北京市某污水處理廠進水水質(zhì)特征分析

王 盟，葛子奇，姚大偉，盧鵬飛，高 媛

（1.北京城市排水集團有限責(zé)任公司，北京 100044；2.中國人民大學(xué)附屬中學(xué)朝陽學(xué)校，北京 100028）

隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，城市污水排放量逐年增加，水環(huán)境安全問題也越來越嚴峻。近年來，人民生活水平逐步提高，環(huán)保意識逐漸增強，對自然水體和景觀水體的關(guān)注度也越來越高。污水處理廠作為城市生活污水的處理單元，是水體清潔的重要保障。經(jīng)過處理達到相應(yīng)標準的再生水，可以作為城市用水的補充水源，用于城市綠化、景觀水體補充、工業(yè)用水等途徑。由于再生水回用的需求和出水標準的提高，對污水處理廠的要求也越來越高，因此，做好污水處理廠的優(yōu)化運行與調(diào)控十分必要[1]。

污水的水質(zhì)特征是污水廠生產(chǎn)運行調(diào)控的重要依據(jù)，污水水質(zhì)又與該區(qū)域人口、降雨、居民生活習(xí)慣、工業(yè)發(fā)展情況等息息相關(guān)，這就造成不同時間段污水的水量和主要污染物有一定變化，而水量和水質(zhì)的變化又直接影響污水廠的運營調(diào)控[2]。因此，本文選取了北京市某污水處理廠進水的水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)，深入對比研究了不同時間段內(nèi)，污水處理廠進水水量和水質(zhì)的變化特點，探究了主要污染物的比例在不同月份的變化關(guān)系，結(jié)合水廠的實際運行狀況，對進水水質(zhì)的變化進行了系統(tǒng)分析，并根據(jù)其變化特點，提出了該水廠運行調(diào)試的建議，保障污水廠更加優(yōu)化地運行。

1 污水處理廠基本情況

1.1 水廠概況

北京某污水處理廠設(shè)計日處理水量的規(guī)模為60萬t。進水來源主要為城市生活污水，出水執(zhí)行北京市地方標準《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標準》《DB11890-2012》中的B標準。該廠污水處理單元主要采用A2O工藝，再生水處理單元主要采用生物濾池+超濾膜工藝。

1.2 水廠進水水質(zhì)情況

該污水處理廠日均處理水量為56.7萬t，其進水水質(zhì)的基本情況如表1所示。

表1 污水處理廠進水水質(zhì)情況

2 進水水質(zhì)特征分析

2.1 進水水量與COD的變化情況

圖1 污水處理廠進水水量與COD變化

該污水處理廠進水月均化學(xué)需氧量（COD）濃度變化情況如圖1所示，該污水處理廠全年平均進水COD濃度為495 mg/L，全年COD濃度變化幅度很大。其中，3月COD濃度最高，是全年平均值的125.66%；8月最低，是全年平均值的67.07%，對污水廠運行調(diào)控影響很大。該廠全年進水COD濃度變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，其中7-9月COD的濃度較低，為全年COD濃度平均值的74%；該廠7-9月處理水量較高，為全年水量平均值的108%。北京7-9月為降雨高峰期，可能是由于這段時間降雨量大，部分雨水進入污水管道，使污水中COD濃度被稀釋。

利用相關(guān)系數(shù)分析法，對該污水處理廠全年COD和水量數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析。相關(guān)系數(shù)的范圍為（-1，1），相關(guān)系數(shù)為1表示兩個變量完全線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-1表示兩個變量完全負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的數(shù)值越接近0表示相關(guān)關(guān)系越弱。該廠全年的COD月平均進水濃度與處理水量的相關(guān)系數(shù)為-0.40，為低度負相關(guān)。該廠7-12月進水COD濃度和處理水量的相關(guān)系數(shù)為-0.97，為高度負相關(guān)；而1-6月進水COD濃度和處理水量的相關(guān)系數(shù)為0.25，為低度正相關(guān)。

從圖1可知，上半年處理水量變化幅度為上半年平均水量的95%～105%，而下半年處理水量變化幅度為下半年平均水量的83%～118%。對比可知，下半年水量的變化幅度遠大于上半年。綜合處理水量與相關(guān)系數(shù)的變化情況可知，當污水處理廠處理水量變化幅度較小時，進水COD濃度與處理水量的相關(guān)性較弱，當處理水量變化幅度較大時，進水COD濃度與處理水量的相關(guān)性較強。污水處理廠在運營中需要注意水量變化大于10%時水質(zhì)的變化，及時做出工藝調(diào)整。

