1、第七章 城市污水处理厂水质监测doc第七章 城市污水处理厂水质监测第一节 水质监测实习目的与要求一、实习目的和要求（1）掌握污水厂采样点位置的设置、水样采集和保存方法，了解水样采集器具有的使用方法。（2）掌握水样中CODCr、BOD5、pH、TN、NH3-N、TP、SS和DO的常用分析测定方法，了解这些指标对污水处理厂运行管理的指导作用。（3）了解水样中其他无机物和有机物的分析方法的分析测定方法。（4）掌握活性污泥中MLSS、SV30和SVI的测定方法，了解它们对污水处理厂处理效果的重要性。（5）掌握水样中细菌总数、总大肠菌群的测定方法，了解它们对评价水质状况的重要性。（6）掌握污水处理运行状
2、况与生物相之间的关系，学会利用生物相判断污水处理装置的运行条件和处理水的水质状况。（7）掌握水处理的指示生物种类，学会识别重要的指示生物。二、能力目标（1）能根据污水水质和预处理要求，正确选择预处理方法；掌握预处理过程中仪器的正确使用方法，解决污水处理过程中遇到的一般性技术问题。（2）能够熟练进行CODCr、BOD5、pH、NH3、TP、SS和DO的测定，并根据测定结果，对水处理构筑物的运行条件状况进行分析评价。（3）能够熟练进行活性污泥中MLSS、SV30和SVI的测定，并能够利用测定结构来评价污水的处理效果和运行状况。（4）能根据生物相的观察结果对水处理装置的运行条件和水处理效果进行判断。
3、第二节 城市污水处理厂的水质监测一、水质监测的对象和目的（1）水质监测对象 城市污水处理厂水质监测的对象为污水处理厂进、出水，以及各个工艺单元的进、出水或混合液。（2）水质监测目的 城市污水处理厂水质监测是每座污水处理厂每日例行的工作，其目的是为保证输配系统的安全运行，不堵塞，无严重腐蚀性物质进入，对重点污染源进入监控；保证污水处理厂的正常稳定运行，确保进水水质控制在允许范围；监控污水处理厂的出水水质，考核污水处理厂工艺运行成果，严格控制未达标水质的排放；监控污水处理厂污泥的安全性，监控污泥中的重金属含量在标准控制之内，以保证不造成二次环境污染。二、水样的采集和保存方法水样采集是通过采集很少的
4、一部分来反映被采样体的整体全貌，因此科学认真的采样是采出有代表性样品的关键。1.水样采集方法城市污水处理厂水质监测用水样的采集方法主要有人工采样和自动采样两种方法。（1）人工采样 人工采样根据所采水样的深度分为浅水采样和深层水采样。浅水样是利用容器或用聚乙烯塑料长把勺直接采集。深层水采样利用专制的深层采水样器采集，也可将聚乙烯筒固定在支架上，沉入到要求的深度采集。（2）自动采样 自动采样是借助自动采样器进行自动采样。自动采样器可按以下方式进行采样：连续自动采样；按一定的时间间隔瞬时采样；由流量测定装置启动，按流量比例采样。不同形式的自动采样器所采得的样品的代表性略有不同。2.水样种类用于污水处
5、理厂水质监测的水样按其代表性分为瞬时水样和混合水样两种类型。（1）瞬时水样 瞬时水样代表采样瞬间和采样地点的被采水的水质状况。只有当被采水的组分在相当长的时间或在相当大空间范围内相对稳定的情况下，瞬时水样才具有很好的代表性。当被采水的组分随时间变化时，应在适宜的时间间隔内采集瞬时水样，分别进行分析，测出水质变化程度、频率和周期；当被采水的组分随空间变化而不随时间变化时，应在各个相应的采样点同时采集瞬时水样。当测定项目与水样储存中很容易发生变化时，应采集瞬时水样，并立即分析其组分，如余氯、可溶性硫化物、溶解氧（DO）、温度、pH值等。用于保证污水处理厂的工艺过程控制目的的测定项目，通常采用瞬时水
