中水处理厂污水处理及预警系统研究

郑 苗

（河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063000）

水环境与水生态

中水处理厂污水处理及预警系统研究

郑 苗

（河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063000）

以某中水处理厂为研究背景，对城市市政污水处理工艺流程进行分析，对二级处理工艺和深度处理工艺流程污水水质进行了对比，结合中水处理厂水质预警要求对原水水质预警系统进行了构建，对完善中水处理厂运行管理，保证水质安全具有一定的借鉴意义。

污水处理；水质分析；预警系统

随着城市规模不断扩大和城市人口不断攀升，城市用水量不断增大，城市生活、工业等所产生的废水、污水也在不断增加，水资源危机和水环境安全问题日益凸显，水体污染问题和用水短缺已成为影响人们生活健康和社会经济发展的重点问题。

城市污水回用处理对缓解城市用水压力，解决水体污染，协调城市水资源供需矛盾、保障城市水资源安全、促进水资源循环利用等方面发挥着积极的作用。

1 中水处理厂污水处理工艺流程概况

中水处理厂是接纳城市工业企业废水和城市生活污水，并根据再生水回用目标，按照一定的工艺流程对污水进行处理，使其达到排放标准的基础设施。污水处理工艺流程的设计和选择是城市中水处理厂设计的重要内容，需要综合考虑多方面因素，如接纳城市市政污水水质以及排放标准和要求、处理厂所在地区用地条件、中水厂运行管理水平及污泥处理方案、投资要求［1］等等。

目前，国内中水处理厂污水处理工艺应用现状，常用的污水处理工艺主要以常规二级处理工艺和深度处理工艺为主。

二级污水处理工艺流程主要包括传统的活性污泥法工艺、改良A2/O脱氮除磷工艺及水解酸化+二级上流生物滤池工艺等［2］。其中，活性污泥法工艺在国内污水和再生水回用处理方面应用最为广泛，多见于建设期较早的污水处理厂中。活性污泥法主要利用曝气池使市政污水和活性污泥进行充分接触，利用活性污泥中的好氧性微生物对市政污水中的有机物进行吸附和氧化，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悬浮物和有机污染物，其工艺流程如图1。传统的活性污泥法对BOD5去除率可高达90%～95%，其缺点在污水处理中对水质变化适应能力差、延曝气池长度需氧量不均匀、污泥负荷相差大等问题，因此主要适用于一些对出水排放要求较低的大中型中水处理厂。

图1 传统活性污泥法工艺流程

污水深度处理工艺是在常规处理工艺的基础上，为了控制出水中一些特定的污染物浓度，得到比二级处理工艺水质更好的出水而采取的深层次污水处理技术，如混凝沉淀+BAF+氯消毒工艺、混凝沉淀+过滤+氯消毒工艺、过滤+紫外消毒工艺等等［2］。

以混凝沉淀+BAF+氯消毒工艺为例，主要通过投加PAV、PAM等对二级处理工艺出水中的悬浮物、亲水胶体等进行絮凝沉淀，再经过曝气生物滤池（BAF），利用BAF滤料层对水体中的污染物进行过滤截留，利用滤料层上附着的生物对废水中残留的可溶性无机物和有机物进行降解，最后进行消毒杀菌和除异味处理，使排放的污水和再生回用水达到相关标准要求。其工艺流程如图2。

图2 混凝沉淀+BAF+氯消毒工艺

2 不同污水处理工艺流程对比分析

2.1 中水处理厂实例

以某中水处理厂为例，2014年1月1日～10日该水厂日进水量绝对值及水温统计如表1。

表1 进水量绝对值及水温统计

根据表1，该中水处理厂日均处理水量为7.25万m3/d，进水平均水温为14.7℃。

对2014年1月1日～10日期间中水处理厂进水进行抽样检测，污水样本制备采用一天中不同时期抽取的水样进行混合，以混合液作为当天水样进行检测 ，检测项目包括 SS、T-P、T-N、NH3-N、BOD5、CODcr。 2014年1月1日～10日期间中水处理厂进水检测结果如表2。

表2 进水原水水质检测结果 单位：mg/L

2.2 中水处理厂现有污水处理工艺运行概况

根据该中水处理厂出水的不同用途和要求，水厂现有污水处理工艺流程主要包括二级处理和深度处理两个阶段。

中水厂接纳市政污水中工业废水比例较高，其中存在大量难于生物降解的有机物和有机固体，因此二级处理工艺设计采用 “水解酸化+两级上流生物滤池”处理工艺，利用水解酸化池中的兼氧菌和厌氧菌将大分子物质转化为小分子物质［3］，进一步降低原市政污水的有机负荷，然后再采用曝气生物滤池对污水进行生物脱氮和曝气，其处理工艺流程如图3。

图3 水解酸化+两级上流生物滤池二级处理工艺

污水经过二级处理工艺以后，相应水质指标得到了明显降低，在深度处理环节，将BAF处理单元设置于调节池和网格絮凝环节之间（如图4），对二次处理出水进行过滤、吸附和生物代谢，进一步去除污水中的悬浮物和可溶性有机物，保证出水有机污染物和其他各项水质指标达到排放和回用标准。

