北京市某污水处理厂进水水质特征分析

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
【摘要】污水处理厂是实现水资源再生利用的基础保障,本研究以北京市某污水处理厂为例,系统地分析了其进水水质特征.结果表明,该污水处理厂下半年水量变化幅度较大时,COD浓度与处理水量的相关系数为-0.97,为高度负相关,因此,污水处理厂在水量变化幅度较大时需要注意水质的变化,及时调控;全年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,说明夏季污染物浓度的降低主要是雨水的稀释作用,来水水质组成较为稳定;进水BOD/TP大于20,进水碳源能够保证较好的生物除磷效果;进水BOD/TN的平均值小于4,需要外加碳源才能满足脱氮要求.
【期刊名称】《中国资源综合利用》
【年(卷),期】2019(037)003
【总页数】5页(P54-58)
【关键词】污水处理厂;进水水质;化学需氧量;生化需氧量
【作者】王盟;葛子奇;姚大伟;卢鹏飞;高媛
【作者单位】北京城市排水集团有限责任公司,北京 100044;中国人民大学附属中学朝阳学校,北京 100028;北京城市排水集团有限责任公司,北京 100044;北京城市排水集团有限责任公司,北京 100044;北京城市排水集团有限责任公司,北京100044
【正文语种】中文
【中图分类】X703
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项目 BOD5（mg/L）SS（mg/L）COD（mg/L）
氨氮（mg/L）TN（mg/L）TP（mg/L）平均值
237.24247.85545.9844.3364.326.18变化范围 50～90060～1000130～130013～6822～1372～22
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。

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。

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。

参考文献
【相关文献】
1 李云，蒋进元，白璐，等.北京某再生水厂运行诊断及优化解析[J].水处理技术，2018，（10）：124-127..
2 杨永义，王景龙，王明光，等.北京市郊区污水处理厂出水水质研究[J].北京水务，2017，（3）：11-14.
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