6、样。（2）混合水样 混合水样是指在一段时间内，间隔一定的时间在同一采样点所采集的瞬时水样混合后的水样。混合水样代表一段时间间隔中的水质状况。混合水样常用于平均浓度的分析。城市污水处理厂出水的水质分析常采用混合水样。对于进水和出水随时间变化的城市污水处理厂，为了取得更有代表性的水样，可以根据水量的变化采集相应比例体积的瞬时水样，并最终加以混合，分析平均浓度。污水处理厂采集水样的频率至少是2h一次，将24h的水样混合后进行检测分析。亦可根据构筑物运转需要而采集瞬时水样。3.水样的保存方法所采集的水样如果不能及时进行检测必须放在避光阴凉的地方，防止灰尘与小虫、小动物的进入，有条件的可放在冰箱内，以保
7、持水样的原状。储存水样的容器可能吸附待测组分，或者沾污水样，因此要选择性能稳定、杂质含量低的材料制作的容器。常用的容器材质有硼硅玻璃、石英、聚乙烯和聚四氟乙烯。其中石英和聚四氟乙烯杂质含量少，但价格昂贵，一般常规监测中广泛使用聚乙烯和硼硅玻璃材质的容器。不能及时完成分析的水样，则应根据不同监测项目的要求，采取适宜的保存方法。水样最长储存时间一般为：清洁水样为72h；轻污染水样为48h；严重污染水样为12h。保存水样的方法有以下几种。（1）冷藏或冷冻法 冷藏或冷冻的作用是抑制微生物活动，减缓物理挥发和化学反应速度。（2）加入化学试剂保存法 加入生物抑制剂 如在测定氨氮、硝酸盐氮、化学需氧量的水样
8、中加入HgCl2，可抑制生物的氧化还原作用；对测定苯酚的水样，用H3PO4调节pH为4时，加入适量Cu-SO4，即可抑制苯酚菌的分解活动。 调节pH值 测定金属离子的水样常用HNO3酸化至pH为12，既可防止重金属离子水解沉淀，又可避免金属被器壁吸附；测定氰化物或挥发性酚的水样加入NaOH调节pH至12时，使之生成稳定的酚盐等。 加入氧化剂或还原剂 如测定汞的水样需加入HNO3（至pH1）和K2CrO7（0.05%），使汞保持高价态；测定硫化物的水样，加入抗坏血酸，可以防止被氧化；测定溶解氧的水样则需要加入少量硫酸锰和碘化钾固定溶解氧（还原）等。应当注意，加入的保存剂不应干扰以后的测定；保存剂
9、的纯度最好是优级的，还应做相应的空白实验，对测定结果进行校正。水样的储存期限与多种因素有关，如组分的稳定性、浓度、水样的污染程度等。表7-1列出我国水质采样标准中建议的水样保存方法。表7-1 常用水样保存方法序号待测项目容器类别保 存 方 法1pHP或G最好现场测定，必要时4保存，6h测定2DO（碘量法）P或G每250mL水样中加入2mL 2mol/L MnSO4和2mL 1mol/L 碱性KI，现场加入，48h内测定完3BOD5P或G冷藏于4保存，6h内测定完4CODCrP或G加H2SO4至pH2，7d内测定完5SSP或G冷藏于4保存，7d内测定完6总大肠杆菌群消毒玻璃瓶在4h内检验7总氮P
10、或G4保存，24h测定完8氨氮P或G4保存，加H2SO4至pH2，24h内测定完9磷酸盐P（A）4保存，48h测定完注：P为聚乙烯容器；G为玻璃容器；P（A）为1+1HNO3清洗过。未注明保存方法的项目表示水样不需要特殊处理。三、水质监测项目与方法城市污水处理厂处理过程的监测有感官判断和化学分析两类方法。为有效地管理好活性污泥处理厂，这两种方法都必须采用。1.感官指标在城市污水厂的运行过程中，操作管理人员通过对处理过程中的感官指标的观测直接感觉到进水是否正常，各构筑物运转是否正常，处理效果是否稳定。一个有经验的操作管理员往往能根据观测做出粗略的判断，从而能较快地调整一些运转状态。感官指标主要有