图4 某水厂深度处理工艺流程

2.3 出水水质分析

采用同样的方法对经二次处理和深度处理后的市政污水进行采样制样，按照相同的检测项目对水样进行检测，可得到经处理后的出水水质分析结果如表3。

表3 出水水质检测结果 单位：mg/L

经二级处理工艺和深度处理工艺后进出水水质指标变化趋势如图5～图10。

图5 进出水SS变化趋势

图6 进出水T-P变化趋势

图7 进出水T-N变化趋势

图8 进出水NH3-N变化趋势

图9 进出水COD变化趋势

图10 进出水BOD变化趋势

综合表2、表3及图5～10可知，悬浮物SS原水最高310mg/L，最低86mg/L，平均169mg/L，二级处理后最高32mg/L，最低9mg/L，平均18.2mg/L，二级处理SS去除率88.2%，深度处理后最高15mg/L，最低5.5mg/L，平均9.9mg/L，深度处理SS去除率94%。原水TP最高4.2mg/L，最低2.4mg/L，平均3.34mg/L，经二级处理和深度处理后出水最高分别为0.45mg/L和0.25mg/L，去除率89.2%和94.5%；原水总氮含量最高44mg/L，最低34mg/L，平均值38.3mg/L，经二次处理和深度处理后最高4.6mg/L和2.5mg/L，最低3.3mg/L和1.8mg/L，平均去除率约为89.6%和94.6%；原水氨氮最高45.6mg/L，最低20.6mg/L，平均34.8mg/L，二次处理后最高4.7mg/L，最低2.1mg/L，平均3.59mg/L，二级处理氨氮去除率约89.7%。深度处理后出水最高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，二级处理和深度处理后出水最高分别为44.2mg/L和22.3mg/L，最低26mg/L和13mg/L，去除率89.8%和94.9%；进水原水BOD最高415mg/L，最低149mg/L，平均282mg/L，二次处理后出水最高42.5mg/L，最低15.2mg/L，平均去除率89.9%，深度处理后出水最高21.1mg/L，最低7.5mg/L，深度处理BOD为94.9%。

3 原水水质预警系统设计

3.1 必要性分析

（1）在进行城市市政污水处理和排放过程中，仅仅通过对污水处理过程中的水质检测和控制无法实现对水处理工艺的精细化管理和经济运行管理，建立水质预警系统对原水水质变化进行提前预测和警示，能为污水处理工艺运行参数的调整提供有效可靠的依据，进而为中水处理厂的运行管理提供有力的参考依据。

（2）中水处理厂进水水源存在累积性、周期性和突发性特点，导致进水水源水质变化呈现持续趋势性、周期间断性和突发瞬时性［4］。对于累计类污染和周期性污染，一般可通过对原水水质进行预测和检测实现预警，而对于突发性污染则只能通过建立连续在线监测系统对原水水质进行连续监测。

3.2 指标选择

在进行原水水质预警系统设计时首先应确定相关预警水质指标，标参数应具有代表性，并能反映进水水质的变化趋势，以保证水质评价的可信度。

综合上述，根据GB8978—1996《污水综合排放标准》，结合实际确定pH值、悬浮物SS、总氮TN含量、氨氮NH3-N、总磷TP、化学需氧量COD作为原水水质预警系统预警水质指标。

4 原水水质预警及警级警限划分

中水处理厂原水安全预警系统预警对象范围包括中水厂进水污水水质的波动异常预警、排污超标预警和出水水质达标预警等。中水厂进水污水水质波动异常预警主要是通过监测进水水质指标变化情况，对流入水厂的污水指标超出正常范围的情况进行预警，以预防其他不良影响的发生；排污超标预警主要是针对市政污水中比重较高的工业废水，对其所含重金属和其他有毒有害物质进行监测，使其达到国家规定的污水排放标准，减少或避免超标排放，防止超标排放影响水质变化；出水水质达标预警主要针对用于绿化或景观河道补充的再生水，按照出水回用标准进行预报警示，以确保出水水质达标。

本文参考国家和地区相关污水排放标准，设定原水水质预警系统各项指标警限如表4。

表4 原污水水质主要指标预警警级分级 单位：mg/L

表4中，“无警”表示指标位于污水处理正常指标范围以内；“轻警”表示虽然水质指标超出正常范围，但程度不大，应进行密切监控，及时掌握水质走向，防止进一步恶化；“中警”表示水质超出正常范围幅度较大，将会影响出水水质达标，应采取措施调整工艺并监控出水水质；“重警”表示水质持续恶化，水质指标浓度严重超过正常范围，可能导致违规排放，此时应果断采取措施并增设水质监测点，查找排污超标源。

5 结语

（1）城市市政污水水量较大、流量比较稳定且容易收集，但因其工业废水比例较高，含有大量难于降解的有机物和有机固体，直接排入自然水体会造成自然水环境负担加重和水资源浪费。

（2）采用适当污水处理工艺对城市污水进行处理，使其达到相应的排放和回用标准，不仅能够极大的降低自然水体的环境负担，同时能够有效提高水资源综合利用率，对城市用水紧张起到一定的缓解作用。

［1］庄宝玉，于佳瀛，孙井梅.再生水厂原水水质在线预警系统研究与应用［J］.环境工程学报，2011，5（6）：1232-1236.

［2］刘志红.城市污水处理工艺对水质提升效果的比较研究［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2012.

［3］刘志红，郑海，李海涛.城市污水处理工艺的对比研究［J］.北方环境，2012（2）：205-209.

［4］于佳瀛.天津某中水处理厂污水水质分析及水质预警系统研究［D］.天津：天津大学，2009.

［5］黄斌，施周，俞贤毅.微污染原水水质变化预警指标的选择［J］.水处理技术，2015，41（11）：47-49.

［6］徐蕊.城市再生水厂水质预警与应急管理的研究［D］.天津：天津大学，2013.

［7］徐瑞.水质监测预警系统浅析［J］.资源节约与环保，2014（4）：60-60.

（责任编辑：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

郑 苗（1986-），女（汉族），河北唐山人，工程师，主要从事水文水资源及水环境监测工作，（Tel）15033341098。