成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)特征分析

劉堰楊,唐啟亮

(成都空港環(huán)境投資有限公司,四川成都 610200)

成都市是我國西南地區(qū)特大城市之一,地處四川盆地西部、青藏高原東緣。成都市幅員遼闊,土地面積為14 335 km2,常住人口2 093.8萬人,其中城鎮(zhèn)戶籍人口1 015.61萬人、鄉(xiāng)村戶籍人口504.09萬人[1]。作為常住人口數(shù)量超2 000萬的超大城市,成都市污染治理設(shè)施建設(shè)還存在短板,如污水處理能力不足、分布不均。為深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)總書記對(duì)四川工作系列重要指示精神,建設(shè)踐行國家賦予成都的新發(fā)展理念的公園城市示范區(qū)重大使命,成都市區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略將加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為重要任務(wù)之一?！冻啥际小笆奈濉鄙鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出,到2025年,城市、縣城和重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水集中處理率分別達(dá)到98.5%、95%和85%以上。

污水水質(zhì)特征是污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)、提標(biāo)改造的關(guān)鍵參考指標(biāo),決定了污水處理設(shè)施核心處理工藝的選擇與關(guān)鍵設(shè)備的選型,也是污水處理設(shè)施調(diào)整工藝參數(shù)、優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行管理的重要依據(jù)[2]。了解和掌握污水水質(zhì)特征對(duì)污水處理設(shè)施提高污水處理效果、有效降低運(yùn)行成本、確保出水長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)具有重要意義[3-4]。

本文以成都市8座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠為研究對(duì)象,系統(tǒng)分析了其進(jìn)水水質(zhì)特征[化學(xué)需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、氨氮、總氮(TN)、總磷(TP)、懸浮物(SS)]的變化規(guī)律及指標(biāo)間的相關(guān)性、一元線性關(guān)系,以及進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)比值的概率分布特征,并與國內(nèi)其他污水進(jìn)水水質(zhì)相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)與對(duì)比,以便為鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的工藝選擇、升級(jí)改造、運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

以成都市8座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠為研究對(duì)象,系統(tǒng)分析其2021年全年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP、SS)的變化規(guī)律、各指標(biāo)間的相關(guān)性和線性關(guān)系,以及水質(zhì)指標(biāo)比值的概率分布特征,對(duì)國內(nèi)其他污水進(jìn)水水質(zhì)相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)與對(duì)比。采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析等數(shù)據(jù)分析方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)分布特征分析

成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠2021年全年進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)CODCr、氨氮、SS、TN、TP、BOD5的描述性分析結(jié)果和正態(tài)性檢驗(yàn)如表1所示,各月平均值如表2所示。

表1 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析和正態(tài)性檢驗(yàn)

表2 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)月平均值

Kolmogorov-Smirnov與Shapiro-Wilk檢驗(yàn)常用于分析數(shù)據(jù)分布是否符合正態(tài)性分布,如果觀測(cè)值的總數(shù)為大樣本(N>1 000),一般采用Kolmogorov-Smirnov統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)。本研究中各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)顯著性水平均小于0.05,表明各項(xiàng)指標(biāo)不服從正態(tài)分布。此外,各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)偏度系數(shù)均大于0,說明其數(shù)據(jù)分布為正偏分布,峰尖偏左,多集中于低值部分,平均值大于中位數(shù)。峰度系數(shù)除了氨氮之外,其余水質(zhì)指標(biāo)均大于0,是由較多低頻度的大于或小于平均值的極端差值引起的,說明這些水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)分布比標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布更為陡峭,尤其是TP最為陡峭。而氨氮的峰度小于0,說明其數(shù)據(jù)分布較正態(tài)分布更加平緩。

2.2 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)逐月變化特征分析

進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、氨氮、SS、TN、TP、BOD5)濃度逐月變化情況如圖1所示。箱形圖的上邊緣和下邊緣分別代表水質(zhì)指標(biāo)最大值和最小值,箱形的頂部與底部分別代表上下四分位數(shù),箱形內(nèi)的橫線代表中位數(shù),方塊代表平均值。

