翟家驥：30年奉獻于污水處理事業第一線
【導語】水質監測和水質安全是目前的熱門話題，北京城市排水集團有限責任公司水質檢測中心技術主任翟家驥高工從事水質監測工作30余年，尤其是在污水處理的第一線積累了大量的數據和豐富的經驗。在第七屆中國在線分析儀器應用及發展國際論壇暨展覽會（CLOAE2014）上，翟工為大家帶來《利用水質在線預警技術監測水質變化》的精彩報告；該文在分析測試百科網發布后，引起特別多的網友關注。近日，分析測試百科網小編有幸采訪到翟家驥老師，他為我們介紹了水質分析的眾多知識，并就污水處理、再生水利用等與民生息息相關的知識為我們進行了詳細介紹，希望對廣大網友有所啟發和幫助……
中：北京城市排水集團有限責任公司水質檢測中心技術主任 翟家驥高工；
左：分析測試百科網 卞利萍總經理
應小編要求，翟家驥高工簡要介紹了自己無比“純粹”的從業經歷：1982年考入北京市政工程管理處污水處理研究管理所，從此與污水監測結下不解之緣。從化驗員干起、歷任班組長、化驗室主任、化驗科科長、技術部部長、分析部兼質控部部長、技術主任等職。翟家驥謙虛地表述了自己的專業生涯：“我有幸伴隨著北京污水處理事業的發展而成長，在多年的一線實際工作中實現了由一名普通檢測人員到業內技術專家的轉變?！?/p>
污水的性質及危害
在談到水質檢測時，翟家驥高工首先為我們“普及”了污水處理的相關知識。
在人們的生活和生產過程中，每天都要接觸和使用水。在這一過程中，水受到人類活動的影響，其物理性質和化學性質發生了變化，就變成了污染過的水，簡稱污水。
污水分為生活污水、工業廢水和城市污水等幾種。
?。?.］ 生活污水：是人們日常生活中排出的水，來源于住戶、公共設施等。通常含有泥沙、油脂、皂液、果核、食物屑、病原體、細菌和糞尿等。生活污水一般比較穩定，易被生化降解。
［2.］ 工業廢水：是工業生產過程中排出的水，來自于工廠的生產車間與廠礦。因原材料、生產工藝、生產過程所使用的設備及用水條件等會有很大差異。相對而言，工業廢水水量和水質差異大，所含污染物的濃度和毒性大，不易通過一種通用的技術和工藝來治理。
?。?.］ 城市污水：通過市政下水管道和雨水管道收集到的所有排水，包括生活污水、工業廢水和雨雪水。各座城市的城市污水水質存在一定差異，主要受工業廢水所占比例的影響，同時也受城市規模、氣候條件和居民生活習慣、下水道系統狀況等因素影響。
污水處理工藝
那么，污水處理廠是如何消除污水中的污染物的呢？翟家驥老師簡明扼要地介紹了污水處理流程和常用的污水處理工藝：
污水處理流程
污水由市政輸水管線被送入污水處理廠的進水泵房；通過格柵的阻擋和曝氣沉砂池的作用，去除砂礫，進入初次沉淀池；經停留數小時后，細小的砂粒被沉淀下去，污水隨后進入生物處理池（曝氣池），這是污水處理的核心部分。在這里，大量的活性污泥上生長著各種各樣的微生物，在好氧和厭氧的分別作用下，污水中的絕大部分有機物、氮和磷都被各種微生物消耗、降解；污染物得到了比較徹底的消納。經過生物處理后的污水進入二次沉降池，經過數小時的停留，污水中的絮狀物都沉入了池底，上面形成了比較清澈的上清液——即污水處理廠出水。
常見的污水處理工藝
1.傳統活性污泥工藝
在長方形的曝氣池中，污水和回流污泥一同從首端進入，在曝氣和水力條件推動下，混合液均勻地向后流動，通過不斷鼓入空氣，保證曝氣池中溶解氧充足，保持活性污泥中微生物的數量和作用，使有機物被有效地去除。
