南方某城鎮(zhèn)污水處理廠春季運(yùn)行期間應(yīng)對(duì)原水氮濃度超高的方法

牟華倩，李 駿

(金華市水處理有限公司，浙江金華 321016)

“新環(huán)保法”、“水十條”等法律法規(guī)和“十三五”規(guī)劃的頒布實(shí)施，國(guó)家層面對(duì)水環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，污水處理廠尾水水質(zhì)必須符合新的更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放[1-2]。2016年，南方某城市針對(duì)集中式污水處理廠提出了氨氮為1.0 mg/L的地方標(biāo)準(zhǔn)，給該城市污水處理廠的運(yùn)行帶來了極大的壓力。參與脫氮的硝化菌大多為自養(yǎng)型菌，易受水質(zhì)、水量沖擊影響，工業(yè)廢水一旦進(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理廠的生化系統(tǒng)，將對(duì)菌群產(chǎn)生沖擊作用，抑制硝化菌的活性，且需較長(zhǎng)的恢復(fù)周期，極易造成出水氮指標(biāo)超標(biāo)[3]。因此，在污水處理廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，如何準(zhǔn)確判斷原水水質(zhì)情況，并快速采取有效措施，避免生化系統(tǒng)和出水水質(zhì)承受過大，顯得尤為重要。

本文結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，論述了南方某城鎮(zhèn)污水處理廠在春季運(yùn)行期間，如何確定和應(yīng)對(duì)原水氮濃度超標(biāo)導(dǎo)致的出水水質(zhì)波動(dòng)，并采取及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)措施，避免出水水質(zhì)濃度超標(biāo)，為其他污水處理廠應(yīng)對(duì)原水水質(zhì)氮濃度超高提供實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1 污水處理廠基本運(yùn)行情況

我國(guó)南方某城市建成1座設(shè)計(jì)日處理量為24萬t的城鎮(zhèn)污水處理廠，工藝流程如圖1所示。一期工程(8萬t/d)采用SBR工藝，尾水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)[4]。二期工程(8萬t/d)采用改良“SBR工藝+混凝+過濾+消毒”工藝，執(zhí)行GB 18918—2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。三期工程(8萬t/d)按GB 18918—2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用“AAO工藝+混凝+過濾+消毒”工藝。

該污水處理廠來水主要為該市的生活污水和部分工業(yè)廢水，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)和出水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

圖1 污水處理工藝流程總圖Fig.1 General Diagram of Sewage Treatment Process

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)和出水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Design Influent Quality and Discharge Standard of Effluent Quality

2 原水氮濃度超高的判定

選取3月25日—4月7日作為分析研究周期，進(jìn)出水氮指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)濃度如圖2所示。

圖2 原水氮沖擊期間在線氮數(shù)據(jù)Fig.4 Online Monitoring Data of Nitrogen during Exceed Influent Concentration

由圖2可知，正常運(yùn)行情況下，原水總氮、氨氮的在線濃度均值分別為51.2 mg/L和25.8 mg/L。3月31日—4月1日為沖擊階段，原水在線氮濃度遞增，總氮、氨氮最高值分別達(dá)108 mg/L和36.9 mg/L，已達(dá)到正常均值的2.1倍和1.4倍。出水氨氮濃度在沖擊階段也呈現(xiàn)周期性緩慢上升趨勢(shì)，最高濃度為0.17 mg/L，為正常運(yùn)行濃度的2.4倍。4月2日—4月7日為恢復(fù)階段，出水濃度在線值逐漸恢復(fù)正常范圍。

為確定原水水質(zhì)情況，原水總氮、BOD日均濃度以及B/N如圖3所示。

圖3 春季運(yùn)行期間進(jìn)水TN、BOD日均濃度和B/NFig.3 Daily Average Concentration of Influent TN,BOD and Value of B/N during Spring Period

結(jié)合城市污水中BOD/TN的典型比例[5]，3月31日原水BOD/TN為2.2，已低于城市污水典型比例中低值3～4，說明該時(shí)段進(jìn)水并非一般生活污水，極有可能為原水混合工業(yè)廢水。

3 水質(zhì)及污泥情況

某年3月—5月春季運(yùn)行期間，該廠進(jìn)出水氮指標(biāo)日均濃度數(shù)據(jù)以及污泥體積指數(shù)如圖4所示，生化段出水氮濃度如圖5所示。

圖4 春季運(yùn)行期間進(jìn)出水氮濃度和污泥SVI值Fig.4 Influent and Effluent Nitrogen Concentration and SVI during Spring Period

圖5 春季運(yùn)行期間生化段出水氮濃度Fig.5 Effluent Nitrogen Concentration after Biochemical Reaction Stage during Spring Period

由圖4可知，該廠進(jìn)水氨氮、總氮日均指標(biāo)，平均濃度分別為17.8、24.1 mg/L，最高濃度分別為33.2、67.0 mg/L。出水氨氮、總氮日均指標(biāo)，平均濃度分別為0.42、5.67 mg/L，最高濃度分別為1.84、11.2 mg/L。氨氮、總氮平均去除率分別為97.6%、75.6%，最大去除率分別為99.2%、90.3%，最低去除率分別為88.7%、47.2%。其中，進(jìn)水氨氮、總氮最高濃度明顯異常，已達(dá)到各自平均值的1.86倍和2.78倍，且超過該廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)濃度(表1)。3月—5月運(yùn)行期間，該廠日均氮濃度超過設(shè)計(jì)指標(biāo)累計(jì)共8 d，由此推斷該廠在春季運(yùn)行期間曾多次遭受原水氮濃度超高沖擊。圖4中污泥SVI值逐漸減小，綜合說明污泥活性逐漸變差。

