李陽+羅艷麗+王純利+王文全+丁晟

摘 要：對烏魯木齊市兩家污水處理廠的工藝進行比較，分析這兩廠出水水質(zhì)的基本理化性質(zhì)和重金屬的形態(tài)。結(jié)果表明：甲廠采用不完全的“AB法工藝”，對SS、CODCr 和BOD5有較強的處理效果，而總磷和氨氮去除效果不明顯。其中，SS、CODCr、BOD5、總磷和氨氮的去除率分別為43%，66%，74%，44%，48%。乙廠采用氧化溝工藝，對進水中的SS、CODCr、BOD5、總磷和氨氮均有良好的去除效果，相應(yīng)的去除率依次為81%，94%，96%，96%，88%。兩廠出水中Cd含量雖未超標，但均以水溶態(tài)為主，兩廠的工藝對Cd無去除效果。甲廠的出水水中Pb含量低于進水中Pb含量，但乙廠進水和出水中Pb含量無顯著差異，均以水溶態(tài)為主。兩廠出水中Zn含量下降，Cu含量無顯著變化。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；出水水質(zhì)；重金屬形態(tài)；烏魯木齊市

中圖分類號：S273.5 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.01.021

Comparison of Discharged Water Quality and Process Between Two Wastewater Treatment Plants in Urumqi

LI Yang， LUO Yan-li， WANG Chun-li， WANG Wen-quan， DING Sheng

（College of Grassland and Environmental Sciences， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052， China）

Abstract： The process was compared between two wastewater treatment plants in Urumqi and the primary physical and chemical parameters regarding the discharged water quality and the chemical speciation of heavy metals were also analyzed. The result showed that the removal effects of SS， CODCr and BOD5 were comparatively high whereas that of total P and NH3-N were not significant in an incomplete “AB Process” for Plant A. The removal rates of SS， CODCr， BOD5， total P， and NH3-N were 43%， 66%， 74%，44%，48% respectively； the removal effects of SS， CODCr， BOD5， total P， and NH3-N were quite good in a “Oxidation Ditch” for Plant B， which were 81%， 94%， 96%， 96%，88% respectively. The majorities of Cd were water soluble though not exceeded the standard， both plants had no removal effect on Cd. The concentration of Pb was slightly decreased after the treatment in Plant A but no significant difference in Plant B. The majorities of Pb were water soluble in both plants， in which Zn decreased and Cu no significant difference after the treatments.

Key words： wastewater treatment plants； discharged water quality； chemical speciation of heavy metals； Urumqi

收稿日期：2013-10-24；修訂日期：2013-11-17

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然基金（2011211A027）；新疆維吾爾自治區(qū)土壤學重點學科項目

作者簡介：李陽（1987—），女，新疆人，在讀碩士生，主要從事廢棄物處理與資源化利用研究。

通訊作者簡介：王文全（1968—），女，新疆人，副教授，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測與污染防治研究。

烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)首府，全疆政治、經(jīng)濟、文化中心，也是新亞歐大陸橋中國西段的橋頭堡和我國西部對外開放的重要窗口。隨著改革開放的深化，市場經(jīng)濟迅速發(fā)展，烏魯木齊市人口迅速增長，污水排放量增大，污水處理成為一個不容忽視的問題。從污染源排出的污水，因含污染物總量或濃度較高，達不到排放標準要求或不能滿足環(huán)境容量要求，所以需經(jīng)過污水處理廠進行人工強化處理。烏魯木齊市共有城鎮(zhèn)污水處理廠7家，污水處理級別均為以生物處理為主的二級處理，采用的污水處理方法主要有：AB法、SBR、微孔曝氣氧化溝等[1]。2011年7月至10月，筆者選擇烏魯木齊市兩座采用不同處理工藝的污水廠，3次采集水樣進行水質(zhì)的基礎(chǔ)理化性質(zhì)測定和重金屬形態(tài)分析，以對比不同處理工藝的出水水質(zhì)，為兩廠改善工藝提高污水處理效果提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 兩家污水處理廠基本情況簡介

甲廠位處烏魯木齊市水磨溝區(qū)，丘陵地貌， 地形起伏，該廠將明渠內(nèi)的污水全部引入處理，截斷了水磨河的一大污染源，甲廠還向周邊荒山綠化林地輸送中水，灌溉林地，不僅有效解決了綠化用水問題，而且避免了直接用污水進行綠化帶來的二次污染[2]。乙廠位于烏魯木齊市東山區(qū)，該廠污水基本來自水磨溝區(qū)排水區(qū)域內(nèi)的生活、工業(yè)廢水及污水廠自身產(chǎn)生的生活廢水。污水經(jīng)處理后，夏季主要用于紅光山綠化，提高城市大氣質(zhì)量；冬季排入水磨河。兩廠基本情況見表1。

