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冬季污水廠的總氮提標(biāo)改造！

一、污水處理廠規(guī)模及工藝

      該污水處理廠上游很多工業(yè)廠，偷排情況較為嚴重。前處理單元分別包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池等一組系統(tǒng)。曝氣沉砂池出水進入主生化段。主生化段采用AA/O（設(shè)置預(yù)缺氧）生化反應(yīng)工藝。后深度處理系統(tǒng)包括二沉、轉(zhuǎn)盤濾池及次氯酸鈉消毒，同時采用地埋式結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對生活污水產(chǎn)生的臭氣進行集中收集處置。該廠設(shè)計10000m3/d，目前實際運行水量約為8000m3/d左右。出水總氮18-20mg/l，其他指標(biāo)滿足《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A排放要求。目前進、出水?dāng)?shù)據(jù)見下表（未投加碳源）。政府要求限期整改，15天內(nèi)由一級A標(biāo)準(zhǔn)，提高至總氮特排標(biāo)準(zhǔn)（出水總氮小于10mg/l）。但水廠目前處于系統(tǒng)沖擊恢復(fù)期，總氮去除率低，短期時間內(nèi)，無法滿足特排出水標(biāo)準(zhǔn)。實際數(shù)據(jù)見下表：

 

二、調(diào)試過程

1、準(zhǔn)備工作

      12月2日，正式入駐水廠，對現(xiàn)場詳細考察與評估后，在不影響廠方正常生產(chǎn)的前提下，對原有碳源投加體系進行了改造與優(yōu)化：生化池新鋪設(shè)30余米輸送管道、新增設(shè)置計量控制的碳源投加點2個。

      當(dāng)日下午，正式開始投加復(fù)合碳源，開始控制、測定全流程點位條件指標(biāo)及工況；整理并確認現(xiàn)場工藝及水質(zhì)數(shù)據(jù)。

 

2、生產(chǎn)性投加試用過程

      調(diào)試周期：12月2日—12月13日

1）碳源投加初期（12月2日-12月7日）

      12月3日早，到廠檢測二沉池出水硝酸鹽氮，相比較前一天數(shù)據(jù)無明顯變化。取生化池污泥，進行反硝化反應(yīng)小實驗，結(jié)果顯示其脫氮效率很差，生化系統(tǒng)內(nèi)的反硝化細菌量很少，需進行培菌，富集反硝化細菌。

      對其生化系統(tǒng)操作如下：降低內(nèi)回流流量（2倍回流比），增加缺氧區(qū)實際停留時間，嚴控PH、溶解氧，配合投加碳源來富集反硝化細菌，強化脫氮能力。同時，控制碳源投加量在400公斤/天（100萬COD當(dāng)量）。

      觀察鏡檢及SV30：鏡檢只發(fā)現(xiàn)魔門蟲與鐘蟲，菌膠團伸出絲狀菌，魔門蟲軀殼較多。SV30發(fā)現(xiàn)上清液含有部分懸浮細碎污泥絮體。考慮目前恢復(fù)期，正處于富集反硝化細菌的培養(yǎng)階段，降低好氧末端溶解氧至2.5-3mg/l，盡量減少操作，避免操作造成生化系統(tǒng)的波動。

      12月5日，反硝化實驗明顯發(fā)現(xiàn)反硝化氣泡增多，脫氮效率明顯提升，生化系統(tǒng)培菌有初步效果。

      12月7日，系統(tǒng)出水的化驗總氮數(shù)據(jù)已經(jīng)較低至13mg/l，并持續(xù)降低中。

2）工藝改動階段（12月8日-12月13日）

      12月8日，鏡檢觀察到部分絲狀菌伸出菌膠團，可見魔門蟲、鐘蟲、累枝蟲、輪蟲、聚縮蟲及游泳型纖毛蟲等，微生物種類較以往豐富。沉降比30%，MLSS2700mg/l，活性污泥中生物種群在豐富，生物活性在增強，處理效率在提高，暫停排泥，保障生物繁殖和適應(yīng)。將碳源投加量提升至500公斤/天。

      12月10日，生化系統(tǒng)出水總氮保持在9mg/l，停止了降低趨勢。查找原因得知當(dāng)前缺氧區(qū)停留時間僅有3小時。將系統(tǒng)的內(nèi)回流出口調(diào)整至厭氧區(qū)，以擴大缺氧區(qū)，強化系統(tǒng)的脫氮能力。

      12月11日，生化系統(tǒng)出水總氮降低趨勢恢復(fù)。

      12月13日，測得生化缺氧區(qū)末端硝酸鹽氮已經(jīng)低于1mg/l，提升內(nèi)回流流量，將原有2倍回流比，提升至2.5倍。

      12月14日，系統(tǒng)出水總氮，已經(jīng)達到5mg/l。

 

