陳 清

(北京市海淀區(qū)水務(wù)局，北京 100094)

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水污染物質(zhì)量負(fù)荷是污水處理工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的重要依據(jù)，準(zhǔn)確掌握污水中污染物質(zhì)量負(fù)荷，是確定處理設(shè)施及輔助設(shè)備的處理能力和操作特性，并保證穩(wěn)定達(dá)到處理目標(biāo)的必要條件［1-3］，同時(shí)由于污水水質(zhì)受多種因素影響，致使目前已建的部分城市污水處理廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)與設(shè)計(jì)水質(zhì)存在較大差異，嚴(yán)重影響了城市污水處理廠的運(yùn)行和管理，因此，研究城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)特征，對(duì)提高城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行效果具有重要意義［4-5］。本文主要對(duì)海淀區(qū)北部新區(qū)某污水處理廠2013年進(jìn)水濃度變化與出水水質(zhì)進(jìn)行了比較和研究，結(jié)果對(duì)該污水廠的運(yùn)行和管理有指導(dǎo)作用，對(duì)其他污水處理廠具有一定的參考價(jià)值。

1 污水處理廠概況與工藝

某污水處理廠位于海淀區(qū)北部新區(qū)，建成于2008年，設(shè)計(jì)處理污水能力為2萬(wàn)m3/天，工藝流程分為預(yù)處理、生物處理、深度處理、污泥處理和除臭處理5個(gè)部分，工藝流程和設(shè)計(jì)進(jìn)水要求見(jiàn)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(zhì)執(zhí)行北京市《水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/307—2005)中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，并滿足國(guó)家和北京市有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求?？斎麪栄趸瘻鲜?967年由荷蘭某公司開(kāi)發(fā)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(zhì)效率，以克服小型氧化溝溝深較淺，混合效果差等缺陷。實(shí)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(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)［6-8］。

表1 污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)

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(zhì)檢測(cè)中心《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》的相關(guān)要求［9］，于每月定期在固定點(diǎn)位采取1個(gè)瞬時(shí)樣品，當(dāng)日分析化學(xué)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(xiàng)指標(biāo)。進(jìn)水取樣點(diǎn)為沉沙池出口，出水取樣點(diǎn)為二沉池出水排放口。

2.2 樣品分析

水質(zhì)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(guò)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(jì)算方法

計(jì)算公式為

式中 R——去除效率;

C0——進(jìn)水污染物濃度;

Ci——出水污染物濃度［10］。

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

為便于去除效率與濃度的擬合分析，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果作了如下處理:將各個(gè)指標(biāo)的濃度范圍劃分為表2所列的5個(gè)區(qū)間，參照表2的區(qū)間劃分，如相鄰月份的數(shù)據(jù)落在同一區(qū)間內(nèi)，則將其合并，合并數(shù)值取算術(shù)平均值，最終將12組數(shù)據(jù)合并成5組，去除效率也是將出水水質(zhì)數(shù)據(jù)合并取算術(shù)平均值后參與計(jì)算。

表2 線性擬合濃度梯度劃分

3 結(jié)果與討論

3.1 化學(xué)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(jī)污染物，削減污染物的總量同時(shí)受處理水量和進(jìn)水CODCr濃度的影響。圖2(a)是該廠2013年的進(jìn)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(zhì)基本能較好地保持穩(wěn)定且均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)［11］。CODCr進(jìn)水最高達(dá)到了 550mg/L，進(jìn)水年均濃度為216mg/L，經(jīng)處理后年均出水濃度為11.5mg/L，年處理平均效率高達(dá)94.5%，出水CODCr低于25mg/L，完全滿足排放要求。圖2(b)是經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)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(shù)R2=0.82，該系數(shù)是衡量所建模型好壞的重要指標(biāo)之一，R2越大，模型擬合得越好，從中可以看出，該組數(shù)據(jù)較好地符合了拋物線模型，當(dāng)進(jìn)水濃度小于460mg/L時(shí)，隨著進(jìn)水CODCr濃度的增加處理效率也在增加，但是當(dāng)濃度超過(guò)了460mg/L時(shí)，即遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)400mg/L時(shí)，污水處理系統(tǒng)將不再有相應(yīng)的處理能力，處理效率開(kāi)始下降。