1.2 樣品采集

采樣時間為2011年7月、8月和10月。進水采自格柵間，出水為二沉池出水。樣品采集完畢立即帶回實驗室均于4 ℃冰箱冷藏保存。

1.3 樣品測定

BOD5采用稀釋接種法測定；CODCr采用重鉻酸鉀法測定；SS、總鹽采用重量法測定；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；總磷采用鉬酸銨分光光度法測定；氨氮采用納氏試劑比色法測定；硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測定。

水樣中重金屬的形態(tài)采用改進的BCR法測定水溶態(tài)B0、醋酸可提取態(tài)B1、可還原態(tài)B2、可氧化態(tài)B3和殘渣態(tài)B4[3]。取水樣50 mL，用定性濾紙過濾，濾液收集于50 mL容量瓶中，作水溶態(tài)重金屬分析用；濾紙上的殘渣經(jīng)分級提取測定其余形態(tài)。Cd和Pb的形態(tài)用TAS-990型原子吸收光譜儀石墨爐裝置測定，Zn和Cu則采用火焰法測定[4-5]，5種形態(tài)之和為重金屬的總含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)均用Excel 2003 及SPSS 17.0進行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩家污水廠污水和再生水基本理化性質(zhì)分析

從表2可以看出，甲廠和乙廠的工藝對pH值的影響均不顯著，甲廠對CODCr和BOD5的去除效果顯著，乙廠對SS、CODCr和BOD5的去除效果均顯著。其中，甲廠對SS、CODCr和BOD5的去除率分別為43%，66%，74%；而乙廠對以上指標的去除率依次為81%，94%，96%。由于甲廠采用AB 活性污泥工藝的A段工藝，污水中約50%的CODCr和BOD5是由SS形成的，此工藝主要是利用絮凝吸附去除SS進而達到去除BOD5的效果[6]。乙廠采用氧化溝工藝，該工藝主要是利用微生物的生物降解去除CODCr和BOD5，乙廠工藝能更有效的去除CODCr和BOD5[7]。

從表3可以看出，兩廠對總鹽去除效果均不顯著，甲廠對總磷去除效果顯著，乙廠對總磷及氨氮去除效果均顯著。其中甲廠對總鹽、總磷和氨氮的去除率分別為2%，44%，48%；而乙廠對總鹽、總磷和氨氮的去除率依次為1%，96%，88%。乙廠對總磷和氨氮的去除效果優(yōu)于甲廠。由于氧化溝工藝中供氧量和碳源的控制會影響硝酸鹽氮的處理效果，如果供氧過量或碳源的缺乏將影響工藝的反硝化階段，而這會導致乙廠出水中硝酸鹽氮和總氮含量處理效果不理想[8]。

參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，甲廠出水中氨氮達到一級標準，總磷達到二級排放標準，BOD5達到三級排放標準，SS及CODCr超標；乙廠出水中CODCr、BOD5、總磷和氨氮均達到一級A排放標準，而SS超標[9]。

2.2 兩家污水廠污水和再生水重金屬形態(tài)分析

由于污水廠進水和出水均非澄清透明，其中常含有大量顆粒物雜質(zhì)，重金屬是存在于水溶液中，還是存在于顆粒物中，將直接關(guān)系到重金屬的遷移性。如作為灌溉用水，不僅應(yīng)考慮水中重金屬的總量，還應(yīng)考慮其形態(tài)和生物有效性。故采用修正的BCR法分析了水樣中重金屬的形態(tài)。

重金屬的不同化學形態(tài)有著不同的環(huán)境效應(yīng)和生物有效性[10]。水溶態(tài)B0易于遷移轉(zhuǎn)化，能被植物吸收。醋酸可提取態(tài)B1（即碳酸鹽結(jié)合態(tài)）重金屬，對土壤環(huán)境條件特別是pH值最敏感，當pH值下降時易重新釋放出來而進入環(huán)境中，是易被植物吸收的形態(tài)?？蛇€原態(tài)B2（即鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）重金屬一般是以礦物的外囊物和細粉散顆粒存在，土壤中pH值和氧化還原條件的變化對其有重要影響?？裳趸瘧B(tài)B3（即有機結(jié)合態(tài)）重金屬是土壤中各種有機物如動植物殘體、腐殖質(zhì)及礦物顆粒的包裹層等與土壤中重金屬鏊合而成，反映人類排放富含有機物的污水的結(jié)果，有學者認為B3態(tài)也是主要的植物可給性形態(tài)。殘渣態(tài)B4金屬一般性質(zhì)穩(wěn)定，在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在土壤中，不易為植物吸收。兩廠的測定結(jié)果見表4。

