針對(duì)工業(yè)廢水與市政污水協(xié)同處理的可行性問(wèn)題，研究了液晶面板廢水對(duì)2座不同污水處理廠（G 和 N）生化工藝各功能段的影響。結(jié)果表明，液晶面板廢水好氧出水對(duì)2座污水處理廠好氧段功能（OUR、COD 去除率、硝化作用）的影響均不大，對(duì)缺氧段（反硝化作用）和厭氧段（釋磷作用）的影響則根據(jù)污水廠原效果的不同而不同。N污水處理廠在加入工業(yè)廢水后反硝化和釋磷速率略有降低，但整體功能仍可實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠來(lái)水不單純是生活污水，往往含有工業(yè)廢水，給污水處理廠的模擬設(shè)計(jì)工作帶來(lái)更多的困難和挑戰(zhàn)。工業(yè)廢水中含有大量難降解或有毒有害物質(zhì)，對(duì)生物處理系統(tǒng)中的微生物存在抑制。此外，工業(yè)廢水的處理壓力較大，大部分工業(yè)園或大型企業(yè)排放的工業(yè)廢水經(jīng)初步處理達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)后即排至城鎮(zhèn)污水處理廠，可能會(huì)對(duì)處理效果產(chǎn)生影響，使運(yùn)行管理面臨更大挑戰(zhàn)。

王秀等開展了制藥廠二沉池出水與城市污水混合處理的可行性研究，通過(guò)不同配比混合以及增加預(yù)氧化及過(guò)濾工藝等，確定不同配比下的工藝條件、最佳引入點(diǎn)和工藝點(diǎn)。相關(guān)研究主要集中在某一廢水對(duì)城鎮(zhèn)污水處理效果的影響，以及二者協(xié)同處理的工藝參數(shù)優(yōu)化。本文考察了液晶面板廢水對(duì)2座市政污水處理廠各功能段（厭氧、缺氧、好氧）功能的影響，初步探索了液晶面板廢水與市政污水廠協(xié)同處理的可行性，以期為工業(yè)廢水與城市污水協(xié)同處理的可行性方面提供一定指導(dǎo)。

01

實(shí)驗(yàn)部分

1

實(shí)驗(yàn)污水處理廠

選擇某市2座污水處理廠，分別標(biāo)記為G和N。

G污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為15萬(wàn)m3/d，主要工藝為強(qiáng)化脫氮的改良A2/O，其污水具有明顯的低碳高氮特征，尤其在雨季進(jìn)水碳源更低，處于較低運(yùn)行負(fù)荷狀態(tài)。N污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為56萬(wàn)m3/d，主要工藝為具有生物除磷脫氮功能的MUCT工藝，建立時(shí)間早，運(yùn)行效果穩(wěn)定。G、N污水處理廠的好氧污泥質(zhì)量濃度分別為5150、3284 mg/L。

2

實(shí)驗(yàn)用水

某光電企業(yè)液晶面板生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各類高濃度廢液和含氟含磷的酸性無(wú)機(jī)廢水、低污染清洗水，同時(shí)產(chǎn)生大量有機(jī)廢水。實(shí)驗(yàn)用水中的工業(yè)廢水選取該企業(yè)廢水生物處理系統(tǒng)的好氧池出水（HX）。生活污水就近選取G污水處理廠進(jìn)水（G）、N污水處理廠進(jìn)水（N）。表1為實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)情況。

表1 實(shí)驗(yàn)用廢水水質(zhì)  mg/L

3

實(shí)驗(yàn)方案

使用磁力攪拌器和3000 mL標(biāo)準(zhǔn)燒杯，輔以曝氣裝置。將泥水混合后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，定期取樣測(cè)定。

好氧段功能影響：將工業(yè)廢水與市政污水按一定比例混合（預(yù)實(shí)驗(yàn)后確定體積比為2∶3），以市政污水為對(duì)照，測(cè)定活性污泥好氧呼吸速率（OUR）、COD和氨氮在4 h內(nèi)的變化情況，考察工業(yè)廢水對(duì)污水廠好氧段污泥性能的影響。

缺氧段功能影響：將工業(yè)廢水與市政污水按體積比2∶3混合，以市政污水為對(duì)照，加入不同污水廠的缺氧污泥，通過(guò)硝酸鹽和亞硝酸鹽的變化考察工業(yè)廢水對(duì)缺氧段脫氮反硝化的影響。

厭氧段功能影響：將工業(yè)廢水與市政污水按體積比2∶3混合，以市政污水為對(duì)照，加入不同污水廠的厭氧污泥，通過(guò)磷酸鹽的變化考察工業(yè)廢水對(duì)厭氧段釋磷功能的影響。

4

測(cè)定項(xiàng)目及方法

DO用溶解氧測(cè)定儀（美國(guó)哈希公司）測(cè)定；COD用COD快速測(cè)定儀（美國(guó)哈希公司）測(cè)定；NH4+-N用納氏試劑分光光度法測(cè)定；NO3--N用酚二磺酸分光光度法測(cè)定；NO2--N用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法測(cè)定；PO43-用鉬銻抗分光光度法測(cè)定；MLSS用重量法測(cè)定。

