污水处理厂低负荷下C/N失衡的工艺调控方式研究

2022-08-08严钤鲲王永宁

中国资源综合利用 2022年7期

严钤鲲，王永宁

（1.中信环境技术（广州）有限公司，广州 510660；2.华南师范大学，广州 510630）

随着工业化进程逐渐加快，过去散落的工厂逐步聚集起来，形成工业园区和产业集群。工业园区建立初期，由于入驻企业数量不足、配套管网不成熟等原因，其配套污水处理厂存在污水类型单一、C/N失衡、低负荷等问题。较低的进水C/N不利于污泥培养和驯化，同时低负荷下曝气过量易导致污泥老化，出水总氮（TN）难以稳定达标。江西某经济开发区配套污水处理厂运行初期，实际进水量远低于设计水量。本项目结合实际需求，通过工艺调控完成出水稳定达标。下面重点分析该污水处理厂低负荷下C/N失衡的工艺调控方式。

1 项目概况

本项目主要收集和处理经济开发区内的工业废水及居民生活污水，设计处理规模为4.0×10m/d，设备分为两组，设计进出水水质如表1所示。主要指标有化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、悬浮物（SS）、TN、氨氮（NH-H）、总磷（TP）。由于前期进水量限制，试运行调试的处理规模设定为1.0×10m/d。污水处理工艺流程为：粗格栅→污水提升泵站→细格栅→曝气沉砂池→水解酸化池→厌氧-缺氧-好氧（AO）生物池→二沉池→高效沉淀池→精密滤池→二氧化氯消毒池→尾水排放至赣江。

表1 设计进出水水质

污水自流入粗格栅，去除粒径大于20 mm的漂浮物、固体物，而后进入进水泵房，经污水泵提升进入细格栅，去除粒径大于5 mm的固体物，再经曝气沉砂池去除粒径大于0.2 mm的砂粒。除砂后的污水进入水解酸化池，将难溶性大分子污染物降解为可溶性小分子污染物，提高污水的可生化性。出水进入AO生物池，去除COD、BOD、SS、TN、TP等。AO生物池混合液进入二沉池进行泥水分离，上清液进入高效沉淀池，高效沉淀池通过投加聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）使水中细小胶体颗粒脱稳，凝聚成大的絮凝体，进一步去除污水中污染物。高效沉淀池出水进入精密滤池去除SS，最终进行二氧化氯消毒，出水外排。污水处理后，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准。

2 设计参数

水解酸化池共有2座，总设计规模为4.0×10m/d，有效容积为19 890 m，水力停留时间为11.9 h；AO生物池共有2座，总设计规模为4.0×10m/d，单座设计流量为2.0×10m/d，即相当于833.33 m/h，水力停留时间为14.50 h，其中预缺氧池0.53 h、厌氧池1.59 h、缺氧池3.97 h、好氧池8.41 h。

其他设备有多级离心鼓风机、污泥内回流泵和外回流泵。从设计参数来看，多级离心鼓风机气体流量为5 700 m/h，气体压力为64 kPa，功率为112 kW，共有4台（3用1备）；内回流泵功率为11 kW，流量为1 800 m/h，扬程为1.0 m，共有2台（1用1备）；外回流泵功率为18.5 kW，流量为900 m/h，扬程为4.0 m，共有3台（2用1备）。

3 主要存在的问题

3.1 进水C/N失衡，影响脱氮能力

本项目于2020年4月开始通水调试，经过前期清水调试、污泥接种、间歇驯化，于5月进入连续驯化阶段。5月进水COD平均值为39.0 mg/L，NH-H平均值为8.17 mg/L，TN平均值为22.1 mg/L。进水水质远低于纳管标准，碳源严重不足，C/N严重失衡。

3.2 污泥老化解絮

由于低负荷导致水力停留时间过长，同时风机最低曝气量对应的气水比高达5左右，好氧池溶解氧整体处于较高水平。当进水浓度过低时，活性污泥内源呼吸速率加快，污泥整体呈松散状，加上曝气量较大，导致污泥老化解絮。该污水处理厂长期处于低负荷运行状态，污泥老化解絮严重。

3.3 反硝化段溶解氧含量、氧化还原电位较高，出水总氮超标

进水溶解氧高达7 mg/L，日均进水量约为2 500 t，且无法连续进水。进水溶解氧含量较高，同时单组设计日处理量为20 000 t，日均进水量仅达到单组设计日处理量的12.5%，水力停留时间是设计值的数倍，无法满足工艺设计参数要求。低负荷下风机频率调至最低（沉降比80%），好氧池仍曝气过度，而内回流泵以单台最小频率（30 Hz）运行时，内回流比高达500%。这直接导致反硝化段溶解氧为5 mg/L左右，氧化还原电位（）高达900 mV，反硝化反应难以进行，出水总氮超标。

4 工艺调控方式

依据目前的水质与水量，本项目可通过减少反硝化段溶解氧、外加碳源的方式增强反硝化反应，同时在生化池出水口适当投加PAM，达到降低总氮、增强污泥沉降能力的目标。

4.1 曝气控制方式

一是风机功率调至最低（沉降比80%）。可使用间歇曝气方式，降低曝气量，减少曝气时间。根据沿程分析确定氨氮达标的水力停留时间，确定曝气时间，从而控制溶解氧。停曝阶段可适当周期性开启风机，避免污泥沉淀，增强搅拌效果。二是增加另一组未启用生物池曝气量。启用生物池好氧池1号廊道、4号廊道，调小立管阀门开度，适当打开放空阀；好氧池内间歇曝气，降低溶解氧含量（缺氧池低于0.5 mg/L，好氧池进水为2.0 mg/L，出水为1.5 mg/L）。

4.2 回流控制方式

目前，系统进水量较低，回流泵流量较大，回流比超出正常范围，超标200%～300%，影响反硝化段溶解氧含量。由于进水总磷较低，本项目暂时关闭内回流，使用外回流泵进行回流，控制回流比在合理范围内。利用二沉池的水力停留时间可以有效减少回流的溶解氧，保护缺氧段环境，形成缺氧好氧（AO）工艺，延长缺氧段工艺，强化生化系统脱氮效果。后期好氧池溶解氧控制良好时，恢复正常的内、外回流控制。

4.3 碳源投加方式

根据每日进水量及水质，厌氧段外回流时投加乙酸钠作为碳源。选用的乙酸钠为工业副产物，根据现场试验分析，每克乙酸钠可以贡献450 mg COD。依据低负荷运行时的平均水质与水量，预测需要将COD提升至150 mg/L，每升水需要增加100 mg COD，吨水投加乙酸钠222.2 g。依照每日进水量2 500 t，每日需要投加555.5 kg乙酸钠。

5 调控结果

自2020年6月3日起，本项目使用曝气控制、回流控制、碳源投加等工艺调控方式进行调试。由调试结果可以看出，缺氧池ORP于6月4日开始下降，由879 mV降至小于100 mV，最低值达到-19 mV；出水TN持续下降，于6月10日首次达标，同时持续稳定在15 mg/L以下。但后期达标后，恢复正常内、外回流控制，内回流比最小控制值仍然较高，所以ORP在后期没有持续下降，但整体出水全面稳定达标。对于曝气系统控制，要重点关注进水各项指标，由于低负荷污泥浓度降低，生化系统抗冲击能力较弱。针对异常进水，须及时采取调控措施，避免出水超标。