污水處理廠進水異常情況分析及應對措施

廖茂蔭，鐘逸軒，黃冠平，劉浩志

(1．廣州西朗污水處理有限公司，廣東廣州 510385 2．中山大學地理與環境學院，廣東廣州 510006)

改良型A/A/O工藝在我國大中小型城鎮生活污水廠中應用較為廣泛，在廣州中心城區及從化的9家污水廠中，采用改良型A/A/O工藝的污水廠有7家［1］。該工藝的預缺氧段可降低回流污泥的硝酸鹽濃度，為厭氧和缺氧的無氧或低氧環境創造條件［2］。多點進水可同時為反硝化細菌、聚磷菌提供碳源，緩解了異養型微生物的碳源競爭［3］，實現更好的脫氮除磷效果。因其具有操作簡單、運行穩定、運行成本低等優點，已成為近年來城鎮生活污水處理廠采用的主要工藝。本文對進水異常期間的水質特征進行了分析，充分利用改良型A/A/O工藝特點，有效進行工藝調控，提高了該工藝的抗水質沖擊能力。

1 運行情況

該污水廠一期項目采用的工藝為改良型A/A/O，于2004年投入運行，設計處理水量為20萬t/d，最大處理水量為26萬t/d，服務面積約52 km2，服務人口約60萬，是一座典型的城市二級生活污水處理廠。

隨著服務區域發展逐漸成熟，進水水質濃度日趨穩定，B/C在0．5以上，如表1所示。該污水處理系統處理工藝如圖1所示，主要設計參數有:進水量20萬～26萬m3/d，生化池有效容積為98 700 m3，預缺氧段∶厭氧段∶缺氧一段∶缺氧二段∶好氧一段∶好氧二段體積比為1∶4∶2．5∶2．5∶12∶12。各工藝參數長期處于穩定狀態，生化池 MLSS為 2 600～3 000 mg/L，污泥沉降比 SV30為10% ～12%，污泥體積指數為40～45 mL/g，污泥負荷為0．12 ～0．16 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，生化池 HRT 為 11 h，二沉池平均表面負荷1．1 m3/(m2·h)，HRT 為2．5 h。

表1 設計進出水水質Tab．1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

圖1 工藝流程圖Fig．1 Process Flow Diagram

2 進水水質異常情況分析

2．1 7月、8月進出水水質對比

7月、8月均處于汛期，氣候相似，居民生活用水方式相近。理論上，兩月的進出水水質應持平，但8月進水水質出現了持續異常的情況，多項指標持續超標。2013年7月、8月平均進出水水質如表2所示。

由表2可知8月進水 BOD5超標22 d，SS超標28 d，總磷超標16 d，總氮和氨氮也出現了不同程度的超標。

2．2 水質分析

圖2為7月、8月每日進水主要污染物濃度對比。

表2 月均進出水水質Tab．2 Average Monthly Water Quality of Pollution Concentration of Influent and Effluent

圖2 7月、8月每日進水主要污染物濃度對比Fig．2 Main Pollution Concentration of Daily Influent in July and August

由圖2可知盡管7月、8月的進水污染物濃度均存在波動，但8月的水質波動更為劇烈，其表現及影響有以下幾個方面:

(1)多項進水指標持續超標，雖然污水的可生化性仍較穩定，可生化系數保持在0．55左右，但CODCr、BOD5、SS、TP 四項常規指標遠高于7月。

(2)進水含砂量大，且SS中無機物成分較多。CODCr/SS僅為 0．44，明顯低于常規值為 0．65～0．8。進水SS中有機質含量偏低對生物處理效果產生不利影響。

(3)進水水質濃度受降雨影響波動較大，8月15日與16日全天降雨，期間進水水質濃度明顯降低。其中15日處理水量26．4萬t已達到設計水量的最大限值，CODCr為70．5 mg/L、氨氮為4．2 mg/L，16 日 CODCr為73．6 mg/L、氨氮為6．8 mg/L，均明顯低于進水均值。

(4)污泥負荷過高，8月平均 MLVSS為831 mg/L，MLSS為3 253 mg/L，脫水污泥有機質含量僅為24．7%，與生化池混合液有機質含量相當，且均低于35%的正常有機質含量。污泥沉降性能好，但有機質含量低導致生化效果變差，污泥設計負荷為0．1 ～0．32 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，7 月污泥平均負荷為 0．21 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，8 月污泥平均負荷為0．53 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，明顯超出最大設計值。

通過以上情況，確定了工藝調控的主要任務為SS、COD、TP的高效去除及出水總氮和氨氮的控制。

3 應對措施研究

3．1 SS 的去除

8月進水SS是超標最為嚴重的一項指標，8月1日～4日，進水SS均保持在1 000 mg/L以上。8月平均CODCr/SS為0．44，進水水樣表觀呈現出渾濁、存在大量顆粒物，通過對進水異常初期的水質分析確定了SS中無機砂粒成分較多。為避免過多SS進入生化池，對后續處理設備及處理效果產生不利影響，首先，調節渦流沉砂池的曝氣量，盡可能使池底泥沙漿體與空氣充分混合形成密度較小的三相混合物，再通過氣提裝置將混合物抽入砂水分離機進行除砂。7月、8月每日除砂量如圖3所示。

圖3 7月、8月每日除砂量Fig．3 Amount of Daily Sand Removal in July and August

由圖3可知7月除砂量為1．41 m3/d，而8月除砂量為1．74 m3/d，除砂量并未按進水SS等比增加，主要原因在于渦流沉砂池與生化池為同一鼓風機供氣，而風量大小取決于生化池溶解氧，因此沉砂池供氣量受制于好氧段的需氧情況。