02

結(jié)果與討論

1

好氧段功能分析

（1）OUR變化規(guī)律

OUR變化曲線由2種反應(yīng)過(guò)程決定，起始階段是有機(jī)物降解與硝化并存，呼吸速率是兩者之和。當(dāng)有機(jī)物降解基本完成時(shí)（盡管有機(jī)物降解引起的呼吸速率仍存在，但非常小可忽略不計(jì)），呼吸速率會(huì)突然下降，形成一個(gè)平穩(wěn)階段，此時(shí)的呼吸速率是硝化和內(nèi)源呼吸的總和。硝化將要完成時(shí)，呼吸速率會(huì)再次突然下降形成另一個(gè)平穩(wěn)階段，此時(shí)的呼吸速率是內(nèi)源呼吸。

將工業(yè)廢水（HX）與市政污水混合，考察其對(duì)G和N污水處理廠好氧污泥OUR的影響，見圖1。

圖1 工業(yè)廢水對(duì)G（a）、N（b）污水處理廠好氧污泥OUR的影響

從圖1可以看出，20 min后有機(jī)物降解基本完成，硝化分別在70、55 min后基本完成?；旌蠌U水實(shí)驗(yàn)組的好氧污泥OUR總體上低于對(duì)照組（市政污水），但二者變化規(guī)律基本一致，可推論工業(yè)廢水對(duì)好氧微生物有一定抑制，但整體功能未受明顯影響。

（2）COD變化規(guī)律

工業(yè)廢水對(duì)G和N污水處理廠好氧污泥COD降解能力的影響如圖2所示。

圖2 工業(yè)廢水對(duì)G（a）、N（b）污水處理廠好氧污泥COD降解的影響

從圖2可見，向市政污水（G）和混合廢水（HX/G）中加入好氧池污泥后COD分別降低59%、52%，市政污水（N）和混合廢水（HX/N）的COD分別降低72%、51%，主要是由于污泥的快速吸附作用?；旌戏磻?yīng)30 min內(nèi)COD有一定降低，30 min后出水COD無(wú)明顯變化，一是由于吸附后COD本身較低，二是易降解的COD在30 min內(nèi)基本降解完成，這與OUR結(jié)果一致。

綜上可見，工業(yè)廢水的加入對(duì)好氧段異養(yǎng)微生物未產(chǎn)生明顯的不良影響，出水COD比對(duì)照組高是由于工業(yè)廢水中含有難降解物質(zhì)。

（3）NH4+-N變化規(guī)律

圖3為工業(yè)廢水對(duì)G和N污水處理廠好氧污泥硝化作用的影響。

圖3 工業(yè)廢水對(duì)G、N污水處理廠好氧污泥硝化作用的影響

從圖3可見，反應(yīng)1 h后市政污水（G）和混合廢水（HX/G）的氨氮去除率可達(dá)89%，反應(yīng)30 min后市政污水（N）和混合廢水（HX/N）的氨氮去除率達(dá)到85%以上，與OUR變化情況基本一致?？傮w上混合廢水和市政污水的氨氮變化情況無(wú)明顯區(qū)別，說(shuō)明工業(yè)廢水的加入對(duì)好氧污泥的硝化作用未產(chǎn)生明顯抑制。只是2個(gè)污水處理廠之間硝化速率有一定差異，N污水處理廠的硝化速率明顯高于G污水處理廠。

2

缺氧段功能分析

圖4為工業(yè)廢水對(duì)G和N污水處理廠缺氧段反硝化反應(yīng)的影響。

圖4 工業(yè)廢水對(duì)G（a）、N（b）污水處理廠反硝化反應(yīng)的影響

從圖4（a）可見，在混合廢水和市政污水中加入G污水處理廠缺氧池污泥后，無(wú)反硝化進(jìn)行。結(jié)合G污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況，可能是由于長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致缺氧段反硝化功能欠缺。由圖4（b）可見，N市政污水反應(yīng)起點(diǎn)的硝酸鹽較低，僅為2.39 mg/L，反應(yīng)10 min內(nèi)降低了79%，亞硝酸鹽在前20 min內(nèi)從0.20 mg/L降至0.02 mg/L，1 h后開始有所回升；混合廢水反應(yīng)起點(diǎn)的硝酸鹽高達(dá)20.47 mg/L，2 h內(nèi)一直呈降低趨勢(shì)，其中前40 min反應(yīng)速度較快，之后略放緩，而亞硝酸鹽持續(xù)升高，2 h內(nèi)從0.18 mg/L升至0.49 mg/L。

由此可見N污水處理廠的反硝化功能良好，在此條件下混入工業(yè)廢水，硝酸鹽呈明顯下降趨勢(shì)，2 h后降低63%；亞硝酸鹽出現(xiàn)一定積累，但濃度較低，即反硝化反應(yīng)第二步的速率略低于第一步，但整體上脫氮效果明顯，反硝化速率略低于對(duì)照組（僅市政污水）。反硝化菌可利用的碳源除易生物降解的有機(jī)物外，還可用難生物降解的有機(jī)物和內(nèi)源碳作碳源。

