污水处理厂化验室建设的思考

污水处理厂化验室建设的思考郑波，李俊英，黄伟明，方闻摘要：根据现代化污水处理厂的水质检测趋势，提出了化验室应当具备的四大功能，为污水处理厂化验室水质分析仪表和检测项目的选择提供了参考。关键词：污水处理厂；化验室；水质分析仪表；检测项目随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出。水在自然资源中是最普遍，分布最广泛，对人类最重要的自然资源，日益严重的水污染状况也成了我国不得不面对的问题。随着国家和地方政府的重视与投入，我国水污染处理行业也不断得到发展，尤其在“十一五”期间，根据建设部的规划目标，我国将新建1000座污水厂，处理能力将达到10000万立方米/日，而实际上到2009年底，已经基本实现了该目标。2006到2009年我国污水处理行业的发展情况见图1。图12006年到2009年我国污水处理行业发展状况Figure1.ThedevelopmentofwastewatertreatmentinChinafrom2006to2009数据来源：住房和城乡建设部城市建设司与此同时，各种先进的污水处理工艺，如改进的氧化沟、深井曝气工艺、MBR工艺等得以应用。国外许多先进、高效的污水处理设备，如微孔曝气机、变频鼓风机等，也进入了我国污水处理行业[1]。各种先进的在线仪器仪表，如在线ORP、DO、pH等，开始应用于污水处理工艺控制[2]。但是，关于污水处理厂化验室设备配备和检测指标方面，缺乏统一的标准。到目前为止，仅在《CJJ31-89城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》中，提到了关于污水处理厂化验室建设的指导性意见，即化验室设备的配置，应根据常规化验项目、污水厂的规模和处理级别等决定，并给出了一张常规配置表。因此，国内的污水处理厂化验室，一般根据《综合污水排放标准》和《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的检测项目，来建设自己的化验室。很多新建污水处理厂化验室的设备配置，与其先进的水处理工艺、自动化控制系统、管理水平等相比，显得格格不入。事实上，根据国外先进的污水处理厂的经验，化验室是作为一个多功能的检测平台而存在的。总体而言，污水厂化验室应该具备如下功能：①废水特性的研究②工艺过程重要参数的检测③排放口水质监测④过程仪表的校正和补充1.污水处理厂化验室在各个平台中的检测内容1.1废水特性研究众所周知，在污水处理厂设计前，应对废水进行检测以了解废水的特性，在此基础上才能进行工艺的选择和设计，并根据水质情况随时调节工艺运行工况。但是，由于各种原因，污水处理厂的废水进水流量及水质，会发生变化[3,4]，一旦水质、水量超过设计参数，则会严重影响污水处理效果，导致出厂水不达标。因此，污水厂都在进口选择一些影响处理工艺的重点参数进行监测。具有代表性的包括：①流量一般采用在线监测仪器。②pH由于活性污泥的活性条件、脱氮除磷工艺的条件均对pH值有要求，该指标成为污水厂进水必测的项目。③生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）可相对的表示出污水中有机物含量，BOD5/COD的比值可作为污水可生化性指标，从一个侧面去指示污水处理工艺的可行性。④悬浮物SS代表了可以用沉淀、混凝沉淀或过滤等物理方法去除的污染物，也是影响感官状态的水质指标。⑤营养物质（总氮TN、氨氮NH3-N、总磷TP等）国内日益严峻的水体富营养化问题，对污水处理厂的处理工艺提出了更高的要求，脱氮除磷将是我国绝大多数污水处理厂必须具备的工艺。因此，进水相关营养盐物质也成为进水水质的重要检测项目。⑥重金属污水中很多重金属，如汞、镉、铬、铅等，容易引起对活性污泥的毒性冲击，导致污水处理效率下降。