污水处理厂化验室建设的思考

1、污水处理厂化验室建设的思考郑波，李俊英，黄伟明，方闻摘 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；检测项目随着我国社会和经济的高速发展， 环境问题日益突出。水在自然资源 中是最普遍，分布最广泛，对人类最重要的自然资源，日益严重的水 污染状况也成了我国不得不面对的问题。 随着国家和地方政府的重视 与投入，我国水污染处理行业也不断得到发展，尤其在“十一五”期 间，根据建设部的规划目标，我国将新建 1000座污水厂，处理能力 将达到10000万立方米/日，而实际上到

2、2009年底，已经基本实现 了该目标。2006到2009年我国污水处理行业的发展情况见图 1。2口加年底创町年底2DD8年底2009年底三至国污水雉理厂数量T一日处理京图 1 2006 年到 2009 年我国污水处理行业发展状况Figure1. The development of wastewater treatment inChina from 2006 to 2009 数据来源：住房和城乡建设部城市建设司 与此同时，各种先进的污水处理工艺，如改进的氧化沟、深井曝气工 艺、 MBR 工艺等得以应用。国外许多先进、高效的污水处理设备， 如微孔曝气机、变频鼓风机等，也进入了我国污水处理行业 1

3、 。各种 先进的在线仪器仪表，如在线 ORP、DO 、pH 等，开始应用于污水 处理工艺控制 2 。 但是，关于污水处理厂化验室设备配备和检测指标方面， 缺乏统一的 标准。到目前为止，仅在 CJJ31-89 城镇污水处理厂附属建筑和附 属设备设计标准 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，并给出了一张常规配置表。因此，国内的污水处理厂 化验室，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， 与其先进的水处理工艺、 自动化控制

4、系统、 管理水平等相比，显得格格不入。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，污水厂化验室应该具备如下功能： 废水特性的研究排放口水质监测 过程仪表的校正和补充1. 污水处理厂化验室在各个平台中的检测内容1.1 废水特性研究众所周知， 在污水处理厂设计前， 应对废水进行检测以了解废水的特 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 节工艺运行工况。但是，由于各种原因，污水处理厂的废水进水流量 及水质，会发生变化 3,4 ，一旦水质、水量超过设计参数，则会严重 影响污水处理效果，导致出厂水不达标。因此，污水厂都在进口

5、选择 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： 流量 一般采用在线监测仪器。 pH 由于活性污泥的活性条件、脱氮除磷工艺的条件均对 pH 值有要求，该指标成为污水厂进水必测的项目。 生化需氧量（ BOD ）和化学需氧量（ COD ） 可相对的表示出污水中有机物含量， BOD 5/COD 的比值可作为污水可生化 性指标，从一个侧面去指示污水处理工艺的可行性。 悬浮物 SS 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。 营养物质（总氮TN、氨氮NH3-N、总磷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，

6、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，进水相关营养盐物质也成为进水水质的重要检测项目。 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。根据以上，一般针对进水水质化验室仪表的配置如表1:表1污水厂进水水质化验室仪表配置Tablel. Lab in strume nt con figurati on of wastewatertreatme nt pla nt laboratory for inlet water参数传统测定方法所需仪器推荐配置小型污水处理厂中型污水处理厂大型污水处理厂pH玻璃电极法pH计HACH sen sIO

7、N1 pH 电极HACH HQ11dpH电极BOD稀释与接种法溶解氧测定仪HACH BODTrakII 压差法BOD分析仪悬浮物重量法天平HACH TSS portableCOD重铬酸钾法消极-滴定装置HACH DR890比色计HACHDR2800 分光光度计HACH DR5000紫外可见分光光度计总氮碱性过硫酸钾消解-紫外比色法紫外可见分光光度计氨氮蒸馏和滴定法蒸馏和滴定装置总磷钼酸铵分光光度法分光光度计重金属可见分光光度法/火焰原子分光光度法分光光度计/原子吸收光谱仪HACH DR5000紫外可见分光光 度计/原子吸收 光谱仪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