2.2 BOD/COD的變化情況

圖2 污水處理廠進水BOD/COD比值變化

生化需氧量（BOD）是指好氧微生物分解水中可生物氧化的還原性物質(zhì)所消耗的溶解氧量。污水的可生化性是指污水中有機污染物被微生物降解的難易程度，一般用BOD/COD來表示，BOD與COD的比值越大，說明污水的可生化性越好。一般認為，當BOD/COD＜0.1時，污水可生化性差，不適宜直接用生物法處理；當BOD/COD為0.2～0.4時，表明污水中有難生物降解的污染物；當BOD/COD為0.4～0.6時，表明污水可生化性好，適宜生物處理[3]。由圖2可知，某污水處理廠全年BOD/COD的月平均值為0.41～0.49，相對比較穩(wěn)定，說明該污水處理廠進水可生化性較好，適宜生物處理。與圖1中水量與污染物的變化幅度較大相比，BOD/COD相對比較穩(wěn)定，在水量最大的8月，進水COD濃度最低為332 mg/L，但是BOD/COD為0.46，并沒有因為進水濃度的變化而大幅變化，說明進水中BOD和COD濃度為同比例降低，進一步證明了進水BOD和COD濃度的降低很可能是由于降雨稀釋。

從圖2可知，該污水處理廠進水BOD/COD最高的月份為2月，為0.49，是全年平均值的110%；進水BOD/COD最低的月份為12月，為0.42，是全年平均值的94%，數(shù)值變化幅度為±10%左右，相對比較穩(wěn)定，說明進水污染物來源比較穩(wěn)定。該污水處理廠夏季（6-8月）的BOD/COD數(shù)值為0.43，冬季（12月至次年2月）的BOD/COD數(shù)值為0.45，說明冬季污水的可生化性較夏季稍高，這可能是由于夏季降雨，部分難生物降解的有機物等還原性物質(zhì)隨雨水進入污水管路中，造成BOD/COD的數(shù)值降低，可生化性也隨之降低。

2.3 SS/BOD的變化情況

固體懸浮物（SS）是指水中呈懸浮狀態(tài)的固體顆粒，生活污水進水SS/BOD的數(shù)值可以在一定程度上反映進水SS對污泥活性的影響，比值越大，說明進水SS中無機質(zhì)的比例越大，越不利于污泥的活性。從圖3可知，SS/BOD全年變化幅度較大，其中數(shù)值最高的月份為6月，達到全年平均值0.97的129.5%；1月數(shù)值最低，是全年平均值的77.6%。由于北京從6月份開始降雨逐步增多，大量的雨水易將路面和房屋表面的固體懸浮物帶入污水管道，造成污水中無機懸浮物增多，而夏季的降雨也會稀釋污水中的BOD，兩方面原因共同造成污水中SS/BOD夏季的增高。6月進水SS/BOD最高的原因可能是，6月份是雨季開始第一個月，沖刷進入污水管道的SS也最多。隨著降雨的沖刷，進入污水管道的SS逐漸減少，進水中SS/BOD的數(shù)值也逐漸減少。

圖3 污水處理廠進水SS/BOD比值變化

由圖3可知，該污水處理廠夏季的SS/BOD平均值為1.15，冬季平均值為0.82，冬季數(shù)值僅為夏季數(shù)值的71.3%。造成冬季與夏季數(shù)值相差較大的原因，這可能是因為夏季降雨較多，路面或房屋表面的無機懸浮物隨降雨進入污水管道，造成夏季SS比例增大。另外，由圖2可知，該污水處理廠BOD/COD冬季較夏季稍高，說明冬季污水的特點是BOD的比例偏高。因此，可能是這兩方面的原因共同形成該污水處理廠SS/BOD冬季偏低、夏季偏高的特點，說明冬季污水的可生化性高于夏季。

韋啟信等研究發(fā)現(xiàn)，城市污水處理廠SS/BOD受管網(wǎng)體制的影響比較大，在分流制主導(dǎo)的城市污水中，SS/BOD的范圍為0.7～1.0；而合流制主導(dǎo)的城市污水為1.2～2.0[4]。該污水處理廠全年SS/BOD的平均值為0.97，對比可知，該污水處理廠處理區(qū)域的污水管網(wǎng)較為良好，且該污水處理廠處理區(qū)域的管網(wǎng)可能是以分流制為主導(dǎo)的體制，污水中無機懸浮物和泥沙含量較低。

2.4 BOD/TN的變化情況

總氮（TN）是污水中各種形態(tài)的無機氮和有機氮的總稱，是衡量污水受污染程度的一項重要指標。污水處理廠主要借助反硝化細菌，在缺氧環(huán)境下，利用碳源進行反硝化作用，從而去除污水中的氮元素。BOD是表示進水中碳源量的指標，BOD/TN表征進水中碳源與氮元素的比例關(guān)系，其數(shù)值越大說明進水中的碳源越充足，越有利于反硝化的進行，其數(shù)值越小說明進水中的碳源越不充足，不能保證反硝化足夠的碳源時，就不能保證脫氮的效果，需要外加碳源來進行必要的補充。因此，BOD/TN是影響生物脫氮的關(guān)鍵因素。

