南方某城镇污水处理厂春季运行期间应对原水氮浓度超高的方法

2021-01-20牟华倩

净水技术 2021年1期

牟华倩，李骏

(金华市水处理有限公司，浙江金华 321016)

“新环保法”、“水十条”等法律法规和“十三五”规划的颁布实施，国家层面对水环境保护提出了更高的要求，污水处理厂尾水水质必须符合新的更严格的排放标准，实现达标排放[1-2]。2016年，南方某城市针对集中式污水处理厂提出了氨氮为1.0 mg/L的地方标准，给该城市污水处理厂的运行带来了极大的压力。参与脱氮的硝化菌大多为自养型菌，易受水质、水量冲击影响，工业废水一旦进入城镇污水处理厂的生化系统，将对菌群产生冲击作用，抑制硝化菌的活性，且需较长的恢复周期，极易造成出水氮指标超标[3]。因此，在污水处理厂实际生产运行过程中，如何准确判断原水水质情况，并快速采取有效措施，避免生化系统和出水水质承受过大，显得尤为重要。

本文结合实际运行经验，论述了南方某城镇污水处理厂在春季运行期间，如何确定和应对原水氮浓度超标导致的出水水质波动，并采取及时有效的应对措施，避免出水水质浓度超标，为其他污水处理厂应对原水水质氮浓度超高提供实际运行经验。

1 污水处理厂基本运行情况

我国南方某城市建成1座设计日处理量为24万t的城镇污水处理厂，工艺流程如图1所示。一期工程(8万t/d)采用SBR工艺，尾水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准[4]。二期工程(8万t/d)采用改良“SBR工艺+混凝+过滤+消毒”工艺，执行GB 18918—2002一级A标准。三期工程(8万t/d)按GB 18918—2002一级A排放标准设计，采用“AAO工艺+混凝+过滤+消毒”工艺。

该污水处理厂来水主要为该市的生活污水和部分工业废水，设计进水水质指标和出水水质排放标准如表1所示。

图1 污水处理工艺流程总图Fig.1 General Diagram of Sewage Treatment Process

表1 设计进水水质指标和出水水质排放标准Tab.1 Design Influent Quality and Discharge Standard of Effluent Quality

2 原水氮浓度超高的判定

选取3月25日—4月7日作为分析研究周期，进出水氮指标在线监测浓度如图2所示。

图2 原水氮冲击期间在线氮数据Fig.4 Online Monitoring Data of Nitrogen during Exceed Influent Concentration

由图2可知，正常运行情况下，原水总氮、氨氮的在线浓度均值分别为51.2 mg/L和25.8 mg/L。3月31日—4月1日为冲击阶段，原水在线氮浓度递增，总氮、氨氮最高值分别达108 mg/L和36.9 mg/L，已达到正常均值的2.1倍和1.4倍。出水氨氮浓度在冲击阶段也呈现周期性缓慢上升趋势，最高浓度为0.17 mg/L，为正常运行浓度的2.4倍。4月2日—4月7日为恢复阶段，出水浓度在线值逐渐恢复正常范围。

为确定原水水质情况，原水总氮、BOD日均浓度以及B/N如图3所示。

图3 春季运行期间进水TN、BOD日均浓度和B/NFig.3 Daily Average Concentration of Influent TN,BOD and Value of B/N during Spring Period

结合城市污水中BOD/TN的典型比例[5]，3月31日原水BOD/TN为2.2，已低于城市污水典型比例中低值3～4，说明该时段进水并非一般生活污水，极有可能为原水混合工业废水。

3 水质及污泥情况

某年3月—5月春季运行期间，该厂进出水氮指标日均浓度数据以及污泥体积指数如图4所示，生化段出水氮浓度如图5所示。

图4 春季运行期间进出水氮浓度和污泥SVI值Fig.4 Influent and Effluent Nitrogen Concentration and SVI during Spring Period

图5 春季运行期间生化段出水氮浓度Fig.5 Effluent Nitrogen Concentration after Biochemical Reaction Stage during Spring Period

