污水處理廠低負(fù)荷下C/N失衡的工藝調(diào)控方式研究

嚴(yán)鈐鯤，王永寧

（1.中信環(huán)境技術(shù)（廣州）有限公司，廣州 510660；2.華南師范大學(xué)，廣州 510630）

隨著工業(yè)化進(jìn)程逐漸加快，過去散落的工廠逐步聚集起來，形成工業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)集群。工業(yè)園區(qū)建立初期，由于入駐企業(yè)數(shù)量不足、配套管網(wǎng)不成熟等原因，其配套污水處理廠存在污水類型單一、C/N失衡、低負(fù)荷等問題。較低的進(jìn)水C/N不利于污泥培養(yǎng)和馴化，同時(shí)低負(fù)荷下曝氣過量易導(dǎo)致污泥老化，出水總氮（TN）難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。江西某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)配套污水處理廠運(yùn)行初期，實(shí)際進(jìn)水量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水量。本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際需求，通過工藝調(diào)控完成出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。下面重點(diǎn)分析該污水處理廠低負(fù)荷下C/N失衡的工藝調(diào)控方式。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目主要收集和處理經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)的工業(yè)廢水及居民生活污水，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4.0×10m/d，設(shè)備分為兩組，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。主要指標(biāo)有化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）、TN、氨氮（NH-H）、總磷（TP）。由于前期進(jìn)水量限制，試運(yùn)行調(diào)試的處理規(guī)模設(shè)定為1.0×10m/d。污水處理工藝流程為：粗格柵→污水提升泵站→細(xì)格柵→曝氣沉砂池→水解酸化池→厭氧-缺氧-好氧（AO）生物池→二沉池→高效沉淀池→精密濾池→二氧化氯消毒池→尾水排放至贛江。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水自流入粗格柵，去除粒徑大于20 mm的漂浮物、固體物，而后進(jìn)入進(jìn)水泵房，經(jīng)污水泵提升進(jìn)入細(xì)格柵，去除粒徑大于5 mm的固體物，再經(jīng)曝氣沉砂池去除粒徑大于0.2 mm的砂粒。除砂后的污水進(jìn)入水解酸化池，將難溶性大分子污染物降解為可溶性小分子污染物，提高污水的可生化性。出水進(jìn)入AO生物池，去除COD、BOD、SS、TN、TP等。AO生物池混合液進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，上清液進(jìn)入高效沉淀池，高效沉淀池通過投加聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）使水中細(xì)小膠體顆粒脫穩(wěn)，凝聚成大的絮凝體，進(jìn)一步去除污水中污染物。高效沉淀池出水進(jìn)入精密濾池去除SS，最終進(jìn)行二氧化氯消毒，出水外排。污水處理后，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

水解酸化池共有2座，總設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0×10m/d，有效容積為19 890 m，水力停留時(shí)間為11.9 h；AO生物池共有2座，總設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0×10m/d，單座設(shè)計(jì)流量為2.0×10m/d，即相當(dāng)于833.33 m/h，水力停留時(shí)間為14.50 h，其中預(yù)缺氧池0.53 h、厭氧池1.59 h、缺氧池3.97 h、好氧池8.41 h。

其他設(shè)備有多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)、污泥內(nèi)回流泵和外回流泵。從設(shè)計(jì)參數(shù)來看，多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)氣體流量為5 700 m/h，氣體壓力為64 kPa，功率為112 kW，共有4臺(tái)（3用1備）；內(nèi)回流泵功率為11 kW，流量為1 800 m/h，揚(yáng)程為1.0 m，共有2臺(tái)（1用1備）；外回流泵功率為18.5 kW，流量為900 m/h，揚(yáng)程為4.0 m，共有3臺(tái)（2用1備）。