圖2 CODCr處理效率

3.2 總氮

圖3(a)、(b)分別是TN進(jìn)出水濃度比較情況和數(shù)據(jù)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(jìn)水最大為 9月，濃度為95.7mg/L，最小為2月，濃度為16.2mg/L，進(jìn)水濃度年均值為38mg/L，表明來(lái)水總氮含量總體較低，對(duì)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(xiàn)者;處理后出水年均濃度值為13.1mg/L，處理效率為65.5%，對(duì)總氮的處理能力有待于改善，低的處理效率可能與進(jìn)水濃度、氣溫、硝化工藝等有關(guān)，雖然處理效率不高，但是大部分時(shí)間出水濃度均符合排放要求，僅在9月和10月有異常波動(dòng)，出現(xiàn)連續(xù)不達(dá)標(biāo)的情況，超過(guò)了一級(jí)B對(duì)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(shù)R2=0.663，當(dāng)進(jìn)水濃度小于66mg/L時(shí)，去除效率隨著進(jìn)水濃度的增大呈現(xiàn)提高的趨勢(shì)，當(dāng)進(jìn)水濃度大于66mg/L后，去除效率隨著進(jìn)水濃度的繼續(xù)增加而降低。

圖3 TN處理效率

3.3 總磷

圖4(a)、(b)是總磷進(jìn)出水濃度對(duì)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(jìn)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(jìn)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(lái)看，該廠對(duì)總磷的處理效率較好，從出水達(dá)標(biāo)情況來(lái)看，全年達(dá)標(biāo)排放率為91.7%，僅6月出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)。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(jìn)水濃度的變化有較為明顯的變化規(guī)律，得到擬合曲線為y=-16.6x2+83.8x-8.9，校正的模型決定系數(shù)R2=0.84，較好地符合二次曲線模型，最佳處理進(jìn)水濃度約為2.5mg/L，超過(guò)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(jìn)出水監(jiān)測(cè)情況，可以看出，9月進(jìn)水濃度較高，為92.7mg/L，7月進(jìn)水濃度較好，僅為11.6mg/L;年均進(jìn)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(zhì)良好，完全達(dá)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(shù)R2=0.82，較理想地符合濃度分布曲線，最佳去除效率對(duì)應(yīng)的濃度為50mg/L，為該污水處理廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(guò)該點(diǎn)后由于超過(guò)系統(tǒng)處理負(fù)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(jìn)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(guān)性，兩個(gè)指標(biāo)的進(jìn)水濃度具有一致的波動(dòng)特點(diǎn)，進(jìn)水濃度年均值為98.1mg/L，進(jìn)水濃度最大值為379mg/L，對(duì)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(biāo)來(lái)看，經(jīng)處理后出水年均濃度僅為2.3mg/L，平均處理效率達(dá)到了97.7%，出水水質(zhì)均能滿足排放要求，小于20mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定，外界條件的變化對(duì)處理效果沒(méi)有造成顯著影響。圖6(b)為數(shù)據(jù)合并后的濃度分布情況與前4個(gè)點(diǎn)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(shù)R2=0.979，理想地附合拋物曲線模型，進(jìn)水濃度113mg/L為該污水處理工藝的最佳點(diǎn)，為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的中間值，超過(guò)該濃度后處理效率顯著降低，第5個(gè)點(diǎn)對(duì)曲線已沒(méi)有相關(guān)性。

圖6 BOD5處理效率

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)海淀區(qū)北部新區(qū)某污水處理廠進(jìn)出水長(zhǎng)達(dá)一年的監(jiān)測(cè)，對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，并將污染物去除效率與濃度進(jìn)行線性擬合，得到了較滿意的擬合曲線，發(fā)現(xiàn)該污水處理廠進(jìn)水污染物濃度對(duì)污染物去除效率有較為明顯的影響和規(guī)律，二者呈現(xiàn)出下開(kāi)口的拋物線關(guān)系，當(dāng)進(jìn)水污染物濃度小于一定值時(shí)，去除效率隨著濃度增加而增加，當(dāng)進(jìn)水污染物濃度超過(guò)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(gè)指標(biāo)的最佳進(jìn)水濃度分別為CODCr460mg/L、TN 66mg/L、TP 2.5mg/L、NH3-N 50mg/L、BOD5113mg/L?！?/p>

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