圖4 污水處理廠進水BOD/TN比值變化

從圖4可知，該污水處理廠進水BOD/TN變化有一定的波動性，10月份數(shù)值最高為3.86。一般認為，污水進水中BOD/TN在4～6時，能夠保證充足的進水碳源[5]。由圖4可知，該污水處理廠全年進水BOD/TN的平均值是3.48，該污水處理廠BOD/TN的最大值也小于4，說明該污水處理廠進水的碳源不足，無法僅利用進水中的碳源達到脫氮目的，需要對碳源進行補充才能滿足脫氮的需要。在圖4中，6-9月BOD/TN的數(shù)值僅為其他月份平均值的89%，說明與其他月份相比，6-9月該污水處理廠進水碳源的比例更加不足，需要根據(jù)污水廠的實際運行情況做進一步的調(diào)控。

2.5 BOD/TP的變化情況

圖5 污水處理廠進水BOD/TP比值變化

總磷（TP）是指污水中磷元素的總含量，它是微生物生長的必需元素。BOD/TP的比值是評價生物除磷是否可行的重要指標，其比值越大，表明聚磷菌在厭氧環(huán)境下能夠儲藏和吸收更多的溶解性有機物，達到更好的除磷效果。一般認為，BOD/TP大于20能夠保證較好的生物除磷效果[6]。在圖5中，BOD/TP全年平均值為37.04，比值最大的月份是2月，數(shù)值是43.10，是全年平均值的116%；比值最小的月份是11月，數(shù)值是32.69，是全年平均值的88%，全年變化相對穩(wěn)定。BOD/TP比值最小的月份也滿足大于20的要求，說明污水進水能夠滿足生物除磷的需求。

2.6 污水廠的運行調(diào)控建議

通過對污水廠進水水量水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，可知水量是影響水廠調(diào)控的重要因素，而水量的變化又會影響生物系統(tǒng)的水力停留時間等。該廠夏季水量偏高而水質(zhì)濃度低，綜合考慮污水的停留時間和污染物符合的降低，得到夏季曝氣池的容積負荷是全年平均值的80%。因此，從污染物容積負荷來看，曝氣池曝氣量應(yīng)適當降低。同時，由于夏季溫度升高，活性污泥活性增強，生物系統(tǒng)處理能力也增強，建議污泥濃度適當降低，保證生物系統(tǒng)的污泥負荷。

因全年BOD/COD與BOD/TN等指標相對穩(wěn)定，說明進水碳源整體較少，需要長期投加外加碳源。而由于進水COD變化較大，污水處理廠可以根據(jù)進水COD濃度，及時調(diào)整外加碳源量，同時參考出水COD和氨氮濃度，防止出現(xiàn)過量投加碳源而影響出水水質(zhì)和浪費藥劑的現(xiàn)象。此外，因進水水質(zhì)變化較大，對工藝控制提出了較高要求，應(yīng)及時關(guān)注曝氣池末端溶解氧濃度，將其數(shù)值控制在2 mg/L左右，防止回流污泥和硝化液帶入?yún)捬醭睾腿毖醭剡^多的溶解氧。同時，由于進水污染物濃度偏低，運行時應(yīng)保證缺氧區(qū)的運行效果，控制硝化液回流量在合適的范圍，避免出現(xiàn)硝化液水量過高或過低的情況，對調(diào)控造成影響。水廠BOD/TP能夠滿足生物除磷的要求，但是由于出水水質(zhì)要求較高，仍需要投加除磷藥劑輔助除磷，應(yīng)保證厭氧區(qū)域較好的厭氧條件，進一步提升生物除磷效果，減少除磷藥劑投加量。

3 結(jié)論

利用相關(guān)系數(shù)分析法，本研究分析了北京市某污水處理廠全年進水水質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)該污水處理廠上半年處理水量變化幅度較小時，COD濃度與處理水量為低度正相關(guān)；下半年處理水量變化幅度較大時，COD濃度與處理水量為高度負相關(guān)。這說明污水處理廠進水水量發(fā)生較大變化時，污染物濃度變化也較大。

該污水處理廠進水COD濃度全年變化較大，但是BOD/COD、BOD/TN和BOD/TP的月均數(shù)值都相對穩(wěn)定，不隨水量的波動發(fā)生大的變化，說明污水的來水水質(zhì)組成較為穩(wěn)定，夏季污染物濃度的降低主要是雨水的稀釋作用。該污水處理廠全年SS/BOD的平均值小于1，說明污水中無機懸浮物和泥沙含量較低，該污水廠污水收集情況較好。從全年來看，該污水處理廠冬季的SS/BOD數(shù)值僅為夏季的71.3%，冬季的BOD/COD數(shù)值也略高于夏季，說明冬季污水的可生化性較夏季好。

該污水處理廠進水BOD/TN的平均值小于4，說明進水碳源不足，需要投加額外的碳源才能保證脫氮效果。進水BOD/TP大于20，進水碳源能夠滿足除磷需要。根據(jù)污水廠進水水量與水質(zhì)的分析，針對其變化特點，筆者提出了相關(guān)參數(shù)的調(diào)控建議，保證水廠安全有效運行。