天津滨海新区工业带污水厂进水水质特性分析

2020-09-09李劢郭兴芳杨敏陶润先申世峰熊会斌

工业用水与废水 2020年4期

李劢，郭兴芳，杨敏，陶润先，申世峰，熊会斌

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

天津滨海新区处于环渤海地区中心带，位于天津市最东端，濒临渤海，拥有海岸线153 km，海域面积3 000 km2。现有污水厂34 个，总设计规模达77×104t／d，其中13 个污水厂执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准， 18 个污水厂执行一级B 标准， 3 个污水厂执行二级排放标准。 2015 年9 月25 日天津市出台了DB 12／599—2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》，与国标GB 18918—2002 相比，新地标更为严格。根据天津市新地标要求，滨海新区共有21 个污水厂需提标改造达到DB 12／599—2015 的A 级标准， 13 个需达到B 标准。因此，天津滨海新区工业带污水厂在“十三五”期间将面临高标准提标改造的紧急任务。

滨海化工区是天津滨海新区九大功能区之一，包括大港生态石化基地、临港工业区、南港工业区、泰达化工区。由于化工废水具有含盐量高、污染物种类多和浓度高、生物毒性大、腐蚀性强等特点，现有常规技术手段很难满足处理要求，加强该工业园区废水治理力度对于改善城市水环境显得尤为重要。现阶段污水处理设施的构建及后续提标改造经常忽视水质因素（进水组成及结构）［1］，导致后续工艺运行管理调整难、费用高。因此，对滨海新区不同污水厂在污水的污染浓度水平、变化规律和其他特性方面进行系统分析，旨在为提标改造的工艺选择和优化运行提供科学依据。

1 研究方法

1.1 污水厂基本概况

本研究所选取的6 座污水厂基本概况如表1 所示，总设计规模达34.25×104t／d。于2017 年9 月～2019 年12 月对进水水质定期取样测试，考察COD、TN、溶解性总氮（STN）、 TP、溶解性总磷（STP）、正磷（PO43--P）、 BOD5、氨氮、 NO3--N、 Cl-、 UV254等指标的变化情况，对进水特征进行分析。

表1 污水厂基本情况Tab. 1 Basic situation of sewage treatment plant

1.2 分析方法

TN、 STN 采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定； TP、 STP、 PO43--P 采用钼锑抗分光光度法测定；氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定；NO3--N 采用紫外分光光度法测定； UV254采用分光光度法测定； COD 采用消解比色法测定； BOD5采用压差法［2］测定。

2 结果与讨论

2.1 污水厂进水指标

6 座污水厂进水水质指标变化情况见表2。

2.2 COD 组分分析

COD 对于工业带污废水的研究及污水厂的评价效果来说，是一个重要的参数，在污染物排放量中占有重要部分，从表2 可以看出， 6 座污水厂进水COD 质量浓度在62 ～590 mg／L 范围内波动，溶解性COD（SCOD）占总COD 比值的范围为35.2%～87.8%，其余的以颗粒态形式存在，具体COD 组分变化如图1 所示。

从图1 可以看出，所选取的6 座污水厂中， D厂的COD 含量最高，这可能是该厂污水中混入含油污水和化工废水所致； C 厂的COD 含量最低，造成此结果的主要原因可能为：该厂排水体制不完善、纳污率低等。 D 厂的溶解性COD 占比最高，E 厂的溶解性COD 占比最低。溶解性COD 中易生物降解部分将作为碳源在二级生物处理中直接被微生物利用。

2.3 氮组分分析

城镇污水中的氮主要来源于生活污水、工业废水和地表径流。化工、电镀、制药、染整、食品与肉类加工、石油精炼等行业排放的污水属于高含氮污水［3］。地表径流的氮来自地表降水中的氮氧化合物、地表固体废弃物和生活垃圾渗滤液。所选取的6 座污水厂TN 质量浓度为18.40 ～72.13 mg／L，STN 质量浓度为13.50 ～56.94 mg／L，氨氮质量浓度为6.05 ～39.5 mg／L，硝酸盐氮质量浓度为0.2 ～23.5 mg／L，具体氮组分变化如图2 所示。

从图2 可以看出， F 厂有机氮含量最高， D 厂有机氮含量最低， B 厂氨氮含量最高， F 厂氨氮含量最低。一般认为，城市污水厂进水中的氮主要以有机氮和氨氮为主，混有工业废水的污水厂进水呈现出硝酸盐氮含量偏高的特点。各污水厂进水硝酸盐氮浓度波动范围较大，造成此现象的原因可能与6 座污水厂服务区域内含有化工区有关。电镀、冶炼等行业均会产生大量的硝酸废液，直接增加了污水中的硝酸盐氮浓度。