11、以下几方面。（1）颜色 城市污水处理厂，比较新鲜进水颜色通常为粪黄色，如果进水呈黑色且臭味特别严重，则污水比较陈腐，可能在管道内存积太久。曝气池中混合液的颜色应该呈现巧克力样的颜色。颜色也能够作为污泥的健康指标，一个健康的好氧活性污泥的颜色应是类似巧克力的棕色。深黑色的污泥典型地表明它的曝气不足，污泥处于厌氧状态（即腐败状态），曝气池中一些不正常的颜色也可能表明某些有色物质（例如化学染料废水）进入处理厂。（2）气味 污水厂的进水除了正常的粪臭外，有时在集水井附近有臭鸡蛋味，这是管道内因污水腐化而产生的少量硫化氢气体所致。气味也能够指示污水厂运行是否正常。正常的污水厂不应该产生令人讨厌的气味，从
12、曝气池采集到完好的混合液样品应有轻微的霉味。一旦污泥的气味转变成腐败性气味，污泥的颜色显得非常黑，污泥还会散发出类似臭鸡蛋的气味（硫化氢气味）。如果有其他刺鼻的令人难以忍受的气味时，则表示有工业废水进入。（3）泡沫 泡沫可分为两种，一种是化学泡沫，另一种是生物泡沫。化学泡沫是由于污水中的洗涤剂在曝气的搅拌和吹脱下形成的。在活性污泥的培养初期，化学泡沫较多，有时在曝气池表面会堆成高达几米的白色泡沫山。在日常的运行当中，若在曝气池内，发现有白浪状的泡沫，应当减少剩余污泥的排放量。浓黑色的泡沫表明污泥衰老，应当增加剩余污泥排放量。生物泡沫呈褐色，也可在曝气池上堆积很高，并进入二沉池随水流走。这可能是
13、由于卡诺菌引起的生物泡沫，通常原因是由于进水中含有大量油及脂类物质，如宾馆污水等。（4）气泡 二沉池中出现气泡表明在池中的污泥停留时间太长，应该加大污泥回流率，如果沉淀池中的污泥层太厚，底层污泥会处于厌氧状态，产生硫化氢、甲烷、二氧化碳等气体。这些气体以气泡形式逸出水面，当气泡上升时，会使絮凝体与气泡一起上升，随沉淀池出水一起流出，从而引起出水水质下降。（5）水温 水温与曝气池的处理效率有着很大的关系。污水处理厂的水温随季节逐渐缓慢变化的，一天内几乎无变化。如果发现一天内变化较大，则要进行检查，是否有工业冷却水进入。当曝气池中的低于8时，BOD5的去除率常低于80%。（6）水流状态 观察曝气池
14、的水流状态，可确定短路情况。短路是指污水从进口直接流到出水口，导致停留的有效时间低于设计值，并使处理效果降低。有时废水流的短路形式可通过观察池中的泡沫、悬浮固体和漂浮物质的流动状况识别。设置合适的挡板能解决这个问题。（7）曝气器的水花式样 在曝气器周围如果浪花非常小，可能意味着曝气机浸没深度不适合。曝气池中的溶解氧浓度低，也表明叶片入水深度不适合，应注意观察叶片的浸没深度，使之达到最佳的充氧效率。（8）出水观测 正常污水处理厂处理后出水透明度很高，悬浮颗粒很少，颜色略带黄色，无气味。在夏季，二沉池内往往有大量的水蚤（俗称鱼虫），此时出水BOD5可能在35mg/L左右。有经验的操作管理者，能用肉
15、眼粗略地判断出水的水质状况。如果出水透明度突然变差，含有较多的悬浮固体时，应马上检查排泥是否及时，排泥管是否被堵塞或者是否由于高峰流量对二沉池的冲击太大。（9）排泥观测 首先要观测二沉池污泥出流井中的活性污泥是否连续不断地流出，且有一定的浓度。如果在排泥时发现有污水流出，则要从闸阀的开启程度和排泥时间的控制方面来调节。对污泥浓缩池要经过观测撇水中是否有大量污泥带出。（10）各类流量的观测 充分利用计量设备或水位与流量的关系，牢牢掌握观测时段中的进水量、回流量、排泥量、空气压力的大小与变化。（11）触摸检查 触摸是用来检查污水厂运行情况的一个重要手段。如果水泵、风机和电机的外表温度感觉到比平常热