乙廠的進水主要來源是生活污水，伴有少量的工業(yè)污水，而甲廠以生活污水為主。乙廠的污水重金屬含量高于甲廠的污水。對比《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，兩廠出水Cd、Pb、Zn和Cu含量均未超標，水樣中的Cd主要分布在水溶態(tài)中，Pb主要分布在水溶態(tài)和殘渣態(tài)中；Zn的5種形態(tài)均有分布，但主要分布在水溶態(tài)和殘渣態(tài)中；Cu主要分布在水溶態(tài)中。

Cd：經(jīng)過兩家污水廠的處理，Cd總量無顯著變化，但各形態(tài)比例有一定的變化，其中B0（水溶態(tài)）無變化或略上升，B1（醋酸可提取態(tài)）、B3（可氧化態(tài)）下降，B4（殘渣態(tài)）上升。說明兩家污水廠的工藝對生物毒性較強的重金屬Cd無明顯的去除效果。再生水中Cd仍以水溶態(tài)為主，有較大的生物有效性，如果作為灌溉水源，需加強監(jiān)測，以防止Cd在土壤和作物中的累積。

Pb：水樣中Pb的總量略有下降，B0（水溶態(tài)）無變化，B1（醋酸可提取態(tài)）、B3（可氧化態(tài)）下降，B4（殘渣態(tài)）上升，這個變化趨勢與Cd一致。水樣中的Pb含量雖未超過國家標準，但以B0（水溶態(tài)）為主，有較高的生物有效性，也應(yīng)引起重視。

Zn：水樣中Zn總量下降，其中B0（水溶態(tài)）下降，B2（可還原態(tài)）略上升。說明兩家污水廠的工藝對Zn有一定的去除效果，主要是對B0（水溶態(tài)）去除效果較好。

Cu：水樣中Cu總量形態(tài)變化均不顯著。

3 討 論

由于兩種工藝的差別引起兩廠出水水質(zhì)的不同，甲廠的AB 活性污泥法的A段工藝通過吸附、絮凝和沉淀來去除不溶解性物質(zhì)，可利用絮凝吸附去除CODCr和BOD5。但由于A段工藝無法進行硝化和反硝化作用，因此對氮的去除效果不佳。另外，因為生活污水中約30%的總磷是以懸浮狀態(tài)存在的，所以通過絮凝吸附作用可以對磷進行去除。通常B段曝氣池是AB法的核心部分，主要由細菌細胞通過氧化作用將大分子有機物分解為無機物，B段在有合理氧含量和足夠碳源的條件下進行硝化及反硝化反應(yīng)可達到良好的脫氮作用[11]。由于甲廠采用的是不完全的“AB法工藝”，缺乏B段致使脫氮除磷效果不佳，污泥量大，出水雖較適宜用于城市綠化，但出水SS及CODCr超標，所以仍然需要進一步改造。

乙廠采用氧化溝工藝，在好氧微生物的生物降解作用下去除CODCr和BOD5。該工藝主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達到脫氮除磷的目的。因為在缺氧區(qū)能提供聚磷菌厭氧釋磷環(huán)境，所以可以進而去除水中的總磷。影響氧化溝脫氮的主要因素是DO、硝酸鹽濃度及碳源濃度，其中DO是硝化作用（好氧區(qū)）及反硝化作用（缺氧區(qū)）的前提條件。在好氧區(qū)若供氧量過低，氨氮轉(zhuǎn)化受阻，脫氮效果就不好。在缺氧區(qū)，碳源濃度過低會影響反硝化作用，由氨氮轉(zhuǎn)化形成的硝酸鹽氮無法正常脫氮，所以出水中硝酸鹽氮含量增加，影響氮的去除[8]。乙廠2010年起采用了細格柵/曝氣生物濾池/機械攪拌高密度澄清池/V 型濾池/ClO2消毒工藝進行深度處理，工程實踐表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水COD < 60 mg·L-1，BOD5< 10 mg ·L-1，NH3 - N≤1 mg ·L-1，TP≤1 mg ·L-1，SS < 6 mg·L-1，已達到回用標準并回用到下游神化熱電廠和中泰化學工業(yè)園區(qū)的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，大大節(jié)約了新水取用量[12] ，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié) 論

