鄭 苗

（河北省唐山水文水資源勘測局，河北 唐山 063000）

水環(huán)境與水生態(tài)

中水處理廠污水處理及預(yù)警系統(tǒng)研究

鄭 苗

（河北省唐山水文水資源勘測局，河北 唐山 063000）

以某中水處理廠為研究背景，對城市市政污水處理工藝流程進行分析，對二級處理工藝和深度處理工藝流程污水水質(zhì)進行了對比，結(jié)合中水處理廠水質(zhì)預(yù)警要求對原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)進行了構(gòu)建，對完善中水處理廠運行管理，保證水質(zhì)安全具有一定的借鑒意義。

污水處理；水質(zhì)分析；預(yù)警系統(tǒng)

隨著城市規(guī)模不斷擴大和城市人口不斷攀升，城市用水量不斷增大，城市生活、工業(yè)等所產(chǎn)生的廢水、污水也在不斷增加，水資源危機和水環(huán)境安全問題日益凸顯，水體污染問題和用水短缺已成為影響人們生活健康和社會經(jīng)濟發(fā)展的重點問題。

城市污水回用處理對緩解城市用水壓力，解決水體污染，協(xié)調(diào)城市水資源供需矛盾、保障城市水資源安全、促進水資源循環(huán)利用等方面發(fā)揮著積極的作用。

1 中水處理廠污水處理工藝流程概況

中水處理廠是接納城市工業(yè)企業(yè)廢水和城市生活污水，并根據(jù)再生水回用目標，按照一定的工藝流程對污水進行處理，使其達到排放標準的基礎(chǔ)設(shè)施。污水處理工藝流程的設(shè)計和選擇是城市中水處理廠設(shè)計的重要內(nèi)容，需要綜合考慮多方面因素，如接納城市市政污水水質(zhì)以及排放標準和要求、處理廠所在地區(qū)用地條件、中水廠運行管理水平及污泥處理方案、投資要求［1］等等。

目前，國內(nèi)中水處理廠污水處理工藝應(yīng)用現(xiàn)狀，常用的污水處理工藝主要以常規(guī)二級處理工藝和深度處理工藝為主。

二級污水處理工藝流程主要包括傳統(tǒng)的活性污泥法工藝、改良A2/O脫氮除磷工藝及水解酸化+二級上流生物濾池工藝等［2］。其中，活性污泥法工藝在國內(nèi)污水和再生水回用處理方面應(yīng)用最為廣泛，多見于建設(shè)期較早的污水處理廠中。活性污泥法主要利用曝氣池使市政污水和活性污泥進行充分接觸，利用活性污泥中的好氧性微生物對市政污水中的有機物進行吸附和氧化，借助活性污泥的生物絮凝和吸附氧化作用，去除和分解市政污水中的懸浮物和有機污染物，其工藝流程如圖1。傳統(tǒng)的活性污泥法對BOD5去除率可高達90%～95%，其缺點在污水處理中對水質(zhì)變化適應(yīng)能力差、延曝氣池長度需氧量不均勻、污泥負荷相差大等問題，因此主要適用于一些對出水排放要求較低的大中型中水處理廠。

圖1 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程

污水深度處理工藝是在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，為了控制出水中一些特定的污染物濃度，得到比二級處理工藝水質(zhì)更好的出水而采取的深層次污水處理技術(shù)，如混凝沉淀+BAF+氯消毒工藝、混凝沉淀+過濾+氯消毒工藝、過濾+紫外消毒工藝等等［2］。

以混凝沉淀+BAF+氯消毒工藝為例，主要通過投加PAV、PAM等對二級處理工藝出水中的懸浮物、親水膠體等進行絮凝沉淀，再經(jīng)過曝氣生物濾池（BAF），利用BAF濾料層對水體中的污染物進行過濾截留，利用濾料層上附著的生物對廢水中殘留的可溶性無機物和有機物進行降解，最后進行消毒殺菌和除異味處理，使排放的污水和再生回用水達到相關(guān)標準要求。其工藝流程如圖2。

圖2 混凝沉淀+BAF+氯消毒工藝

2 不同污水處理工藝流程對比分析

2.1 中水處理廠實例

以某中水處理廠為例，2014年1月1日～10日該水廠日進水量絕對值及水溫統(tǒng)計如表1。

表1 進水量絕對值及水溫統(tǒng)計

根據(jù)表1，該中水處理廠日均處理水量為7.25萬m3/d，進水平均水溫為14.7℃。

對2014年1月1日～10日期間中水處理廠進水進行抽樣檢測，污水樣本制備采用一天中不同時期抽取的水樣進行混合，以混合液作為當天水樣進行檢測 ，檢測項目包括 SS、T-P、T-N、NH3-N、BOD5、CODcr。 2014年1月1日～10日期間中水處理廠進水檢測結(jié)果如表2。

