市政污水处理厂出水氨氮超标问题分析及对策

2015-10-21陈焕军

建筑工程技术与设计 2015年8期

陈焕军

摘要：针对上海某污水处理厂氨氮超标现象，分析了氧化沟内耗氧速率变化、碱度变化；结合该厂运行情况列举了氨氮超标的常见原因，提出了氨氮发生异常时可采取的控制措施，防止水质恶化或缩短硝化系统恢复时间，以供国内其他同类污水处理厂参考。

关键词：市政污水处理厂，氨氮超标，耗氧速率，碱度，控制措施

氨氮是水体中的营养素，可导致水体富营养化，是水体中的主要耗氧污染物。近年来，随着污水处理厂建设和运行规模的逐渐增加，污水处理厂俨然已是氮循环系统的重要组成部分，承担消减自然界中氨氮总量的重要任务。

上海某污水处理厂设计处理规模2.5×104 m3/d，进水由精细化工废水及周边居民生活废水组成，两者比例约3：7。实际运行中，该污水处理厂进水CODcr浓度为400-1000mg/L，氨氮浓度为30-80mg/L，出水执行国家城镇污水处理二级排放标准。处理过程采用水解酸化+A/C氧化沟工艺。

笔者针对该厂出水氨氮异常进行了分析，提出了相应的控制措施，可为发生该类异常现象的污水处理厂提供参考。

1、出水氨氮异常时系统工艺数据的变化

该厂在运行稳定的情况下，出水氨氮往往能保持较低的水平，但硝化菌一旦受损，出水氨氮浓度短期内将迅速上升。出水数据监测往往受监测频次、监测速度等影响，数据结果反馈滞后。借助硝化效果短期内急剧变化的特点，分析各项表征硝化影响因素的工艺数据，以此判断系统的健康度，进而及时采取相关补救措施。

1.1 氧浓度变化判断耗氧速率快慢

在忽略细菌自身同化作用的条件下，硝化过程分两步进行：氨氮在亚硝化菌的作用下被氧化成亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮在硝化菌的作用下被氧化成硝酸盐氮[1]。其相应的反应式为：亚硝化反应方程式：（1）；硝化反应方程式：（2）；硝化过程总反应式：（3）；由式（3）可知，每去除1g NH4+-N需消耗4.57g O2。利用上述结论，王建龙[2]等人通过测量OUR表征硝化活性来了解反应器中的硝化状态。在曝气量固定，进水负荷变化不大的情况下，硝化是否完全直接影响生化池内溶解氧浓度的高低，因此发现出水氨氮异常时，操作人员需充分利用中控系统好氧池实时DO曲线的变化规律，根据氧消耗情况来判断硝化效果，短期内DO曲线呈明显上升趋势的需积极采取措施，防止系统的进一步恶化。

1.2 出水pH变化碱度消耗快慢

由式（1）可知，生物在硝化反应进行中伴随大量H+，消除水中的碱度。每1g氨被氧化需消耗7.14g碱度（以CaCO3计）。反之，随着硝化效果的减弱，碱度的消耗会有所下降。因此可以通过对出水在线pH的变化情况判断氧化沟的硝化效果。在线pH计，数据准确可靠，实时反馈，在实际运行中尤为有效。

2、常见原因

2.1 客观因素影响

上海属亚热带季风气候，每年梅雨季节和汛期雨水尤为充沛。收集范围越广，短时间内污水处理厂进水水量变化系数越大，水量过度负荷，缩短了硝化停留时间。此外，温度也对硝化的影响明显，在低温条件下硝化细菌的繁殖速度降低，体内酶活力受到抑制，代谢速度较慢。一般低于15℃硝化速率降低，12～14℃下活性污泥中硝酸菌活性受到更严重的抑制。每年12月至次年2月，上海气温最低。该厂氧化沟水温最低仅12℃，因此冬季容易造成氨氮超标现象。

2.2 进水浓度过高

该厂进水包括精细化工废水，常受高浓度的废水及进水CODcr、氨氮、有机氮等高浓度的冲击。CODcr对工艺过程中硝化段的影响主要体现在异养菌与硝化菌对氧的竞争方面。CODcr高时利于异氧菌生长，异养菌占优势，硝化菌少从而导致硝化效果不好。有机氮在经过水解酸化后可转化成氨氮，对硝化的影响等同于氨氮。氨氮负荷过高对活性污泥系统有巨大的冲击作用。此外，过高的氨氮会导致游离氨浓度的增加，游离氨对亚硝酸转化为硝酸的抑制性影响是很明显的，因为游离氨的升高导致亚硝酸氮的积累[3]。

