乌鲁木齐市两污水厂处理工艺及出水水质比较

李阳+罗艳丽+王纯利+王文全+丁晟

摘 要：对乌鲁木齐市两家污水处理厂的工艺进行比较，分析这两厂出水水质的基本理化性质和重金属的形态。结果表明：甲厂采用不完全的“AB法工艺”，对SS、CODCr 和BOD5有较强的处理效果，而总磷和氨氮去除效果不明显。其中，SS、CODCr、BOD5、总磷和氨氮的去除率分别为43%，66%，74%，44%，48%。乙厂采用氧化沟工艺，对进水中的SS、CODCr、BOD5、总磷和氨氮均有良好的去除效果，相应的去除率依次为81%，94%，96%，96%，88%。两厂出水中Cd含量虽未超标，但均以水溶态为主，两厂的工艺对Cd无去除效果。甲厂的出水水中Pb含量低于进水中Pb含量，但乙厂进水和出水中Pb含量无显著差异，均以水溶态为主。两厂出水中Zn含量下降，Cu含量无显著变化。

关键词：污水处理厂；出水水质；重金属形态；乌鲁木齐市

中图分类号：S273.5 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.01.021

Comparison of Discharged Water Quality and Process Between Two Wastewater Treatment Plants in Urumqi

LI Yang， LUO Yan-li， WANG Chun-li， WANG Wen-quan， DING Sheng

（College of Grassland and Environmental Sciences， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052， China）

Abstract： The process was compared between two wastewater treatment plants in Urumqi and the primary physical and chemical parameters regarding the discharged water quality and the chemical speciation of heavy metals were also analyzed. The result showed that the removal effects of SS， CODCr and BOD5 were comparatively high whereas that of total P and NH3-N were not significant in an incomplete “AB Process” for Plant A. The removal rates of SS， CODCr， BOD5， total P， and NH3-N were 43%， 66%， 74%，44%，48% respectively； the removal effects of SS， CODCr， BOD5， total P， and NH3-N were quite good in a “Oxidation Ditch” for Plant B， which were 81%， 94%， 96%， 96%，88% respectively. The majorities of Cd were water soluble though not exceeded the standard， both plants had no removal effect on Cd. The concentration of Pb was slightly decreased after the treatment in Plant A but no significant difference in Plant B. The majorities of Pb were water soluble in both plants， in which Zn decreased and Cu no significant difference after the treatments.

Key words： wastewater treatment plants； discharged water quality； chemical speciation of heavy metals； Urumqi

收稿日期：2013-10-24；修订日期：2013-11-17

基金项目：新疆维吾尔自治区自然基金（2011211A027）；新疆维吾尔自治区土壤学重点学科项目

作者简介：李阳（1987—），女，新疆人，在读硕士生，主要从事废弃物处理与资源化利用研究。

通讯作者简介：王文全（1968—），女，新疆人，副教授，硕士，主要从事环境监测与污染防治研究。

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区首府，全疆政治、经济、文化中心，也是新亚欧大陆桥中国西段的桥头堡和我国西部对外开放的重要窗口。随着改革开放的深化，市场经济迅速发展，乌鲁木齐市人口迅速增长，污水排放量增大，污水处理成为一个不容忽视的问题。从污染源排出的污水，因含污染物总量或浓度较高，达不到排放标准要求或不能满足环境容量要求，所以需经过污水处理厂进行人工强化处理。乌鲁木齐市共有城镇污水处理厂7家，污水处理级别均为以生物处理为主的二级处理，采用的污水处理方法主要有：AB法、SBR、微孔曝气氧化沟等[1]。2011年7月至10月，笔者选择乌鲁木齐市两座采用不同处理工艺的污水厂，3次采集水样进行水质的基础理化性质测定和重金属形态分析，以对比不同处理工艺的出水水质，为两厂改善工艺提高污水处理效果提供依据。

1 材料和方法

1.1 两家污水处理厂基本情况简介

甲厂位处乌鲁木齐市水磨沟区，丘陵地貌， 地形起伏，该厂将明渠内的污水全部引入处理，截断了水磨河的一大污染源，甲厂还向周边荒山绿化林地输送中水，灌溉林地，不仅有效解决了绿化用水问题，而且避免了直接用污水进行绿化带来的二次污染[2]。乙厂位于乌鲁木齐市东山区，该厂污水基本来自水磨沟区排水区域内的生活、工业废水及污水厂自身产生的生活废水。污水经处理后，夏季主要用于红光山绿化，提高城市大气质量；冬季排入水磨河。两厂基本情况见表1。