CODCr質(zhì)量濃度為19.00～1 930.00 mg/L,全年月均值為201.49～394.58 mg/L。CODCr全年平均值都大于中位數(shù),特別是8月、9月、10月極高值的出現(xiàn)導(dǎo)致平均值甚至大于上四分位數(shù)?？v觀全年可以發(fā)現(xiàn),成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水情況較為復(fù)雜,2021年1月—4月CODCr均值(347.47 mg/L)較5月—12月CODCr均值(258.78 mg/L)高,且有較多極高值出現(xiàn)導(dǎo)致變化幅度較大,而受雨季降雨影響,7月CODCr濃度普遍較低。

氨氮質(zhì)量濃度為1.00～138.00 mg/L,全年月均值為25.23～36.21 mg/L,10月氨氮平均濃度最低,4月最高。除了1月、2月,全年平均值都大于中位數(shù)。雖然氨氮的數(shù)據(jù)整體分布較為平緩,但成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中氨氮在1月—4月的整體變化范圍在全年來說仍處于較大水平。

進(jìn)水SS濃度逐月變化規(guī)律與其余水質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)出截然不同的變化規(guī)律。SS全年質(zhì)量濃度為8.00～965.00 mg/L,月均值為47.72～364.79 mg/L,1月SS平均濃度最低,9月最高。值得注意的是,SS在1月—5月數(shù)據(jù)分布較為集中,而在6月—12月SS平均值較大且變化范圍大。

TN質(zhì)量濃度為4.00～125.00 mg/L,全年月均值為30.28～46.19 mg/L,10月TN平均濃度最低,2月最高。除了1月—2月,全年平均值都明顯大于中位數(shù)。與CODCr、氨氮較為類似,TN在1月—4月變化幅度較大,尤其是2月變化范圍最大且平均值小于中位數(shù)。

TP質(zhì)量濃度為0.00～17.00 mg/L,全年月均值為3.07～4.64 mg/L,8月TP平均濃度最低,2月最高。除了2月、3月,全年平均值都大于中位數(shù)。SS各月均值較為接近,但結(jié)合峰度、偏度數(shù)據(jù)綜合分析可發(fā)現(xiàn),成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中TP進(jìn)水變化幅度較大,因此,對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的藥耗控制方面提出了一定的要求。

BOD5質(zhì)量濃度為7.00～499.00 mg/L,全年月均值為80.10～159.80 mg/L,8月BOD5平均濃度最低,1月最高。除了3月,全年平均值都大于中位數(shù),9月、10月平均值較高接近上四分位數(shù)。與CODCr、氨氮、TN較為類似,BOD5在1月—4月平均濃度相對(duì)較高且變化幅度較大,8月—10月受雨季影響進(jìn)水BOD5平均較低。

總的來說,成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中CODCr、BOD5、TN、氨氮在1月—4月變化范圍大。除了SS外,其余指標(biāo)均符合進(jìn)水濃度冬季較高、夏季較低的趨勢(shì),與多篇文獻(xiàn)[5-6]中報(bào)道一致。這可能是因?yàn)橐环矫?冬季用水量與降雨量銳減,在一定程度上對(duì)生活污水起到濃縮作用。另一方面,冬季污水管網(wǎng)中來水流量很小,管道中易形成沉積物,受降雨及污水對(duì)管道的沖刷作用,可能導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)中污染物濃度峰值的出現(xiàn)[7]。而夏季氣溫增加導(dǎo)致居民用水量增加,降雨增多導(dǎo)致雨水混入污水管網(wǎng),進(jìn)水濃度較低。SS在1月—5月數(shù)據(jù)分布較為集中且較低,而在6月—12月平均值較大且變化范圍大。氨氮分布較為平緩,TP變化幅度最大、數(shù)據(jù)分布更為陡峭。