16、，就应该对它们进行进一步的检查，避免产生重大事故。水泵管道的剧烈振动的现象同样能预示着潜在的设备故障，应当检查振动的原因，及时进行修理，以免产生严重问题。2.化学监测指标城市污水处理厂常规水质监测指标为，进出水的pH值、生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（CODCr）、总固体（TS）、悬浮固体（SS）、溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、亚硝酸盐氮（）、硝酸盐氮（）、总氮（TN）、总磷（TP）、挥发酚、碱度、挥发酸以及大肠菌群数等指标。（1）pH值 pH值表示污水的酸碱程度。城市生活污水的pH值通常为7.27.8，过高或过低的pH值均表明有工业废水的进入。进入污水厂的污水的pH值大小对管道、水
17、泵、闸阀和污水处理构筑物均有一定影响。废水pH值过低会腐蚀管道、泵体，甚至对人体产生危害。例如，污水中硫化物在酸性条件下，会生成H2S。H2S大量积累会使操作人员头痛、流涕、窒息而死。另一方面，污水pH值的高低，会影响活性污泥的活性，进而影响水处理效果。pH值通常采用pH酸度计进行测定。（2）生化需氧量（BOD5） 由于城市污水中所含成分十分复杂，很难一一分析确认，因此在城市污水处理中，常常用生化需氧量BOD5这一综合指标反映污水中有机污染物的浓度。生化需氧量是在指定的温度和指定的时间段内，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中所需要的氧的数量。BOD5指标对污水处理厂运行管理的主要作用表现在：
18、可以反映污水处理厂进水中有机物的浓度，BOD5的数值越高，有机物的浓度越高，反之亦然；反映污水处理厂的处理效率，确定处理构筑物的运行参数；反映污水处理厂的技术经济参数，衡量污水可生化程度等。由此可见，BOD5是污水处理厂最为重要的水质监测指标。BOD5的测定采用稀释倍数法。将原水进行适当稀释；取经过适当稀释的水样测定其中的溶解氧含量；将稀释水样注入培养瓶内加盖或加水封后置于恒温箱内（20），培养5天后取出测定其中溶解氧含量。5天前后溶解氧之差乘以稀释倍数即为该水样的BOD5。（3）化学需氧量（CODCr） BOD5是城市污水处理中常用的有机污染物浓度分析指标，但是BOD5测定存在测定时间长，一
19、般需要5d；污水中难以生化降解的污染物含量高时误差大；工业废水中往往含有生物抑制物，影响测定结果；BOD5测定条件较严格等缺点，因此，人们同时还要采用化学需氧量（CODCr）这个指标作为补充或替代。化学需氧量是指用化学方法氧化污水中有机物所需要氧化剂的氧量。CODCr是以重铬酸钾作为氧化剂，测得的化学需氧量。化学需氧量在工业废水测定中被广泛采用，在城市污水分析时与BOD5同时应用。城市污水的COD一般大于BOD5，两者的差值可反映废水中存在难以被微生物降解的有机物。在城市污水处理厂分析中，常用BOD5/COD的比值来分析污水的可生化性；可生化性好的污水BOD5/COD0.3；小于此值的污水应考
20、虑生物技术以外的污水处理技术，或对生化处理工艺进行试验改革，如传统活性污泥法后发展出来的水解-酸化活性污泥法是一项针对难以生化的城市污水，具有较好降解效果的技术。成分相对稳定的城市污水，COD与BOD之间有一定的相关关系，通过大量数据的分析对比，两个数值可以相互求出。在化验条件不具备时，可作为一种临时的方法。（4）总固体（TS） TS是指单位体积水样，在105110烘干后，残余物质的质量。TS是污水中溶解性固体和非溶性固体的总和。通过对进出水TS的分析可以反映污水处理构筑物去除总固体的效果。（5）挥发性固体（VS） VS是指将水样中的固体物质（TS部分）置于马弗炉中，于650灼烧1h，固体中的
