污水處理廠COD與BOD5去除率受溫度影響分析

＊黃蘭椿 陳敏 王恩文

（1.安順學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院 貴州 561000 2.安順學(xué)院鄉(xiāng)村振興研究中心 貴州 561000）

2020年，全國供水總量5812.9億立方米，占當(dāng)年水資源總量的18.4%，生活用水達(dá)863.1億立方米，占用水總量的14.9%。2019年，全國供水總量為6021.2億立方米，其中生活用水占到871.7億立方米，全國人均綜合用水量為431立方米。2018年中國水利部在《中國水資源公報(bào)》上發(fā)表報(bào)告指出，全國人民在2018年全年用了6015.5億立方米的水，包括生活用水859.9億立方米，占比高達(dá)14.3%?！笆濉逼陂g，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理廠，處理污水效率為85.22%。生活污水通過污水處理廠處理之后，成為再次使用的水資源，可以有效緩解淡水資源短缺的問題。在2017年，我國對(duì)一些重要水環(huán)境進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)，得出的數(shù)據(jù)如下：水質(zhì)屬I、II、III類有67.9%，水質(zhì)為IV、V類的有23.8%，劣V類的占比8.3%。全國調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，在2017年水環(huán)境所要監(jiān)測(cè)的主要污染物為懸浮物、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氨氮、總氮和總磷。2019年梁凱宇通過對(duì)某污水處現(xiàn)廠進(jìn)水特征與運(yùn)行穩(wěn)定性分析，累計(jì)統(tǒng)計(jì)4年污水處理廠的進(jìn)水、出水的水質(zhì)分析，得出從2013-2017年的季節(jié)變化、降雨量大小和人們生活規(guī)律的變化影響進(jìn)水水質(zhì)和去除率有一定關(guān)系。2015年，城鎮(zhèn)污水處理廠全年COD削減量為1264萬噸，全年氨氮削減量為118萬噸，全年COD削減量比2010年增加364萬噸，城鎮(zhèn)污水處理廠為實(shí)現(xiàn)國家減排目標(biāo)和污染控制做出了重要貢獻(xiàn)。

我國對(duì)水資源的再生利用非常重視，不僅致力于水環(huán)境的保護(hù)與治理，還大力推行污水的再生利用、循環(huán)利用，達(dá)到資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。2020年02月21日中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)公布了全國排污系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，截止2020年1月底，我國一共有10113個(gè)污水處理廠擁有我國水利部正式核發(fā)排污的相關(guān)許可證，其中1～5萬噸/日規(guī)模的污水處理廠是量最大的高達(dá)3147座；其次是日處理量在5000～10000噸/日的，一共有989座。由此可見，污水可再次重復(fù)利用，污水通過污水處理廠處理之后，成為再次使用的水資源，解決了我國淡水資源短缺的問題。而且，處理后的循環(huán)利用水所需經(jīng)費(fèi)要小于重新去挖掘一處水源的經(jīng)費(fèi)，因此能節(jié)約資源開發(fā)的費(fèi)用。劉書燕在2007年認(rèn)為水力停留時(shí)間、溫度和進(jìn)水濃度是影響生活污水中COD去除效果的因素，但溫度的變化對(duì)COD的去除效果影響較小。漆漁江等2011年認(rèn)為污水溫度的變化范圍在4～12℃會(huì)降低微生物的活性。張少磊等在2012年認(rèn)為出水COD受溫度影響較大，水溫在25℃以下時(shí)，出水COD穩(wěn)定于較低濃度，在15～20mg/L之間波動(dòng)，當(dāng)溫度高于25℃時(shí)，出水COD明顯增加。在2020年，黃攀等學(xué)者發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)升高溫度有助于提高處理效果，但高于55℃后將使廢水COD去除率出現(xiàn)明顯降低。