1.2 样品采集

采样时间为2011年7月、8月和10月。进水采自格栅间，出水为二沉池出水。样品采集完毕立即带回实验室均于4 ℃冰箱冷藏保存。

1.3 样品测定

BOD5采用稀释接种法测定；CODCr采用重铬酸钾法测定；SS、总盐采用重量法测定；总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定；总磷采用钼酸铵分光光度法测定；氨氮采用纳氏试剂比色法测定；硝态氮采用紫外分光光度法测定。

水样中重金属的形态采用改进的BCR法测定水溶态B0、醋酸可提取态B1、可还原态B2、可氧化态B3和残渣态B4[3]。取水样50 mL，用定性滤纸过滤，滤液收集于50 mL容量瓶中，作水溶态重金属分析用；滤纸上的残渣经分级提取测定其余形态。Cd和Pb的形态用TAS-990型原子吸收光谱仪石墨炉装置测定，Zn和Cu则采用火焰法测定[4-5]，5种形态之和为重金属的总含量。

1.4 数据处理

试验数据均用Excel 2003 及SPSS 17.0进行整理和分析。

2 结果与分析

2.1 两家污水厂污水和再生水基本理化性质分析

从表2可以看出，甲厂和乙厂的工艺对pH值的影响均不显著，甲厂对CODCr和BOD5的去除效果显著，乙厂对SS、CODCr和BOD5的去除效果均显著。其中，甲厂对SS、CODCr和BOD5的去除率分别为43%，66%，74%；而乙厂对以上指标的去除率依次为81%，94%，96%。由于甲厂采用AB 活性污泥工艺的A段工艺，污水中约50%的CODCr和BOD5是由SS形成的，此工艺主要是利用絮凝吸附去除SS进而达到去除BOD5的效果[6]。乙厂采用氧化沟工艺，该工艺主要是利用微生物的生物降解去除CODCr和BOD5，乙厂工艺能更有效的去除CODCr和BOD5[7]。

从表3可以看出，两厂对总盐去除效果均不显著，甲厂对总磷去除效果显著，乙厂对总磷及氨氮去除效果均显著。其中甲厂对总盐、总磷和氨氮的去除率分别为2%，44%，48%；而乙厂对总盐、总磷和氨氮的去除率依次为1%，96%，88%。乙厂对总磷和氨氮的去除效果优于甲厂。由于氧化沟工艺中供氧量和碳源的控制会影响硝酸盐氮的处理效果，如果供氧过量或碳源的缺乏将影响工艺的反硝化阶段，而这会导致乙厂出水中硝酸盐氮和总氮含量处理效果不理想[8]。

参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，甲厂出水中氨氮达到一级标准，总磷达到二级排放标准，BOD5达到三级排放标准，SS及CODCr超标；乙厂出水中CODCr、BOD5、总磷和氨氮均达到一级A排放标准，而SS超标[9]。

2.2 两家污水厂污水和再生水重金属形态分析

由于污水厂进水和出水均非澄清透明，其中常含有大量颗粒物杂质，重金属是存在于水溶液中，还是存在于颗粒物中，将直接关系到重金属的迁移性。如作为灌溉用水，不仅应考虑水中重金属的总量，还应考虑其形态和生物有效性。故采用修正的BCR法分析了水样中重金属的形态。

重金属的不同化学形态有着不同的环境效应和生物有效性[10]。水溶态B0易于迁移转化，能被植物吸收。醋酸可提取态B1（即碳酸盐结合态）重金属，对土壤环境条件特别是pH值最敏感，当pH值下降时易重新释放出来而进入环境中，是易被植物吸收的形态。可还原态B2（即铁锰氧化物结合态）重金属一般是以矿物的外囊物和细粉散颗粒存在，土壤中pH值和氧化还原条件的变化对其有重要影响。可氧化态B3（即有机结合态）重金属是土壤中各种有机物如动植物残体、腐殖质及矿物颗粒的包裹层等与土壤中重金属鏊合而成，反映人类排放富含有机物的污水的结果，有学者认为B3态也是主要的植物可给性形态。残渣态B4金属一般性质稳定，在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在土壤中，不易为植物吸收。两厂的测定结果见表4。