2.氧化溝工藝：
是一種改良的活性污泥法，其曝氣池呈封閉的溝渠形，污水和活性污泥混合液在其中循環流動，因此被稱為“氧化溝”，又稱“環形曝氣池”。
3. A/O工藝
在常規的活性污泥處理系統的前面，增加了一段缺氧生物處理或厭氧生物處理過程。污水按照先缺（厭）氧段，后好氧段的順序，充分利用缺（厭）氧段微生物和好氧段微生物的特點，分別去除污水中的氮、磷和碳氫有機物，實現污水凈化。
4.A2O工藝
在A/O工藝的基礎上，于曝氣池前端增加了一個厭氧段，使曝氣池中同時兼有厭氧、缺氧和好氧三個部分，污水和二沉池中排出的回流污泥首先進入厭氧段，實現聚磷菌富集磷。然后進入缺氧段，脫除污水中的氮，在這兩個過程中，碳氫有機物也被大量的脫氮除磷細菌所利用了，通過好氧區后再進入二沉池實現泥水分離，最終把富集的磷通過排泥去除。
5. A2O倒置工藝
這種工藝將傳統的厭氧——缺氧——好氧工藝變為缺氧——厭氧——好氧工藝。也就是將缺氧段提至厭氧段前。工藝流程簡捷，占地面積少，由于是從缺氧過渡到厭氧，既強化了除氮作用，也使所有的活性污泥都經過了完整的厭氧釋磷和好氧吸磷過程，使除磷更有效。
6.SBR工藝
是連續式活性污泥法的一種改型，也稱序批式間歇活性污泥法，運行操作由進水、曝氣、沉淀、排放和閑置五個工序組成。除了預處理外，只有反應池一個處理單元，占地面積小，運行穩定，操作靈活。每個SBR反應器依次進行上述五個工序，保證污水處理連續進行。這種方法特別適合以除磷為主的小型污水處理廠，對日常管理要求比較嚴格。
再生水回用，開辟第二水源
然而，經二級生物處理后，其出水一般含有：BOD530mg/L左右，COD60mg/L左右，NH315-25mg/L，P3-8mg/L，SS30mg/L左右，只實現了達標排放，距達到具有一定使用功能水質的要求尚有差距。所以要在二級處理的基礎上，經過砂濾、微濾、反滲透、電滲析、離子交換、活性炭吸附和消毒等深度處理后，就生產出高品質的再生水。
我國是一個水資源嚴重匱乏的國家，城市污水再生利用是緩解水資源緊張的有效手段。污水處理未來的發展趨勢是“全收集、全處理、全回用”。水質問題是污水再生利用的核心，再生水水質標準也就成為當前研究的重點。
再生水的用途日趨廣泛：如景觀用水、工業冷卻水、地下水回灌、農田灌溉和生活雜用等。主要依據的標準有7個：GB/T18919-2002（城市污水再生利用分類）、GB/T18920-2002（城市污水再生利用 城市雜用水水質）、GB/T18921-2002（城市污水再生利用 景觀用水水質標準）、GB／T19923-2005(城市污水再生利用 工業用水水質)、GB/T 19772-2005（城市污水再生利用 地下水回灌水質）、GB 20922-2007（城市污水再生利用 農田灌溉用水水質）、GB/T 25499-2010（城市污水再生利用 綠地灌溉水質）現在使用最廣泛的是工業冷卻用水和景觀用水。
北京高碑店污水處理廠是利用再生水作為天然水資源補給的一個很好的實踐。該廠1993年建成投產，1999年實現了100萬噸/日滿負荷運行。經深度處理后的再生水為通惠河提供了源源不斷的潔凈水資源，隨著時間的推移，通惠河中高等水生動物開始良好生長，累計檢測到鞭毛蟲6種，纖毛蟲33種，肉足蟲6種，藻類8種。并漸漸有了魚蟲，水中魚類大量出現，多種飛禽經常光顧，釣魚的人漸漸多了。2004年，通惠河引來了白天鵝。通惠河終于從臭水河變為著名的城市景觀，水生態重新獲得了良性發展。