表2 進水原水水質(zhì)檢測結(jié)果 單位：mg/L

2.2 中水處理廠現(xiàn)有污水處理工藝運行概況

根據(jù)該中水處理廠出水的不同用途和要求，水廠現(xiàn)有污水處理工藝流程主要包括二級處理和深度處理兩個階段。

中水廠接納市政污水中工業(yè)廢水比例較高，其中存在大量難于生物降解的有機物和有機固體，因此二級處理工藝設(shè)計采用 “水解酸化+兩級上流生物濾池”處理工藝，利用水解酸化池中的兼氧菌和厭氧菌將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)［3］，進一步降低原市政污水的有機負荷，然后再采用曝氣生物濾池對污水進行生物脫氮和曝氣，其處理工藝流程如圖3。

圖3 水解酸化+兩級上流生物濾池二級處理工藝

污水經(jīng)過二級處理工藝以后，相應(yīng)水質(zhì)指標得到了明顯降低，在深度處理環(huán)節(jié)，將BAF處理單元設(shè)置于調(diào)節(jié)池和網(wǎng)格絮凝環(huán)節(jié)之間（如圖4），對二次處理出水進行過濾、吸附和生物代謝，進一步去除污水中的懸浮物和可溶性有機物，保證出水有機污染物和其他各項水質(zhì)指標達到排放和回用標準。

圖4 某水廠深度處理工藝流程

2.3 出水水質(zhì)分析

采用同樣的方法對經(jīng)二次處理和深度處理后的市政污水進行采樣制樣，按照相同的檢測項目對水樣進行檢測，可得到經(jīng)處理后的出水水質(zhì)分析結(jié)果如表3。

表3 出水水質(zhì)檢測結(jié)果 單位：mg/L

經(jīng)二級處理工藝和深度處理工藝后進出水水質(zhì)指標變化趨勢如圖5～圖10。

圖5 進出水SS變化趨勢

圖6 進出水T-P變化趨勢

圖7 進出水T-N變化趨勢

圖8 進出水NH3-N變化趨勢

圖9 進出水COD變化趨勢

圖10 進出水BOD變化趨勢

綜合表2、表3及圖5～10可知，懸浮物SS原水最高310mg/L，最低86mg/L，平均169mg/L，二級處理后最高32mg/L，最低9mg/L，平均18.2mg/L，二級處理SS去除率88.2%，深度處理后最高15mg/L，最低5.5mg/L，平均9.9mg/L，深度處理SS去除率94%。原水TP最高4.2mg/L，最低2.4mg/L，平均3.34mg/L，經(jīng)二級處理和深度處理后出水最高分別為0.45mg/L和0.25mg/L，去除率89.2%和94.5%；原水總氮含量最高44mg/L，最低34mg/L，平均值38.3mg/L，經(jīng)二次處理和深度處理后最高4.6mg/L和2.5mg/L，最低3.3mg/L和1.8mg/L，平均去除率約為89.6%和94.6%；原水氨氮最高45.6mg/L，最低20.6mg/L，平均34.8mg/L，二次處理后最高4.7mg/L，最低2.1mg/L，平均3.59mg/L，二級處理氨氮去除率約89.7%。深度處理后出水最高2.3mg/L，最低1mg/L，去除率94.9%；原水COD最高432mg/L，最低256mg/L，平均339mg/L，二級處理和深度處理后出水最高分別為44.2mg/L和22.3mg/L，最低26mg/L和13mg/L，去除率89.8%和94.9%；進水原水BOD最高415mg/L，最低149mg/L，平均282mg/L，二次處理后出水最高42.5mg/L，最低15.2mg/L，平均去除率89.9%，深度處理后出水最高21.1mg/L，最低7.5mg/L，深度處理BOD為94.9%。

3 原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

3.1 必要性分析

（1）在進行城市市政污水處理和排放過程中，僅僅通過對污水處理過程中的水質(zhì)檢測和控制無法實現(xiàn)對水處理工藝的精細化管理和經(jīng)濟運行管理，建立水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)對原水水質(zhì)變化進行提前預(yù)測和警示，能為污水處理工藝運行參數(shù)的調(diào)整提供有效可靠的依據(jù)，進而為中水處理廠的運行管理提供有力的參考依據(jù)。

（2）中水處理廠進水水源存在累積性、周期性和突發(fā)性特點，導(dǎo)致進水水源水質(zhì)變化呈現(xiàn)持續(xù)趨勢性、周期間斷性和突發(fā)瞬時性［4］。對于累計類污染和周期性污染，一般可通過對原水水質(zhì)進行預(yù)測和檢測實現(xiàn)預(yù)警，而對于突發(fā)性污染則只能通過建立連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)對原水水質(zhì)進行連續(xù)監(jiān)測。