前人的研究中，大多局限于溫度的變化對(duì)污水COD去除的研究，對(duì)BOD5去除的研究較少。而且，溫度變化對(duì)污水處理中COD除去的影響，結(jié)論也不一致?；诖?，本文以貴州省安順市某污水處理廠為研究對(duì)象，利用廠區(qū)進(jìn)水和出水水質(zhì)的變化中COD、BOD5去除效率高低和水溫變化，來判斷城鎮(zhèn)污水經(jīng)過污水處理廠處理后的COD、BOD5去除效率的影響因素。分析該污水處理廠進(jìn)出水的主要水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定數(shù)據(jù)，研究此處城鎮(zhèn)水質(zhì)變化規(guī)律，為該廠的進(jìn)水水質(zhì)、水量變化、出水達(dá)標(biāo)、去除率等優(yōu)化工藝運(yùn)行提供依據(jù)。探討污染物的去除率是否與溫度有直接聯(lián)系，為污水處理廠主要污染物處理效果提供依據(jù)，并為其他污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行、優(yōu)化管理提供參考價(jià)值。本次監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間周期為八周，從2019年10月9日到2019年11月25日。在這八周中氣溫變化明顯，有相對(duì)的低溫和高溫日，能夠有效地研究在此溫差范圍內(nèi)水質(zhì)中COD、BOD5的去除效率受溫度變化的影響。

1.研究區(qū)概況及采樣

采樣地點(diǎn)為貴州省安順市某污水處理廠，廠內(nèi)污水處理工藝有粗細(xì)格柵、初沉池、氧化溝，沉砂池、消毒間，日平均處理污水量為0.45萬立方米，平均污水停留時(shí)間為14h，去污工藝處理后，再按一級(jí)B標(biāo)排放。采樣時(shí)間為秋冬季10月至12月，每周固定時(shí)間采集一次水樣，共8周。分別在污水的進(jìn)水口布點(diǎn)每次采集500mL，14h后在出水口布點(diǎn)采集500mL。樣品需要測(cè)定BOD5與COD，因此采用避光，4℃保存以延緩生物反應(yīng)，且加入一定量的H2SO4使水樣pH小于2，調(diào)節(jié)酸堿度以防止待測(cè)組分沉淀、揮發(fā)或被吸附。

2.實(shí)驗(yàn)方法

(1)COD測(cè)定方法

取10mL水樣在錐形瓶中，加5mL硫酸汞溶液和5mL的0.25mol/L重鉻酸鉀溶液，再加幾顆玻璃珠，混合搖勻。再加2mL硫酸汞、15mL硫酸-硫酸銀，恒溫爐上先大火沸騰后轉(zhuǎn)至小火加熱2h。冷卻后冷凝管上端口緩緩加入蒸餾水沖洗一般加45mL，再加2～3滴試亞鐵靈，拿硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定到錐形瓶中的顏色為紅褐色為止，記錄數(shù)據(jù)，代入公式計(jì)算。按照HJ828-2017環(huán)境檢測(cè)方法執(zhí)行。

(2)BOD5測(cè)定方法

主要檢測(cè)儀器用生化培養(yǎng)箱，型號(hào)及編號(hào)為LRH-250F/FX-3502。先取水樣曝氣15min，震蕩，根據(jù)表稀釋，再加2mL丙烯基硫脲，加稀釋水至刻度待測(cè)。裝滿試樣于溶解氧瓶中，上蓋、水封、于20℃培養(yǎng)箱中5d，測(cè)溶解氧。按照HJ505-2009環(huán)境檢測(cè)方法執(zhí)行。

(3)采樣水溫測(cè)定

每次采樣時(shí)，直接用溫度計(jì)放入已采集的水樣中測(cè)量水樣溫度。

3.數(shù)據(jù)結(jié)果

如表1所示，測(cè)定的進(jìn)水COD、BOD5在11月13日均出現(xiàn)峰值為84mg/L和28.4mg/L，進(jìn)水COD與BOD5濃度值分別在58.0mg/L～84.0mg/L、17.2mg/L～28.4mg/L之間。經(jīng)過污水處理后，出水COD、BOD5濃度值分別在4mg/L～12mg/L 0.6mg/L～2.4mg/L之間。去除率的計(jì)算為進(jìn)水濃度減去出水濃度的值除以進(jìn)水濃度，COD去除率在81%～95%之間，BOD5去除率在90%～98%之間（表1）。進(jìn)水溫度與出水水溫最高差值為6.2℃，平均水溫最高為11月13日的19.6℃，平均水溫最低為12月4日的7.8℃（表1）。

表1 進(jìn)出水COD及BOD5濃度、去除率及水溫

4.討論

(1)COD處理效果與溫度的關(guān)系

由表1可看出COD的進(jìn)、出水濃度變化規(guī)律，11月13日出現(xiàn)進(jìn)水濃度最大值為84mg/L，10月30日COD進(jìn)水濃度最小值為54mg/L。期間COD的出水濃度在4mg/L～12mg/L之間，根據(jù)城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)判定，COD濃度值標(biāo)準(zhǔn)為小于60mg/L達(dá)標(biāo)，因此處理后的出水COD濃度值達(dá)標(biāo)，且出水COD濃度值穩(wěn)定。