三只白天鵝飛臨通惠河
相關新聞鏈接：http://www.fsgdh.com/news/55/n-1119155.html
國內外污水處理發展情況比較
當問及國內與發達國家的污水處理有何不同時，翟家驥談到以下幾點：
?。?）我國與發達國家都經歷了“先污染，后治理”的過程。早在十九世紀二、三十年代，英國的泰晤士河就蒙受了巨大的污染，后來，沿岸建設了多座污水處理廠，河水逐步得到還清。
?。?）在污水處理工藝方面，與國外沒有明顯區別。
?。?）我國的污水處理雖然起步較晚，但發展迅速。英國泰晤士河完全凈化用了近百年，北京高碑店污水處理廠運行20余年，通惠河的水環境就已發生了巨大變化。
?。?）我國的污水處理廠在設計、施工和管理的精細程度上與發達國家相比尚有一定差距。（5）目前我國污水處理資金尚有很大缺口，在投融資方面存在一定困難。在這樣的形勢下，“水十條”呼之欲出。
“水十條”將會給水體環境帶來怎樣的改變？
對于即將頒布的“水十條”，翟家驥談到：我國水污染形勢嚴峻，雖然經過近些年的治理，水環境局部有所改善，但總體仍在繼續惡化，城市節奏的不斷加快又造成了市政污水排放的剛性需求不斷增加?！八畻l”是繼《大氣污染防治行動計劃》（即“大氣十條”）之后我國的又一項重大污染防治計劃，污水處理有望成為繼大氣治理之后的重點領域。通過“水十條”的實施，將完善污水處理費、排污費和水資源費等的收費政策，確保污水處理和再生水生產，實現“抓兩頭，帶中間”的作用，通過重點保障水質較好的水體和治理黑臭的水體，帶動一般水體的污染防治工作，實現在全國范圍內遏制水污染，恢復和發展良性水環境?，F在，我國一般城市的污水處理廠的出水基本達到了一級B水質標準；經濟較發達城市的污水處理廠出水水質已普遍達到GB18918中規定的一級A標準。隨著城鎮化的推進，城鎮污水量增加迅速，實現可持續發展又對污水處理提出更高的要求，今后污水處理廠的出水水質全部要提高到一級A水平。
水質監測技術的發展
污水處理廠實驗室分析儀器的要求
翟工認為，當前的化驗分析技術越來越向著快速、靈敏、便捷的方向發展，一般污水處理廠實驗室所用分析儀器應滿足以下要求：
1.儀器所用方法應適用于國標或行業標準；
2.靈敏度和準確度高、檢出限低；
3.向多功能、自動化、智能化方向發展；
4.向專用型、小型化和微型化方向發展；
5.操作界面友好，可對接實驗室信息管理系統；
6.向聯用分析方向發展；
7.向綠色環保方向發展；
實驗室儀器的基本配備應包括：
?。?.］ 電化學類：酸度計、濁度儀、溶解氧儀（可適用于BOD5測定）、電導率測定儀等；
?。?.］ 光譜類：紫外/可見分光光度計、紅外分光光度計、原子熒光光度計、原子吸收光度計、等離子發射光譜儀；
?。?.］ 色譜類：離子色譜儀、氣相色譜儀、高效液相色譜儀；氣質聯用儀等；
?。?.］ 其他：總有機碳測定儀、流動注射儀等；
污水檢測中的主要前處理方法
此外，對于污水檢測，樣品前處理是分析檢測的瓶頸，往往是測定誤差的主要來源，制約著分析檢測技術的發展。有鑒于此，樣品的前處理技術已成為目前環境分析化學領域研究的難點和熱點之一。污水檢測中用到的主要前處理方法有：