3.2 指標選擇

在進行原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計時首先應(yīng)確定相關(guān)預(yù)警水質(zhì)指標，標參數(shù)應(yīng)具有代表性，并能反映進水水質(zhì)的變化趨勢，以保證水質(zhì)評價的可信度。

綜合上述，根據(jù)GB8978—1996《污水綜合排放標準》，結(jié)合實際確定pH值、懸浮物SS、總氮TN含量、氨氮NH3-N、總磷TP、化學需氧量COD作為原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警水質(zhì)指標。

4 原水水質(zhì)預(yù)警及警級警限劃分

中水處理廠原水安全預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警對象范圍包括中水廠進水污水水質(zhì)的波動異常預(yù)警、排污超標預(yù)警和出水水質(zhì)達標預(yù)警等。中水廠進水污水水質(zhì)波動異常預(yù)警主要是通過監(jiān)測進水水質(zhì)指標變化情況，對流入水廠的污水指標超出正常范圍的情況進行預(yù)警，以預(yù)防其他不良影響的發(fā)生；排污超標預(yù)警主要是針對市政污水中比重較高的工業(yè)廢水，對其所含重金屬和其他有毒有害物質(zhì)進行監(jiān)測，使其達到國家規(guī)定的污水排放標準，減少或避免超標排放，防止超標排放影響水質(zhì)變化；出水水質(zhì)達標預(yù)警主要針對用于綠化或景觀河道補充的再生水，按照出水回用標準進行預(yù)報警示，以確保出水水質(zhì)達標。

本文參考國家和地區(qū)相關(guān)污水排放標準，設(shè)定原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)各項指標警限如表4。

表4 原污水水質(zhì)主要指標預(yù)警警級分級 單位：mg/L

表4中，“無警”表示指標位于污水處理正常指標范圍以內(nèi)；“輕警”表示雖然水質(zhì)指標超出正常范圍，但程度不大，應(yīng)進行密切監(jiān)控，及時掌握水質(zhì)走向，防止進一步惡化；“中警”表示水質(zhì)超出正常范圍幅度較大，將會影響出水水質(zhì)達標，應(yīng)采取措施調(diào)整工藝并監(jiān)控出水水質(zhì)；“重警”表示水質(zhì)持續(xù)惡化，水質(zhì)指標濃度嚴重超過正常范圍，可能導(dǎo)致違規(guī)排放，此時應(yīng)果斷采取措施并增設(shè)水質(zhì)監(jiān)測點，查找排污超標源。

5 結(jié)語

（1）城市市政污水水量較大、流量比較穩(wěn)定且容易收集，但因其工業(yè)廢水比例較高，含有大量難于降解的有機物和有機固體，直接排入自然水體會造成自然水環(huán)境負擔加重和水資源浪費。

（2）采用適當污水處理工藝對城市污水進行處理，使其達到相應(yīng)的排放和回用標準，不僅能夠極大的降低自然水體的環(huán)境負擔，同時能夠有效提高水資源綜合利用率，對城市用水緊張起到一定的緩解作用。

［1］莊寶玉，于佳瀛，孫井梅.再生水廠原水水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.環(huán)境工程學報，2011，5（6）：1232-1236.

［2］劉志紅.城市污水處理工藝對水質(zhì)提升效果的比較研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古大學，2012.

［3］劉志紅，鄭海，李海濤.城市污水處理工藝的對比研究［J］.北方環(huán)境，2012（2）：205-209.

［4］于佳瀛.天津某中水處理廠污水水質(zhì)分析及水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)研究［D］.天津：天津大學，2009.

［5］黃斌，施周，俞賢毅.微污染原水水質(zhì)變化預(yù)警指標的選擇［J］.水處理技術(shù)，2015，41（11）：47-49.

［6］徐蕊.城市再生水廠水質(zhì)預(yù)警與應(yīng)急管理的研究［D］.天津：天津大學，2013.

［7］徐瑞.水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)淺析［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2014（4）：60-60.

（責任編輯：姜彤宇）

Analysis of wastewater treatment and early warning system of reclaimed wastewater treatment plant

ZHENG Miao
（Tangshan Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei Province， Tangshan 063000，China）

Taking a water treatment plant as the research background， analysis of municipal sewage treatment process， and secondary treatment process and advanced treatment process of wastewater quality is compared and analyzed.The raw water quality warning system is constructed according to water quality early warning requirements of reclaimed water treatment plant.This paper has certain reference to improve water treatment plant operation and management and ensure water quality and safety.

wastewater treatment； water quality analysis； early warning system

X703

B

1672-9900（2017）03-0072-04

2017-03-08

鄭 苗（1986-），女（漢族），河北唐山人，工程師，主要從事水文水資源及水環(huán)境監(jiān)測工作，（Tel）15033341098。