關于城鎮污水處理廠氨氮達標排放深度改造的探討

尚菊紅

(山西省長治市環境信息監控中心，山西 長治 046000)

引 言

氨氮是控制水體含氮有機物污染和保護水生態系統的一個關鍵水質指標。“十二五”的廢水減排新增了氨氮,并于2011年底成為污染源在線自動監控項目，我省將原有執行一級B標準的污水處理廠提標為一級A標準，“十三五”將根據質量改善需求繼續實施氨氮排放總量控制，并對總氮、總磷實施重點區域與重點行業相結合的總量控制。生活污染是氨氮的主要排放源，城鎮污水處理是削減氨氮的主要手段，已成為氨氮減排的最主要領域，城市污水脫氮處理有待加強，脫氮形勢十分嚴峻。因此，現有城市污水處理廠需要大幅提高脫氮除磷能力，進行升級改造。我市各級政府對污水綜合治理十分重視，為提升市政污水處理規模和水平使得地區環境保護和改善以及資源綜合利用在全省達到先進水平，要求轄區內城鎮污水處理廠排放全面提標并嚴格執行一級A排放標準。為此選擇我市某一縣區污水處理廠提標改造采用膜生物反應器(MBR)新技術作為全地區提標升級改造的示范[1]。

1 深度改造的不良因素分析

1.1 現有污水處理工藝對去除氨氮有難度

該污水工藝流程為典型的市政污水處理流程，生化反應采用經典的A2/O工藝，污水處理廠水量較小、水質變化較大，污水碳氮比普遍偏低，進水無機懸浮固體普遍偏高，尤其在冬季進水水質惡化的情形下，再加上低水溫和工業廢水的影響，要想持續穩定達標特別是脫氮比較困難。

1.2 治理設施和運行過程存在問題

就運行過程來說，污水處理廠污水管網不太配套、缺乏深度治理設施，運行負荷率低、運行水平較低，導致無法達到合適的運行狀態穩定達標排放，污水處理費征收不足，監管不力等因素也影響實際處理效果。

根據現場調研了解情況分析，該污水廠運行過程中存在的主要問題有：旋流沉砂池分離效率低使細小顆粒的粉煤灰大量夾帶進入生化處理系統影響活性污泥的活性，最終成為出水氨氮不達標的重要因素之一；活性污泥沉降性極差影響污泥沉降性能及污泥活性；各級功能性池的水流設計分布不合理造成各生化反應池水流短路，影響生化效果；污泥收集池設計不盡合理無泥水分離作用造成TP、TN和BOD負荷失調；由于進水量偏少和回流比過大造成系統運行參數紊亂導致SRT和HRT過長并直接影響水溫及溶解氧的控制；進水每3～4天會出現一次TN特別高現象導致生化系統中BOD/TN濃度比值小于理論脫氮值，使生物脫氮無法完全進行。

1.3 其他因素

由于污水處理廠管網設施的缺陷，例如現有的污水管網一般會受到雨水以及地下水的影響，可能會導致碳氮比較低，排放總量增大。

2 深度改造方法分析

2.1 各工藝比較

目前多數城鎮污水處理廠采用的脫氮除磷傳統工藝主要有5大類：A/O工藝、A2/O工藝、改進A2/O工藝、氧化溝工藝、MBR及其改進工藝。針對氨氮處理采取的主要措施為：污水氨氮超標說明硝化不完全，延長好氧池的曝氣時間；增加污泥齡，富集硝化菌；加大污泥回流量或延長停留時間來解決；pH值偏低，硝化消耗堿度，調節進水pH值，可投加NaOH或Ca(OH)2；適當增加曝氣量；保證污水水溫大于15 ℃。比較目前主要脫氮除磷工藝的特點和運行后，我們不難發現每種脫氮技術和工藝都有其特點和不足，還沒有任何一種在經濟和效果上都特別好的技術。

MBR是一種由膜分離單元與生物處理單元相結臺的新型污水處理技術，以膜組件取代二沉池在生物反應器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設施占地，系統具有低污泥、高容積負荷的技術特征并可減少剩余活性污泥產生量。近年來，我國MBR技術在生活污水處理以及其它行業廢水處理等方面都進行了研究，結果表明：MBR對廢水的COD、NH3-N、SS、濁度等都達到良好的去處效果。新建擴建項目雖可采用MBR工藝，但這種技術對我國而言還在摸索。在大型污水處理廠全部使用這種工藝有風險、運行不安全、能耗高[2]。

MBR技術可以達到更高的排放標準，其實基于成本、技術等多方面的原因，還是具有一定困難的。我認為膜分離技術只是現行污水處理的環節之一，生物脫氮除磷技術是不可缺少的。

2.2 兩級A2/O+MBR提標改造工藝優化運營

2.2.1 工藝流程(如圖1所示)

圖1 兩級A2/O+MBR提標改造工藝流程圖

2.2.2 工藝說明

1) 本次對細格柵作了更精細的改造，將原先的齒耙回轉格柵改造為轉鼓精細格柵，1 cm的齒耙間距改為2 mm的網孔，這樣的格柵能夠截留任何大小為2 mm的雜物，以保證沒有大的尖銳的物體進入MBR膜池，從而對MBR膜起到一定的保護作用[3]。