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中,鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠由于處理規(guī)模較小、進(jìn)水情況復(fù)雜、濃度變化范圍大,時(shí)常出現(xiàn)高、低濃度進(jìn)水水質(zhì)及超處理能力來水水量的沖擊[7]。因此,必須充分掌握進(jìn)水水量和水質(zhì)的瞬時(shí)波動(dòng)帶來的影響及應(yīng)對(duì)措施,通過工藝調(diào)控、調(diào)整產(chǎn)量等手段加強(qiáng)工藝管理,盡量減少或消除其對(duì)生產(chǎn)造成的不利影響,保障出水長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。具體來說,對(duì)于高、低濃度進(jìn)水水質(zhì)沖擊,應(yīng)該優(yōu)先考慮工藝調(diào)控手段,包括調(diào)整回流量、曝氣量、藥劑投加量等,再根據(jù)具體情況配合調(diào)整產(chǎn)量,保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。而在污水處理廠面對(duì)來水水量沖擊時(shí),對(duì)于產(chǎn)量的調(diào)整則尤為重要。對(duì)于一些長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠,也可通過增加一體化污水處理設(shè)施、新增調(diào)節(jié)池等方式暫且緩解來水過多的問題,但仍需報(bào)告上級(jí)主管部門,進(jìn)行提標(biāo)或者管網(wǎng)改造以解決根本問題。對(duì)于采用MBR工藝的污水處理廠來說,若長(zhǎng)期出現(xiàn)來水水量過多、高濃度進(jìn)水、渣物油脂較多等情況,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)MBR膜的維護(hù),保障處理能力。

2.3 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)對(duì)成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP、SS進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)。各指標(biāo)間均具有顯著相關(guān)性,CODCr與BOD5、TN與氨氮相關(guān)性較好,相關(guān)系數(shù)分別為0.874、0.924。碳(CODCr、BOD5)、氮(氨氮、TN)、磷(TP)之間具有一定相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)在0.432～0.678。SS與其余水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)均較低,特別是與TN、氨氮最低,相關(guān)系數(shù)分別為0.144、0.089,說明成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中SS與其他指標(biāo)有著不同的來源[8]。在合流制排水系統(tǒng)中,管道沉積物主要來自于生活污水和雨天徑流帶入排水管的SS,其成分以無機(jī)顆粒為主,是污水中SS的主要來源。管道沉積物的存在降低了管道的排水容量,增大了阻力,雨天排水系統(tǒng)溢流排放時(shí),可能將沉積物中積累的大量污染物帶入收納水體,因此,城市排水體制應(yīng)優(yōu)先采用分流制,對(duì)于采用合流制的老舊城區(qū)排水管網(wǎng)也應(yīng)該進(jìn)行改造。對(duì)于污水處理廠來說,活性污泥法對(duì)于無機(jī)物幾乎無去除效果,SS進(jìn)入生化池后會(huì)對(duì)微生物活性造成影響,影響TN等指標(biāo)的處理效果,因此,預(yù)處理階段中SS的去除效果格外重要。一般來說,預(yù)處理階段應(yīng)設(shè)置粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池,如采用MBR膜工藝則預(yù)處理階段還應(yīng)設(shè)置膜格柵。通過預(yù)處理階段去除SS后,污染物濃度也會(huì)明顯降低,有利于后續(xù)生化處理。

表3 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

采用最小二乘法對(duì)成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP、SS進(jìn)行回歸分析,計(jì)算各水質(zhì)指標(biāo)間的回歸方程及相關(guān)系數(shù)R2(表4)。CODCr與BOD5、TN與氨氮之間的線性擬合效果最好,相關(guān)系數(shù)R2分別為0.740、0.848。SS與CODCr、BOD5、TP的線性關(guān)系一般,R2分別為0.154、0.085、0.132,而與TN、氨氮的擬合效果均不太理想,相關(guān)關(guān)系不明顯,R2分別為0.004、0.001,這與柳勇等[8]研究結(jié)果較為一致。

表4 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)的回歸分析

2.4 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)比例關(guān)系的特征分析

成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水中水質(zhì)指標(biāo)比例關(guān)系的概率分布如圖2所示。BOD5/CODCr是指可生物降解的有機(jī)物占總有機(jī)物量的比值,常用于評(píng)價(jià)污水可生化性。當(dāng)BOD5/CODCr<0.1時(shí)不適于生物處理;當(dāng)0.20.4的累積概率為54.58%,在0.4～0.6的概率為47.60%,BOD5/CODCr為0.6時(shí)累積概率為93.20%,說明成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)水具有一定的可生化性,適于生物處理。

