北京市某污水处理厂进水水质特征分析

王 盟，葛子奇，姚大伟，卢鹏飞，高 媛

（1.北京城市排水集团有限责任公司，北京 100044；2.中国人民大学附属中学朝阳学校，北京 100028）

随着工业化和城市化进程的加快，城市污水排放量逐年增加，水环境安全问题也越来越严峻。近年来，人民生活水平逐步提高，环保意识逐渐增强，对自然水体和景观水体的关注度也越来越高。污水处理厂作为城市生活污水的处理单元，是水体清洁的重要保障。经过处理达到相应标准的再生水，可以作为城市用水的补充水源，用于城市绿化、景观水体补充、工业用水等途径。由于再生水回用的需求和出水标准的提高，对污水处理厂的要求也越来越高，因此，做好污水处理厂的优化运行与调控十分必要[1]。

污水的水质特征是污水厂生产运行调控的重要依据，污水水质又与该区域人口、降雨、居民生活习惯、工业发展情况等息息相关，这就造成不同时间段污水的水量和主要污染物有一定变化，而水量和水质的变化又直接影响污水厂的运营调控[2]。因此，本文选取了北京市某污水处理厂进水的水量和水质数据，深入对比研究了不同时间段内，污水处理厂进水水量和水质的变化特点，探究了主要污染物的比例在不同月份的变化关系，结合水厂的实际运行状况，对进水水质的变化进行了系统分析，并根据其变化特点，提出了该水厂运行调试的建议，保障污水厂更加优化地运行。

1 污水处理厂基本情况

1.1 水厂概况

北京某污水处理厂设计日处理水量的规模为60万t。进水来源主要为城市生活污水，出水执行北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》《DB11890-2012》中的B标准。该厂污水处理单元主要采用A2O工艺，再生水处理单元主要采用生物滤池+超滤膜工艺。

1.2 水厂进水水质情况

该污水处理厂日均处理水量为56.7万t，其进水水质的基本情况如表1所示。

表1 污水处理厂进水水质情况

2 进水水质特征分析

2.1 进水水量与COD的变化情况

图1 污水处理厂进水水量与COD变化

该污水处理厂进水月均化学需氧量（COD）浓度变化情况如图1所示，该污水处理厂全年平均进水COD浓度为495 mg/L，全年COD浓度变化幅度很大。其中，3月COD浓度最高，是全年平均值的125.66%；8月最低，是全年平均值的67.07%，对污水厂运行调控影响很大。该厂全年进水COD浓度变化呈现出一定的规律性，其中7-9月COD的浓度较低，为全年COD浓度平均值的74%；该厂7-9月处理水量较高，为全年水量平均值的108%。北京7-9月为降雨高峰期，可能是由于这段时间降雨量大，部分雨水进入污水管道，使污水中COD浓度被稀释。

利用相关系数分析法，对该污水处理厂全年COD和水量数据进行相关性分析。相关系数的范围为（-1，1），相关系数为1表示两个变量完全线性相关，相关系数为-1表示两个变量完全负相关，相关系数的数值越接近0表示相关关系越弱。该厂全年的COD月平均进水浓度与处理水量的相关系数为-0.40，为低度负相关。该厂7-12月进水COD浓度和处理水量的相关系数为-0.97，为高度负相关；而1-6月进水COD浓度和处理水量的相关系数为0.25，为低度正相关。

从图1可知，上半年处理水量变化幅度为上半年平均水量的95%～105%，而下半年处理水量变化幅度为下半年平均水量的83%～118%。对比可知，下半年水量的变化幅度远大于上半年。综合处理水量与相关系数的变化情况可知，当污水处理厂处理水量变化幅度较小时，进水COD浓度与处理水量的相关性较弱，当处理水量变化幅度较大时，进水COD浓度与处理水量的相关性较强。污水处理厂在运营中需要注意水量变化大于10%时水质的变化，及时做出工艺调整。