3、數(shù)據(jù)匯總

1）進出水?dāng)?shù)據(jù)曲線

（1）總進出水COD、TN指標(biāo)

（2）系統(tǒng)進出水總磷

2、調(diào)試之前生化系統(tǒng)污泥生物相

3、調(diào)試之后生化系統(tǒng)污泥生物相

      投加碳源后，鏡檢觀察到菌膠團更為緊實，伸出的絲狀菌量減少，微生物種類增多，低等至高等微生物皆可見，且活性很好。

 

三、數(shù)據(jù)分析

      1、本次生產(chǎn)性試用期間為冬季低溫期，最低氣溫接近0℃，水溫在16℃左右（現(xiàn)13℃）；

      2、試用期間進水負荷略有波動， COD維持在140—180mg/L ，總氮在32—45mg/L間波動；TN由20mg/L降低到5mg/l水平，證明外加碳源基本完全被生化系統(tǒng)充分利用，總氮去除達到預(yù)期效果。

      3、調(diào)試期間可觀察到，雖然培養(yǎng)時間較短，但系統(tǒng)出水的總磷，仍然出現(xiàn)下降趨勢，顯現(xiàn)出較強的輔助除磷能力。1個月后，對水廠進行考察時，總磷濃度已經(jīng)降低到0.1mg/l。

      4、調(diào)試期間，在較低水溫條件下，生化系統(tǒng)污泥濃度、生物種群、生物活性、生物膠團狀態(tài)、沉降性能及污泥產(chǎn)量都得到相對穩(wěn)定的維持。

 

四、調(diào)試運行問題的探討

      按照冬季低溫低碳源的水質(zhì)條件（13℃），8000噸/日的處理水量，根據(jù)實驗得出結(jié)論預(yù)估：系統(tǒng)出水TN控制在6mg/L左右時，生化池需要投加碳源最大量約500公斤/日。

1、碳源投加點的選擇及投加量合理性判斷

      外加碳源的投加使用需要根據(jù)外加碳源的性能做投加點的相應(yīng)調(diào)整。投加點的靠前（反應(yīng)停留時間延長）是對反硝化進行的徹底性有利的。投加點選擇基于以下幾個條件的綜合評判：

A、反應(yīng)停留時間

B、硝態(tài)氮濃度（進水、回流消化液流量和濃度等）

C、溶氧狀態(tài)（選擇溶氧穩(wěn)定低于0.3mg/l）

D、混合狀態(tài)（均勻混合并流態(tài)清晰）

E、脫氮和除磷的兼顧（釋磷菌與反硝化細菌對碳源的搶奪調(diào)配）

F、原水內(nèi)碳源利用情況（生化段進水COD利用降解梯度）

      結(jié)合污水廠系統(tǒng)的工藝及實際運行情況，進水與外回流混合后溶液的硝態(tài)氮濃度高于8mg/l，預(yù)缺氧溶解氧過高，無法發(fā)揮反硝化作用。厭氧段未添加外加碳源的情況下，厭氧出水硝態(tài)氮濃度維持在8mg/l左右，表明厭氧段反硝化作用缺失，給缺氧段反硝化脫氮帶來壓力。因此，調(diào)試過程中，考慮設(shè)置硝化液回流至厭氧段，選擇溶解氧較低且硝酸鹽氮濃度較高位置進行碳源補充，利用厭氧段的停留時間及高效的碳源來促進厭氧區(qū)硝態(tài)氮還原，降低厭氧出水硝態(tài)氮濃度。未充分消耗的碳源流入缺氧段，繼續(xù)用于反硝化脫氮及釋磷反應(yīng)。（實際使用情況表明，厭氧出水硝態(tài)氮濃度明顯降低）。更改硝化液回流點及外碳源投加點的操作，是盡量提前碳源的加入點，延長反硝化時間，強化反硝化反應(yīng)的脫氮效率，增加脫氮的絕對數(shù)量，從而整體降低好氧末端的出水硝態(tài)氮（或TN）濃度。

      合理調(diào)整內(nèi)外回流的回流量，回流量的調(diào)整變化導(dǎo)致缺氧段水力流速的變化，以及回流至缺氧段的硝態(tài)氮絕對數(shù)量。停留時間、碳源投加量、水力流速及反應(yīng)速率和效率的最優(yōu)調(diào)整將能確定厭氧、缺氧區(qū)硝態(tài)氮的絕對去除量。根據(jù)試驗期各種調(diào)整的數(shù)據(jù)，大致可以判斷：經(jīng)過12天實驗，碳源投加到厭氧區(qū)，實現(xiàn)強化反硝化的情況下，內(nèi)回流比以200%-250%左右為綜合最優(yōu)。