根据以上，一般针对进水水质化验室仪表的配置如表1：表1污水厂进水水质化验室仪表配置Table1.Labinstrumentconfigurationofwastewatertreatmentplantlaboratoryforinletwater参数传统测定方法所需仪器推荐配置小型污水处理厂中型污水处理厂大型污水处理厂pH玻璃电极法pH计HACHsensION1pH电极HACHHQ11dpH电极BOD稀释与接种法溶解氧测定仪HACHBODTrakII压差法BOD分析仪悬浮物重量法天平HACHTSSportableCOD重铬酸钾法消极-滴定装置HACHDR890比色计HACHDR2800分光光度计HACHDR5000紫外可见分光光度计总氮碱性过硫酸钾消解-紫外比色法紫外可见分光光度计氨氮蒸馏和滴定法蒸馏和滴定装置总磷钼酸铵分光光度法分光光度计重金属可见分光光度法/火焰原子分光光度法分光光度计/原子吸收光谱仪HACHDR5000紫外可见分光光度计/原子吸收光谱仪1.2工艺过程重要参数的检测污水处理工艺过程的重要参数，是指那些为保证污水处理工艺正常运行必须检测的指标。采用不同的污水处理工艺会要求对不同的参数进行监测，以国内应用的最多的具备脱氮除磷工艺的A2/O工艺为例（见图2），在各个工艺段推荐检测的重要参数有：图2A2/O工艺流程图Figure2.TypicalprocessflowdiagramofA2/O1.2.1厌氧池原污水与二沉池回流的含磷污泥混合后，在兼性厌氧菌的作用下，部分易生物降解的大分子有机物被转化为小分子的挥发性脂肪酸（VFA），聚磷菌吸收这些小分子有机物合成PHB并储存在细胞内，同时将细胞内的聚磷水解成正磷酸盐释放到水中。该工艺段的重要参数包括：①pH聚磷菌厌氧释磷的适宜pH是6~8。②温度在厌氧段，温度对厌氧释磷的影响不太明显，在5~30℃除磷效果均好。③DO在严格的厌氧环境下，聚磷菌才能从体内大量释放出磷而处于饥饿状态，为好氧段的大量吸磷创造了前提，从而才能有效地从污水中去除磷。④ORP由于在厌氧段，一般要求DO0.2mg/L，传统的DO传感器在该区段无法发挥作用。而研究表明ORP与厌氧放磷效果存在一定的相关性，因此，通过对该区段ORP的检测，可以很好的指示该系统厌氧放磷的程度[5]。⑤硝酸盐回流污泥从二沉池回到厌氧池，将部分NOX-N带回厌氧池。如果硝酸盐浓度过大，会导致反硝化细菌和聚磷菌产生竞争，反硝化细菌抢先消耗掉快速生物降解的有机物进行反硝化，这样虽有利于脱氮但不利于除磷，因此对厌氧区段的硝酸盐氮浓度有一定要求。⑥C/P比在厌氧池段，聚磷菌要吸收低分子有机物合成PHB，因此污水中可生化降解有机物对聚磷菌厌氧释磷起着关键作用。与此相关的参数有：COD，大致反映废水中有机物总含量的；BOD，大致反映废水中可生化降解有机物含量；挥发性脂肪酸（VFA），构成了聚磷菌的营养底物，但是，过多的挥发性脂肪酸又会导致引起pH值的降低而导致过程厌氧消化过程的失败；PO4-P，污水中的溶解磷含量；TP，污水中总磷含量。⑦污泥浓度MLSS通常系统中MLSS越大，则厌氧段的释磷效果越好，并且在缺氧段DPB的吸磷能力也更强。1.2.2缺氧池缺氧池的首要功能是反硝化脱氮，硝态氮从好氧池通过内循环回流到缺氧池，反硝化细菌利用污水中的有机物将回流液中的硝态氮还原为氮气。该工艺段的重要参数包括：①pH反硝化菌脱氮适宜的pH是6.5~7.5。②温度温度对反硝化速率的影响与法硝化设备类型、硝酸盐负荷率等因素有关，一般适宜温度是15~25℃。③DO由于溶解氧与硝酸盐竞争电子供体，同时还抑制硝酸盐还原酶的合成和活性，影响反硝化脱氮，因此在缺氧段也需要严格控制溶解氧浓度。④ORP由于在缺氧段，一般要求DO0.5mg/L，传统的DO传感器在该区段依然无法发挥作用，可以利用ORP的变化规律优化硝化与反硝化过程[5]。⑤C/N比在缺氧池段，将硝酸盐硝化还原为氮气需要碳源有机物（一般以BOD5表示）。如果用实际污水作为碳源，只有其中一部分快速可生物降解的BOD可以作为碳源。一般认为BOD5/TKN4~6时碳源充足。与此相关的参数是五日生化需氧量BOD5和总凯氏氮TKN。1.2.3好氧池去除BOD、硝化和吸收磷等反应均在好氧段进行。该工艺段的重要参数包括：①pH在好氧硝化段，对硝化菌适宜的pH为7.5~8.5。