3 主要存在的問題

3.1 進(jìn)水C/N失衡，影響脫氮能力

本項(xiàng)目于2020年4月開始通水調(diào)試，經(jīng)過前期清水調(diào)試、污泥接種、間歇馴化，于5月進(jìn)入連續(xù)馴化階段。5月進(jìn)水COD平均值為39.0 mg/L，NH-H平均值為8.17 mg/L，TN平均值為22.1 mg/L。進(jìn)水水質(zhì)遠(yuǎn)低于納管標(biāo)準(zhǔn)，碳源嚴(yán)重不足，C/N嚴(yán)重失衡。

3.2 污泥老化解絮

由于低負(fù)荷導(dǎo)致水力停留時(shí)間過長(zhǎng)，同時(shí)風(fēng)機(jī)最低曝氣量對(duì)應(yīng)的氣水比高達(dá)5左右，好氧池溶解氧整體處于較高水平。當(dāng)進(jìn)水濃度過低時(shí)，活性污泥內(nèi)源呼吸速率加快，污泥整體呈松散狀，加上曝氣量較大，導(dǎo)致污泥老化解絮。該污水處理廠長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，污泥老化解絮嚴(yán)重。

3.3 反硝化段溶解氧含量、氧化還原電位較高，出水總氮超標(biāo)

進(jìn)水溶解氧高達(dá)7 mg/L，日均進(jìn)水量約為2 500 t，且無法連續(xù)進(jìn)水。進(jìn)水溶解氧含量較高，同時(shí)單組設(shè)計(jì)日處理量為20 000 t，日均進(jìn)水量?jī)H達(dá)到單組設(shè)計(jì)日處理量的12.5%，水力停留時(shí)間是設(shè)計(jì)值的數(shù)倍，無法滿足工藝設(shè)計(jì)參數(shù)要求。低負(fù)荷下風(fēng)機(jī)頻率調(diào)至最低（沉降比80%），好氧池仍曝氣過度，而內(nèi)回流泵以單臺(tái)最小頻率（30 Hz）運(yùn)行時(shí)，內(nèi)回流比高達(dá)500%。這直接導(dǎo)致反硝化段溶解氧為5 mg/L左右，氧化還原電位（）高達(dá)900 mV，反硝化反應(yīng)難以進(jìn)行，出水總氮超標(biāo)。

4 工藝調(diào)控方式

依據(jù)目前的水質(zhì)與水量，本項(xiàng)目可通過減少反硝化段溶解氧、外加碳源的方式增強(qiáng)反硝化反應(yīng)，同時(shí)在生化池出水口適當(dāng)投加PAM，達(dá)到降低總氮、增強(qiáng)污泥沉降能力的目標(biāo)。

4.1 曝氣控制方式

一是風(fēng)機(jī)功率調(diào)至最低（沉降比80%）。可使用間歇曝氣方式，降低曝氣量，減少曝氣時(shí)間。根據(jù)沿程分析確定氨氮達(dá)標(biāo)的水力停留時(shí)間，確定曝氣時(shí)間，從而控制溶解氧。停曝階段可適當(dāng)周期性開啟風(fēng)機(jī)，避免污泥沉淀，增強(qiáng)攪拌效果。二是增加另一組未啟用生物池曝氣量。啟用生物池好氧池1號(hào)廊道、4號(hào)廊道，調(diào)小立管閥門開度，適當(dāng)打開放空閥；好氧池內(nèi)間歇曝氣，降低溶解氧含量（缺氧池低于0.5 mg/L，好氧池進(jìn)水為2.0 mg/L，出水為1.5 mg/L）。

4.2 回流控制方式

目前，系統(tǒng)進(jìn)水量較低，回流泵流量較大，回流比超出正常范圍，超標(biāo)200%～300%，影響反硝化段溶解氧含量。由于進(jìn)水總磷較低，本項(xiàng)目暫時(shí)關(guān)閉內(nèi)回流，使用外回流泵進(jìn)行回流，控制回流比在合理范圍內(nèi)。利用二沉池的水力停留時(shí)間可以有效減少回流的溶解氧，保護(hù)缺氧段環(huán)境，形成缺氧好氧（AO）工藝，延長(zhