山西市政污水處理廠氨氮去除應急處理方案

蒙云亞

(山西豪佳工程設計院有限公司，山西 太原 030012)

引 言

山西市政污水處理廠設計規模為20 000 m3/d，污水處理主體工藝采用奧貝爾氧化溝工藝，在運行之初，該廠污水處理效果較好，出水水質達到了設計要求。但隨著開發區內工業的快速發展、人口數量的增加和人民生活水平的提高，污水處理廠負荷逐年增加，尤其在幾次較大的沖擊負荷之后，出水水質惡化[1-3]。2010年春季，該廠出水COD、氨氮經常超標，并出現二沉池出水氨氮值高于氧化溝進水的現象，因此需要對原設計進行升級改造。在改造期間，為了滿足山西省該河流斷面水質考核達標，本文擬對出水氨氮進行應急處理。

1 工程概況

1.1 設計進出水水質

原設計進水水質為生活污水以及通過廠區自身處理達標允許排放的工業企業廢水，原設計出水水質標準執行國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準，其主要指標如表1所示。

表1 設計進、出水水質表

污水處理主體工藝采用奧貝爾氧化溝工藝，工藝流程如第174頁圖1所示。

1.2 實際進、出水水質

根據污水廠提供的資料，實際進、出水水質見表2。

表2 實際進、出水水質表

1.3 進水氨氮超標原因分析

根據污水處理廠相關人員反饋，目前進水水質不穩定，進水氨氮在50 mg/L～100 mg/L波動。波動原因可能有：

1) 污水收集管網涉及的范圍較大，目前只有城區新建的和改造后的道路實施了雨污分流，但是在未曾改造的老舊城區目前還是雨污合流的狀況，雨水初期污染和管道沉積物比較多，導致氨氮偏高。

2) 上游有一些企業或小作坊存在偷排，或者通過罐車等直接倒入污水管渠現象，導致廢水超標排放，產生了高濃度氨氮。

1.4 出水氨氮不達標原因分析

1) 進水氨氮質量濃度在50 mg/L～100 mg/L，遠超過原設計值，原工藝流程停留時間不足，系統的抗沖擊負荷能力較弱，導致出水氨氮偏高。

2) 現有污水廠大部分工藝設施由于設備陳舊、老化，檢修頻繁，不能連續正常運行，例如：

格柵、提升泵房、旋流沉砂池、初沉池進水量不穩定，設備沒有正常運行，設施內沉積物比較多；

生物選擇池工作也不正常，表面浮泥較多，攪拌機沒有工作；

氧化溝處理工藝設施老舊，SV值比較高，表曝機供氧不足，不能滿足硝化反應所需氧量。現有池容嚴重不足，微生物停留時間不足，對氨氮的去除率有限；

圖1 原工藝流程圖

二沉池表面有浮泥，出現污泥膨脹，使微生物活性降低，生物處理效果降低，導致氨氮偏高。

后續澄清過濾設施基本報廢，不能發揮化學除磷作用；

清水池加氯消毒設備能力不足，最大次氯酸鈉投加量為300 L/h，不能去除這么多的氨氮。

2 應急處理建議

針對污水廠的運行現狀，在升級改造期間，為了保證出水氨氮達標，我公司建議優化運營管理，加大進水及二級生化單元出水氨氮的檢測頻次，并應加強現場巡視，尤其是當污水收集系統中含有大量工業廢水時，需加強夜間對提升泵房的巡視。若發現有明顯工業廢水的偷排現象，一方面要取樣化驗及備查，另一方面應減少提升泵的開啟臺數甚至關閉提升泵，將此部分污(廢)水通過溢流管排出，以免破壞生化處理系統。若部分高濃度工業廢水已經進入初沉池，則應加大初沉池的排泥量，避免其繼續在系統內循環或進入后續主體生化處理單元。

若污水已進入主體生化處理單元，并導致系統出水氨氮超標時，應采取如下應急措施：

1) 減少進水量，減小內回流比，延長好氧單元的實際水力停留時間，提高硝化效果，密切關注其他水質指標及污泥指標的變化；

2) 盡量避免出現污泥解體或污泥膨脹現象;若出現該情況則應迅速向系統中投加混凝劑，改善污泥絮凝及沉降性能;

3) 關注pH及TP情況，盡量保證系統處于弱堿性環境，必要時向系統中投加適量的Na2CO3以補充硝化所需的堿度;

4) 若反應器內TP濃度顯著低于平時水平，則應向系統中補充適當的磷酸二氫鉀或磷肥，改善污泥的絮凝效果及硝化能力;

5) 加大外回流比、維持生化單元相對較高的污泥濃度，提高系統的抗沖擊負荷能力;

6) 待這部分污泥進入二沉池后，減少外回流量并增大剩余污泥排放量，將此部分污泥盡快進行無害化處理;