注:各比例超出一定數(shù)值后概率過小,未在圖中體現(xiàn)。

反硝化脫氮過程需要充足的有機(jī)物作為碳源及電子供體,BOD5/TN是影響TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)。一般來說,在常規(guī)除磷脫氮工藝及控制條件下,當(dāng)污水的BOD5/凱氏氮(TKN)為4～6、BOD5/TN>4時(shí),可以認(rèn)為碳源充足[9]。BOD5/TN為0.26～29.92,平均值為2.97,中位數(shù)為2.25,全年BOD5/TN<3的累積概率為69.89%,<4的累計(jì)概率為81.46%,說明成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水BOD5/TN普遍偏低,需要外加碳源以滿足反硝化過程脫氮需要。污水處理廠常見碳源有乙酸鈉、葡萄糖、甲醇等。成都8座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠采用乙酸鈉作為碳源,乙酸鈉具有較快的反硝化響應(yīng)速度、易于儲(chǔ)存、安全等特點(diǎn),對(duì)于TN的去除有較好的效果。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中,成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的出水TN受碳源影響最大,尤其對(duì)于設(shè)計(jì)規(guī)模在1 500 m3/d以下的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠來說,乙酸鈉作為碳源的優(yōu)越性較為明顯。

進(jìn)水懸浮固體無機(jī)組分含量(SS/BOD5)是除了BOD5/TN以外影響活性污泥處理工藝TN達(dá)標(biāo)的另外一個(gè)重要參數(shù)[9]。生物處理系統(tǒng)的進(jìn)水SS/BOD5越高,反硝化速率越低,導(dǎo)致碳源在缺氧段未被充分利用,從而導(dǎo)致TN去除率下降。理論分析和工程經(jīng)驗(yàn)表明,在碳源偏少的情況下,進(jìn)水SS對(duì)TN達(dá)標(biāo)的影響不可忽視。該工程進(jìn)水SS/BOD5為0.05～21.88,平均值為1.76,中位數(shù)為1.24,SS/BOD5>1.1的累積概率為55.71%,>1.4的累積概率為42.50%。

BOD5/TP是用于評(píng)價(jià)污水生物除磷是否可行的重要指標(biāo)。城市污水處理系統(tǒng)中有效進(jìn)行生物除磷一般要求BOD5/TP>20,比值越大越能保證聚磷菌在除磷過程中有足夠的基質(zhì),除磷效果越好[4]。該工程進(jìn)水BOD5/TP為1.68～575.38,平均值為29.53,中位數(shù)為22.63,全年BOD5/TP>20的累積概率為61.49%,說明成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)水碳源基本滿足生物除磷需要。

一般來說,BOD5/TP和TN/TP可以判斷污水中氮、磷可否滿足微生物生長(zhǎng)的需求。當(dāng)污水中BOD5和氮、磷的比值達(dá)到100∶5∶1時(shí)[10],即可滿足微生物生長(zhǎng)對(duì)氮、磷的需求。該工程進(jìn)水TN/TP為1.68～79.77,平均值為10.9,中位數(shù)為10.15,>5的概率為88.59%,分布在5～15的累積概率為84.09%,全年TN/TP>20的累積概率為4.58%。

3 討論

3.1 國內(nèi)污水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比分析

將成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水各水質(zhì)指標(biāo)的均值及概率分布結(jié)果與國內(nèi)其他城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村等污水進(jìn)水進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表5所示。

表5 國內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)平均值

北京市、上海市、天津市與濟(jì)南市城市生活污水進(jìn)水水質(zhì)較為接近,合肥市則相對(duì)較低,各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)與本研究較為接近。與城市生活污水水質(zhì)相比,鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水污染物含量低于大型城市污水處理廠進(jìn)水。北京市、上海市、天津市等大型城市由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模發(fā)展較好,市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及配套污水管網(wǎng)完善程度高,在節(jié)水措施、排水體制等多方面的基礎(chǔ)條件較好,人口眾多,頻繁的人類活動(dòng)所產(chǎn)生的污染物來源相對(duì)也更多,因此,進(jìn)水污染物濃度較鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠更高。而受地域、氣候、人口、工業(yè)發(fā)展等因素影響,不同城市的污水水質(zhì)也有很大區(qū)別[4]。