②碱度硝化反应每氧化1g氨氮要消耗碱度7.14g（以CaCO3计），因此如果污水中没有足够的碱度，随着硝化反应进行，pH会急剧下降，而硝化细菌的活性对pH非常敏感，一旦超出适宜pH范围，其活性会迅速下降。因此如果有必要，需要额外投入石灰以增加污水碱度。③温度好氧段适宜的温度范围是30~35℃。④DODO升高，硝化速度增加，但当DO浓度超过2mg/L后，硝化速度增长趋势减缓。同时，好氧池过高的溶解氧会随污泥回流和混合液回流分别带至厌氧段和缺氧段，影响聚磷菌的释放和缺氧段的反硝化反应。所以根据经验，好氧池的DO为2mg/L左右为宜。⑤C/N比C/N比值是影响硝化速率和过程的重要因素。硝化菌是自养菌，硝化菌产率或增长速率比活性污泥异养菌低得多，若废水中BOD5值太高，将有助于异养菌迅速增殖，从而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般认为，只有BOD5低于20mg/L时，硝化反应才能完成。反硝化过程需要充足的碳源，理论上lgNO2还原为N2需要碳源有机物2.86g。一般认为，当废水的BOD5/TKN值大于4～6时，可认为碳源充足，不需另外投加碳源，反之则要投加其他易降解的有机物作碳源。与此相关的参数有五日生化需氧量BOD5、总凯氏氮TKN和污泥浓度MLSS。⑥MLSS是衡量反应器中活性污泥数量多少的指标，好氧池的MLSS一般为2-4Kg/m3⑦SVI反映污泥的松散程度和凝聚性能，评价活性和吸附能力和污泥结构松散程度，预测污泥膨胀⑧活性污泥的结构和生物相通过镜检检查菌胶团的结构和指示微生物判断活性污泥的状态，防止污泥膨胀1.2.4沉淀池二沉池是以沉淀、去除生物处理过程中产生的污泥获得澄清的处理水为其主要目的。二沉池有别于其它沉淀池，其作用一是泥水分离（沉淀）、二是污泥浓缩，并因水量、水质的时常变化还要暂时贮存活性污泥。该工艺段的重要参数主要是针对污泥，包括：污泥浓度MLSS、MLVSS、污泥界面等。1.2.5消毒池消毒池是最终处理工艺，消毒后出水即为污水处理厂最终排放水。监测指标根据实际采用的消毒剂而定，比如余氯、二氧化氯、臭氧等。根据以上，一般针对工艺过程重要参数的化验室仪表的配置如表2：表2、针对工艺过程重要参数的化验室仪表的配置Table2.Labinstrumentconfigurationofwastewatertreatmentplantlaboratoryforprocessparameter参数传统测定方法所需仪器推荐配置小型污水处理厂中型污水处理厂大型污水处理厂pH/温度玻璃电极法pH计HACHsensION1pH电极HACHHQ11dpH电极ORP玻璃电极法ORP计HACHsensION1ORP电极HACHHQ11dORP电极DO膜电极法溶解氧电化学仪HACHLDO荧光法溶解氧仪BOD稀释与接种法溶解氧测定仪HACHBODTrakII压差法BOD分析仪悬浮物重量法天平HACHTSSportable污泥界面--COD重铬酸钾法消极-滴定装置HACHDR890比色计HACHDR2800分光HACHDR5000紫外可见分光光度计总氮碱性过硫酸钾紫外可见分光光消解-紫外比色法度计光度计氨氮蒸馏和滴定法蒸馏和滴定装置凯氏氮TKN消解-纳氏试剂法蒸馏装置和分光光度计消毒剂含量滴定法滴定装置总磷钼酸铵分光光度法分光光度计重金属可见分光光度法/火焰原子分光光度法分光光度计/原子吸收光谱仪HACHDR5000紫外可见分光光度计/原子吸收光谱仪挥发性脂肪酸VFA蒸馏-滴定法蒸馏和滴定装置HACHDR2800分光光度计HACHDR5000紫外可见分光光度计/电位滴定仪活性污泥的结构和生物相镜检观察显微镜1.3排放口监测排口的监测一直以来是最受重视的部分，也有标准可依。早期的排口监测项目主要根据受纳水体的类型来决定，比如排入江河湖泊的要遵循《GB3838-88地面水环境质量标准》，排入海洋的要遵循《GB3097-82海洋水质标准》等，同时《GB8978-88综合污水排放标准》也指导污水处理厂的污水排放。199