李勱， 郭興芳， 楊敏， 陶潤先， 申世峰， 熊會斌

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司， 天津 300074）

天津濱海新區(qū)處于環(huán)渤海地區(qū)中心帶， 位于天 津市最東端， 瀕臨渤海， 擁有海岸線153 km， 海域面積3 000 km2。 現(xiàn)有污水廠34 個， 總設(shè)計規(guī)模達77×104t／d， 其中13 個污水廠執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準， 18 個污水廠執(zhí)行一級B 標準， 3 個污水廠執(zhí)行二級排放標準。 2015 年9 月25 日天津市出臺了DB 12／599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》， 與國標GB 18918—2002 相比， 新地標更為嚴格。 根據(jù)天津市新地標要求， 濱海新區(qū)共有21 個污水廠需提標改造達到DB 12／599—2015 的A 級標準， 13 個需達到B 標準。 因此， 天津濱海新區(qū)工業(yè)帶污水廠在“十三五”期間將面臨高標準提標改造的緊急任務(wù)。

濱海化工區(qū)是天津濱海新區(qū)九大功能區(qū)之一，包括大港生態(tài)石化基地、 臨港工業(yè)區(qū)、 南港工業(yè)區(qū)、 泰達化工區(qū)。 由于化工廢水具有含鹽量高、 污染物種類多和濃度高、 生物毒性大、 腐蝕性強等特點， 現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)手段很難滿足處理要求， 加強該工業(yè)園區(qū)廢水治理力度對于改善城市水環(huán)境顯得尤為重要。 現(xiàn)階段污水處理設(shè)施的構(gòu)建及后續(xù)提標改造經(jīng)常忽視水質(zhì)因素（進水組成及結(jié)構(gòu)）［1］， 導(dǎo)致后續(xù)工藝運行管理調(diào)整難、 費用高。 因此， 對濱海新區(qū)不同污水廠在污水的污染濃度水平、 變化規(guī)律和其他特性方面進行系統(tǒng)分析， 旨在為提標改造的工藝選擇和優(yōu)化運行提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 污水廠基本概況

本研究所選取的6 座污水廠基本概況如表1 所示， 總設(shè)計規(guī)模達34.25×104t／d。 于2017 年9 月～2019 年12 月對進水水質(zhì)定期取樣測試， 考察COD、TN、 溶解性總氮（STN）、 TP、 溶解性總磷（STP）、 正磷（PO43--P）、 BOD5、 氨氮、 NO3--N、 Cl-、 UV254等指標的變化情況， 對進水特征進行分析。

表1 污水廠基本情況Tab. 1 Basic situation of sewage treatment plant

1.2 分析方法

TN、 STN 采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定； TP、 STP、 PO43--P 采用鉬銻抗分光光度法測定； 氨氮采用納氏試劑分光光度法測定；NO3--N 采用紫外分光光度法測定； UV254采用分光光度法測定； COD 采用消解比色法測定； BOD5采用壓差法［2］測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 污水廠進水指標

6 座污水廠進水水質(zhì)指標變化情況見表2。

2.2 COD 組分分析

COD 對于工業(yè)帶污廢水的研究及污水廠的評價效果來說， 是一個重要的參數(shù)， 在污染物排放量中占有重要部分， 從表2 可以看出， 6 座污水廠進水COD 質(zhì)量濃度在62 ～590 mg／L 范圍內(nèi)波動， 溶解性COD（SCOD）占總COD 比值的范圍為35.2%～87.8%， 其余的以顆粒態(tài)形式存在， 具體COD 組分變化如圖1 所示。

從圖1 可以看出， 所選取的6 座污水廠中， D廠的COD 含量最高， 這可能是該廠污水中混入含油污水和化工廢水所致； C 廠的COD 含量最低，造成此結(jié)果的主要原因可能為： 該廠排水體制不完善、 納污率低等。 D 廠的溶解性COD 占比最高，E 廠的溶解性COD 占比最低。 溶解性COD 中易生物降解部分將作為碳源在二級生物處理中直接被微生物利用。

