市政污水處理廠出水氨氮超標(biāo)問題分析及對策

陳煥軍

摘要：針對上海某污水處理廠氨氮超標(biāo)現(xiàn)象，分析了氧化溝內(nèi)耗氧速率變化、堿度變化；結(jié)合該廠運行情況列舉了氨氮超標(biāo)的常見原因，提出了氨氮發(fā)生異常時可采取的控制措施，防止水質(zhì)惡化或縮短硝化系統(tǒng)恢復(fù)時間，以供國內(nèi)其他同類污水處理廠參考。

關(guān)鍵詞：市政污水處理廠，氨氮超標(biāo)，耗氧速率，堿度，控制措施

氨氮是水體中的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，是水體中的主要耗氧污染物。近年來，隨著污水處理廠建設(shè)和運行規(guī)模的逐漸增加，污水處理廠儼然已是氮循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)消減自然界中氨氮總量的重要任務(wù)。

上海某污水處理廠設(shè)計處理規(guī)模2.5×104 m3/d，進水由精細化工廢水及周邊居民生活廢水組成，兩者比例約3：7。實際運行中，該污水處理廠進水CODcr濃度為400-1000mg/L，氨氮濃度為30-80mg/L，出水執(zhí)行國家城鎮(zhèn)污水處理二級排放標(biāo)準(zhǔn)。處理過程采用水解酸化+A/C氧化溝工藝。

筆者針對該廠出水氨氮異常進行了分析，提出了相應(yīng)的控制措施，可為發(fā)生該類異?，F(xiàn)象的污水處理廠提供參考。

1、出水氨氮異常時系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)的變化

該廠在運行穩(wěn)定的情況下，出水氨氮往往能保持較低的水平，但硝化菌一旦受損，出水氨氮濃度短期內(nèi)將迅速上升。出水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測往往受監(jiān)測頻次、監(jiān)測速度等影響，數(shù)據(jù)結(jié)果反饋滯后。借助硝化效果短期內(nèi)急劇變化的特點，分析各項表征硝化影響因素的工藝數(shù)據(jù)，以此判斷系統(tǒng)的健康度，進而及時采取相關(guān)補救措施。

1.1 氧濃度變化判斷耗氧速率快慢

在忽略細菌自身同化作用的條件下，硝化過程分兩步進行：氨氮在亞硝化菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮在硝化菌的作用下被氧化成硝酸鹽氮[1]。其相應(yīng)的反應(yīng)式為：亞硝化反應(yīng)方程式：（1）；硝化反應(yīng)方程式：（2）；硝化過程總反應(yīng)式：（3）；由式（3）可知，每去除1g NH4+-N需消耗4.57g O2。利用上述結(jié)論，王建龍[2]等人通過測量OUR表征硝化活性來了解反應(yīng)器中的硝化狀態(tài)。在曝氣量固定，進水負(fù)荷變化不大的情況下，硝化是否完全直接影響生化池內(nèi)溶解氧濃度的高低，因此發(fā)現(xiàn)出水氨氮異常時，操作人員需充分利用中控系統(tǒng)好氧池實時DO曲線的變化規(guī)律，根據(jù)氧消耗情況來判斷硝化效果，短期內(nèi)DO曲線呈明顯上升趨勢的需積極采取措施，防止系統(tǒng)的進一步惡化。

1.2 出水pH變化堿度消耗快慢

由式（1）可知，生物在硝化反應(yīng)進行中伴隨大量H+，消除水中的堿度。每1g氨被氧化需消耗7.14g堿度（以CaCO3計）。反之，隨著硝化效果的減弱，堿度的消耗會有所下降。因此可以通過對出水在線pH的變化情況判斷氧化溝的硝化效果。在線pH計，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，實時反饋，在實際運行中尤為有效。

2、常見原因

2.1 客觀因素影響

上海屬亞熱帶季風(fēng)氣候，每年梅雨季節(jié)和汛期雨水尤為充沛。收集范圍越廣，短時間內(nèi)污水處理廠進水水量變化系數(shù)越大，水量過度負(fù)荷，縮短了硝化停留時間。此外，溫度也對硝化的影響明顯，在低溫條件下硝化細菌的繁殖速度降低，體內(nèi)酶活力受到抑制，代謝速度較慢。一般低于15℃硝化速率降低，12～14℃下活性污泥中硝酸菌活性受到更嚴(yán)重的抑制。每年12月至次年2月，上海氣溫最低。該廠氧化溝水溫最低僅12℃，因此冬季容易造成氨氮超標(biāo)現(xiàn)象。

2.2 進水濃度過高

該廠進水包括精細化工廢水，常受高濃度的廢水及進水CODcr、氨氮、有機氮等高濃度的沖擊。CODcr對工藝過程中硝化段的影響主要體現(xiàn)在異養(yǎng)菌與硝化菌對氧的競爭方面。CODcr高時利于異氧菌生長，異養(yǎng)菌占優(yōu)勢，硝化菌少從而導(dǎo)致硝化效果不好。有機氮在經(jīng)過水解酸化后可轉(zhuǎn)化成氨氮，對硝化的影響等同于氨氮。氨氮負(fù)荷過高對活性污泥系統(tǒng)有巨大的沖擊作用。此外，過高的氨氮會導(dǎo)致游離氨濃度的增加，游離氨對亞硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸的抑制性影響是很明顯的，因為游離氨的升高導(dǎo)致亞硝酸氮的積累[3]。

