工业废水对不同污水处理厂生化工艺段的影响
针对工业废水与市政污水协同处理的可行性问题，研究了液晶面板废水对2座不同污水处理厂（G 和 N）生化工艺各功能段的影响。结果表明，液晶面板废水好氧出水对2座污水处理厂好氧段功能（OUR、COD 去除率、硝化作用）的影响均不大，对缺氧段（反硝化作用）和厌氧段（释磷作用）的影响则根据污水厂原效果的不同而不同。N污水处理厂在加入工业废水后反硝化和释磷速率略有降低，但整体功能仍可实现。
我国城镇污水厂来水不单纯是生活污水，往往含有工业废水，给污水处理厂的模拟设计工作带来更多的困难和挑战。工业废水中含有大量难降解或有毒有害物质，对生物处理系统中的微生物存在抑制。此外，工业废水的处理压力较大，大部分工业园或大型企业排放的工业废水经初步处理达到纳管标准后即排至城镇污水处理厂，可能会对处理效果产生影响，使运行管理面临更大挑战。
王秀等开展了制药厂二沉池出水与城市污水混合处理的可行性研究，通过不同配比混合以及增加预氧化及过滤工艺等，确定不同配比下的工艺条件、最佳引入点和工艺点。相关研究主要集中在某一废水对城镇污水处理效果的影响，以及二者协同处理的工艺参数优化。本文考察了液晶面板废水对2座市政污水处理厂各功能段（厌氧、缺氧、好氧）功能的影响，初步探索了液晶面板废水与市政污水厂协同处理的可行性，以期为工业废水与城市污水协同处理的可行性方面提供一定指导。
01
实验部分
1
实验污水处理厂
选择某市2座污水处理厂，分别标记为G和N。
G污水处理厂设计规模为15万m3/d，主要工艺为强化脱氮的改良A2/O，其污水具有明显的低碳高氮特征，尤其在雨季进水碳源更低，处于较低运行负荷状态。N污水处理厂设计规模为56万m3/d，主要工艺为具有生物除磷脱氮功能的MUCT工艺，建立时间早，运行效果稳定。G、N污水处理厂的好氧污泥质量浓度分别为5150、3284 mg/L。
2
实验用水
某光电企业液晶面板生产过程中会产生各类高浓度废液和含氟含磷的酸性无机废水、低污染清洗水，同时产生大量有机废水。实验用水中的工业废水选取该企业废水生物处理系统的好氧池出水（HX）。生活污水就近选取G污水处理厂进水（G）、N污水处理厂进水（N）。表1为实验用水水质情况。
表1 实验用废水水质 mg/L
3
实验方案
使用磁力搅拌器和3000 mL标准烧杯，辅以曝气装置。将泥水混合后进行实验，分别设置实验组和对照组，定期取样测定。
好氧段功能影响：将工业废水与市政污水按一定比例混合（预实验后确定体积比为2∶3），以市政污水为对照，测定活性污泥好氧呼吸速率（OUR）、COD和氨氮在4 h内的变化情况，考察工业废水对污水厂好氧段污泥性能的影响。
缺氧段功能影响：将工业废水与市政污水按体积比2∶3混合，以市政污水为对照，加入不同污水厂的缺氧污泥，通过硝酸盐和亚硝酸盐的变化考察工业废水对缺氧段脱氮反硝化的影响。
厌氧段功能影响：将工业废水与市政污水按体积比2∶3混合，以市政污水为对照，加入不同污水厂的厌氧污泥，通过磷酸盐的变化考察工业废水对厌氧段释磷功能的影响。
4
测定项目及方法
DO用溶解氧测定仪（美国哈希公司）测定；COD用COD快速测定仪（美国哈希公司）测定；NH4+-N用纳氏试剂分光光度法测定；NO3--N用酚二磺酸分光光度法测定；NO2--N用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法测定；PO43-用钼锑抗分光光度法测定；MLSS用重量法测定。
02
结果与讨论
1
好氧段功能分析
（1）OUR变化规律
OUR变化曲线由2种反应过程决定，起始阶段是有机物降解与硝化并存，呼吸速率是两者之和。当有机物降解基本完成时（尽管有机物降解引起的呼吸速率仍存在，但非常小可忽略不计），呼吸速率会突然下降，形成一个平稳阶段，此时的呼吸速率是硝化和内源呼吸的总和。硝化将要完成时，呼吸速率会再次突然下降形成另一个平稳阶段，此时的呼吸速率是内源呼吸。
将工业废水（HX）与市政污水混合，考察其对G和N污水处理厂好氧污泥OUR的影响，见图1。
图1 工业废水对G（a）、N（b）污水处理厂好氧污泥OUR的影响
从图1可以看出，20 min后有机物降解基本完成，硝化分别在70、55 min后基本完成。混合废水实验组的好氧污泥OUR总体上低于对照组（市政污水），但二者变化规律基本一致，可推论工业废水对好氧微生物有一定抑制，但整体功能未受明显影响。
（2）COD变化规律
工业废水对G和N污水处理厂好氧污泥COD降解能力的影响如图2所示。
图2 工业废水对G（a）、N（b）污水处理厂好氧污泥COD降解的影响
从图2可见，向市政污水（G）和混合废水（HX/G）中加入好氧池污泥后COD分别降低59%、52%，市政污水（N）和混合废水（HX/N）的COD分别降低72%、51%，主要是由于污泥的快速吸附作用。混合反应30 min内COD有一定降低，30 min后出水COD无明显变化，一是由于吸附后COD本身较低，二是易降解的COD在30 min内基本降解完成，这与OUR结果一致。