2.3 其它因素

除此之外，還有很多因素影响着硝化作用。例如：pH值过高会影响微生物的正常生长，增加水中游离氨的浓度抑制硝化菌。硝化菌还对重金属、酚、氰化物等有毒物质特别敏感。因此，可对水样进行硝化菌毒性试验来判断废水是否对硝化菌有抑制作用。

3、发现氨氮异常情况时的控制措施：

若主体生化处理单元，若出现 NH4-N有上升态势，针对不同的原因，可选择如下应急措施防止水质的进一步恶化。

3.1 减小进水氨氮负荷

减少进水氨氮负荷，一是降低进水氨氮浓度，二是减少进水水量。由于该厂接纳部分化工废水，容易受氨氮（或有机氮）的冲击，因此在线仪显示有高浓度氨氮进入时需及时启用应急调节池，同时加大对排污企业的抽样监测力度，从源头控制进水氨氮浓度。减少进水水量是促进硝化菌恢复的强有效手段，但实际运行中，受调节池停留时间、外部管网外溢风险等制约，仅可实施几小时。平日需积累各泵站输送规律，合理调度争取减负时间。

3.2 维持硝化必须的碱度量

氨氮的氧化过程消耗碱度，pH值下降，从而影响硝化的正常进行，因此溶液中必须有充足的碱度才能保证硝化的顺利进行。实验研究表明，当ALK/N<8.85时，碱度将影响硝化过程的进行，碱度增加，硝化速率增大。但当ALK/N≥9.19（碱度过量30）以后，继续增加碱度，硝化速率增加甚微，甚至会有所下降。过高的碱度会产生较高的pH值，反而会抑制硝化的进行。故控制ALK/N在8-10较为合理。在实际工程中，可向氧化沟内投加溶解完成的碳酸钠以提高碱度。

3.3 合理控制氧浓度

氨氮氧化需要消耗溶解氧，但氧浓度并非越高越好。由氧气在水中的传质方程可知，液相主体中的DO浓度越高，氧的传质效率越低。综合考虑氧在水中的传质效率和微生物的硝化活性，调控好氧段的DO在2.5mg/L左右可以在不浪费能量的情况下最大限度地提高对氨氮的去除效率。

3.4 投加消化促进剂

硝化促进剂是利用微生物营养与生理学方法进行合理配方，根据微生物营养生理及污水处理的共代谢原理，促进硝化细菌发生作用，提高污水处理的氨氮去除效率。笔者尝试在硝化效果减弱，氨氮逐步上升阶段投加，效果显著。但系统丧失硝化能力时投加，效果不明显，且该类产品往往价格昂贵，对处理大水量的系统实用性不强。

3.5 其它工艺上的微调

①减少氧化沟排泥量。一是因为硝化菌世代周期长，较长的SRT有利于硝化菌的生长；二是硝化效果降低时，大量的硝化菌被流失，排泥会加速硝化菌的流失。

②增加氧化沟内、外回流。前者是为系统提供更长的好氧时间，有利于硝化菌的生长。后者一方面可维持生化单元相对较高的污泥浓度，提高系统的抗冲击能力；另一方面可降低进入氧化沟的氨氮浓度，进而减少高浓度氨氮或游离氨对硝化菌的抑制作用。

③加大取样化验分析频次，检验所采取的应急措施对出水水质的改善效果，否则应更换其他方法或多种方法联用，尽量缩短处理系统的恢复时间。

4、结语

出水氨氮作为城镇污水处理厂重点控制的指标之一，出水氨氮发生异常时，数据往往上升迅速，让工程运行人员措手不及。通过对系统耗氧速率、碱度消耗等硝化影响因素的分析，可较为便捷、准确的判断硝化效果的发展趋势。于此同时，采取切实有效的控制措施，可缩短硝化系统的恢复时间。

参考文献：

[1]刘景明等.《污水处理工》（M）.北京：北京工业出版社，2010：247.