21、有机物即被汽化挥发的部分，此即为挥发性固体（VS）。剩余的固体物质即为非挥发性固体物质FS，FS中主要由砂、石、无机盐等构成。（6）悬浮固体（SS） SS是指污水中能被滤器截留的固体物质。它既可以从总固体和溶解性固体之差得到，也可以通过滤纸过滤、烘干后称重得到。该指标是构筑物沉淀物效率的重要依据。测定进、出水悬浮固体，可以反映污水经初沉池、二沉池处理后，悬浮固体减少的情况。（7）溶解氧（DO） 在污水处理中常常测定曝气池和出水中的溶解氧含量。曝气池运行管理者可以根据溶解氧含量大小，调节空气供应量，了解曝气池内的耗氧情况，以及在各种水温条件下曝气池耗氧速率。曝气池中溶解氧含量通常维持在1mg/L
22、以上，溶解氧含量过低表明曝气池处于缺氧状态，溶解氧过高，不仅浪费能耗，而且还会加速污泥老化。污水处理厂出水中含有一定量的溶解氧有益于接纳水体自净效果的提高，因此，污水处理厂出水中应含有一定量的溶解氧。测定溶解氧常采样碘量法和膜电极法。（8）氮 污水中氮以有机氮、氨氮（NH3-N）、亚硝酸氮（）和硝酸氮（）的形式存在，各类氮的总和称为总氮（TN）。有机氮可在微生物的作用下，被氧化分解为NH3、和，因此测定处理水中氮含量，可以反映有机物分解过程及污水处理效果。当二级处理出水中只含有少量，表明该处理出水尚未完全无机化，当供氧量不足时，亚硝酸盐会还原为氨氮；当二级处理出水中，随着TN的去除率增加，所占
23、比例增加时，表面污水中大部分有机氮已被转化为无机物。一般进水中有机氮和氨氮含量分别占TN的60%和40%，和含量极低。对具有脱氮处理工艺的污水处理厂，在硝化或反硝化段，测定硝酸盐和亚硝酸盐，以了解曝气池内硝化和反硝化完成情况的脱氮效果。（9）磷 磷是影响微生物生长重要的元素之一，因此，在污水生物处理过程中，对碳氮磷的比有一定的要求。在微生物的作用下，磷可在有机磷和无机磷之间、可溶性磷和不溶性磷之间进行转化。在天然水和废水中，磷主要以正磷酸盐、偏磷酸盐和有机磷的形式存在，有机磷与无机磷的总和即为总磷（TP）。在水体中，磷含量过高，可引起水体富营养化。因此磷也是废水污染程度与净化程度的指标。水中磷
24、的测定，通常按其存在形式而分别测定TP、溶解性正磷酸盐和总溶解性磷。采集的水样未经过滤，经强氧化剂分解，测得水中TP；若经微孔滤膜过滤后，其滤液供可溶性正磷酸盐的测定；滤液经强氧化剂的氧化分解，测得可溶性总磷。（10）挥发酚 挥发酚是指沸点在230以下的酚类，通常属于一元酚。挥发酚属于高毒物质，水中含量为0.10.2mg/L时，可使其中生长的鱼的鱼肉有异味，高浓度（5mg/L）时，则造成其死亡。含酚废水不宜用于农田灌溉，否则，会使农作物枯死或减产。另外，处理水中含微量酚，在进行加氯消毒时，可产生特异的氯酚臭。挥发酚的分析测定方法各国普遍采用4-氨基安替比林光度法。（11）碱度 碱度反映城市污水
25、中和酸的能力，一般城市污水处理厂的碱度达200mg/L左右（以CaCO3计）。碱度较高的城市污水具有较强的缓冲工业废酸水排入的影响，在城市污水处理的生化处理部分，可满足硝化反应消耗碱度的要求，在污泥消化系统中还有缓解超负荷运行带来的酸化作用，有利消化稳定运行。因此，碱度是污水处理过程的控制指标。碱度主要采用酸碱指示剂滴定法和电位滴定法测定。（12）挥发酸 挥发酸（包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸）是污泥厌氧消化过程的酸化产物。若挥发酸积累过多，将会抑制产甲烷菌的活性，因此，及时准确地分析废水中挥发酸的含量对掌握过程工况是十分重要的。厌氧反应器内挥发酸一般控制在200mg/L以内。挥发