8、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 行监测，以国内应用的最多的具备脱氮除磷工艺的 A2/0工艺为例（见 图2），在各个工艺段推荐检测的重要参数有：Figure2. Typical process flow diagram of A2/O1.2.1 厌氧池 原污水与二沉池回流的含磷污泥混合后，在兼性厌 氧菌的作用下，部分易生物降解的大分子有机物被转化为小分子的挥 发性脂肪酸（VFA），聚磷菌吸收这些小分子有机物合成 PHB并储 存在细胞内， 同时将细胞内的聚磷水解成正磷酸盐释放到水中。 该工 艺段的重要参数包括： pH聚磷菌厌氧释磷的适宜 pH

9、 是 68 。 温度在厌氧段，温度对厌氧释磷的影响不太明显，在530 C除磷效果均好。 DO在严格的厌氧环境下，聚磷菌才能从体内大量释放出磷而处于饥饿状态， 为好氧段的大量吸磷创造了前提， 从而才能 有效地从污水中去除磷。 ORP 由于在厌氧段，一般要求 DO<0.2mg/L ，传统 的 DO 传感器在该区段无法发挥作用。而研究表明 ORP 与厌氧放磷 效果存在一定的相关性，因此，通过对该区段 ORP 的检测，可以很 好的指示该系统厌氧放磷的程度 5 。 硝酸盐 回流污泥从二沉池回到厌氧池，将部分NO X-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

10、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。C/P 比 在厌氧池段，聚磷菌要吸收低分子有机物合成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 ，大致反映废水中有机物总含量的； BOD，大致反映废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导致引起 pH值的降低而导致过程厌氧消化过程的失败； PO4-P，污水中的溶 解磷含量；TP,污水中总磷含量。 污泥浓度 MLSS 通常系统中 MLSS 越大，则厌氧段的释磷效

11、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反硝化脱氮， 硝态氮从好氧池通 过内循环回流到缺氧池， 反硝化细菌利用污水中的有机物将回流液中 的硝态氮还原为氮气。该工艺段的重要参数包括： pH反硝化菌脱氮适宜的 pH 是 6.57.5 。 温度温度对反硝化速率的影响与法硝化设备类型、硝酸盐负荷率等因素有关，一般适宜温度是 1525 C。 DO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。 ORP 由于在缺氧段，一般要求 DO<0.5mg/L ，传统 的 DO 传感器在

12、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 5 。 C/N 比 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 BOD5 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 5/TKN > 46 时碳源充足。与此相关的参数是五日生化需氧量 BOD 5和总凯氏氮 TKN。1.2.3 好氧池 去除 BOD 、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： pH 在好氧硝化段，对硝化菌适宜的 pH 为 7.58.5 。 碱度 硝化反应每氧化 1g 氨氮要消耗碱度 7.14g （以 C

13、aCO3 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。 温度好氧段适宜的温度范围是3035 C。 DO 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。所以根据经验，好氧池的 DO 为 2mg/L 左右为宜。 C/N 比 C/N 比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

14、菌产率或增长速率比活性污泥异养菌低得多， 若废水中 BOD5 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 BOD5 低于 20mg/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 lgNO 2 还原 为N2需要碳源有机物2.86g。一般认为，当废水的B0D5/TKN值 大于46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。与此相关的参数有五日生化需氧量 BOD 5、总凯氏氮 TKN 和污泥浓度 MLSS 。 MLSS 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/m 3 S

15、VI 反映污泥的松散程度和凝聚性能，评价活性和吸附 能力和污泥结构松散程度，预测污泥膨胀 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 沉淀池 二沉池是以沉淀、去除生物处理过程中产生的污泥 获得澄清的处理水为其主要目的。 二沉池有别于其它沉淀池， 其作用 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： 污泥浓度 MLSS、MLVSS 、污泥界面等。125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，

16、比如余氯、二 氧化氯、臭氧等。根据以上，一般针对工艺过程重要参数的化验室仪表的配置如表2 :表2、针对工艺过程重要参数的化验室仪表的配置Table2. Lab in strume nt con figurati on of wastewatertreatme nt pla nt laboratory for processparameter参数传统测定方法所需仪器推荐配置小型污水处理厂中型污水处理厂大型污水处理厂pH/温度玻璃电极法pH计HACH sen sION1 pH 电极HACH HQ11d pH电极ORP玻璃电极法ORP计HACH sen slON1 ORP 电极HACH HQ11dO