2.3 氮組分分析

城鎮(zhèn)污水中的氮主要來源于生活污水、 工業(yè)廢水和地表徑流。 化工、 電鍍、 制藥、 染整、 食品與肉類加工、 石油精煉等行業(yè)排放的污水屬于高含氮污水［3］。 地表徑流的氮來自地表降水中的氮氧化合物、 地表固體廢棄物和生活垃圾滲濾液。 所選取的6 座 污 水 廠TN 質(zhì) 量 濃 度 為18.40 ～72.13 mg／L，STN 質(zhì)量濃度為13.50 ～56.94 mg／L， 氨氮質(zhì)量濃度為6.05 ～39.5 mg／L， 硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0.2 ～23.5 mg／L， 具體氮組分變化如圖2 所示。

從圖2 可以看出， F 廠有機氮含量最高， D 廠有機氮含量最低， B 廠氨氮含量最高， F 廠氨氮含量最低。 一般認為， 城市污水廠進水中的氮主要以有機氮和氨氮為主， 混有工業(yè)廢水的污水廠進水呈現(xiàn)出硝酸鹽氮含量偏高的特點。 各污水廠進水硝酸鹽氮濃度波動范圍較大， 造成此現(xiàn)象的原因可能與6 座污水廠服務(wù)區(qū)域內(nèi)含有化工區(qū)有關(guān)。 電鍍、 冶煉等行業(yè)均會產(chǎn)生大量的硝酸廢液， 直接增加了污水中的硝酸鹽氮濃度。

表2 污水廠進水水質(zhì)指標變化情況Tab. 2 Changes of influent water quality indexes of sewage treatment plant

圖1 污水廠進水COD 組分變化Fig. 1 Changes of influent COD components of sewage treatment plant

圖2 污水廠進水氮組分變化Fig. 2 Changes of influent nitrogen components of sewage treatment plant

2.4 磷組分分析

城鎮(zhèn)污水中的磷酸鹽按照物理特性可以分為溶解態(tài)磷和顆粒態(tài)磷， 按照化學(xué)性質(zhì)可以分為正磷酸鹽、 聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽。 污水中部分磷來源于化肥和農(nóng)業(yè)廢棄物， 含磷洗滌劑的大量使用也使得生活污水中磷的含量明顯增加。 6 座污水廠的服務(wù)范圍包括了生物制藥、 糧油食品、 精細化工等行業(yè)， 這些行業(yè)排放的廢水常伴有有機磷化合物。 6座污水廠進水中TP 質(zhì)量濃度波動范圍為0.82 ～12.70 mg／L， STP 質(zhì)量濃度波動范圍為0.15 ～7.30 mg／L， PO43--P 質(zhì) 量 濃 度 波 動 范 圍 為0.16 ～5.80 mg／L， 進水磷組分變化如圖3 所示。

圖3 污水廠進水磷組分變化Fig. 3 Changes of influent phosphorus components of sewage treatment plant

由圖3 可以看出， 溶解態(tài)正磷酸鹽占總磷的質(zhì)量分數(shù)為21.6%～50.0%， 平均值為33.95%。 顆粒態(tài)總磷占總磷的質(zhì)量分數(shù)為30.4%～70.4%， 平均值為53.63%。 以上結(jié)果表明， 這6 座污水廠進水總磷大部分為顆粒態(tài)磷酸鹽， 其余部分為其他形態(tài)的磷， 如有機磷、 偏磷酸鹽、 焦磷酸鹽以及非溶解性磷化合物等。

