改良交替式生物池出水NH3-N隨時間變化研究

馬九利，王 偉

（蘇州市排水有限公司，江蘇 蘇州 215008）

1 研究背景

1.1 改良型交替式生物池工藝簡介

某污水處理廠二期采用改良型交替式生物池[1]，改良型交替式生物池綜合了AAO工藝和SBR工藝的特點，構筑物布置緊湊，該系統的突出特點是自動化控制程度高，通過調整系統的運行條件，可以實現處理過程的時間與空間控制。改良型交替式生物池分4組，改良型交替式生物池的設計參數（以一組計）如表1。每組分隔成五格順序連通的矩形生物池，分別為：一個厭氧池，一個缺氧池、一個連續好氧池和兩個“好氧/沉淀池”。與傳統式交替式生物池一樣，改良型交替式生物池采用矩形結構，每組生物池的兩個邊池交替充當曝氣池和沉淀池。同樣，交替式生物池每個運行周期也包括兩個主體運行階段，這兩個階段的運行過程完全相同，是相互對稱的，它們之間通過過渡段進行銜接。每組生物池每個運行周期包括兩個子周期，這兩個子周期的運行過程完全相同，通過過渡周期進行銜接，基本工作周期見圖1。

圖1 交替式生物池基本工作周期

表1 改良型交替式生物池的設計參數

1.1.1 第一子周期（一般3 h）

污水首先進入厭氧池F，然后流入缺氧池E，再流入中間好氧池A和邊池B，最后流入沉淀池C（不曝氣），出水通過溢流堰排出生物處理系統。

在該周期內，F池為厭氧狀態，在進水處，流入水與從E池到F池通過回流泵1回流的混合液，利用攪拌機攪拌形成局部的污泥負荷較高的區域，造成磷的釋放；E池為缺氧狀態，將通過回流泵1、2回流到該池經過A、B池發生硝化作用產生的硝態氮反硝化；A、B池為好氧狀態，同時進行碳化及硝化并過量吸收磷；C池作為沉淀池進行泥水分離。

剩余污泥從沉淀池C中被排出。

1.1.2 第一中間過渡周期(一般1 h)

在每個主周期之后都有一個相對較短的中間過渡周期，中間過渡周期的作用是將外側好氧池轉換為沉淀池。污水仍流入F池，兩個外側“好氧/沉淀池”均為沉淀狀態，中間好氧池A持續曝氣，為下個主周期(相反的出水流向)做好準備，確保良好的泥水分離效果。

1.1.3 第二子周期（一般3 h）

與第一主周期相反，B池和C池功能互相轉化。B池作為沉淀池，C池作為好氧池。

剩余污泥從沉淀池B中被排出。

1.1.4 第二中間過渡周期(一般1 h)

與第一中間過渡周期相同。

這樣周而復始，周期運行，并且周期運行的時間可以靈活調整，不僅實現了污水的凈化以及高效的脫氮除磷，而且緊湊的結構布置大大減少了占地面積，使該工藝達到了最佳的經濟效益。

1.2 進水水質特征分析

污水處理廠主要進水水質指標COD、BOD5、NH3-N、TN、TP、SS的統計分析見表2。

表2 污水廠進水水質統計分析

1.2.1 進水COD分布特征

從該污水廠進水COD濃度月變化規律及概率分布圖（圖2）可以看出，該廠的進水COD濃度主要分布在114~811 mg/L，各月中間值分布在242~357 mg/L，全年進水COD濃度相對較穩定。從概率分布圖可知，該廠全年平均進水COD濃度305 mg/L，中間值為290 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在200~400 mg/L，其累積概率可達74.1%。

圖2 進水COD逐月變化及概率分布

1.2.2 進水BOD5分布特征

進水BOD5濃度月變化規律及概率分布圖（如圖3）。BOD5濃度分布在51~358 mg/L，各月中間值分布在113~162 mg/L。全年進水BOD5濃度普遍較低，其中，6月進水BOD5數據的離散程度較高。該廠全年進水BOD5平均值為134 mg/L，中間值為131 mg/L。概率分布較高的濃度范圍為在100~200 mg/L，其累積概率為72.7%。

圖3 進水BOD5逐月變化及概率分布

1.2.3 進水NH3-N分布特征

進水NH3-N濃度月變化規律及概率分布圖如圖4所示。NH3-N濃度分布在1.6~43.9 mg/L，全年進水NH3-N濃度相對較穩定。由圖4可知，各月進水NH3-N中間值最小為20.5 mg/L，最大為27.6 mg/L，分別發生在8月和10月。從概率分布圖可以看出，進水NH3-N平均值23.6 mg/L，中間值23.8 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在20~30 mg/L，其累積概率為75.9%。

圖4 進水NH3-N逐月變化及概率分布

1.2.4 進水TN分布特征

從該廠進水TN濃度逐月變化規律及概率分布圖（圖5）可知，全年進水TN濃度分布在11.4~65.4 mg/L，各月中間值分布在27.8~38.5 mg/L，全年進水TN濃度較穩定，7、8月份的TN濃度平均值相對較低。該廠全年進水TN平均值為34.1 mg/L，中間值為33.4 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在25~40 mg/L，其累積概率達69.3%。

圖5 進水TN逐月變化及概率分布

1.2.5 進水TP分布特征

進水TP濃度逐月變化規律及概率分布圖（圖6）表明，該廠全年進水TP濃度分布在1.2~11.1 mg/L，各月中間值分布在3.3~4.8 mg/L。進水TP平均值為4.2 mg/L，中間值為4.1 mg/L，概率分布較高的濃度范圍3~5 mg/L，其累積概率為63.2%。