對(duì)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠來說,其進(jìn)水水質(zhì)主要受到地區(qū)性差異、排水體制、管網(wǎng)完善程度及居民生活習(xí)慣等因素的影響,其中地區(qū)性差異對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的影響最大。一般來說,根據(jù)污水廠所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特點(diǎn)可將地區(qū)性差異分為居住型、工業(yè)型與旅游型。重慶忠縣石寶鎮(zhèn)污水處理廠所在地屬于典型的旅游型鄉(xiāng)鎮(zhèn),主要進(jìn)水為生活污水,進(jìn)水污染物濃度一般,但由于夏季和周末旅游客流量增大,產(chǎn)生的污水量明顯比冬季和平常更大[7]。王曉丹等[7]所研究的重慶市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠所在城鎮(zhèn)為居住型,進(jìn)水水中各種污染物濃度較低,但相較于本研究及重慶忠縣石寶鎮(zhèn)污水處理廠仍處于較高水平。本研究中所涉及的8座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠包含1座旅游型、2座工業(yè)型、5座居住型,各個(gè)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)因所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)類型不同而各有特點(diǎn),總進(jìn)水污染物濃度介于上述兩座重慶鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠之間。就進(jìn)水污染物濃度而言,成都市工業(yè)型鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠大于居住型,居住型大于旅游型。隨著近年來成都市城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)及人口總數(shù)增長(zhǎng),8座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠普遍出現(xiàn)進(jìn)水量逐年增加的情況,這也對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠的生產(chǎn)管理提出了較高的要求。

農(nóng)村地區(qū)進(jìn)水水質(zhì)變化范圍較大,巢湖流域、海南省農(nóng)村污水進(jìn)水濃度較低,而廈門市較高。相較于城鎮(zhèn)污水,農(nóng)村生活污水獨(dú)特的排放特征導(dǎo)致其水量、水質(zhì)具有明顯的時(shí)空差異。時(shí)間上,污水水量和水質(zhì)在1 d中的不同時(shí)間段及一年中的不同季節(jié)均有顯著差異?？臻g上,污水排放特征與地區(qū)經(jīng)濟(jì)、居民生活習(xí)慣等息息相關(guān)[15]。此外,農(nóng)村生活污水水質(zhì)具有地域特異性,與當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏?、生活?xí)慣等有關(guān),同時(shí)與氣候條件等因素也有密切關(guān)系[14]。農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后,管網(wǎng)建設(shè)情況相對(duì)滯后,污水受所處地區(qū)人口數(shù)量、污染物來源、人類活動(dòng)方式等因素影響導(dǎo)致差異較大,在居住人口較少的農(nóng)村地區(qū)進(jìn)水濃度相對(duì)較低。

3.2 國內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)組成特性對(duì)比分析

將成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例的均值及概率分布結(jié)果與國內(nèi)其他城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村等污水進(jìn)水進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表6所示。

表6 國內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)比值平均值及概率分布

就污水可生化性來說,成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水進(jìn)水與上海市、天津市等城市污水處理廠進(jìn)水較為接近,高于全國平均水平,適合生物處理,易于生物降解。各污水處理廠進(jìn)水BOD5/CODCr值的差異,主要是由于不同污水處理廠進(jìn)水的來源不同[17]。本研究中BOD5/TP指標(biāo)大于全國水平,進(jìn)水碳源基本滿足生物除磷需要。而進(jìn)水中TN/TP大于上海市、天津市,相較于發(fā)達(dá)城市來說,本研究污水中氮、磷可滿足微生物生長(zhǎng)的需求。