本實(shí)驗(yàn)中的碳源量對(duì)于反硝化而言略有不足，可能是反硝化速率受到影響的原因。實(shí)際運(yùn)行中需根據(jù)總氮濃度和反硝化速率適當(dāng)調(diào)整，補(bǔ)充碳源，避免亞硝酸鹽積累對(duì)微生物產(chǎn)生抑制。

3

厭氧段功能分析

工業(yè)廢水對(duì)G和N污水處理廠厭氧釋磷的影響如圖5所示。

圖5 工業(yè)廢水對(duì)G（a）、N（b）污水處理廠厭氧釋磷的影響

從圖5（a）可以看出，在混合廢水和市政污水中加入?yún)捬醭匚勰嗑窗l(fā)現(xiàn)磷酸鹽升高的現(xiàn)象，可能是由于G污水處理廠長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，整個(gè)生化處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況差，厭氧污泥不具備厭氧釋磷的性能，且由于吸附作用，反應(yīng)初始即發(fā)生快速吸附，導(dǎo)致磷酸根濃度瞬時(shí)降低。從圖5（b）可見，在市政污水中加入?yún)捬跷勰嗪?，磷酸根不斷升高，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，其上升速度變緩；而混合廢水中的磷酸根呈緩慢降低的趨勢(shì)。

理論上，有硝態(tài)氮進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)時(shí)，釋磷效果會(huì)受到很大影響。反硝化細(xì)菌的反硝化過(guò)程和聚磷菌釋磷過(guò)程均會(huì)利用碳源，其中聚磷菌的競(jìng)爭(zhēng)性較反硝化菌差，這就導(dǎo)致硝態(tài)氮進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)時(shí)使聚磷菌的釋磷及PHB合成能力受到抑制，厭氧釋磷效果變差。

吳劍等發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮質(zhì)量濃度高于15 mg/L時(shí)對(duì)釋磷效果有影響。鄭燕清等發(fā)現(xiàn)初始硝態(tài)氮較高的條件下，混合液中的總磷少量降低，反硝化基本結(jié)束后才出現(xiàn)磷的厭氧釋放。本實(shí)驗(yàn)中混合廢水的硝酸鹽＞20 mg/L，釋磷作用可能受到硝酸鹽的影響。另外，工業(yè)廢水中含有鈣、鋁、銅等離子可與磷酸根反應(yīng)沉淀，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

從2.2和2.3可見，G污水處理廠和N污水處理廠的差異性明顯。G污水處理廠來(lái)水復(fù)雜，不單純是生活污水，使得設(shè)計(jì)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化的難度提高。此外，在考察工業(yè)廢水與市政污水協(xié)同處理可行性時(shí)，單一污水處理廠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不具備適他性，可能導(dǎo)致判斷失誤，這對(duì)各地污水處理規(guī)劃提出了更高要求：

一方面，部分污水處理廠可只接納生活污水，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)運(yùn)行，用最少的投入實(shí)現(xiàn)最佳處理效果，節(jié)能降耗，這部分技術(shù)已相對(duì)成熟可靠；

另一方面對(duì)于工業(yè)廢水的處理需求，應(yīng)合理布局、統(tǒng)籌考慮生活污水的分配，既實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水與市政污水的協(xié)同處理，又不額外增加工業(yè)廢水處理的負(fù)擔(dān)。

03

結(jié)論

（1）在G污水處理廠混入工業(yè)廢水后，好氧段OUR、COD去除、硝化作用并未受到明顯影響；混入工業(yè)廢水后缺氧段和厭氧段未顯示出反硝化和釋磷作用，但對(duì)照組同樣未顯示脫氮除磷功能，不能說(shuō)明工業(yè)廢水對(duì)脫氮除磷功能產(chǎn)生抑制。

（2）在N污水處理廠混入工業(yè)廢水后，好氧段OUR、COD去除、硝化作用未受到明顯影響；缺氧段反硝化作用也可進(jìn)行，只是速率略有降低，亞硝酸鹽略有積累；混入工業(yè)廢水后厭氧段釋磷作用受到影響，可能是由于硝態(tài)氮濃度較高，也可能是廢水中的鈣、鋁、銅等離子與磷酸根反應(yīng)發(fā)生沉淀，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整工藝運(yùn)行方式、配水方式等實(shí)現(xiàn)理想的處理效果。

（3）工業(yè)廢水與城鎮(zhèn)污水協(xié)同處理的可行性，更多依賴于城鎮(zhèn)污水處理工藝原本的可靠性、成熟度和運(yùn)行穩(wěn)定性。當(dāng)城鎮(zhèn)污水處理工藝各級(jí)功能完善時(shí)，工業(yè)廢水經(jīng)一定處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，與城鎮(zhèn)污水協(xié)同處理是可行的，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)可得到最佳條件。