表2 污水厂进水水质指标变化情况Tab. 2 Changes of influent water quality indexes of sewage treatment plant

图1 污水厂进水COD 组分变化Fig. 1 Changes of influent COD components of sewage treatment plant

图2 污水厂进水氮组分变化Fig. 2 Changes of influent nitrogen components of sewage treatment plant

2.4 磷组分分析

城镇污水中的磷酸盐按照物理特性可以分为溶解态磷和颗粒态磷，按照化学性质可以分为正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐。污水中部分磷来源于化肥和农业废弃物，含磷洗涤剂的大量使用也使得生活污水中磷的含量明显增加。 6 座污水厂的服务范围包括了生物制药、粮油食品、精细化工等行业，这些行业排放的废水常伴有有机磷化合物。 6座污水厂进水中TP 质量浓度波动范围为0.82 ～12.70 mg／L， STP 质量浓度波动范围为0.15 ～7.30 mg／L， PO43--P 质量浓度波动范围为0.16 ～5.80 mg／L，进水磷组分变化如图3 所示。

图3 污水厂进水磷组分变化Fig. 3 Changes of influent phosphorus components of sewage treatment plant

由图3 可以看出，溶解态正磷酸盐占总磷的质量分数为21.6%～50.0%，平均值为33.95%。颗粒态总磷占总磷的质量分数为30.4%～70.4%，平均值为53.63%。以上结果表明，这6 座污水厂进水总磷大部分为颗粒态磷酸盐，其余部分为其他形态的磷，如有机磷、偏磷酸盐、焦磷酸盐以及非溶解性磷化合物等。

2.5 碳氮比分析

m（BOD5）／m（TN）比值是影响生物脱氮效果的关键因素，一般认为，实际运行中m（BOD5）／m（TN）＞4.0 时基本能满足反硝化要求［4］，最好能控制在5 ～10 之间。由于BOD5的检测数据受到连续性和完整性限制，经过换算后也可选用m（COD）／m（TN）比值表示，认为m（COD）／m（TN）比值低于7.5 时碳氮比偏低。碳源的含量决定了生物反硝化速率和过程，污水进入缺氧区必须有充足的有机物才能保证反硝化的顺利进行［5］。 6 座污水厂进水m（BOD5）／m（TN）、 m（COD）／m（TN）变化见图4。

图4 污水厂进水碳氮比变化Fig. 4 Changes of carbon-nitrogen ratio of influent water of sewage treatment plant

从图4 可以看出， D 厂的m（BOD5）／m（TN）、m（COD）／m（TN）比值最高， F 厂最低，这可能是因为部分排水区域工业废水直接排入排水管道中，导致污水厂中含有大量的难降解有机物，鉴于污水中反硝化碳源严重不足，属于低碳氮比污水，应选择适宜的污水处理工艺，并投加外部碳源。

2.6 紫外吸收值

一般认为紫外吸收值（UV254）是一种具有专属性的指标［6］，它能够反映水中对紫外光有较强吸收的有机物，主要包括含有芳香烃和双键或羟基、羧基的共轭体系的有机化合物［7］。由表1 可看出， D厂UV254最高，平均值为1.970 cm-1， A 厂UV254最低，平均值为0.200 cm-1。由于D 厂服务范围内包含了食品粮油企业，此类废水含有大量的磷脂、蛋白质等，蛋白质热分解产物会产生杂环胺类，该类物质在254 nm 处对紫外光有强烈吸收。

2.7 氯化物

所选取的6 座污水厂中氯化物质量浓度波动范围为163 ～2 118 mg／L，其中浓度最高的是E 厂（1 941 mg／L），浓度最低的是D 厂（338 mg／L）。通常情况下，城市污水中氯离子浓度一般在600 mg／L 以下，滨海新区靠近渤海海湾，随着海水水位的波动，会造成不同程度的海水倒灌进城市污水管网，进而经各泵房汇集进入城市污水厂，此外，沿海地区特殊的地理环境、饮食习惯和海产品养殖加工都会使得过量的氯离子进入城市污水系统［8］。海水的典型特征是高盐，氯离子质量浓度高达20 g／L以上。高浓度氯离子可以使细胞外渗透压改变，使得环境中渗透压高于细胞内部，导致细胞的细胞壁和细胞质膜平衡形态丧失，发生质壁分离，进而对污水的生物处理系统产生不同程度影响［9］，同时高浓度氯离子对污水厂处理设施中的混凝土、生化系统中的金属构件会造成严重侵蚀。