乙厂的进水主要来源是生活污水，伴有少量的工业污水，而甲厂以生活污水为主。乙厂的污水重金属含量高于甲厂的污水。对比《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，两厂出水Cd、Pb、Zn和Cu含量均未超标，水样中的Cd主要分布在水溶态中，Pb主要分布在水溶态和残渣态中；Zn的5种形态均有分布，但主要分布在水溶态和残渣态中；Cu主要分布在水溶态中。

Cd：经过两家污水厂的处理，Cd总量无显著变化，但各形态比例有一定的变化，其中B0（水溶态）无变化或略上升，B1（醋酸可提取态）、B3（可氧化态）下降，B4（残渣态）上升。说明两家污水厂的工艺对生物毒性较强的重金属Cd无明显的去除效果。再生水中Cd仍以水溶态为主，有较大的生物有效性，如果作为灌溉水源，需加强监测，以防止Cd在土壤和作物中的累积。

Pb：水样中Pb的总量略有下降，B0（水溶态）无变化，B1（醋酸可提取态）、B3（可氧化态）下降，B4（残渣态）上升，这个变化趋势与Cd一致。水样中的Pb含量虽未超过国家标准，但以B0（水溶态）为主，有较高的生物有效性，也应引起重视。

Zn：水样中Zn总量下降，其中B0（水溶态）下降，B2（可还原态）略上升。说明两家污水厂的工艺对Zn有一定的去除效果，主要是对B0（水溶态）去除效果较好。

Cu：水样中Cu总量形态变化均不显著。

3 讨 论

由于两种工艺的差别引起两厂出水水质的不同，甲厂的AB 活性污泥法的A段工艺通过吸附、絮凝和沉淀来去除不溶解性物质，可利用絮凝吸附去除CODCr和BOD5。但由于A段工艺无法进行硝化和反硝化作用，因此对氮的去除效果不佳。另外，因为生活污水中约30%的总磷是以悬浮状态存在的，所以通过絮凝吸附作用可以对磷进行去除。通常B段曝气池是AB法的核心部分，主要由细菌细胞通过氧化作用将大分子有机物分解为无机物，B段在有合理氧含量和足够碳源的条件下进行硝化及反硝化反应可达到良好的脱氮作用[11]。由于甲厂采用的是不完全的“AB法工艺”，缺乏B段致使脱氮除磷效果不佳，污泥量大，出水虽较适宜用于城市绿化，但出水SS及CODCr超标，所以仍然需要进一步改造。

乙厂采用氧化沟工艺，在好氧微生物的生物降解作用下去除CODCr和BOD5。该工艺主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮除磷的目的。因为在缺氧区能提供聚磷菌厌氧释磷环境，所以可以进而去除水中的总磷。影响氧化沟脱氮的主要因素是DO、硝酸盐浓度及碳源浓度，其中DO是硝化作用（好氧区）及反硝化作用（缺氧区）的前提条件。在好氧区若供氧量过低，氨氮转化受阻，脱氮效果就不好。在缺氧区，碳源浓度过低会影响反硝化作用，由氨氮转化形成的硝酸盐氮无法正常脱氮，所以出水中硝酸盐氮含量增加，影响氮的去除[8]。乙厂2010年起采用了细格栅/曝气生物滤池/机械搅拌高密度澄清池/V 型滤池/ClO2消毒工艺进行深度处理，工程实践表明，该系统运行稳定，出水COD < 60 mg·L-1，BOD5< 10 mg ·L-1，NH3 - N≤1 mg ·L-1，TP≤1 mg ·L-1，SS < 6 mg·L-1，已达到回用标准并回用到下游神化热电厂和中泰化学工业园区的循环冷却系统，大大节约了新水取用量[12] ，取得了良好的经济效益和社会效益。