?。?.］ 固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）：是基于液-固色譜理論，通過固定相對樣品中的目標組分進行選擇性吸附，使之與樣品基體和干擾組分分離，再通過溶劑選擇性洗脫或熱解吸，實現目標組分富集或樣品凈化的前處理方法。萃取回收率相對較高；通過選擇合適的固定相，可選擇性分離特定的目標組分，操作簡單，易于實現自動化，與色譜分析兼容性好。與液-液萃取相比，大大減少了有機溶劑用量，降低了對環境和人體健康的危害；同時也減輕了前處理的工作強度。近年來美國EPA和我國環保部已逐漸將此方法納入了新頒布的水質檢測方法中。如EPA Method 539《固相萃取-液相色譜-電噴霧法測定飲用水中荷爾蒙》；HJ478-2009《水質多環芳烴的測定 液液萃取和固相萃取高效液相色譜法》；HJ699-2014《水質 有機氯農藥和氯苯類化合物的測定 氣相色譜-質譜法》。
［2.］ 固相微萃取技術（SPME）：通過在石英纖維上涂上固相微萃取涂層，浸入樣品溶液中或頂空氣體中吸附目標物，自動固相微萃取器或是一支攜帶方面的萃取器，或是色譜儀上的自動進樣器中的一種，能與色譜儀、色質聯用儀友好地聯用，實現目標物富集和測定的全過程自動化。由于無需使用有機試劑，極大地改善了操作人員的工作環境。不僅可用于環境中VOCs、多環芳烴等的測定，也可用于除草劑、農藥殘留、多氯聯苯等POPs的測定。
?。?.］ 吹掃捕集技術：適用于從液體和固體中萃取沸點低于200℃、溶解度小于2%的揮發性和半揮發性有機化合物，無需使用有機試劑，并具有用樣量少，富集效率高，易實現在線分析。特別是由于目標物直接被從樣品中吹脫出來，被吹脫出的目標物能迅速進入氣相色譜儀或氣質聯用儀中進行檢測。因此受基體干擾小，很適合于復雜基體中的多種低沸點化合物的檢測。HJ639-2012《水中揮發性有機物測定 吹掃捕集氣質聯用法》和HJ 686-2014《水中揮發性有機物測定 吹掃捕集氣相色譜法》中分別規定了水中62種和21種揮發性有機物的測定。
全自動相萃取儀
低溫冷凍干燥儀
［4.］ 索氏提?。菏抢萌軇┦构腆w樣品中的可溶性物質溶解于提取溶液中，從而使目標物質與大量基體得以分離的固-液萃取方法，又稱浸提。通過溶劑分子和目標溶質分子相互吸引并結合的過程，使目標物分子最終被溶劑分子所包圍。達到被提取的目的。
?。?.］ 低溫冷凍干燥技術：低溫冷凍干燥機是利用冰晶升華的原理，在高度真空的環境下，將濕物料或溶液在較低的溫度（－10℃～－50℃）下凍結成固態，并將已凍結的樣品中的水分在真空（1.3～13Pa）下直接從冰固體升華為蒸汽，此方法又稱為冷凍升華干燥。最終使物料脫水的干燥技術。這種方法能夠將含水率80%-85%的污泥冷凍干燥為疏松的干固體，很好地避免了污泥樣品經長時間自然風干或干燥箱烘干后產生的嚴重板結。
?。?.］ 微波消解：利用微波加熱封閉容器中的消解液（各種酸、部分堿液以及鹽類）和試樣，從而在高溫增壓條件下使各種樣品快速溶解的消解法。微波消解的容器材質一般采用改性的PTFE和石英等材料制成，消解罐需要耐高溫、高壓和強腐蝕，并有很強的密閉性和防爆性。
［7.］ 超聲提取：借助頻率20～50KHz之間超聲波效應，減少目標組分與樣品基體之間的作用力，超聲波在液體介質中傳播產生“空化效應”，在介質內部產生無數內部壓力達到上百個MPa的微氣穴，這種微氣穴會不斷“爆破”產生微觀上的強大沖擊波“轟擊”目標物，使其快速逸出基體而得以提取出。