2.2 BOD/COD的变化情况

图2 污水处理厂进水BOD/COD比值变化

生化需氧量（BOD）是指好氧微生物分解水中可生物氧化的还原性物质所消耗的溶解氧量。污水的可生化性是指污水中有机污染物被微生物降解的难易程度，一般用BOD/COD来表示，BOD与COD的比值越大，说明污水的可生化性越好。一般认为，当BOD/COD＜0.1时，污水可生化性差，不适宜直接用生物法处理；当BOD/COD为0.2～0.4时，表明污水中有难生物降解的污染物；当BOD/COD为0.4～0.6时，表明污水可生化性好，适宜生物处理[3]。由图2可知，某污水处理厂全年BOD/COD的月平均值为0.41～0.49，相对比较稳定，说明该污水处理厂进水可生化性较好，适宜生物处理。与图1中水量与污染物的变化幅度较大相比，BOD/COD相对比较稳定，在水量最大的8月，进水COD浓度最低为332 mg/L，但是BOD/COD为0.46，并没有因为进水浓度的变化而大幅变化，说明进水中BOD和COD浓度为同比例降低，进一步证明了进水BOD和COD浓度的降低很可能是由于降雨稀释。

从图2可知，该污水处理厂进水BOD/COD最高的月份为2月，为0.49，是全年平均值的110%；进水BOD/COD最低的月份为12月，为0.42，是全年平均值的94%，数值变化幅度为±10%左右，相对比较稳定，说明进水污染物来源比较稳定。该污水处理厂夏季（6-8月）的BOD/COD数值为0.43，冬季（12月至次年2月）的BOD/COD数值为0.45，说明冬季污水的可生化性较夏季稍高，这可能是由于夏季降雨，部分难生物降解的有机物等还原性物质随雨水进入污水管路中，造成BOD/COD的数值降低，可生化性也随之降低。

2.3 SS/BOD的变化情况

固体悬浮物（SS）是指水中呈悬浮状态的固体颗粒，生活污水进水SS/BOD的数值可以在一定程度上反映进水SS对污泥活性的影响，比值越大，说明进水SS中无机质的比例越大，越不利于污泥的活性。从图3可知，SS/BOD全年变化幅度较大，其中数值最高的月份为6月，达到全年平均值0.97的129.5%；1月数值最低，是全年平均值的77.6%。由于北京从6月份开始降雨逐步增多，大量的雨水易将路面和房屋表面的固体悬浮物带入污水管道，造成污水中无机悬浮物增多，而夏季的降雨也会稀释污水中的BOD，两方面原因共同造成污水中SS/BOD夏季的增高。6月进水SS/BOD最高的原因可能是，6月份是雨季开始第一个月，冲刷进入污水管道的SS也最多。随着降雨的冲刷，进入污水管道的SS逐渐减少，进水中SS/BOD的数值也逐渐减少。

图3 污水处理厂进水SS/BOD比值变化

由图3可知，该污水处理厂夏季的SS/BOD平均值为1.15，冬季平均值为0.82，冬季数值仅为夏季数值的71.3%。造成冬季与夏季数值相差较大的原因，这可能是因为夏季降雨较多，路面或房屋表面的无机悬浮物随降雨进入污水管道，造成夏季SS比例增大。另外，由图2可知，该污水处理厂BOD/COD冬季较夏季稍高，说明冬季污水的特点是BOD的比例偏高。因此，可能是这两方面的原因共同形成该污水处理厂SS/BOD冬季偏低、夏季偏高的特点，说明冬季污水的可生化性高于夏季。

韦启信等研究发现，城市污水处理厂SS/BOD受管网体制的影响比较大，在分流制主导的城市污水中，SS/BOD的范围为0.7～1.0；而合流制主导的城市污水为1.2～2.0[4]。该污水处理厂全年SS/BOD的平均值为0.97，对比可知，该污水处理厂处理区域的污水管网较为良好，且该污水处理厂处理区域的管网可能是以分流制为主导的体制，污水中无机悬浮物和泥沙含量较低。

2.4 BOD/TN的变化情况

总氮（TN）是污水中各种形态的无机氮和有机氮的总称，是衡量污水受污染程度的一项重要指标。污水处理厂主要借助反硝化细菌，在缺氧环境下，利用碳源进行反硝化作用，从而去除污水中的氮元素。BOD是表示进水中碳源量的指标，BOD/TN表征进水中碳源与氮元素的比例关系，其数值越大说明进水中的碳源越充足，越有利于反硝化的进行，其数值越小说明进水中的碳源越不充足，不能保证反硝化足够的碳源时，就不能保证脱氮的效果，需要外加碳源来进行必要的补充。因此，BOD/TN是影响生物脱氮的关键因素。