7) 加大取樣化驗分析頻次，檢驗所采取的應急措施對出水水質的改善效果，否則應更換其他方法或多種方法聯用，盡量縮短處理系統的恢復時間。

以上應急措施如果沒有效果，建議采用投加氨氮去除劑或次氯酸鈉的方法對氨氮進行去除。

3 氨氮去除劑或次氯酸鈉小試及結論

根據污水廠的運行現狀，本次小試實驗采用二沉池出水作為原水，分別加入氨氮去除劑-1(代號N1)、氨氮去除劑-2(代號N2)以及次氯酸鈉，經過實驗選擇合適的藥劑并確定藥劑最佳投加量。

3.1 氨氮去除劑實驗步驟

1) 稱取5 g氨氮去除劑，用水稀釋至100 mL，攪拌使其完全溶解后，配制成5%的溶液，放置待用。

2) 分別取1 L待處理的污水(取自污水處理廠北二沉池出水)于10個1 000 mL的燒杯中，依次加入5%的氨氮去除劑0、4、8、10、12、14、20、21、22、24 mL于9個燒杯內編號(10個燒杯的加藥量為0、200、400、500、600、800、1 000、1 050、1 100、1 200 mg/L)。用玻璃棒攪拌，使其充分反應10 min左右。

3) 反應結束測定氨氮值。

3.2 次氯酸鈉實驗步驟

1) 分別取1 L待處理的污水(取自污水處理廠北二沉池出水)于11個1 000 mL的燒杯中，依次加入10%的NaClO溶液0、1.5、2.5、3.5、3.9、4.1、4.3、4.4、4.5、5.5、6.5于11個燒杯內并編號(11個燒杯的加藥量為0、150、250、350、390、410、430、440、450、550、650 mg/L)。用玻璃棒攪拌30 s，靜置5 min。

2) 反應結束測定氨氮值

3.3 實驗記錄

氨氮去除劑-1(N1)、氨氮去除劑-2(N2)、次氯酸鈉實驗數據分別見表3～表5。

表3 N1氨氮去除效果表

表4 N2氨氮去除效果表

表5 次氯酸鈉氨氮去除效果表

由表3～表5可知，氨氮去除劑-1和次氯酸鈉效果相對較好，對這兩種藥劑的數據進行分析。

3.4 實驗分析

1) 氨氮去除劑-2實驗分析

由表3可知，在投加量為500 mg/L時，剩余氨氮濃度不降反增，根據推斷其應該為錯誤數據。剔除此數據后，繪制曲線如圖2。

從圖2可以看出，隨氨氮去除劑投加量的增加，氨氮剩余量呈下降趨勢，去除率呈上升趨勢。當投加量為1 000 mg/L時，剩余氨氮量達11 mg/L，去除率達到82.5%，當投加量為1 050、1 100、1 200 mg/L時，剩余氨氮量已超出儀器可測范圍,接近于0，去除率幾乎達到100%。根據圖2中擬合公式，若要剩余氨氮達到5 mg/L，需要投加氨氮去除劑的量為1 043 mg/L。

圖2 N1處理效果圖

2) 次氯酸鈉實驗分析

將表5數據繪制成曲線，見圖3。

圖3 次氯酸鈉處理效果圖

從圖3可以看出，隨次氯酸鈉投加量的增加，氨氮剩余量呈下降趨勢，去除率呈上升趨勢。當投加量為440 mg/L時，剩余氨氮量已超出儀器可測范圍，接近于0，去除率幾乎達到100%。

4 藥劑投加裝置及運行成本分析

根據實驗，在二沉池出水氨氮質量濃度≤65 mg/L、處理要求氨氮降到5 mg/L的情況下，我公司初步建議投加量分別為1 100 mg/L、450 mg/L，實際投加量根據現場出水氨氮進行調整，如果出水氨氮高于65 mg/L，相應設施都會發生變化，藥劑投加裝置見表6，初步藥劑運行成本見表7。

表6 藥劑投加裝置

表7 運行成本分析表

5 結論

根據實驗結果及成本分析，每降解1 mg氨氮，采用氨氮去除劑和次氯酸鈉的藥劑理論成本分別為0.31元和0.12元，實際應用時請根據實際藥劑市場供應情況，需要結合小試進行選擇投加。

6 注意事項

氨氮去除劑反應速度快，基本不引入二次污染，但是投加過量也會存在一定環境風險。

次氯酸鈉須嚴格控制投氯量，過量加氯使水體增加了三氯甲烷等有機氯化衍生物，可能有潛在的毒性和致癌性，影響水質安全，同時還須脫余氯，以免毒害魚貝類水生生物。

所以，不管采用氨氮去除劑還是次氯酸鈉去除氨氮，都建議先做活魚毒理實驗，以保證水質安全。