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(美国哈希公司北京代表处，北京100004)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；检测项目到目前为止，关于污水处理厂化验室设备配备和检测指标方面尚缺乏统一的标准，仅在《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》(cJJ3l一89)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，并给出了常规配置的内容。因此，国内的污水处理厂一般根据《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，与其先进的处理工艺、自动化控制系统、管理水平等不相匹配。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，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化验室的检测内容1．1废水特性研究在设计污水处理厂前，应对污水进行检测以了解污水的特性，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运行工况。但是，由于各种原因，污水处理厂的进水流量及水质会发生变化，一旦水质、水量超过设计值，则会严重影响污水处理效果，导致出厂水水质不达标。因此，污水厂都在进口对一些影响处理工艺的重点参数进行监测。具有代表性的包括以下6个方面：①流量。一般采用在线监测。②pH。由于活性污泥的最佳活性条件、脱氮除磷工艺的最佳条件均对pH有要求，该指标成为污水厂进水必测的项目。③BOD5和COD。可相对地表示出污水中有机物含量，BOD5／COD值可作为污水可生化性指标，从一个侧面验证污水处理工艺的可行性。④ss。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(TN、NH3-N、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，进水中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。针对进水水质，化验室仪表的配置见表l。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检测，以国内应用最多的具备脱氮除磷功能的A2／O工艺为例进行分析。1．2．1厌氧池厌氧段的重要参数包括pH、温度、DO等7个方面。①pH：聚磷菌厌氧释磷的适宜pH值为6～8。②温度：温度对厌氧释磷的影响不太明显，在5—30℃除磷效果均较好。③DO：只有在严格的厌氧环境下，聚磷菌才能大量释磷，从而为好氧段的大量吸磷创造条件，这样才能有效地去除磷。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ORP与厌氧释磷效果存在一定的相关性，因此通过检测ORP可以很好地指示厌氧释磷的程度⑤硝酸盐：回流污泥从二沉池回到厌氧池，将部分NOx一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值：在厌氧段聚磷菌￡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，大致反映污水中有机物总含量；BOD，，大致反映污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引起pH的降低而造成厌氧消化过程的失败；PO43一一P，污水中的溶解磷含量；，TP，污水中总磷含量。⑦MLSS：通常系统中MESS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脱氮，该工艺段的重要参数包括以下5个方面。①pH：反硝化菌脱氮适宜的pH值为6．5～7．5。②温度：温度对反硝化速率的影响与反硝化设备类型、硝酸盐负荷率等因素有关，一般适宜温度为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：庙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。⑤C／N值：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BOD，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BOD，／TKN4～6时碳源充足。与此相关的参数是BOD，和TKN。1．2．3好氧池去除BOD5、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以下8个方面。①pH：在好氧硝化段对硝化菌适宜的pH值为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℃。④DO：DO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。根据经验，好氧池的DO浓度为2mg／L左右为宜。⑤C／N值：C／N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，若污水中BOD，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BOD520mg／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lgN03-还原为N：需要2．