1。可見，除TP外，實際進水中其他指標的平均值均在設計值范圍內，理應取得較好的處理效果;而實際出水中，除氨氮和BOD5外，COD、TN、TP和TSS均未能穩定達到設計值要求，與預想相差甚遠。污水廠進水COD平均為223mg/L(在設計值以下)，出水COD平均為77．9mg/L。進水BOD5平均為25．9mg/L(遠低于設計值)，BOD5/COD值平均為0．1。按照常規理論，當BOD5/COD值＞0．3時，認為水質具有較好的可生化性;當BOD5/COD值為0．2～0．3時，認為廢水的可生化性較差;當BOD5/COD值＜0．2時，認為水質難以生化處理。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值一直未達標的主要原因。而且BOD5值偏低會影響污泥生長，導致污泥沉降性能差，影響出水TSS。為此，對污水廠進水進行了COD降解試驗和進水中有機污染物的定性分析試驗。進水TN值基本都在設計范圍內，但出水TN值未穩定達標。結合進水BOD5值發現，進水BOD5/TN值≈1，低于設計值(BOD5/TN值≥3)，無法滿足反硝化對碳源的需求，故而導致出水TN值無法達到設計值。一般認為，當廢水中的BOD5/TN值≥3時則無需外加碳源，否則需要另外投加有機碳源。外加碳源要求不留下難降解的中間產物，一般采用甲醇、乙醇、白糖等有機物。生物除磷主要通過聚磷菌厭氧狀態下釋磷、好氧狀態下過量吸磷，最終通過排泥實現。由于進水TP值超過設計值，BOD5/TP值(＜5)遠小于設計要求(BOD5/TP值≥27)，且出水中又含有大量的懸浮物，系統沒有足夠的BOD5，故而單純的生物法已無法滿足要求，需要通過投加鋁鹽等化學藥劑來改善系統的除磷效果。

2污水處理工藝的改善研究

針對該污水廠的進水水質以及出水水質不能達標排放的現狀，對其現有工藝進行改善研究。

2.1進、出水中難降解有機物定性分析采用GC－MS對進、出水水質進行分析，試驗結果表明，進水中有機物成分復雜、種類繁多且變化較大，沒有規律可循。在進行的9次測試分析中出現頻次較高的物質分別有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、2，6－二叔丁基對甲苯酚、膽固醇，但90%以上的有機物種類僅出現過一次。從分子結構式來看，大部分物質均帶有苯環，結構穩定，不易生物降解，屬難降解有機物。

2.2進水連續曝氣試驗取污水處理廠進水混合液，并從系統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，并對其進行連續曝氣試驗，定時取樣，所有水樣均采用0．45μm的濾膜過濾后檢測COD值(溶解性COD)。當COD值趨于穩定時，則認為易降解COD已全部降解完成，剩余的便是由難降解有機物產生的COD，記為溶解性難降解COD。試驗結果表明，進水中溶解性難降解COD為65～80mg/L。通過不斷連續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，可見生物系統已基本將可生物降解有機物去除完全，剩余部分基本是不可生物降解的COD。對于這部分COD，單靠生物法是無法解決的，需要增加物理、化學等輔助工藝，才能滿足出水水質要求。

2.3碳源投加試驗在現有試驗設備基礎上模擬污水廠工藝流程，通過投加碳源提高廢水中的易降解有機物含量，使廢水的BOD5/COD值、BOD5/TN值、BOD5/TP值等物質配比更為合理，同時希望通過共代謝作用進一步帶動難生物處理有機物的降解，并改善污泥活性。試驗以白砂糖作為外加碳源，控制其投加量使進水COD值提高約60mg/L。為了更好地了解試驗結果，在運行條件均一致的條件下，加碳源和不加碳源兩組試驗同時進行。試驗流程如圖2所示。圖2碳源投加試驗工藝流程Fig．2Flowchartofaddingcarbonsourceexperiment投加碳源后，進水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，并無改善，對溶解性難降解COD也無改善效果。進水BOD5值增加后，BOD5/TN值達到了設計進水水質要求，出水TN值明顯降低，平均為7．8mg/L，相應的去除率為74%;而未投加碳源時對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，見圖3。圖3投加碳源對出水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。由于系統中易降解的COD較少，尤其是經過厭氧和缺氧段后更是所剩無幾，幾乎沒有反硝化所需要的碳源，因此系統中的氮元素基本以硝態氮的形式存留在污水中，造成污水廠出水TN值過高。而投加碳源試驗中，由于易降解碳源較充足，滿足了反硝化作用所需要的碳源，NO－3－N被還原為氮氣而逸出系統。此外，投加碳源還可提升對TP的去除效果，但由于進水TP值遠高于設計值，因此出水TP值也未達到排放標準。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%，污泥也從細小的懸浮狀態變成易于沉淀的較大菌膠團，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

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

2.4.2活性炭投加試驗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。由試驗結果可知，當活性炭投量達到200mg/L以上時，COD值可降至60mg/L。

3結論與建議

目前該污水處理廠接納的水體中工業廢水占很大比例，約為85%，工業廢水種類摻雜，成分復雜，屬于典型的工業園區污水。通過污水廠運行數據和相關試驗，可以得出以下結論:①該廠進水水質的主要特點表現為“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達到設計值，例如投加活性炭。③進水的TP含量較高且進水BOD5/TP值≈3(一般要求BOD5/TP≥27才能有較好的生物除磷效果)，很難完全通過生物法來除磷，故在出水中投加PAC以確保出水TP滿足要求。④進水BOD5/TN值≈1，影響反硝化反應的進行，需要另外投加有機碳源。⑤由于進水中易生物降解的BOD5濃度較低，無法滿足微生物生長的需求，因此造成活性污泥松散、細小，吸附和沉降性能差，最終導致水廠出水TSS值偏高。而且出水TSS會影響到出水COD、BOD5、TP等指標。對于該污水處理廠主要有以下幾點建議:①通過投加碳源(或引入一些生化性好、有機物含量高的生活污水)調整各營養配比，以確保出水TN值達標，并改善出水TP、TSS以及污泥活性。②通過投加PAC確保出水TP值達標。③通過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、臭氧法等都對難降解COD有較好的去除效果，可通過試驗比對，選出最佳改造方案。