4 结 论

本研究对比了乌鲁木齐市两座污水厂的工艺，分析了两厂水质的基本理化性质和重金属的形态。

（1）甲厂采用不完全的“AB法工艺”，对进水中的CODCr 、BOD5、总磷有显著的处理效果，对总盐及pH值的影响效果均不显著。其中，甲厂对SS、CODCr、BOD5、总盐、总磷和氨氮的去除率分别为43%，66%，74%，2%，44%，48%。参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，甲厂出水中氨氮达到一级标准，总磷达到二级排放标准，BOD5达到三级排放标准，SS及CODCr超标[9]。

（2）乙厂采用氧化沟工艺，对进水中的CODCr、BOD5、总磷和氨氮均有显著的去除效果。乙厂对SS、CODCr、BOD5、总盐、总磷和氨氮的去除率依次为81%，94%，96%，1%，96%，88%。参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，乙厂出水中CODCr、BOD5、总磷和氨氮均可达到一级A排放标准，而SS超标[9]。

（3）两厂进水和出水中的Cd含量未超标，以水溶态为主，但对Cd无去除效果。甲厂的进水中Pb含量低于出水中Pb含量，但乙厂进水和出水中Pb含量无显著差异，均以水溶态为主。两厂进水中Zn含量下降，Cu含量无显著变化。

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[12] 李金辉，陈菊香，张梅，等.乌鲁木齐市七道湾污水厂的深度处理回用工程[J].中国给水排水，2012，28（8）：84-86.

Cu：水样中Cu总量形态变化均不显著。

3 讨 论

由于两种工艺的差别引起两厂出水水质的不同，甲厂的AB 活性污泥法的A段工艺通过吸附、絮凝和沉淀来去除不溶解性物质，可利用絮凝吸附去除CODCr和BOD5。但由于A段工艺无法进行硝化和反硝化作用，因此对氮的去除效果不佳。另外，因为生活污水中约30%的总磷是以悬浮状态存在的，所以通过絮凝吸附作用可以对磷进行去除。通常B段曝气池是AB法的核心部分，主要由细菌细胞通过氧化作用将大分子有机物分解为无机物，B段在有合理氧含量和足够碳源的条件下进行硝化及反硝化反应可达到良好的脱氮作用[11]。由于甲厂采用的是不完全的“AB法工艺”，缺乏B段致使脱氮除磷效果不佳，污泥量大，出水虽较适宜用于城市绿化，但出水SS及CODCr超标，所以仍然需要进一步改造。

乙厂采用氧化沟工艺，在好氧微生物的生物降解作用下去除CODCr和BOD5。该工艺主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮除磷的目的。因为在缺氧区能提供聚磷菌厌氧释磷环境，所以可以进而去除水中的总磷。影响氧化沟脱氮的主要因素是DO、硝酸盐浓度及碳源浓度，其中DO是硝化作用（好氧区）及反硝化作用（缺氧区）的前提条件。在好氧区若供氧量过低，氨氮转化受阻，脱氮效果就不好。在缺氧区，碳源浓度过低会影响反硝化作用，由氨氮转化形成的硝酸盐氮无法正常脱氮，所以出水中硝酸盐氮含量增加，影响氮的去除[8]。乙厂2010年起采用了细格栅/曝气生物滤池/机械搅拌高密度澄清池/V 型滤池/ClO2消毒工艺进行深度处理，工程实践表明，该系统运行稳定，出水COD < 60 mg·L-1，BOD5< 10 mg ·L-1，NH3 - N≤1 mg ·L-1，TP≤1 mg ·L-1，SS < 6 mg·L-1，已达到回用标准并回用到下游神化热电厂和中泰化学工业园区的循环冷却系统，大大节约了新水取用量[12] ，取得了良好的经济效益和社会效益。

4 结 论

本研究对比了乌鲁木齐市两座污水厂的工艺，分析了两厂水质的基本理化性质和重金属的形态。

（1）甲厂采用不完全的“AB法工艺”，对进水中的CODCr 、BOD5、总磷有显著的处理效果，对总盐及pH值的影响效果均不显著。其中，甲厂对SS、CODCr、BOD5、总盐、总磷和氨氮的去除率分别为43%，66%，74%，2%，44%，48%。参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，甲厂出水中氨氮达到一级标准，总磷达到二级排放标准，BOD5达到三级排放标准，SS及CODCr超标[9]。