因沉砂池除砂率不高，大量SS進入生化池內，由于SS中砂粒的不溶性和重力作用，后續工藝對SS去除效果明顯。一方面生化池污泥能夠通過生物作用有效去除SS中易降解有機物;另一方面在攪拌器和曝氣器的作用下，污泥與SS充分混合，污泥良好的吸附性能將難降解的SS吸附。污泥中夾帶大量的砂粒，沉降性能好，使得混合液進入二沉池后能夠進行有效的泥水分離，通過加大排泥量，使SS隨剩余污泥排出污水處理系統，從而實現了SS的有效去除。7月產泥3 101 t，含水率為71．4%，平均有機質含量為30．1%，8月產泥為2 756 t，含水率為67%，平均有機質含量為24．7%。進水異常期間有機質含量偏低，產生的干泥中無機物約為21．4 t/d，明顯高于正常進水期18．0 t/d的無機物含量，污泥中無機物含量高的原因主要是污水中的無機砂礫轉移至污泥中。

3．2 維持生化池內溶氧值

為保證好氧段微生物的生物活性，必須提供足夠的溶解氧，對于COD偏高的情況，通常需加大曝氣量，該廠好氧一、二段 DO均維持在1．5～1．8 mg/L，好氧一段DO略高于好氧二段。通過設置好氧一段、二段的DO限值，使實際DO與設置值的差值以光電信號的形式反饋至鼓風機控制系統，系統根據信號進行風量調節直至DO升高或降至設置限值。7月、8月每日生化池供氣量如圖4所示。

圖4 7月、8月每日生化池供氣量Fig．4 Daily Air Demand of Biochemical Reaction Basin in July and August

由圖4可知7月平均曝氣量為14 765 m3/h，8月平均曝氣量為13 492 m3/h。8月進水COD較高，但曝氣量反而小。主要原因是8月MLVSS偏低，限制了耗氧量，若曝氣量過大，則池內DO過高，將不利于混合液內回流至缺氧段的反硝化作用和二沉池的泥水分離。因此，好氧段滿足一定的溶氧值即可保證好氧段的處理效果。

3．3 控制混合液及污泥回流比

7月、8月每日生化池污泥濃度曲線如圖5所示。

圖5 7月、8月每日生化池污泥濃度曲線Fig．5 Daily Mixture Liquid Suspended Solids in Biochemical Reaction Basin in July and August

由圖5可知7月平均混合液回流比為163%，污泥回流比為45．3%;8月混合液回流比為167%，污泥回流比45%。8月的混合液回流比略有增加，而污泥回流比與7月相當。7月回流污泥濃度為8 990 mg/L，8月回流污泥濃度為10 200 mg/L，8月回流污泥中的固體含量高于7月。理論上，對于COD、氨氮較高的進水，應加大混合液和污泥回流比，以提高污染物的去除效率，但通過對污泥有效成分進行分析發現，8月平均MLVSS僅為831 mg/L，污泥中含有大量的砂粒使得有機質成分偏低，僅為24．7%。為保證生化池處理效果，須盡快將砂粒排出，防止砂粒在污泥中累積而降低生物處理效率并導致池內固體負荷過大的情況出現，故將污泥回流比在45%左右較為合理。

8月16日MLSS驟降至1 205 mg/L，是因為15日暴雨使進水水質急劇下降，為保證微生物獲取足夠的碳源而減少污泥回流量、加大排泥量，從而導致MLSS迅速降低。當進水水質回升后，即17日暫停排泥直至MLSS恢復正常。

3．4 生物除磷與化學除磷有效結合

8月進水總磷偏高，生物除磷效果受C/P、溫度、pH等因素影響，除磷能力有限，一般需輔以化學除磷措施保證出水總磷達標。通過出水在線監控，設置了出水總磷警戒線0．7 mg/L。當出水總磷接近警戒線并呈現持續上升的趨勢時，啟動化學除磷裝置，直至出水總磷穩定在警戒線之下。8月除磷劑用量35．21 t相比7月的21．35 t，盡管用量有所增加，但在進水總磷過高的情況下，通過水質監控與工藝調控的有效結合，提高了總磷去除率，實現了出水總磷穩定達標。7月、8月的進出水總磷曲線如圖6所示。

圖6 7月、8月每日進出水TP濃度曲線Fig．6 Daily Total Phosphorus Concentration in Influent and Effluent in July and August

由圖6可知7、8月出水TP較為平穩，且基本穩定在1．0 mg/L以下，這表明將投藥警戒線控制在0．7 mg/L，可以安全有效地實現化學除磷。

4 結論

(1)當進水COD、氨氮較高時，需保證好氧段具有穩定的溶解氧，但溶解氧過高不利于反硝化和二沉池泥水分離，因此須根據溶解氧調節鼓風機曝氣量，將溶解氧控制在適當范圍內以實現COD和氨氮的高效去除。

(2)進水異常時，應對COD、氨氮、SS等多項指標進行分析，若SS/COD偏高，即SS中無機成分較多時，導致脫水污泥含水率和有機質含量下降，泥沙粘附在活性污泥表面可通過剩余污泥的形式去除，因此應做好排泥計劃以實現SS較高的去除率并維持生化池內污泥的生物處理效率。

(3)沉砂池供氣量受限于生化池好氧段的需氧情況，應對沉砂池供氣系統與生化池供氣系統進行改造，使兩供氣系統相互獨立，以提高沉砂池的除砂效率。

［1］李艷斌．某污水處理廠改良A2/O工藝的運行分析［J］．凈水技術，2014，33(s2):115-117，121．

［2］王存鳳．寒冷地區改良型A2/O工藝運行參數優化研究［D］．黑龍江:哈爾濱工業大學，2012．

［3］楊志全，周少奇，何偉，等．改良A2/O工藝生物脫氮除磷應用研究［J］．中國給水排水，2010，26(1):80-82．