17、RP电极DO膜电极法溶解氧电化学仪HACH LDO荧光法溶解氧仪BOD稀释与接种法溶解氧测定仪HACH BODTrakII 压差法BOD分析仪悬浮物重量法天平污泥界面-hach iss portableCOD重铬酸钾法消极-滴定装置HACH DR890比色计HACHDR2800分光HACH DR5000 紫外可见分光光度计总氮碱性过硫酸钾紫外可见分光光消解-紫外比色法度计光度计氨氮蒸馏和滴定法蒸馏和滴定装置凯氏氮TKN消解-纳氏试剂法蒸馏装置和分光光度计消毒剂含量滴定法滴定装置总磷钼酸铵分光光度法分光光度计重金属可见分光光度法/火焰原子分光光度法分光光度计/原子吸收光谱仪HACH DR5000

18、 紫外可见分光光度计/原子吸收光谱仪挥发性脂肪酸VFA蒸馏-滴定法蒸馏和滴定装置HACHDR2800分光光度计HACH DR5000 紫外可见分光光度计/电位滴定仪活性污泥的结构和生物镜检观察显微镜相1.3排放口监测排口的监测一直以来是最受重视的部分， 也有标准可依。早期的排口 监测项目主要根据受纳水体的类型来决定， 比如排入江河湖泊的要遵 循GB3838-88地面水环境质量标准，排入海洋的要遵循 GB3097-82 海洋水质标准等，同时 GB8978-88 综合污水排 放标准也指导污水处理厂的污水排放。 1993 年，城建部编制了专 门针对污水处理行业的 CJ3025-93 城市污水处理厂污

19、水污泥排放 标准，首次加入了对排放污泥的检测。1996年，GB8978-96综 合污水排放标准 作了修订，对城市污水处理厂污水排放执行该标准。 但由于该标准本身偏重工业废水排放管理， 在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 6， GB18918-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准应运而生，该 标准对城镇污水处理厂废水、 废气和污泥的排放标准作了规定。 现有 的污水处理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

20、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

21、 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。根据以上，一般针对排放口的化验室仪表的配置如表3。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 7 。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计在线仪表； 这使得必须采 用实

22、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 8。 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 。表4、污水处理厂常用在线仪表及对应的实验室仪表Table4. Com mon process in strume nts and corresp ondinglab in strume nts in wastewater treatme nt pla nt位置参数代表性在线仪器代表性实验室/便携式仪表进水pHHACH pHD pH 差分电极HACH Se nslON1/HQ11d pH计氨氮HACH Amtax

23、compactHACH DR2800/DR5000 分光光度计总氮HACH NPW-150 总磷 / 总氮/COD分析仪总磷CODHACH CODmax悬浮物SSHACH SOLITAX scHACH TSS Portable工艺过 程DOHACH LDO+SC100 或Zullig DO S-14HQ30d LDO荧光法溶解氧仪MLSSHACH SOLITAX scHACH TSS PortablePHHACH pHD pH 差分电极HACH Se nslON1/HQ11d pH计ORPHACH pHD ORP 差分电极HACH Sen sION1/HQ11dORP计PO4-PHACH Ph

24、osphax sc 正磷分析仪HACH DR2800/DR5000 分光光度计NH4-NHACH NH4Dsc /AmtaxCompactNO3-NHACH NITRATAX sc污泥界面HACH SONATAX scHACH TSS Portable余氯CL17余（总）氯分析仪HACH DR2800/DR5000 分光光度计pHHACH pHD pH 差分电极HACH Se nslON1/HQ11d pH计排氨氮HACH Amtax compact放总氮HACH NPW-150 总磷 / 总HACH DR2800/DR5000 分光口总磷氮/COD分析仪光度计CODHACH CODmax悬浮