圖6 進水TP逐月變化及概率分布

1.2.6 進水SS分布特征

從圖7分析可知，該廠全年進水SS濃度主要分布在41~366 mg/L，各月中間值分布在86~151 mg/L。該廠全年進水SS平均值為125 mg/L，中間值為120 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在50~150 mg/L，其累積概率為75.1%。

圖7 進水SS逐月變化及概率分布

1.3 實際運行中發現的問題（圖8）

圖8 二期生物池出水邊池NO3--N、NH3-N隨時間變化情況（采樣點1為連續池；采樣點2為出水邊池中部；采樣點3為空氣堰出水）

（1）在出水邊池內發生明顯的反硝化現象，且前2 h反硝化強度明顯高于后2 h；

（2）出水邊池發生反硝化的同時，活性污泥會釋放NH3-N；

從該污水廠二期出水NH3-N增加值來看，隨著時間的延長，出水NH3-N呈現上漲趨勢。但采樣點設置偏少，無法充分判斷出水NH3-N上升的主要原因。

根據該污水廠二期生物池施工圖，缺氧池與好氧/出水邊池底部存在7個200 mm×200 mm的方形穿墻孔，如圖9所示（紅色方框標識）。因此，缺氧池與好氧池之間存在混合液互通。交替式生物池根據缺氧池與連續好氧池之間的混合液回流泵及缺氧池與好氧/出水邊池之間方閘門的開啟情況實現混合液回流（內回流）。根據混合液回流泵開啟情況，好氧邊池與缺氧池之間存在一定的液位差（邊池＞缺氧池），缺氧池與好氧/出水邊池底部的穿墻孔水流方向應與方閘門水流方向一致，即邊池流至缺氧池。

圖9 二期生物池剖面圖

2 研究目的

針對該污水廠二期生物池出水階段NH3-N逐步上升的現象，找出此現象發生的主要原因，即在出水邊池內活性污泥靜沉時間發生NH3-N釋放，還是水力推流作用將前端或缺氧池的水流影響采樣點的水質。

3 研究方法

根據二期出水情況，將對二期出水邊池設置5個采樣點（1個連續好氧池，另外4個為出水邊池），見圖10。且在2#、3#、4#、5#采樣點設置4個不同采樣深度：0 m、2 m、4 m、6 m（出水1 h采樣）。采樣時間為：出水0 h、出水0.5 h、出水1 h、出水1.5 h、出水2 h。本次共計37個水樣。通過采集水樣測定其NH3-N濃度進行分析判斷。

圖10 二期生物池采樣點設置

4 研究結果

本次采樣日期為8月23日，天氣晴，水溫30℃。當日生物池缺氧池與出水邊池液位差為-5.5 cm，進水NH3-N濃度為34.5 mg/L。采樣數據見表3。

表3 二期生物池出水采樣數據 （mg/L）

4.1 不同采樣點水質隨時間變化

從圖11、圖12均可以看出，相同的采樣時間點，不同采樣點的NH3-N濃度基本一致。出水邊池NH3-N濃度主要受時間影響較大：隨著時間的延長，出水N濃度逐步下降、NH3-N濃度逐步上升，這與之前采樣結果相一致。從圖13可以看出，不同采樣點-P濃度隨時間變化規律不明顯，但基本上可以看出，隨著時間的延長-P濃度同樣有所上升，與NH3-N濃度變化情況相類似。從SCOD數據來看，37個水樣SCOD變化較小，最大值為37.1 mg/L、最小值為26.2 mg/L、平均值為31.4 mg/L。

圖13 二期生物池出水不同采樣點PO43--P隨時間變化

4.2 不同采樣點、采樣深度的水質對比

為分析出水邊池NH3-N濃度隨時間延長而上升的主要原因，對比采樣點2和采樣點3、采樣點4和采樣點5的水質情況。其中采樣點2和采樣點3為邊池前端橫向對照組、采樣點4和采樣點5為邊池后端橫向對照組。

從圖14不同采樣點NH3-N濃度的分布可以看出采樣點2/4（靠近缺氧池一側，缺氧池NH3-N濃度一般＞7 mg/L）并沒有明顯比采樣點3/5（遠離缺氧池一側）NH3-N濃度高：采樣點2/3/4/5的NH3-N濃度均值分別為：1.48 mg/L、1.43 mg/L、1.52 mg/L、1.52 mg/L。根據出水邊池與缺氧池之間存在5.5 cm的液位差（邊池液位＞缺氧池液位）判斷，缺氧池與出水邊池底部的穿墻孔水流方向應與方閘門水流方向一致，即邊池流至缺氧池，故缺氧池高NH3-N水質不影響邊池低NH3-N水質。因此，出水邊池NH3-N濃度隨時間延長而上升的主要原因為靜沉活性污泥釋放NH3-N。

圖14 二期生物池出水不同采樣點采樣深度的水質對比

5 結論

（1）在出水邊池內發生明顯的反硝化現象，前2 h內反硝化基本完成，且隨著水深的增加反硝化現象越明顯；

（2）出水邊池發生反硝化的同時，活性污泥會釋放NH3-N，這是造成隨著出水時間的延長NH3-N濃度逐步上升的主要原因，交替式生物池靜沉+出水時間不宜過長；

（3）推流作用及缺氧池與邊池底部穿墻孔對單個出水水質周期（4 h）的影響較小。