成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水BOD5/TN指標(biāo)相對(duì)偏低,與合肥市、濟(jì)南市的城市污水處理廠較為接近。除了廈門市農(nóng)村污水,我國絕大多數(shù)地區(qū)BOD5/TN總體偏低,這在全國范圍內(nèi)或?qū)⑹情L(zhǎng)期存在的普遍性問題。我國污水收集系統(tǒng)普遍設(shè)置化糞池,能造成CODCr損耗超過40%,是影響B(tài)OD5/TN的最大因素。此外,合流制或混流制污水收集系統(tǒng)中雨水易攜帶大量溶解氧進(jìn)入管網(wǎng),造成CODCr的分解。若管網(wǎng)出現(xiàn)破損未得到及時(shí)修復(fù),將導(dǎo)致空氣中大量溶解氧進(jìn)入管網(wǎng)進(jìn)一步消耗污水中的碳源[9]。

SS/BOD5受管網(wǎng)體制影響較大,合流制主導(dǎo)的城市污水SS/BOD5為1.2～2.0,進(jìn)水SS中無機(jī)組分含量一般在55%～70%[9]。SS/BOD5過高會(huì)影響TN去除率,本研究中SS/BOD5平均值高于1.5,結(jié)合BOD5/TN指標(biāo),綜合來說TN去除能力有限。

總的來說,成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水雖然適合生物處理,但來源中碳源不足以支持生物脫氮除磷的需要,SS無機(jī)組分較高。為滿足出水達(dá)標(biāo)要求,國內(nèi)大多污水處理廠會(huì)增加深度處理單元[9]。本研究中的8座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠在2019年提標(biāo)改造時(shí)也增加了深度處理單元,通過外加碳源、除磷劑強(qiáng)化脫氮除磷效果,同時(shí)新增了旋流沉砂器、膜格柵處理單元,對(duì)于預(yù)處理段SS的去除有較好的效果,運(yùn)營(yíng)成本相較于提標(biāo)前執(zhí)行一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)時(shí)有所增加。

4 結(jié)論與建議

(1)成都市鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、氨氮、SS、TN、TP、BOD5)均呈正偏態(tài)分布,全年月均值分別為201.49～394.58、25.23～36.21、47.72～364.79、30.28～46.19、3.07～4.64、80.10～159.80 mg/L,SS在1月—5月均值較低且數(shù)據(jù)分布集中,其余指標(biāo)在1月—4月變化較大。

(2)各指標(biāo)間均具有顯著相關(guān)性(α<0.01),CODCr與BOD5、TN與氨氮相關(guān)性較好(R2=0.874、0.924)且線性擬合效果較好(R2=0.740、0.848)。SS與其余水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)均較低(R2≤0.437),與TN、氨氮的擬合效果(R2=0.004、0.001)不太理想,說明成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中SS與其他水質(zhì)指標(biāo)有著不同的來源,受城市排水管網(wǎng)影響較大。

(3)BOD5/CODCr>0.4的累積概率為54.58%、BOD5/TN>4的累積概率為18.54%、BOD5/TP>20的累積概率為61.49%,SS/BOD5、TN/TP平均值分別為1.76、10.90,說明成都鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水適合生物處理,易于生物降解,可滿足微生物生長(zhǎng)對(duì)氮、磷的需求,但需要外加碳源以滿足生物脫氮除磷的需要。由于進(jìn)水中SS無機(jī)組分較高,應(yīng)重視預(yù)處理段各工藝單元對(duì)SS的去除效果,減輕進(jìn)水負(fù)荷,避免對(duì)后續(xù)生物處理段造成不利影響。

(4)與國內(nèi)其他地區(qū)污水進(jìn)水水質(zhì)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn),我國絕大多數(shù)地區(qū)BOD5/TN總體偏低,鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水污染物含量低于大型城市污水處理廠進(jìn)水,農(nóng)村地區(qū)進(jìn)水水質(zhì)變化范圍較大。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中,鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的處理規(guī)模較小,抗沖擊能力弱,因此,生產(chǎn)管理人員必須充分掌握進(jìn)水水量和水質(zhì)的瞬時(shí)波動(dòng)帶來的影響及應(yīng)對(duì)措施,加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行管理與工藝調(diào)控,保障出水長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。