      投加量合理性判斷：根據(jù)前饋、中饋和后饋綜合判斷。COD及硝酸鹽氮的過程指標(biāo)數(shù)據(jù)來判斷。缺氧末端硝態(tài)氮≤1mg/l，厭氧區(qū)硝酸鹽氮3-4mg/l，好氧末端硝態(tài)氮<8mg/l為合理投加量。

 

2、按照現(xiàn)有工藝系統(tǒng)脫氮除磷狀況，增加厭氧段反硝化反應(yīng)，強化缺氧區(qū)釋磷能力的碳源投加優(yōu)化方案

      厭氧段由于內(nèi)回流混合液的流入，導(dǎo)致其空間內(nèi)硝酸鹽氮濃度升高，反硝化細菌與釋磷菌產(chǎn)生競爭，厭氧反應(yīng)區(qū)主要發(fā)揮了反硝化脫氮的作用。而缺氧區(qū)因為厭氧區(qū)脫氮在前，使缺氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)硝酸鹽氮濃度降低，受到完全混合式反應(yīng)器的影響，只要回流比控制得當(dāng)，缺氧區(qū)出水硝酸鹽氮在小于1mg/l，也保障了缺氧區(qū)相對充足的碳源和工況條件有利于釋磷反應(yīng)，而高品質(zhì)碳源（完全可降解利用的BOD及生物所需的微量元素）能豐富好氧段生物種群，提高生物量和生物活性，強化聚磷反應(yīng)。因此，強化生化系統(tǒng)的除磷可采用在倒置AAO的方式進行。

 

3、發(fā)揮碳源最佳作用要求的生化池各種參數(shù)組合

      內(nèi)、外回流比與進水水量相關(guān)，實際運行中精確控制宜采用回流量指標(biāo)來界定?；亓髁扛邉t硝化液回流帶入反硝化系統(tǒng)的絕對硝酸鹽氮量高（反硝化前段的硝態(tài)氮濃度相應(yīng)增高），為脫氮還原硝態(tài)氮從而去除總氮提供了條件；但，同時，回流量的增大會生化系統(tǒng)厭氧、缺氧和好氧段水力流速加快，降低缺氧狀態(tài)的單次停留時間和提高反硝化區(qū)域的溶氧，使反硝化細菌在低溶氧狀態(tài)的優(yōu)勢培養(yǎng)和反應(yīng)時間縮短，對反硝化的徹底性造成負面影響。因此，合適的內(nèi)外回流量也是能否高效精準(zhǔn)降解污染負荷的關(guān)鍵參數(shù)。從污水廠調(diào)試期的實際運行狀態(tài)摸索，我認為，在低水溫、基本滿負荷進水，以碳源作為外加補充碳源的條件下外回流保持單臺回流（70-100%），內(nèi)回流能控制一臺變頻（回流比約200-250%）為最佳----準(zhǔn)確控制好氧出水硝態(tài)氮在8mg/l以下。

      溶氧的控制：厭氧、缺氧段DO控制越低，對反硝化脫氮的進行越有利。

      高有效污泥濃度對反硝化進行是有利的，但污泥濃度過高會造成系統(tǒng)的其他問題（運行電耗的增加，溶氧控制的難度增加、沉降比增高、二沉池壓力等）。因此，合理污泥濃度以綜合效率為指導(dǎo)。污水廠在低水溫條件下維持4000-4500mg/l左右的污泥濃度和較高的MLSS是合理準(zhǔn)確的，從脫氮除磷效率和COD、氨氮降解的情況判斷，剩余污泥的排放和泥齡的控制也是合理準(zhǔn)確的。

 

4、碳源投加點設(shè)定及投加量準(zhǔn)確性判斷

      碳源投加點及投加量設(shè)定與進水水質(zhì)、工藝及運行情況密切相關(guān)。條件允許的情況下根據(jù)流程污染負荷降解情況多點投加將有利于碳源的精準(zhǔn)利用。在低水溫條件、反硝化菌群相對豐富、溶氧控制合理條件下碳源作為反硝化電子供體完全反應(yīng)的停留時間與乙酸鈉相當(dāng)（反硝化速率略低），但停留時間越長反硝化越加徹底，因此，建議反硝化區(qū)停留時間>3h。

      就污水處理廠目前水質(zhì)及總體運行情況而言，出水總氮是否接近并小于內(nèi)控指標(biāo)、缺氧出水硝酸鹽氮是否<1mg/l，好氧末端出水是否<8mg/l是判斷水廠運行是否合理的參考標(biāo)準(zhǔn)。