2.5 碳氮比分析

m（BOD5）／m（TN）比值是影響生物脫氮效果的關(guān)鍵因素， 一般認為， 實際運行中m（BOD5）／m（TN）＞4.0 時基本能滿足反硝化要求［4］， 最好能控制在5 ～10 之間。 由于BOD5的檢測數(shù)據(jù)受到連續(xù)性和完整性限制， 經(jīng)過換算后也可選用m（COD）／m（TN）比值表示， 認為m（COD）／m（TN）比值低于7.5 時碳氮比偏低。 碳源的含量決定了生物反硝化速率和過程， 污水進入缺氧區(qū)必須有充足的有機物才能保證反硝化的順利進行［5］。 6 座污水廠進水m（BOD5）／m（TN）、 m（COD）／m（TN）變化見圖4。

圖4 污水廠進水碳氮比變化Fig. 4 Changes of carbon-nitrogen ratio of influent water of sewage treatment plant

從圖4 可以看出， D 廠的m（BOD5）／m（TN）、m（COD）／m（TN）比值最高， F 廠最低， 這可能是因為部分排水區(qū)域工業(yè)廢水直接排入排水管道中， 導(dǎo)致污水廠中含有大量的難降解有機物， 鑒于污水中反硝化碳源嚴重不足， 屬于低碳氮比污水， 應(yīng)選擇適宜的污水處理工藝， 并投加外部碳源。

2.6 紫外吸收值

一般認為紫外吸收值（UV254）是一種具有專屬性的指標［6］， 它能夠反映水中對紫外光有較強吸收的有機物， 主要包括含有芳香烴和雙鍵或羥基、 羧基的共軛體系的有機化合物［7］。 由表1 可看出， D廠UV254最高， 平均值為1.970 cm-1， A 廠UV254最低， 平均值為0.200 cm-1。 由于D 廠服務(wù)范圍內(nèi)包含了食品糧油企業(yè)， 此類廢水含有大量的磷脂、 蛋白質(zhì)等， 蛋白質(zhì)熱分解產(chǎn)物會產(chǎn)生雜環(huán)胺類， 該類物質(zhì)在254 nm 處對紫外光有強烈吸收。

2.7 氯化物

所選取的6 座污水廠中氯化物質(zhì)量濃度波動范圍為163 ～2 118 mg／L， 其中濃度最高的是E 廠（1 941 mg／L）， 濃度最低的是D 廠（338 mg／L）。 通常情況下， 城市污水中氯離子濃度一般在600 mg／L 以下， 濱海新區(qū)靠近渤海海灣， 隨著海水水位的波動， 會造成不同程度的海水倒灌進城市污水管網(wǎng)， 進而經(jīng)各泵房匯集進入城市污水廠， 此外， 沿海地區(qū)特殊的地理環(huán)境、 飲食習(xí)慣和海產(chǎn)品養(yǎng)殖加工都會使得過量的氯離子進入城市污水系統(tǒng)［8］。 海水的典型特征是高鹽， 氯離子質(zhì)量濃度高達20 g／L以上。 高濃度氯離子可以使細胞外滲透壓改變， 使得環(huán)境中滲透壓高于細胞內(nèi)部， 導(dǎo)致細胞的細胞壁和細胞質(zhì)膜平衡形態(tài)喪失， 發(fā)生質(zhì)壁分離， 進而對污水的生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度影響［9］， 同時高濃度氯離子對污水廠處理設(shè)施中的混凝土、 生化系統(tǒng)中的金屬構(gòu)件會造成嚴重侵蝕。

3 結(jié)論

天津濱海新區(qū)工業(yè)帶污水廠進水特點為工業(yè)廢水比例高、 氯離子濃度較高、 成分復(fù)雜， 均含有不同程度的有機氮、 有機磷、 芳香烴及共軛體系的化合物， 污水廠的個性化與進水的復(fù)雜性使得其運行規(guī)律不夠清晰， 增加了后續(xù)生物處理的難度。

針對新區(qū)各污水廠的提標改造， 需要充分掌握水質(zhì)運行規(guī)律， 對于個別污水廠進水碳源不足現(xiàn)象， 提標工程應(yīng)設(shè)置碳源投加系統(tǒng)， 為后續(xù)生物處理工藝正常運行提供保障， 確保水質(zhì)達標。