2) 在曝氣池的出水口安裝網篩，以進一步的避免絲狀物進入MBR膜池，避免吸附到MBR膜表面，從而減慢對MBR膜的污染。

3) 在MBR膜池安裝除磷加藥設備，在磷不達標的短暫期間可以通過加入除磷藥劑，將磷聚集到一起，然后通過脫泥將聚磷隨之排出，以保證磷達標。因為磷的去除是靠剩余污泥的排放實現的。

4) 采用MBR技術可以實現SRT和HRT的完全分離，SRT這一指標體現的是對菌種的選擇，SRT的長短對活性污泥的菌種起決定性的作用。比如硝化細菌的最佳SRT為5 d～8 d，而反硝化細菌的最佳SRT為15 d，如果SRT達不到5 d以上，則硝化細菌就不可能大量繁殖，成為優勢菌種，從而嚴重影響硝化作用，導致出水NH3-N不達標，TN的去除就更談不上。但是SRT也不能太長，如超過15 d，則反硝化細菌的生長就會受到抑制，而對于硝化細菌來說此時的泥齡屬于嚴重老化，也不利于其生長，因此我們常常把SRT控制在12 d左右。而MBR膜工藝能夠很輕松的實現這一控制，因此，MBR膜工藝脫氮比其他傳統工藝更有優勢。

5) MBR膜孔徑為0.1 μm～0.4 μm，這就使得污水廠出水SS及濁度濃度非常低甚至有時幾乎為零。

6) 嚴格控制生化系統的一級回流、二級回流、三級回流及曝氣參數，一級回流是將MBR膜池的泥水混合液打到好氧池的進口，一級回流的大小嚴格控制著MBR膜池污泥的濃度，一級回流大了膜池污泥濃度就會降低，一級回流小了污泥濃度就會增加，以調整膜池的生物量；二級回流是將曝氣池出口的污泥混合液打到缺氧池的進口，此過程是生物池的一個內部循環，其重要作用就是進行反硝化；三級回流是將缺氧池的泥水混合液打到厭氧池，其主要作用是調節厭氧池的污泥濃度，保證厭氧池有一定量的生物量來進行厭氧池的釋磷，從而使其能夠在好氧池更好地吸磷，然后通過排泥以除去磷；生物池曝氣的主要作用是給好氧生物供養。膜池曝氣的主要作用有二：一是沖刷MBR膜表面，延緩MBR膜表面污染程度，二是有效的進行泥水分離。提高活性污泥濃度和活性，使其有足夠的生化反應時間促進完全硝化和部分反硝化以及BOD降解[4]。

2.2.3 工藝特點

1) 盡管MBR工藝是利用膜的高效固液分離功能實現污水最終凈化目的，但是有機污染物的去除仍然以生物處理A2/O為主導，仍然要依靠合理設計的生物處理段來實現。

2) 工藝改造后采用兩級A2/O+MBR膜分離工藝組合技術，具有同步除碳脫氮除磷功能，進一步拓展了MBR的應用范疇。

3) 本次深度改造工藝采用兩級A2/O+MBR工藝強化了除磷脫氮更適合該污水廠進水質波動較大、高氨氮和高TN、排放要求高的污水特點，工藝中脫氮處理效果最為突出，恰好彌補原有工藝的不足。

4) 深度改造A2/O+MBR工藝形成的生物、油等膜污染，尤其是冬季水溫小于10 ℃時膜自然收縮導致通量降低，污水處理能力減少，有待今后進一步改進和完善。

3 工藝改造后的處理效果比較

本次選取了深度改造后的污水廠A從投入正常運行連續2年的進、出口污水氨氮濃度在線自動監控數據與同期運行效果較好的傳統工藝污水廠B進行比較(如圖2、圖3所示)，結果顯示：采用傳統工藝污水廠B出水氨氮濃度值波動較大，而采用A2/O+MBR工藝對污水氨氮的處理效果明顯要比傳統工藝的效果好且穩定。氣候變換冷熱交替階段尤其是冬季氣溫較低、水質較復雜時采用傳統工藝污水廠B會出現出水口氨氮濃度日均值有時階段性的超標、小時值偶爾超標嚴重現象，而采用A2/O+MBR工藝對污水氨氮的處理效果明顯占優勢，一般能穩定達標排放。新環保法及按日連續處罰辦法等法律法規實施后增強了排污企業環保管理力度，提高了污水處理效果，污水廠出口氨氮濃度整體相對有所下降[5]。

圖2 A2/O+MBR工藝污水處理廠氨氮處理效果

4 結論

1) 采用A2/O+MBR工藝對城鎮污水處理廠進行深度改造，氨氮的處理效果相對較好，尤其在污水濃度沖擊力較大、冬季溫度較低時間段處理效果更加明顯。

圖3 傳統工藝污水處理廠氨氮處理效果

2) 隨著環境治理工作在我國逐漸備受重視、城市發展和污水排放標準的提高，對城鎮污水處理廠進行深度改造，達到國家一級A排放標準，是非常必要的。

3) 根據原水水量、進出水水質及回用和排放要求，經過對原有污水處理工藝進行綜合論證和比選、優化，選擇滿足治理要求、投資省、占地面積較小、運行管理方便的A2/O+MBR工藝作為污水處理的主要科學技術。

4) 通過深度改造，處理出水水質完全能達到國家標準一級A水質標準，每年可大大減少主要污染物排放，如果直接回用，每年可產生良好的經濟效益。充分體現了實現社會效益、經濟效益、資源效益和環境效益四良性循環。