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工業(yè)生活混合污水處理廠的進水變化特征

城市污水處理廠對實現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量改善和污染總量減排擔負著重要作用,污水處理廠進水的水量水質(zhì)變化關(guān)系到污水處理廠的穩(wěn)定運行以及出水的穩(wěn)定達標排放。由于污水水量和水質(zhì)受到多種因素影響,城市污水處理廠進水的負荷變化較大,會對污水處理廠的正常運行和管理產(chǎn)生不利影響。因此,研究污水處理廠的進水變化規(guī)律及其特性,特別是針對工業(yè)廢水和生活污水混合且工業(yè)廢水占比較高的污水處理廠,有助于提高污水處理廠的運行效率和水平,對改善污水處理廠的出水水質(zhì)以及降低運行費用也具有重要價值。

 

本文針對某工業(yè)廢水和生活污水混合的污水處理廠進水的水量水質(zhì)指標開展相關(guān)研究,分析進水水量和水質(zhì)的變化特征,考察cod與水量、氨氮、總磷、bod之間的相關(guān)關(guān)系以及進水集中度的變化規(guī)律,提出了提高污水廠穩(wěn)定運行的相關(guān)措施,以期為污水廠的穩(wěn)定運行以及出水的穩(wěn)定達標排放提供參考。

 

 

part 1 研究方法

 

針對我國南方平原河網(wǎng)區(qū)域某城市的工業(yè)生活混合污水處理廠開展相關(guān)研究,該污水處理廠日處理設(shè)計能力為60萬t,其中工業(yè)廢水占比約50%。工業(yè)廢水的組成以印染廢水、造紙廢水、光伏電子廢水為主,主體工藝采用ao處理工藝。以該污水處理廠提供的2015年—2018年進水水質(zhì)每日的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展相關(guān)研究,作圖分析采用origin9軟件。

 

大量的監(jiān)測指標歷史數(shù)據(jù)可反映污水處理廠處理工藝單元的運行規(guī)律,因此,擬通過分析由監(jiān)測指標歷史數(shù)據(jù)構(gòu)成的時間序列散布特征,評估污水處理廠長期運行的穩(wěn)定性,進而建立反映污水處理廠穩(wěn)定性的評價指標體系和分析方法。蘇魏等開展的城市污水處理廠運行穩(wěn)定性評估方法表明,進水的集中度能夠很好地代表進水的穩(wěn)定性,因此,污水處理廠進水穩(wěn)定性由集中度來表征,采用標準差系數(shù)來直接量度,如式(1)。

 

 

part 2 結(jié)果與討論

 

2.1進水水量和水質(zhì)的月變化規(guī)律分析

 

該污水處理廠在2015年—2018年進水水量和水質(zhì)cod、氨氮、總磷的變化規(guī)律如圖1所示。進水水量在不同月份的波動性變化較大,特別是每年的2月,水量降低顯著,每年的年末水量增加顯著。分析其原因,主要是該污水處理廠進水中工業(yè)廢水約占一半,工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的季節(jié)性變化導致進水水量的波動性較大。進水cod的波動變化也較大,其原因還是與工業(yè)廢水占比較高有關(guān),當工業(yè)廢水排放中有大量高cod的廢水進水時,污水廠的進水cod也會較高。進水氨氮相對較穩(wěn)定,基本在15~25mg/l,其原因可能是工業(yè)廢水中的氨氮排放量較穩(wěn)定。

 

孫艷等的研究表明,北京市某污水處理廠各污染指標隨季節(jié)變化呈現(xiàn)出較一致的規(guī)律性,7月—9月各水質(zhì)指標濃度均明顯低于其他月份,其主要原因是夏季雨水導致進水流量增大。與之相比,該污水處理廠在雨季的進水水量與其他月份相比,也有升高的趨勢,而水質(zhì)指標并不高,這也說明存在外來水量及降雨混入的影響。另外,進水的總磷近年來逐漸降低,主要是因為近年來的工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,排放磷的相關(guān)企業(yè)數(shù)量逐漸減少。

 

2.2進水水量和水質(zhì)的頻率分析

 

該污水處理廠在2015年—2018年進水水量和水質(zhì)cod、氨氮、總磷的頻率分布規(guī)律如圖2所示。進水水量服從偏正態(tài)分布,水量的變化在1.8×108~2.1×108m3/月。進水cod的變化區(qū)間各不相同,主要是因工業(yè)廢水排放的波動性較大。進水氨氮的變化服從正態(tài)分布,總磷的變化區(qū)間較平均,這可能是由于近年來影響磷排放的企業(yè)數(shù)量逐漸減少,磷的排放量穩(wěn)定降低。