微波消解儀
加速溶劑萃取工作站
?。?.］ 微波輔助萃取：是利用300MHz~100GHz（波長介于0.3mm~1m）范圍內的電磁波作用，使固體或半固體物質中的目標物組分與樣品基體有效分離，并保持目標組分原始化學形態的一種溶劑萃取方法。這種方法的加熱過程比較獨特，通過電磁波在介質中的傳遞，將微波電磁能轉變成熱能，對溶液進行加熱。在此過程中，吸收微波能力的差異使得萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，將被萃取物質從體系中分離，進入到介電常數較小、微波吸收能力相對較差的萃取劑中，實現被萃取。
?。?.］ 加速溶劑萃取：在較高的溫度和壓力下，利用較高的萃取溫度（可達200oC）和萃取壓力（~200大氣壓），增加溶劑對溶質（被萃物）的溶解能力，提高溶劑的沸點，大幅度減弱溶質分子與基質之間的強相互作用力，從基質中解吸出來。此項技術已在環保領域中得到了越來越廣泛地被使用。
在線預警監測技術在污水處理中的應用
對于前不久深受歡迎的報告《翟家驥：水質在線預警監測技術與應用》，翟家驥進一步補充道：在線預警監測能夠在突發性和累積性的污染發生之前發出警報，特別是對突發性污染事件的防范，或減弱和消除具有重要作用。通常在污水處理廠的進、出水口都各安裝一套在線水質監測系統，測定參數為化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、總有機碳(TOC)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)等。其目的是對來水異常起警示作用和監控污水處理廠出水實時達標。
生物毒性監測技術近年來發展迅速，該技術通過觀察某些對水中毒性物質敏感的生物在一定的水體中生活體態和活動的變化，了解水質的變化，并及時發現可能出現的水質漸變和突發性水污染。這種技術具有成本低、直觀、指示作用明顯，不僅能夠測定和評價單一化學物質的毒性作用，而且還能直接測定工業廢水或數種化學物質混合后的的綜合毒性，特別是通過生物的狀況，從宏觀上給出水質和水體的安全性評價。對提升環境監管能力，提高環境安全保障具有重要意義。將生物毒性監測技術應用到工業廢水排放的監控中，還可以判斷出廢水中的毒性來源于哪一步的生產工藝，非常有利于改進工藝水平。現在的在線監測技術已從單一參數的檢測向對水體安全進行全面評估的生物毒性預警發展。
翟家驥的ZL技術
據了解，翟家驥本人擁有多項與污水檢測相關的ZL技術。
［1.］ 用于污水中陰離子測定的樣品前處理柱
針對污水中顆粒物和溶解性物質和待測離子Cl-和SO42-的含量高，離子色譜技術不能完全應用于污水檢測的情況，翟工研制了離子色譜測定的前處理柱。柱中包括2種材料，研磨成80-100目，最上部墊一層玻璃棉或脫脂棉。每種材料通過微孔過濾板相隔，針對不同的目標化合物采用不同的樹脂組合，一種是以AgNO3溶液浸泡吸附樹脂生成含銀樹脂，與普通吸附樹脂按照1：3的比例組合，能將污水中100mg/L以上Cl-含量降低80%以上的陰離子前處理柱；還一種則是將吸附樹脂與陽離子交換樹脂按照1：4的比例制作成的能夠同時進行污水中有機物和陽離子去除的吸附-交換型柱，通過使用這些前處理柱，使離子色譜技術在污水檢測中得到了很好的應用。