综上可见，工业废水的加入对好氧段异养微生物未产生明显的不良影响，出水COD比对照组高是由于工业废水中含有难降解物质。
（3）NH4+-N变化规律
图3为工业废水对G和N污水处理厂好氧污泥硝化作用的影响。
图3 工业废水对G、N污水处理厂好氧污泥硝化作用的影响
从图3可见，反应1 h后市政污水（G）和混合废水（HX/G）的氨氮去除率可达89%，反应30 min后市政污水（N）和混合废水（HX/N）的氨氮去除率达到85%以上，与OUR变化情况基本一致。总体上混合废水和市政污水的氨氮变化情况无明显区别，说明工业废水的加入对好氧污泥的硝化作用未产生明显抑制。只是2个污水处理厂之间硝化速率有一定差异，N污水处理厂的硝化速率明显高于G污水处理厂。
2
缺氧段功能分析
图4为工业废水对G和N污水处理厂缺氧段反硝化反应的影响。
图4 工业废水对G（a）、N（b）污水处理厂反硝化反应的影响
从图4（a）可见，在混合废水和市政污水中加入G污水处理厂缺氧池污泥后，无反硝化进行。结合G污水处理厂的实际运行情况，可能是由于长期低负荷运行导致缺氧段反硝化功能欠缺。由图4（b）可见，N市政污水反应起点的硝酸盐较低，仅为2.39 mg/L，反应10 min内降低了79%，亚硝酸盐在前20 min内从0.20 mg/L降至0.02 mg/L，1 h后开始有所回升；混合废水反应起点的硝酸盐高达20.47 mg/L，2 h内一直呈降低趋势，其中前40 min反应速度较快，之后略放缓，而亚硝酸盐持续升高，2 h内从0.18 mg/L升至0.49 mg/L。
由此可见N污水处理厂的反硝化功能良好，在此条件下混入工业废水，硝酸盐呈明显下降趋势，2 h后降低63%；亚硝酸盐出现一定积累，但浓度较低，即反硝化反应第二步的速率略低于第一步，但整体上脱氮效果明显，反硝化速率略低于对照组（仅市政污水）。反硝化菌可利用的碳源除易生物降解的有机物外，还可用难生物降解的有机物和内源碳作碳源。
本实验中的碳源量对于反硝化而言略有不足，可能是反硝化速率受到影响的原因。实际运行中需根据总氮浓度和反硝化速率适当调整，补充碳源，避免亚硝酸盐积累对微生物产生抑制。
3
厌氧段功能分析
工业废水对G和N污水处理厂厌氧释磷的影响如图5所示。
图5 工业废水对G（a）、N（b）污水处理厂厌氧释磷的影响
从图5（a）可以看出，在混合废水和市政污水中加入厌氧池污泥均未发现磷酸盐升高的现象，可能是由于G污水处理厂长期处于低负荷运行，整个生化处理系统运行状况差，厌氧污泥不具备厌氧释磷的性能，且由于吸附作用，反应初始即发生快速吸附，导致磷酸根浓度瞬时降低。从图5（b）可见，在市政污水中加入厌氧污泥后，磷酸根不断升高，随着时间延长，其上升速度变缓；而混合废水中的磷酸根呈缓慢降低的趋势。
理论上，有硝态氮进入厌氧区时，释磷效果会受到很大影响。反硝化细菌的反硝化过程和聚磷菌释磷过程均会利用碳源，其中聚磷菌的竞争性较反硝化菌差，这就导致硝态氮进入厌氧区时使聚磷菌的释磷及PHB合成能力受到抑制，厌氧释磷效果变差。
吴剑等发现硝态氮质量浓度高于15 mg/L时对释磷效果有影响。郑燕清等发现初始硝态氮较高的条件下，混合液中的总磷少量降低，反硝化基本结束后才出现磷的厌氧释放。本实验中混合废水的硝酸盐＞20 mg/L，释磷作用可能受到硝酸盐的影响。另外，工业废水中含有钙、铝、铜等离子可与磷酸根反应沉淀，也会影响实验结果。
从2.2和2.3可见，G污水处理厂和N污水处理厂的差异性明显。G污水处理厂来水复杂，不单纯是生活污水，使得设计运行标准化的难度提高。此外，在考察工业废水与市政污水协同处理可行性时，单一污水处理厂的实验结果也不具备适他性，可能导致判断失误，这对各地污水处理规划提出了更高要求：
一方面，部分污水处理厂可只接纳生活污水，通过标准化的设计运行，用最少的投入实现最佳处理效果，节能降耗，这部分技术已相对成熟可靠；
另一方面对于工业废水的处理需求，应合理布局、统筹考虑生活污水的分配，既实现工业废水与市政污水的协同处理，又不额外增加工业废水处理的负担。
03
结论
（1）在G污水处理厂混入工业废水后，好氧段OUR、COD去除、硝化作用并未受到明显影响；混入工业废水后缺氧段和厌氧段未显示出反硝化和释磷作用，但对照组同样未显示脱氮除磷功能，不能说明工业废水对脱氮除磷功能产生抑制。
（2）在N污水处理厂混入工业废水后，好氧段OUR、COD去除、硝化作用未受到明显影响；缺氧段反硝化作用也可进行，只是速率略有降低，亚硝酸盐略有积累；混入工业废水后厌氧段释磷作用受到影响，可能是由于硝态氮浓度较高，也可能是废水中的钙、铝、铜等离子与磷酸根反应发生沉淀，从而影响实验结果。可通过调整工艺运行方式、配水方式等实现理想的处理效果。
（3）工业废水与城镇污水协同处理的可行性，更多依赖于城镇污水处理工艺原本的可靠性、成熟度和运行稳定性。当城镇污水处理工艺各级功能完善时，工业废水经一定处理达到排放标准后，与城镇污水协同处理是可行的，通过进一步优化运行参数可得到最佳条件。