從表1可知，除12月4日水溫在10℃以下外，其余幾次測(cè)定水溫均在15℃以上。剛開始進(jìn)入冬季水溫保持在15℃以上，對(duì)微生物維持活性產(chǎn)生了積極的作用。圖1可知COD的去除率與平均水溫的散點(diǎn)圖，呈近似線狀的關(guān)系，擬合直線y=0.0112x+0.7127與散點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.8779，說明隨著溫度的升高，污水處理廠中COD去除率也不斷升高，COD去除率與水溫呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1 COD去除率與溫度的關(guān)系

從表1來看，10月30日和11月6日的COD去除率均在93%，前者平均水溫為18.4℃低于后者的19.2℃。10月23日和11月20日的COD去除率均在91%，前者平均水溫為16.2℃低于后者的18.3℃。一般來說，污水中存在大量微生物，微生物的活性與溫度有一定關(guān)系，在常溫范圍內(nèi)，溫度越高則活性越好，溫度越低活性越低，高水溫處理效果應(yīng)比低水溫處理效果稍好。但這兩組數(shù)據(jù)中，前者水溫明顯低于后者的情況下，COD去除率卻相同。有學(xué)者認(rèn)為COD濃度值越大，污泥的負(fù)荷值越高，活性好，對(duì)應(yīng)的去除率越高。10月30日進(jìn)水COD值為74mg/L大于11月6日的60mg/L，10月23日進(jìn)水COD值為70mg/L大于11月20日的58mg/L。因此，本實(shí)驗(yàn)中COD去除率除了受溫度影響外，還和進(jìn)水COD的濃度有關(guān)系，進(jìn)水COD濃度越高COD去除率也有所提高。

(2)BOD5處理效果與溫度的關(guān)系

如表1所示，可以看出：在10月14日到12月4日期間，進(jìn)水BOD5濃度值在17.2mg/L～28.4mg/L之間，出水BOD5濃度在0.6mg/L～2.4mg/L之間，根據(jù)污染物BOD5最高允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)20mg/L，均達(dá)標(biāo)。

BOD5分解反應(yīng)速率的增加有可能會(huì)因?yàn)闇囟鹊牟粩嗌仙袡C(jī)物的氧化速率加快，水中溶解氧（DO）消耗量變大。秋冬季節(jié)的溫度偏低于生化培養(yǎng)所需溫度，低溫溶解氧飽和度偏大，因此在生化培養(yǎng)時(shí)，會(huì)因DO過飽和度較大從而產(chǎn)生大量氣泡，對(duì)測(cè)定結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。本次實(shí)驗(yàn)均屬于在秋冬季節(jié)取樣，由表1平均水溫度表可知，除了12月4日，其他測(cè)定的平均水溫均在15℃以上及20℃以下，DO飽和度不會(huì)對(duì)此次研究造成較大不準(zhǔn)確性，因此BOD5的去除率可信。

從表1知道BOD5的去除率在90%～98%之間。BOD5的測(cè)定過程是生物氧化過程，微生物的生長發(fā)育及其繁殖，離不開都營養(yǎng)元素，影響B(tài)OD5測(cè)定的影響因素較多，但影響最為明顯的因素是溫度。由圖2可知BOD5的去除率與溫度的散點(diǎn)圖，呈近似線狀的關(guān)系，擬合直線y=0.0062x+0.8457與散點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.8911，說明隨著溫度的升高，污水處理廠中BOD5的去除率也不斷升高，BOD5的去除率與水溫呈正相關(guān)關(guān)系。

圖2 BOD5去除率與溫度的關(guān)系

5.結(jié)論

該污水處理廠出水水質(zhì)的濃度均是在正常允許濃度排放范圍之內(nèi)，出水水質(zhì)均達(dá)標(biāo)。對(duì)污水監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：COD去除率在81%～95%之間，BOD5去除率90%～98%之間。在本研究中，隨著溫度的升高，污水處理廠中COD去除率與BOD5去除率也不斷升高，COD及BOD5去除率與水溫呈正相關(guān)關(guān)系，其中COD去除率除了受溫度影響外，還和進(jìn)水COD的濃度有關(guān)系，進(jìn)水COD濃度越高COD去除率也有所提高。