 

孫艷等的研究結(jié)果表明,北京市某污水處理廠的進水水質(zhì)bod濃度正態(tài)分布擬合曲線與標準正態(tài)分布曲線相比不是完全對稱曲線,且頻率分布的高峰向左偏移,長尾向右延伸,bod濃度分布呈正偏態(tài)分布。與之相比,該污水處理廠的水量頻率分布規(guī)律也呈正偏態(tài)分布,而氨氮指標的分布規(guī)律接近于正態(tài)分布,cod和總磷的分布規(guī)律與正態(tài)分布關(guān)系不大。

 

 

2.3進水的bod/cod特征分析

 

在城市污水中bod/cod體現(xiàn)了可生物降解的有機物占總有機物量的比值,可在一定程度上預測污水的可生物降解性,常用來評價污水的可生化性。當bod/cod<0.1時,不適于生物處理;當0.2該污水處理廠在2015年—2018年進水bod/cod變化規(guī)律如圖3所示。進水的bod/cod普遍位于0.3~0.34,由此說明,進水中含有大量難生化降解的污染物。孫艷等的研究結(jié)果表明,北京市某污水處理廠bod/cod相關(guān)性顯著,r2可達0.81,其原因主要是污水的來源是生活污水,工業(yè)廢水量較少,可生化性較好。而該污水處理廠的進水可生化性較差,這就要求污水處理廠的處理工藝進行必要的調(diào)整,以保證最終的出水能夠穩(wěn)定達標排放。

 

 

2.4進水cod與相關(guān)指標的相關(guān)性分析

 

2015年—2018年,該污水處理廠進水cod與水量、bod、氨氮、總磷的相關(guān)性規(guī)律如圖4所示。進水cod與進水水量以及總磷的相關(guān)性不顯著,分析原因可能是進水中工業(yè)廢水占比較高;總磷與cod排放的相關(guān)性不顯著,是由于排放含磷較高廢水的工業(yè)企業(yè)不定期排放;進水cod與bod以及氨氮的相關(guān)性較顯著且穩(wěn)定,這與進水中工業(yè)廢水占比較高的分析相一致。進水總磷波動較大,說明在污水廠的運行中需注意磷的去除情況,如有必要可增加強化除磷措施。

 

孫艷等的研究結(jié)果表明,cod與bod的相關(guān)性較好,這與本研究的分析結(jié)果相一致。

 

 

2.5進水的穩(wěn)定性分析

 

2015年—2018年,該污水處理廠進水水量、cod、bod、氨氮、總磷的穩(wěn)定性(集中度)如表1所示。該集中度將一年周期內(nèi)每日的相關(guān)數(shù)據(jù)進行集中度值的計算。2015年—2018年,進水的水量逐漸穩(wěn)定,而進水cod、bod、氨氮、總磷的波動性較大。分析原因是工業(yè)企業(yè)排放的廢水在污水廠進水中的占比較大;進水中工業(yè)廢水比例較高且隨生產(chǎn)周期和季節(jié)性等因素波動大,嚴重時影響污水處理廠的穩(wěn)定運行;此外,雨天時雨水接入污水管網(wǎng)造成污水廠進水沖擊,也會影響污水廠的穩(wěn)定運行。

 

由于該市城區(qū)污水系統(tǒng)采用長距離污水管網(wǎng)輸送系統(tǒng)+末端聯(lián)合污水處理廠的運行模式,長距離管網(wǎng)系統(tǒng)中不同空間點位與不同污水輸送提升單元之間,存在生活污水或工業(yè)廢水流經(jīng)時間差。因此,針對管網(wǎng)系統(tǒng)進行調(diào)查改造來減少外來水量接入,利用長距離管網(wǎng)系統(tǒng)的蓄容空間來緩解進水水質(zhì)水量波動對污水處理廠運行的沖擊,對提高污水處理廠的進水穩(wěn)定性具有重要作用。

 

 

進水穩(wěn)定性分析結(jié)果表明,影響進水穩(wěn)定性的主要原因是工業(yè)污染源的排放。因此,可通過以下措施提高進水穩(wěn)定性:在污水泵站、管網(wǎng)與處理設(shè)施部署的物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備獲取動態(tài)數(shù)據(jù),建立污染源、污水管網(wǎng)和污水廠監(jiān)控系統(tǒng),開發(fā)基于數(shù)學模型和深度學習的專家預測系統(tǒng)與自動反饋控制系統(tǒng),通過動態(tài)監(jiān)控預警和生活污水/工業(yè)廢水排放協(xié)同調(diào)控,以及雨季管網(wǎng)、泵站系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控,有效緩解進水水量和水質(zhì)波動的沖擊,進而提高污水處理廠的進水穩(wěn)定性。