图4 污水处理厂进水BOD/TN比值变化

从图4可知，该污水处理厂进水BOD/TN变化有一定的波动性，10月份数值最高为3.86。一般认为，污水进水中BOD/TN在4～6时，能够保证充足的进水碳源[5]。由图4可知，该污水处理厂全年进水BOD/TN的平均值是3.48，该污水处理厂BOD/TN的最大值也小于4，说明该污水处理厂进水的碳源不足，无法仅利用进水中的碳源达到脱氮目的，需要对碳源进行补充才能满足脱氮的需要。在图4中，6-9月BOD/TN的数值仅为其他月份平均值的89%，说明与其他月份相比，6-9月该污水处理厂进水碳源的比例更加不足，需要根据污水厂的实际运行情况做进一步的调控。

2.5 BOD/TP的变化情况

图5 污水处理厂进水BOD/TP比值变化

总磷（TP）是指污水中磷元素的总含量，它是微生物生长的必需元素。BOD/TP的比值是评价生物除磷是否可行的重要指标，其比值越大，表明聚磷菌在厌氧环境下能够储藏和吸收更多的溶解性有机物，达到更好的除磷效果。一般认为，BOD/TP大于20能够保证较好的生物除磷效果[6]。在图5中，BOD/TP全年平均值为37.04，比值最大的月份是2月，数值是43.10，是全年平均值的116%；比值最小的月份是11月，数值是32.69，是全年平均值的88%，全年变化相对稳定。BOD/TP比值最小的月份也满足大于20的要求，说明污水进水能够满足生物除磷的需求。

2.6 污水厂的运行调控建议

通过对污水厂进水水量水质数据的分析，可知水量是影响水厂调控的重要因素，而水量的变化又会影响生物系统的水力停留时间等。该厂夏季水量偏高而水质浓度低，综合考虑污水的停留时间和污染物符合的降低，得到夏季曝气池的容积负荷是全年平均值的80%。因此，从污染物容积负荷来看，曝气池曝气量应适当降低。同时，由于夏季温度升高，活性污泥活性增强，生物系统处理能力也增强，建议污泥浓度适当降低，保证生物系统的污泥负荷。

因全年BOD/COD与BOD/TN等指标相对稳定，说明进水碳源整体较少，需要长期投加外加碳源。而由于进水COD变化较大，污水处理厂可以根据进水COD浓度，及时调整外加碳源量，同时参考出水COD和氨氮浓度，防止出现过量投加碳源而影响出水水质和浪费药剂的现象。此外，因进水水质变化较大，对工艺控制提出了较高要求，应及时关注曝气池末端溶解氧浓度，将其数值控制在2 mg/L左右，防止回流污泥和硝化液带入厌氧池和缺氧池过多的溶解氧。同时，由于进水污染物浓度偏低，运行时应保证缺氧区的运行效果，控制硝化液回流量在合适的范围，避免出现硝化液水量过高或过低的情况，对调控造成影响。水厂BOD/TP能够满足生物除磷的要求，但是由于出水水质要求较高，仍需要投加除磷药剂辅助除磷，应保证厌氧区域较好的厌氧条件，进一步提升生物除磷效果，减少除磷药剂投加量。

3 结论

利用相关系数分析法，本研究分析了北京市某污水处理厂全年进水水质情况，发现该污水处理厂上半年处理水量变化幅度较小时，COD浓度与处理水量为低度正相关；下半年处理水量变化幅度较大时，COD浓度与处理水量为高度负相关。这说明污水处理厂进水水量发生较大变化时，污染物浓度变化也较大。

该污水处理厂进水COD浓度全年变化较大，但是BOD/COD、BOD/TN和BOD/TP的月均数值都相对稳定，不随水量的波动发生大的变化，说明污水的来水水质组成较为稳定，夏季污染物浓度的降低主要是雨水的稀释作用。该污水处理厂全年SS/BOD的平均值小于1，说明污水中无机悬浮物和泥沙含量较低，该污水厂污水收集情况较好。从全年来看，该污水处理厂冬季的SS/BOD数值仅为夏季的71.3%，冬季的BOD/COD数值也略高于夏季，说明冬季污水的可生化性较夏季好。

该污水处理厂进水BOD/TN的平均值小于4，说明进水碳源不足，需要投加额外的碳源才能保证脱氮效果。进水BOD/TP大于20，进水碳源能够满足除磷需要。根据污水厂进水水量与水质的分析，针对其变化特点，笔者提出了相关参数的调控建议，保证水厂安全有效运行。