26、酸浓度分析测定方法通常采用气相色谱法。（13）总大肠菌群数 城市污水既包括人们的生活排出的洗浴、粪尿，也包括公共设施排出的废水，如医院废水，还包括食品工业，如屠宰场排出的工业废水。这些污、废水都有可能带来大量的病毒和致病菌。由于病菌类别多样，对每一种病菌进行分析又十分复杂，因此在通常采用最有代表性的大肠菌群指标反映净化水的卫生质量。表7-2 城市污水处理厂水质监测项目与监测频率工艺单元取样位置检测项目取样目的取样频率水样类型一级处理进水CODBOD5TSSpHTNTPNH3-N质检质检质检工艺控制质检质检质检每日一次每日一次每日一次每周一次每日一次每日一次每日一次混合混合混合瞬时瞬时瞬时瞬时出
27、水BOD5TSSDOpH质检质检质检质检每周一次每周一次每周一次每日一次混合混合瞬时瞬时污泥TSVS工艺控制工艺控制每日一次每周一次混合混合二级处理混合液DO温度MLSSMLVSSSVI工艺控制工艺控制工艺控制工艺控制工艺控制工艺控制每日一次每日一次每日一次每日一次每日一次每周一次瞬时瞬时混合混合混合瞬时回流污泥TSS工艺控制每日一次混合二沉池出水CODBOD5TSSDOTNTPNH3-NpH大肠菌群数质检质检质检质检质检质检质检质检质检质检质检每日一次每日一次每日一次每日一次每周一次每周一次每周一次每周一次每周一次每日一次每周一次混合混合瞬时瞬时瞬时瞬时瞬时瞬时瞬时瞬时瞬时厌氧消化消化进泥T
28、SVSpH碱度质检质检工艺控制工艺控制每日一次每日一次每日一次每周一次混合混合瞬时瞬时消化池温度挥发酸碱度pH重金属工艺控制工艺控制工艺控制工艺控制工艺控制每日一次每周一次每周一次每日一次每季一次瞬时瞬时瞬时瞬时瞬时消化出泥挥发酚TSVSTN工艺控制质检质检工艺控制每周一次每日一次每日一次每周一次瞬时瞬时瞬时瞬时消化上清液TSTSSBOD5质检工艺控制工艺控制每日一次每日一次每日一次混合混合混合沼气池CH4工艺控制每日一次混合大肠菌群的分析方法有多试管发酵法和滤膜法。多试管发酵法的测试结果用最可能数进行表示，英文简写MPN，单位为个/L。滤膜法的测试结果是培养皿上接种的大肠杆菌菌落数，单位为个
29、/L。我国城市污水处理的出水指标中没有大肠杆菌数要求，但水体标准中常包括此项要求，因此城市污水处理厂应有这一卫生学指标的化验任务。城市污水处理厂水质监测项目与监测频率见表7-2。3.水质监测分析方法城市污水处理厂水质监测分析方法主要采用国家标准方法或国家环境保护总局认定的替代方法、等效方法执行。表7-3列出了污水处理厂进、出水以及各工艺单元进、出水水质监测分析方法。表7-3 城市污水处理厂常用水质监测指标及分析方法序号检测项目测定方法检出限/(mg/L)方法来源12345678910111213141516化学需氧量（COD）生化需氧量（BOD）pH值溶解氧（DO）悬浮固体（SS）总悬浮固体（
30、TSS）挥发性悬浮固体（VSS）总氮（TN）氨氮（NH3-N）硝酸氮（）亚硝酸氮（）总磷（TP）挥发酚碱度挥发酚总大肠菌群数重铬酸钾法稀释接种法玻璃电极法碘量法膜电极法重量法重量法灼烧重量法过硫酸钾氧化-紫外分光光度法纳氏剂光度法酚二硫酸光度法N-（1-萘基）-乙二胺光度法钼锑抗分光光度法4-氨基安替比林萃取光度法酸碱滴定法采用气相色谱法多管发酵法50250.0250.010.020.0030.010.002GB11914-89GB7488-87*GB7489-87GB11913-89GB11901-89*GB11894-89GB7479-87GB7480-87GB7493-87GB11893-89GB7490-87*GB5750-85注：标注“*”的资料来源于水和废水监测分析方法，第四版，中国环境科学出版社。第三节 城市污水处理厂活性污泥性质的测定