25、物SSHACH SOLITAX scHACH TSS Portable表3、针对排放口的化验室仪表的配置Table3. Lab in strume nt con figurati on of wastewatertreatme nt pla nt laboratory for outlet water类别1参数传统测定方法所需仪器推荐配置小型污水处理厂中型污水处理厂大型污水处理厂水污基本pH玻璃电极法pH计HACH sen sION1 pH 电极HACH HQ11d pH 电极染排放控制项目BOD稀释与接种法溶解氧测定仪HACH BODTrakll 压差法BOD分析仪悬浮物SS重量法天平HAC

26、H TSS portable动植物油红外分光光度法红外测油仪石油类红外分光光度法红外测油仪色度稀释倍数法-COD重铬酸钾法消极-滴定装置HACHHACHDR2800分光光度计HACH DR5000 紫外可见分光光度计总氮碱性过硫酸钾消解-紫外比色法紫外可见分光光度计氨氮蒸馏和滴定法蒸馏和滴定装置总磷钼酸铵分光光度法分光光度计DR890比色计阴离子表面活性剂亚甲兰分光光度法分光光度计重金属可见分光光度法/火焰原子分光光度法分光光度计/原子吸收光谱仪HACH DR5000 紫外可见分光光度计/原子吸收光谱仪粪大肠菌群数多管发酵法生化培养箱HACH MEL MPN 微生物实验室选择控制项目总氰化物吡

27、啶-巴比妥酸分光光度法分光光度计HACHDR2800分光光度计HACH DR5000 紫外可见分光光度计挥发酚蒸馏后-4氨基安替比林分光光度法分光光度计硫化物亚甲基兰分光光度法分光光度计其他有机物气相色谱法/液相色谱法气相色谱/液相色谱气相色谱/液相色谱重金属可见分光光度法/原子吸收分光光度法HACH DR5000 紫外可见分光光度计/原子吸收光谱仪大 气 污 染 物氨水杨酸分光光度法分光光度计HACHDR890比色计HACHDR2800分光光度计HACH DR5000 紫外可见分光光度计硫化氢气相色谱法气相色谱臭气浓度三点比较法臭袋法-甲烷气相色谱污泥污泥有机物降重铬酸钾法消解-滴定装控制特

28、性解率置指标含水率烘干法天平水分测定仪蠕虫卵死亡率显微镜法显微镜粪大肠菌群菌值多管发酵法生化培养箱HACH MEL MPN微生物实验室可见分光光度分光光度计/HACH DR5000紫外可重金属法/原子吸收分原子吸收分光见分光光度计/原子吸收光光度法光度计光谱仪污泥农用硼姜黄素比色法分光光度计HACH DR5000见分光光度计紫外可扌旨标石油类红外分光光度法红外测油仪其他有机物气相色谱法气相色谱2 .污水处理厂化验室建设的建议 综上所述，一座污水处理厂，其化验室的检测应该具备全方面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：2.1先进的水质分析仪表的应用随着水处理事业的发

29、展， 越来越多的先进水质分析仪表开始走入普通 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 GB18918-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准 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恶 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的检 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的测定各个工艺段营养盐的含量。2.2 一些新颖而有意义参数的监测 随着科学研

30、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的指导污水处理工 艺，或者可以更好的保护水环境。比如总有机碳（TOC），相比于 COD 更能全面地反应水体中有机物的含量；生物毒性这个指标可以 直观的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。因此，污水处理厂化验室的分析仪表的配置建议如表 5。3、结论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： 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

31、 后续的污水处理工艺提供反馈信息与预警。 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。 针对污水处理厂的排放口，应该能够检测GB18918-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准中规定的常规 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。 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。表5、污水处理厂化验室分析仪表推荐配置清单Table5. Recomme ndati on Lab in strume nt con figurati on forwastewater treatme nt pla nt laboratory分析仪表推荐的污水处理厂级别应用点可选品牌及型号说明小型中型大型进各工艺排口过程仪表的水段校正多参数比色计HACH DR890 多参数比色计使用比色法测定 水质 COD、TP、TN、氨氮等多种 参数，分光光