（2）乙厂采用氧化沟工艺，对进水中的CODCr、BOD5、总磷和氨氮均有显著的去除效果。乙厂对SS、CODCr、BOD5、总盐、总磷和氨氮的去除率依次为81%，94%，96%，1%，96%，88%。参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，乙厂出水中CODCr、BOD5、总磷和氨氮均可达到一级A排放标准，而SS超标[9]。

（3）两厂进水和出水中的Cd含量未超标，以水溶态为主，但对Cd无去除效果。甲厂的进水中Pb含量低于出水中Pb含量，但乙厂进水和出水中Pb含量无显著差异，均以水溶态为主。两厂进水中Zn含量下降，Cu含量无显著变化。

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Cu：水样中Cu总量形态变化均不显著。

3 讨 论

由于两种工艺的差别引起两厂出水水质的不同，甲厂的AB 活性污泥法的A段工艺通过吸附、絮凝和沉淀来去除不溶解性物质，可利用絮凝吸附去除CODCr和BOD5。但由于A段工艺无法进行硝化和反硝化作用，因此对氮的去除效果不佳。另外，因为生活污水中约30%的总磷是以悬浮状态存在的，所以通过絮凝吸附作用可以对磷进行去除。通常B段曝气池是AB法的核心部分，主要由细菌细胞通过氧化作用将大分子有机物分解为无机物，B段在有合理氧含量和足够碳源的条件下进行硝化及反硝化反应可达到良好的脱氮作用[11]。由于甲厂采用的是不完全的“AB法工艺”，缺乏B段致使脱氮除磷效果不佳，污泥量大，出水虽较适宜用于城市绿化，但出水SS及CODCr超标，所以仍然需要进一步改造。

乙厂采用氧化沟工艺，在好氧微生物的生物降解作用下去除CODCr和BOD5。该工艺主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮除磷的目的。因为在缺氧区能提供聚磷菌厌氧释磷环境，所以可以进而去除水中的总磷。影响氧化沟脱氮的主要因素是DO、硝酸盐浓度及碳源浓度，其中DO是硝化作用（好氧区）及反硝化作用（缺氧区）的前提条件。在好氧区若供氧量过低，氨氮转化受阻，脱氮效果就不好。在缺氧区，碳源浓度过低会影响反硝化作用，由氨氮转化形成的硝酸盐氮无法正常脱氮，所以出水中硝酸盐氮含量增加，影响氮的去除[8]。乙厂2010年起采用了细格栅/曝气生物滤池/机械搅拌高密度澄清池/V 型滤池/ClO2消毒工艺进行深度处理，工程实践表明，该系统运行稳定，出水COD < 60 mg·L-1，BOD5< 10 mg ·L-1，NH3 - N≤1 mg ·L-1，TP≤1 mg ·L-1，SS < 6 mg·L-1，已达到回用标准并回用到下游神化热电厂和中泰化学工业园区的循环冷却系统，大大节约了新水取用量[12] ，取得了良好的经济效益和社会效益。

4 结 论

本研究对比了乌鲁木齐市两座污水厂的工艺，分析了两厂水质的基本理化性质和重金属的形态。

（1）甲厂采用不完全的“AB法工艺”，对进水中的CODCr 、BOD5、总磷有显著的处理效果，对总盐及pH值的影响效果均不显著。其中，甲厂对SS、CODCr、BOD5、总盐、总磷和氨氮的去除率分别为43%，66%，74%，2%，44%，48%。参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，甲厂出水中氨氮达到一级标准，总磷达到二级排放标准，BOD5达到三级排放标准，SS及CODCr超标[9]。

（2）乙厂采用氧化沟工艺，对进水中的CODCr、BOD5、总磷和氨氮均有显著的去除效果。乙厂对SS、CODCr、BOD5、总盐、总磷和氨氮的去除率依次为81%，94%，96%，1%，96%，88%。参照《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》，乙厂出水中CODCr、BOD5、总磷和氨氮均可达到一级A排放标准，而SS超标[9]。

（3）两厂进水和出水中的Cd含量未超标，以水溶态为主，但对Cd无去除效果。甲厂的进水中Pb含量低于出水中Pb含量，但乙厂进水和出水中Pb含量无显著差异，均以水溶态为主。两厂进水中Zn含量下降，Cu含量无显著变化。

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