由圖5可知，3月25日—4月7日，沖擊階段生化池出水氨氮濃度升高，一期SBR池濃度為1.32 mg/L，為均值濃度的2.78倍且已超過地方標(biāo)準(zhǔn)，二期為0.96 mg/L，三期為0.26 mg/L。總氮濃度也呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，一、二、三期在沖擊階段出水總氮分別為：13.1、11.5、8.94 mg/L。受生化段工藝的影響，一期SBR工藝和二期MSBR工藝抗沖擊能力較弱，三期AAO工藝在進(jìn)水異常情況下，出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。

4 應(yīng)對(duì)措施

值班人員發(fā)現(xiàn)進(jìn)水氮濃度在線值異常后，采取如下應(yīng)急措施。

(1)立即前往現(xiàn)場(chǎng)觀察來水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水階段性含有大量深色泡沫，水質(zhì)顏色發(fā)黑，并有明顯刺激氣味，采取取樣、拍照取證措施。

(2)出水氨氮濃度在線濃度異常增高，生化池好氧段DO值出現(xiàn)明顯衰減，一期SBR池、二期改良SBR池分別驟減1～2 mg/L，三期AAO池采用精確曝氣系統(tǒng)，自動(dòng)增開1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。根據(jù)硝化反應(yīng)機(jī)理，氨氮的去除主要由好氧硝化細(xì)菌完成，充足的曝氣量是關(guān)鍵影響因子，采取加大鼓風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉，增加好氧池曝氣量，強(qiáng)化好氧硝化反應(yīng)的措施。

(3)過量曝氣量加速碳源消耗，加劇微生物內(nèi)源呼吸，采取加大外碳源投加措施。

(4)為確保水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，減輕沖擊負(fù)荷，采取減量運(yùn)行措施。

采取上述應(yīng)急措施后，出水指標(biāo)濃度逐漸恢復(fù)正常值，系統(tǒng)對(duì)氨氮、總氮的去除率分別為98.7%、80.9%，出水氮濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

5 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況和相關(guān)數(shù)據(jù)分析，此次原水氮含量超高對(duì)出水水質(zhì)產(chǎn)生影響的主要原因如下。

(1)原水氮濃度超過該廠設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，為非典型生活污水。來水氨氮的質(zhì)量濃度升高至67 mg/L，對(duì)生物處理系統(tǒng)造成沖擊，影響出水氨氮指標(biāo)濃度。原因?yàn)榘钡饕ㄟ^硝化反應(yīng)得以去除，硝化菌大多為無機(jī)自養(yǎng)型菌，工業(yè)廢水中高濃度氮對(duì)硝化反應(yīng)起抑制作用，高濃度氨氮的去除消耗大量溶解氧，溶解氧不足導(dǎo)致硝化反應(yīng)不充分，從而出水氨氮濃度偏高。

(2)該廠來水碳源不足，污泥活性欠佳。該廠進(jìn)水CODCr濃度為110～224 mg/L，平均濃度為170 mg/L，污泥負(fù)荷偏低，活性污泥處于老化，活性較差狀態(tài)，SVI值偏低，因此，原水氮濃度超高時(shí)，破壞了生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行環(huán)境，抑制了硝化反應(yīng)體系。

(3)氨氮排放濃度執(zhí)行地方標(biāo)準(zhǔn)，好氧池過分曝氣。為確保出水氨氮濃度達(dá)到1.0 mg/L，一期、二期生化池溶解氧均保持較高濃度(5.0 mg/L以上)，加之碳源不足，污泥解體和自氧化現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，當(dāng)來水氮濃度超高時(shí)，整個(gè)生化系統(tǒng)抗沖擊能力較弱，為強(qiáng)化硝化反應(yīng)加大曝氣量，增劇碳源消耗和污泥老化。此外，受一期工藝(SBR)較落后的影響，受沖擊期間出水氮指標(biāo)存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

(4)在線監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和化驗(yàn)結(jié)果分析滯后。進(jìn)水在線監(jiān)測(cè)儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原水氨氮、總氮濃度，但因監(jiān)測(cè)環(huán)境較差，數(shù)據(jù)長(zhǎng)期處于不準(zhǔn)確狀態(tài)，因此，無法完全依據(jù)在線監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷來水水質(zhì)。理化分析結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，但具有滯后性，無法作為應(yīng)急工藝調(diào)整的參考。

6 結(jié)論

(1)結(jié)合在線監(jiān)測(cè)儀表和理化分析數(shù)據(jù)，可確定南方某城市污水處理廠原水氮濃度超高。

(2)應(yīng)對(duì)原水氮濃度超高可采取提高好氧池曝氣量，補(bǔ)充碳源，減少進(jìn)水量的應(yīng)對(duì)措施。

(3)運(yùn)行結(jié)果表明，采取上述措施后，生化池硝化菌系統(tǒng)逐漸恢復(fù)，出水氨氮含量逐漸降低，穩(wěn)定達(dá)到地方標(biāo)準(zhǔn)。