2.3 其它因素

除此之外，還有很多因素影響著硝化作用。例如：pH值過高會影響微生物的正常生長，增加水中游離氨的濃度抑制硝化菌。硝化菌還對重金屬、酚、氰化物等有毒物質(zhì)特別敏感。因此，可對水樣進行硝化菌毒性試驗來判斷廢水是否對硝化菌有抑制作用。

3、發(fā)現(xiàn)氨氮異常情況時的控制措施：

若主體生化處理單元，若出現(xiàn) NH4-N有上升態(tài)勢，針對不同的原因，可選擇如下應(yīng)急措施防止水質(zhì)的進一步惡化。

3.1 減小進水氨氮負(fù)荷

減少進水氨氮負(fù)荷，一是降低進水氨氮濃度，二是減少進水水量。由于該廠接納部分化工廢水，容易受氨氮（或有機氮）的沖擊，因此在線儀顯示有高濃度氨氮進入時需及時啟用應(yīng)急調(diào)節(jié)池，同時加大對排污企業(yè)的抽樣監(jiān)測力度，從源頭控制進水氨氮濃度。減少進水水量是促進硝化菌恢復(fù)的強有效手段，但實際運行中，受調(diào)節(jié)池停留時間、外部管網(wǎng)外溢風(fēng)險等制約，僅可實施幾小時。平日需積累各泵站輸送規(guī)律，合理調(diào)度爭取減負(fù)時間。

3.2 維持硝化必須的堿度量

氨氮的氧化過程消耗堿度，pH值下降，從而影響硝化的正常進行，因此溶液中必須有充足的堿度才能保證硝化的順利進行。實驗研究表明，當(dāng)ALK/N<8.85時，堿度將影響硝化過程的進行，堿度增加，硝化速率增大。但當(dāng)ALK/N≥9.19（堿度過量30）以后，繼續(xù)增加堿度，硝化速率增加甚微，甚至?xí)兴陆?。過高的堿度會產(chǎn)生較高的pH值，反而會抑制硝化的進行。故控制ALK/N在8-10較為合理。在實際工程中，可向氧化溝內(nèi)投加溶解完成的碳酸鈉以提高堿度。

3.3 合理控制氧濃度

氨氮氧化需要消耗溶解氧，但氧濃度并非越高越好。由氧氣在水中的傳質(zhì)方程可知，液相主體中的DO濃度越高，氧的傳質(zhì)效率越低。綜合考慮氧在水中的傳質(zhì)效率和微生物的硝化活性，調(diào)控好氧段的DO在2.5mg/L左右可以在不浪費能量的情況下最大限度地提高對氨氮的去除效率。

3.4 投加消化促進劑

硝化促進劑是利用微生物營養(yǎng)與生理學(xué)方法進行合理配方，根據(jù)微生物營養(yǎng)生理及污水處理的共代謝原理，促進硝化細菌發(fā)生作用，提高污水處理的氨氮去除效率。筆者嘗試在硝化效果減弱，氨氮逐步上升階段投加，效果顯著。但系統(tǒng)喪失硝化能力時投加，效果不明顯，且該類產(chǎn)品往往價格昂貴，對處理大水量的系統(tǒng)實用性不強。

3.5 其它工藝上的微調(diào)

①減少氧化溝排泥量。一是因為硝化菌世代周期長，較長的SRT有利于硝化菌的生長；二是硝化效果降低時，大量的硝化菌被流失，排泥會加速硝化菌的流失。

②增加氧化溝內(nèi)、外回流。前者是為系統(tǒng)提供更長的好氧時間，有利于硝化菌的生長。后者一方面可維持生化單元相對較高的污泥濃度，提高系統(tǒng)的抗沖擊能力；另一方面可降低進入氧化溝的氨氮濃度，進而減少高濃度氨氮或游離氨對硝化菌的抑制作用。

③加大取樣化驗分析頻次， 檢驗所采取的應(yīng)急措施對出水水質(zhì)的改善效果， 否則應(yīng)更換其他方法或多種方法聯(lián)用，盡量縮短處理系統(tǒng)的恢復(fù)時間。

4、結(jié)語

出水氨氮作為城鎮(zhèn)污水處理廠重點控制的指標(biāo)之一，出水氨氮發(fā)生異常時，數(shù)據(jù)往往上升迅速，讓工程運行人員措手不及。通過對系統(tǒng)耗氧速率、堿度消耗等硝化影響因素的分析，可較為便捷、準(zhǔn)確的判斷硝化效果的發(fā)展趨勢。于此同時，采取切實有效的控制措施，可縮短硝化系統(tǒng)的恢復(fù)時間。

參考文獻：

[1]劉景明等.《污水處理工》（M）.北京：北京工業(yè)出版社，2010：247.

[2]王建龍，吳立波，齊星等.用氧吸收速率表征活性污泥硝化活性的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報.1995，19（3）：225-229.

[3] 鄧賢山，周恭明.硝化反應(yīng)及其控制因素[J].能源環(huán)境保護.2003，17（2）：46-48.