由图4可知，该厂进水氨氮、总氮日均指标，平均浓度分别为17.8、24.1 mg/L，最高浓度分别为33.2、67.0 mg/L。出水氨氮、总氮日均指标，平均浓度分别为0.42、5.67 mg/L，最高浓度分别为1.84、11.2 mg/L。氨氮、总氮平均去除率分别为97.6%、75.6%，最大去除率分别为99.2%、90.3%，最低去除率分别为88.7%、47.2%。其中，进水氨氮、总氮最高浓度明显异常，已达到各自平均值的1.86倍和2.78倍，且超过该厂设计进水水质浓度(表1)。3月—5月运行期间，该厂日均氮浓度超过设计指标累计共8 d，由此推断该厂在春季运行期间曾多次遭受原水氮浓度超高冲击。图4中污泥SVI值逐渐减小，综合说明污泥活性逐渐变差。

由图5可知，3月25日—4月7日，冲击阶段生化池出水氨氮浓度升高，一期SBR池浓度为1.32 mg/L，为均值浓度的2.78倍且已超过地方标准，二期为0.96 mg/L，三期为0.26 mg/L。总氮浓度也呈现递增趋势，一、二、三期在冲击阶段出水总氮分别为：13.1、11.5、8.94 mg/L。受生化段工艺的影响，一期SBR工艺和二期MSBR工艺抗冲击能力较弱，三期AAO工艺在进水异常情况下，出水水质相对稳定。

4 应对措施

值班人员发现进水氮浓度在线值异常后，采取如下应急措施。

(1)立即前往现场观察来水水质，发现进水阶段性含有大量深色泡沫，水质颜色发黑，并有明显刺激气味，采取取样、拍照取证措施。

(2)出水氨氮浓度在线浓度异常增高，生化池好氧段DO值出现明显衰减，一期SBR池、二期改良SBR池分别骤减1～2 mg/L，三期AAO池采用精确曝气系统，自动增开1台鼓风机。根据硝化反应机理，氨氮的去除主要由好氧硝化细菌完成，充足的曝气量是关键影响因子，采取加大鼓风机导叶，增加好氧池曝气量，强化好氧硝化反应的措施。

(3)过量曝气量加速碳源消耗，加剧微生物内源呼吸，采取加大外碳源投加措施。

(4)为确保水质稳定达标，减轻冲击负荷，采取减量运行措施。

采取上述应急措施后，出水指标浓度逐渐恢复正常值，系统对氨氮、总氮的去除率分别为98.7%、80.9%，出水氮浓度稳定达标排放。

5 原因分析

根据现场运行情况和相关数据分析，此次原水氮含量超高对出水水质产生影响的主要原因如下。

(1)原水氮浓度超过该厂设计进水指标，为非典型生活污水。来水氨氮的质量浓度升高至67 mg/L，对生物处理系统造成冲击，影响出水氨氮指标浓度。原因为氨氮主要通过硝化反应得以去除，硝化菌大多为无机自养型菌，工业废水中高浓度氮对硝化反应起抑制作用，高浓度氨氮的去除消耗大量溶解氧，溶解氧不足导致硝化反应不充分，从而出水氨氮浓度偏高。

(2)该厂来水碳源不足，污泥活性欠佳。该厂进水CODCr浓度为110～224 mg/L，平均浓度为170 mg/L，污泥负荷偏低，活性污泥处于老化，活性较差状态，SVI值偏低，因此，原水氮浓度超高时，破坏了生化系统的正常运行环境，抑制了硝化反应体系。

(3)氨氮排放浓度执行地方标准，好氧池过分曝气。为确保出水氨氮浓度达到1.0 mg/L，一期、二期生化池溶解氧均保持较高浓度(5.0 mg/L以上)，加之碳源不足，污泥解体和自氧化现象严重。因此，当来水氮浓度超高时，整个生化系统抗冲击能力较弱，为强化硝化反应加大曝气量，增剧碳源消耗和污泥老化。此外，受一期工艺(SBR)较落后的影响，受冲击期间出水氮指标存在超标风险。

(4)在线监测仪表数据不稳定和化验结果分析滞后。进水在线监测仪表实时监测原水氨氮、总氮浓度，但因监测环境较差，数据长期处于不准确状态，因此，无法完全依据在线监测仪表数据准确判断来水水质。理化分析结果相对准确，但具有滞后性，无法作为应急工艺调整的参考。