 

2.6進水穩(wěn)定性優(yōu)化的相關(guān)策略

 

針對影響該工業(yè)生活混合污水處理廠進水穩(wěn)定的工業(yè)廢水占比高、水量水質(zhì)波動大的突出問題,調(diào)查影響進水沖擊負荷的特征性工業(yè)廢水的類別,進而根據(jù)特征污染物的排放濃度以及對污水廠穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響的關(guān)鍵性指標進行分析。

 

在污水外排水量和污染負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合模型模擬不同降雨條件、不同季節(jié)、不同節(jié)假情況,對外來水量給管網(wǎng)帶來的沖擊影響進行評估,定量分析外來水量比例,建立污染源—污水管網(wǎng)—污水處理廠耦合的網(wǎng)廠聯(lián)合調(diào)控數(shù)學模型,依托工業(yè)污染源—污水管網(wǎng)—污水處理廠綜合調(diào)控與監(jiān)管平臺,實現(xiàn)生活污水/工業(yè)廢水排放協(xié)同調(diào)度。

 

在雨季開展管網(wǎng)、泵站系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控,顯著緩解了進水水量和水質(zhì)波動的沖擊復合,進而提高污水處理廠的進水穩(wěn)定性。例如,工業(yè)污染源—污水管網(wǎng)—污水處理廠綜合調(diào)控與監(jiān)管平臺,在污水管網(wǎng)應急處理工況條件下,可采取管網(wǎng)調(diào)控的方法,減緩負荷沖擊到達污水廠進水的時間,以減少進水負荷變化對污水廠的沖擊;在雨季條件下,可通過提前預警減少管網(wǎng)負荷率,在降雨條件下減少對污水廠進水水量的沖擊;在工業(yè)廢水特殊超標排放的情況下,通過平臺的在線預警功能,啟動管網(wǎng)調(diào)控模型模擬方案,降低工業(yè)廢水對進水水質(zhì)的影響,進而提高進水的穩(wěn)定性。由表1可知,該工業(yè)生活混合污水處理廠2018年進水水量和水質(zhì)與前幾年的情況相比,進水的水量和水質(zhì)的穩(wěn)定性均得到了大幅提高。

 

另外,在該污水處理廠內(nèi)部,針對工業(yè)廢水占比高、水量水質(zhì)波動大等難題,以穩(wěn)定達標排放為目標,還充分利用了aao處理工藝,開展低碳氮比、低碳源品質(zhì)城鎮(zhèn)混合污水強化脫氮除磷、基于粉末載體吸附功能的多級活性污泥-生物膜耦合污水處理、原位生物強化深度脫氮等關(guān)鍵技術(shù),確保了污水廠出水全面實現(xiàn)出水穩(wěn)定,達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(gb18918—2002)一級a的排放標準。例如,從出水的水質(zhì)指標來看,2017年和2018年出水cod的集中度分別為0.16和0.09,出水氨氮在1mg/l以下的天數(shù)占當年天數(shù)的比例分別為80%和90%。由此表明,進水穩(wěn)定度的提高對污水處理廠的穩(wěn)定達標起到了較好的效果。

 

part 3 小結(jié)

 

(1)該工業(yè)生活混合污水處理廠的進水水量和水質(zhì)的變化特征具有明顯的周期性,特別是每年2月,水量大幅降低;工業(yè)廢水占比較高,進水的可生化性較差,bod/cod普遍位于0.30~0.34,表明廢水中含有大量難生化降解的有機污染物;進水水量、cod和氨氮的穩(wěn)定性從2015年—2018年呈逐年提高的趨勢。

 

(2)基于建立的工業(yè)污染源—污水管網(wǎng)—污水處理廠綜合調(diào)控與監(jiān)管平臺,以及生活污水/工業(yè)廢水排放的協(xié)同調(diào)度以及雨季管網(wǎng)、泵站系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)控,能夠有效緩解進水的水量和水質(zhì)波動的沖擊負荷,進而提高污水處理廠的進水穩(wěn)定性,可為污水廠的穩(wěn)定運行以及出水的穩(wěn)定達標排放提供參考。

 

來源:凈水萬事屋

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