本研究對比了烏魯木齊市兩座污水廠的工藝，分析了兩廠水質(zhì)的基本理化性質(zhì)和重金屬的形態(tài)。

（1）甲廠采用不完全的“AB法工藝”，對進水中的CODCr 、BOD5、總磷有顯著的處理效果，對總鹽及pH值的影響效果均不顯著。其中，甲廠對SS、CODCr、BOD5、總鹽、總磷和氨氮的去除率分別為43%，66%，74%，2%，44%，48%。參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，甲廠出水中氨氮達到一級標準，總磷達到二級排放標準，BOD5達到三級排放標準，SS及CODCr超標[9]。

（2）乙廠采用氧化溝工藝，對進水中的CODCr、BOD5、總磷和氨氮均有顯著的去除效果。乙廠對SS、CODCr、BOD5、總鹽、總磷和氨氮的去除率依次為81%，94%，96%，1%，96%，88%。參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，乙廠出水中CODCr、BOD5、總磷和氨氮均可達到一級A排放標準，而SS超標[9]。

（3）兩廠進水和出水中的Cd含量未超標，以水溶態(tài)為主，但對Cd無去除效果。甲廠的進水中Pb含量低于出水中Pb含量，但乙廠進水和出水中Pb含量無顯著差異，均以水溶態(tài)為主。兩廠進水中Zn含量下降，Cu含量無顯著變化。

參考文獻：

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Cu：水樣中Cu總量形態(tài)變化均不顯著。

3 討 論

由于兩種工藝的差別引起兩廠出水水質(zhì)的不同，甲廠的AB 活性污泥法的A段工藝通過吸附、絮凝和沉淀來去除不溶解性物質(zhì)，可利用絮凝吸附去除CODCr和BOD5。但由于A段工藝無法進行硝化和反硝化作用，因此對氮的去除效果不佳。另外，因為生活污水中約30%的總磷是以懸浮狀態(tài)存在的，所以通過絮凝吸附作用可以對磷進行去除。通常B段曝氣池是AB法的核心部分，主要由細菌細胞通過氧化作用將大分子有機物分解為無機物，B段在有合理氧含量和足夠碳源的條件下進行硝化及反硝化反應(yīng)可達到良好的脫氮作用[11]。由于甲廠采用的是不完全的“AB法工藝”，缺乏B段致使脫氮除磷效果不佳，污泥量大，出水雖較適宜用于城市綠化，但出水SS及CODCr超標，所以仍然需要進一步改造。

乙廠采用氧化溝工藝，在好氧微生物的生物降解作用下去除CODCr和BOD5。該工藝主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達到脫氮除磷的目的。因為在缺氧區(qū)能提供聚磷菌厭氧釋磷環(huán)境，所以可以進而去除水中的總磷。影響氧化溝脫氮的主要因素是DO、硝酸鹽濃度及碳源濃度，其中DO是硝化作用（好氧區(qū)）及反硝化作用（缺氧區(qū)）的前提條件。在好氧區(qū)若供氧量過低，氨氮轉(zhuǎn)化受阻，脫氮效果就不好。在缺氧區(qū)，碳源濃度過低會影響反硝化作用，由氨氮轉(zhuǎn)化形成的硝酸鹽氮無法正常脫氮，所以出水中硝酸鹽氮含量增加，影響氮的去除[8]。乙廠2010年起采用了細格柵/曝氣生物濾池/機械攪拌高密度澄清池/V 型濾池/ClO2消毒工藝進行深度處理，工程實踐表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水COD < 60 mg·L-1，BOD5< 10 mg ·L-1，NH3 - N≤1 mg ·L-1，TP≤1 mg ·L-1，SS < 6 mg·L-1，已達到回用標準并回用到下游神化熱電廠和中泰化學工業(yè)園區(qū)的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，大大節(jié)約了新水取用量[12] ，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié) 論

本研究對比了烏魯木齊市兩座污水廠的工藝，分析了兩廠水質(zhì)的基本理化性質(zhì)和重金屬的形態(tài)。

（1）甲廠采用不完全的“AB法工藝”，對進水中的CODCr 、BOD5、總磷有顯著的處理效果，對總鹽及pH值的影響效果均不顯著。其中，甲廠對SS、CODCr、BOD5、總鹽、總磷和氨氮的去除率分別為43%，66%，74%，2%，44%，48%。參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，甲廠出水中氨氮達到一級標準，總磷達到二級排放標準，BOD5達到三級排放標準，SS及CODCr超標[9]。