86g的碳源有机物。一般认为，当污水的BOD，／TKN值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BOD5、TKN和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／m3。⑦SVI：反映污泥的松散程度和凝聚性能，评价活性、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。1．2．4二沉池二沉池的作用一是泥水分离(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：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。一般针对工艺过程重要参数的化验室仪表的配置见表2。1．3排放口监测1996年，《综合污水排放标准》(GB8978—1996)作了修订，对城市污水处理厂污水排放执行该标准。但该标准偏重工业废水排放管理，再加上城市污水处理技术的突飞猛进，需要一份行业性质标准来规范污水处理厂的排放，《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918--2002)应运而生，该标准对城镇污水厂废水、废气和污泥的排放标准作了规定。现有污水厂化验室检测项目与仪器的采购，大都按照该标准中要求的参数与分析频率确定的。1．3．1水污染物排放标准标准中将水污染物控制项目分为两类：一类是基本控制项目，主要是对环境产生较短期影响的污染物，也是污水处理厂常规处理工艺能去除的污染物，共19项；另一类是选择控制项目，主要是对环境有较长期影响，或者影响生物处理、在城市污水处理厂中不易去除的那些污染物，共43项，各地根据实际情况作选择性检测。1．3．2大气污染物排放标准污水处理厂在污水污泥处理过程中会产生臭气和其他有毒有害气体。在该标准中，目前对臭气浓度、氨、硫化氢、甲烷作了规定。1．3．3污泥控制标准污水处理过程产生的污泥有栅渣、沉砂池排渣和一沉池、二沉池排泥等，污泥处理的目的主要是减容和稳定化。目前我国污泥的处置主要是农业利用，因此根据农用污泥控制标准对重金属的要求，在该标准中也将这些重金属，以及AOX、PCB等作为控制项目，共计4项污泥稳定化控制指标和14项污泥农用时污染物控制项目。一般针对排放口的化验室仪表配置如表3所示。1．4过程仪表的补充和校正·国内外大量的运行经验表明，在污水处理厂中采用在线过程控制仪表，可以明显提高污水处理厂的运行管理水平。但是，一方面由于在线仪表对制造工艺有较高的要求，有很多重要的参数没有办法实现在线化，比如进水的BOD、重金属，工艺段的TKN、VFA，排放口的众多指标等。另一方面由于在线仪表采用固定安装，从成本角度考虑，一般污水处理厂只能选择在关键点设在线仪表，这使得必须采用实验室仪器作为过程仪表的补充。此外，在线仪表准确度的保证需要实验室／便携式仪表对其进行校正。目前，在国内污水处理厂使用较广泛的在线仪表及可选择的实验室校验仪表见表4。2污水处理厂化验室建设的建议污水处理厂化验室的检测应该具备全方位的能力。如果要建设先进的污水处理厂化验室，还应该在以下两方面有所尝试。①先进的水质分析仪表的应用随着水处理事业的发展，越来越多的先进水质分析仪表开始走人普通的污水处理厂。这些高端的分析仪器可以帮助污水处理厂扩展分析检测项目，在《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中，有多项指标需要用到这类仪器，比如用于测定多氯代二苯并二略英／多氯代二苯并呋喃的高分辨毛细管色谱／高分辨质谱，用于测定可吸附有机卤化物的离子色谱。一些先进的水质分析仪表可以大大提高分析检测的效率，比如流动注射分析仪可以帮助分析人员大批量地检测挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂等操作复杂的参数，专业的磷氮分析仪可以方便快捷地测定各个工艺段营养盐的含量。②一些新颖而有意义的参数监测随着科学研究的进展与人们对水污染问题的深入研究，一些新颖的监测项目出现在人们面前。这些参数或者可以更好地指导污水处理工艺，或者可以更好地保护水环境。比如总有机碳(TOC)，相比于COD更能全面地反映水体中有机物的含量；生物毒性这个指标可以直观地显示出污水处理厂的排水是否会对受纳水体的生物造成毒害等。化验室可以根据需要采购相应的分析仪表来检测这些指标。3结语作为污水处理厂多功能检测平台的化验室，应当具备全方位的检测能力：①针对污水处理厂进水，应该能够通过检测pH、BOD、悬浮物、COD、总氮、氨氮、总磷等参数，了解进水水质特点，为后续的污水处理工艺提供反馈信息与预警。②针对污水处理厂各个工艺段，应该能够检测DO、MLSS、pH、ORP、营养盐、VFA等参数，为工艺参数的调整提供及时有效的信息，达到优化工艺、节能减排的目的。③针对污水处理厂的排放口，应该能够检测《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中规定的常规检测项目，大型污水处理厂以及承担多座污水处理厂中心实验室功能的化验室，还应当具备非常规指标的检测能力，并且通过各种先进的分析仪表提高分析准确度与效率。④对于在工艺过程中采用了过程仪表的污水处理厂，化验室还应当具备这些过程仪表校验的能力。