南方某城鎮污水處理廠春季運行期間應對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)

“新環保法”、“水十條”等法律法規和“十三五”規劃的頒布實施，國家層面對水環境保護提出了更高的要求，污水處理廠尾水水質必須符合新的更嚴格的排放標準，實現達標排放[1-2]。2016年，南方某城市針對集中式污水處理廠提出了氨氮為1.0 mg/L的地方標準，給該城市污水處理廠的運行帶來了極大的壓力。參與脫氮的硝化菌大多為自養型菌，易受水質、水量沖擊影響，工業廢水一旦進入城鎮污水處理廠的生化系統，將對菌群產生沖擊作用，抑制硝化菌的活性，且需較長的恢復周期，極易造成出水氮指標超標[3]。因此，在污水處理廠實際生產運行過程中，如何準確判斷原水水質情況，并快速采取有效措施，避免生化系統和出水水質承受過大，顯得尤為重要。

本文結合實際運行經驗，論述了南方某城鎮污水處理廠在春季運行期間，如何確定和應對原水氮濃度超標導致的出水水質波動，并采取及時有效的應對措施，避免出水水質濃度超標，為其他污水處理廠應對原水水質氮濃度超高提供實際運行經驗。

1 污水處理廠基本運行情況

我國南方某城市建成1座設計日處理量為24萬t的城鎮污水處理廠，工藝流程如圖1所示。一期工程(8萬t/d)采用SBR工藝，尾水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準[4]。二期工程(8萬t/d)采用改良“SBR工藝+混凝+過濾+消毒”工藝，執行GB 18918—2002一級A標準。三期工程(8萬t/d)按GB 18918—2002一級A排放標準設計，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廢水，設計進水水質指標和出水水質排放標準如表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 設計進水水質指標和出水水質排放標準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，進出水氮指標在線監測濃度如圖2所示。

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

由圖2可知，正常運行情況下，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108 mg/L和36.9 mg/L，已達到正常均值的2.1倍和1.4倍。出水氨氮濃度在沖擊階段也呈現周期性緩慢上升趨勢，最高濃度為0.17 mg/L，為正常運行濃度的2.4倍。4月2日—4月7日為恢復階段，出水濃度在線值逐漸恢復正常范圍。

為確定原水水質情況，原水總氮、BOD日均濃度以及B/N如圖3所示。

圖3 春季運行期間進水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，說明該時段進水并非一般生活污水，極有可能為原水混合工業廢水。

3 水質及污泥情況

某年3月—5月春季運行期間，該廠進出水氮指標日均濃度數據以及污泥體積指數如圖4所示，生化段出水氮濃度如圖5所示。

圖4 春季運行期間進出水氮濃度和污泥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，該廠進水氨氮、總氮日均指標，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，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，進水氨氮、總氮最高濃度明顯異常，已達到各自平均值的1.86倍和2.78倍，且超過該廠設計進水水質濃度(表1)。3月—5月運行期間，該廠日均氮濃度超過設計指標累計共8 d，由此推斷該廠在春季運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倍且已超過地方標準，二期為0.96 mg/L，三期為0.26 mg/L。總氮濃度也呈現遞增趨勢，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工藝在進水異常情況下，出水水質相對穩定。

4 應對措施

值班人員發現進水氮濃度在線值異常后，采取如下應急措施。

(1)立即前往現場觀察來水水質，發現進水階段性含有大量深色泡沫，水質顏色發黑，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，自動增開1臺鼓風機。根據硝化反應機理，氨氮的去除主要由好氧硝化細菌完成，充足的曝氣量是關鍵影響因子，采取加大鼓風機導葉，增加好氧池曝氣量，強化好氧硝化反應的措施。

(3)過量曝氣量加速碳源消耗，加劇微生物內源呼吸，采取加大外碳源投加措施。

(4)為確保水質穩定達標，減輕沖擊負荷，采取減量運行措施。

采取上述應急措施后，出水指標濃度逐漸恢復正常值，系統對氨氮、總氮的去除率分別為98.7%、80.9%，出水氮濃度穩定達標排放。

5 原因分析

根據現場運行情況和相關數據分析，此次原水氮含量超高對出水水質產生影響的主要原因如下。

(1)原水氮濃度超過該廠設計進水指標，為非典型生活污水。來水氨氮的質量濃度升高至67 mg/L，對生物處理系統造成沖擊，影響出水氨氮指標濃度。原因為氨氮主要通過硝化反應得以去除，硝化菌大多為無機自養型菌，工業廢水中高濃度氮對硝化反應起抑制作用，高濃度氨氮的去除消耗大量溶解氧，溶解氧不足導致硝化反應不充分，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。該廠進水CODCr濃度為110～224 mg/L，平均濃度為170 mg/L，污泥負荷偏低，活性污泥處于老化，活性較差狀態，SVI值偏低，因此，原水氮濃度超高時，破壞了生化系統的正常運行環境，抑制了硝化反應體系。

(3)氨氮排放濃度執行地方標準，好氧池過分曝氣。為確保出水氨氮濃度達到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象嚴重。因此，當來水氮濃度超高時，整個生化系統抗沖擊能力較弱，為強化硝化反應加大曝氣量，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存在超標風險。

(4)在線監測儀表數據不穩定和化驗結果分析滯后。進水在線監測儀表實時監測原水氨氮、總氮濃度，但因監測環境較差，數據長期處于不準確狀態，因此，無法完全依據在線監測儀表數據準確判斷來水水質。理化分析結果相對準確，但具有滯后性，無法作為應急工藝調整的參考。

6 結論

(1)結合在線監測儀表和理化分析數據，可確定南方某城市污水處理廠原水氮濃度超高。

(2)應對原水氮濃度超高可采取提高好氧池曝氣量，補充碳源，減少進水量的應對措施。

(3)運行結果表明，采取上述措施后，生化池硝化菌系統逐漸恢復，出水氨氮含量逐漸降低，穩定達到地方標準。