（2）乙廠采用氧化溝工藝，對進水中的CODCr、BOD5、總磷和氨氮均有顯著的去除效果。乙廠對SS、CODCr、BOD5、總鹽、總磷和氨氮的去除率依次為81%，94%，96%，1%，96%，88%。參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，乙廠出水中CODCr、BOD5、總磷和氨氮均可達到一級A排放標準，而SS超標[9]。

（3）兩廠進水和出水中的Cd含量未超標，以水溶態(tài)為主，但對Cd無去除效果。甲廠的進水中Pb含量低于出水中Pb含量，但乙廠進水和出水中Pb含量無顯著差異，均以水溶態(tài)為主。兩廠進水中Zn含量下降，Cu含量無顯著變化。

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Cu：水樣中Cu總量形態(tài)變化均不顯著。

3 討 論

由于兩種工藝的差別引起兩廠出水水質(zhì)的不同，甲廠的AB 活性污泥法的A段工藝通過吸附、絮凝和沉淀來去除不溶解性物質(zhì)，可利用絮凝吸附去除CODCr和BOD5。但由于A段工藝無法進行硝化和反硝化作用，因此對氮的去除效果不佳。另外，因為生活污水中約30%的總磷是以懸浮狀態(tài)存在的，所以通過絮凝吸附作用可以對磷進行去除。通常B段曝氣池是AB法的核心部分，主要由細菌細胞通過氧化作用將大分子有機物分解為無機物，B段在有合理氧含量和足夠碳源的條件下進行硝化及反硝化反應(yīng)可達到良好的脫氮作用[11]。由于甲廠采用的是不完全的“AB法工藝”，缺乏B段致使脫氮除磷效果不佳，污泥量大，出水雖較適宜用于城市綠化，但出水SS及CODCr超標，所以仍然需要進一步改造。

乙廠采用氧化溝工藝，在好氧微生物的生物降解作用下去除CODCr和BOD5。該工藝主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達到脫氮除磷的目的。因為在缺氧區(qū)能提供聚磷菌厭氧釋磷環(huán)境，所以可以進而去除水中的總磷。影響氧化溝脫氮的主要因素是DO、硝酸鹽濃度及碳源濃度，其中DO是硝化作用（好氧區(qū)）及反硝化作用（缺氧區(qū)）的前提條件。在好氧區(qū)若供氧量過低，氨氮轉(zhuǎn)化受阻，脫氮效果就不好。在缺氧區(qū)，碳源濃度過低會影響反硝化作用，由氨氮轉(zhuǎn)化形成的硝酸鹽氮無法正常脫氮，所以出水中硝酸鹽氮含量增加，影響氮的去除[8]。乙廠2010年起采用了細格柵/曝氣生物濾池/機械攪拌高密度澄清池/V 型濾池/ClO2消毒工藝進行深度處理，工程實踐表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水COD < 60 mg·L-1，BOD5< 10 mg ·L-1，NH3 - N≤1 mg ·L-1，TP≤1 mg ·L-1，SS < 6 mg·L-1，已達到回用標準并回用到下游神化熱電廠和中泰化學工業(yè)園區(qū)的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，大大節(jié)約了新水取用量[12] ，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié) 論

本研究對比了烏魯木齊市兩座污水廠的工藝，分析了兩廠水質(zhì)的基本理化性質(zhì)和重金屬的形態(tài)。

（1）甲廠采用不完全的“AB法工藝”，對進水中的CODCr 、BOD5、總磷有顯著的處理效果，對總鹽及pH值的影響效果均不顯著。其中，甲廠對SS、CODCr、BOD5、總鹽、總磷和氨氮的去除率分別為43%，66%，74%，2%，44%，48%。參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，甲廠出水中氨氮達到一級標準，總磷達到二級排放標準，BOD5達到三級排放標準，SS及CODCr超標[9]。

（2）乙廠采用氧化溝工藝，對進水中的CODCr、BOD5、總磷和氨氮均有顯著的去除效果。乙廠對SS、CODCr、BOD5、總鹽、總磷和氨氮的去除率依次為81%，94%，96%，1%，96%，88%。參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》，乙廠出水中CODCr、BOD5、總磷和氨氮均可達到一級A排放標準，而SS超標[9]。

（3）兩廠進水和出水中的Cd含量未超標，以水溶態(tài)為主，但對Cd無去除效果。甲廠的進水中Pb含量低于出水中Pb含量，但乙廠進水和出水中Pb含量無顯著差異，均以水溶態(tài)為主。兩廠進水中Zn含量下降，Cu含量無顯著變化。

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