［2.］ 用于懸浮物測定的過濾裝置
測定水中懸浮物的傳統經典方法是古氏坩堝-石棉法。這種方法中，需要先將石棉在水中浸泡數小時后，用攪拌器攪碎攪勻，再通過抽濾泵平鋪在古氏坩堝中，形成對樣品的吸附層，烘干并稱重后備用。這種方法不但對石棉層的鋪制有較高的要求，而且石棉有損傷人的呼吸系統的危害性，不宜使用。大多數單位采用濾紙吸附，但濾紙質地不均，在減壓抽濾和接觸水后易發生破損和侵蝕，使測定結果偏低甚至出現負值。翟工經過調研，發現0.45μm的微孔濾膜具有材質均勻，易吸附水中的顆粒物。且韌性強，不易破損。將其應用于懸浮物的測定中，解決了測定準確性的問題。污廢水中懸浮物的含量很高，一般的抽濾泵的抽濾效率低，抽濾時間長，一次只能抽濾一個樣品，且噪聲很大。翟工發現，一種應用于微生物測定領域的三岐裝置抽濾時密閉性好，能實現多個樣品同時測定。他將三歧抽濾器與隔膜泵組合，應用到懸浮物的測定中。采用這種方法抽濾時，減壓瓶的抽濾口與三岐抽濾器上的負壓管緊密結合，形成高度的負壓，能使顆粒物迅速富集到濾膜上，可提高抽濾效率4-5倍，也大大降低了噪聲。對于懸浮物含量很高的污水樣品也能在短時間內完成富集。
懸浮過濾裝置
［3.］ 污泥中酸溶性金屬元素快速提取方法
按照常規的方法，測定污泥中金屬元素須采用強酸（硝酸、高氯酸或王水）消解，將其中的固體完全轉化為二氧化碳和水。但使用強酸和高溫，會產生腐蝕或易發生爆炸，且前處理時間也較長，效率低。根據堿金屬易溶于酸性溶液和污泥的性質，翟工研究了針對污泥中鋰、鉀、鈉的快速前處理方法：首先，將含有酸溶性金屬元素的污泥放入溫熱的稀酸溶液中進行攪拌混合；其次，將混合溶液放入試管中，用離心機進行分離；最后，從試管中取出上部混合液，過濾除去不溶物，得到清液，即可用原子吸收儀或等離子發射光譜儀進行常規金屬元素的測定，實現了結果準確性和工作效率雙提高。
翟家驥表示，希望研究更多與污水檢測相關的ZL技術，并希望自己的技術能與儀器廠商更好地結合起來，為污水處理事業的發展做出更多的貢獻。
對青年工作者的忠告與希望：理論聯系實際 科研一定要落地
翟家驥高工是北京電子科技職業學院、北京工業技術學院等多所院校的外聘教師。并多次在北京理工大學等高等學府授課。作為CMA、CMAF、CNAS國家級評審員、財政部評標專家和市水務局水影響評價技術審查專家，先后考察過不同的儀器生產企業，評審過多家第三方檢測實驗室。對于現在強調的產學研用相結合，翟工說，這是科技成果轉化為實際應用的很好途徑，是年輕人畢業進入工作崗位后迅速實現從學生到技術人員角色轉化的關鍵渠道，是高等學校、職業院校教師理論與實際教學相結合的良好平臺。只有通過這樣的平臺，才能使科技成果得到實踐，年輕人的能力和水平得以提高，學校的教學接上地氣。翟工認為，青年工作者應該腳踏實地在第一線，扎實工作，與時俱進，不斷礪煉。“梅花香自苦寒來”，肯于腳踏實地，埋頭苦干又勤于思考的人，最終才能有所成就。翟工希望自己是一個引導員的角色，能將自己多年來努力學習、不斷在工作實踐中進取的經驗傳授給年輕人，引導他們積極投身到改善水環境，造福全人類的污水處理事業中來。
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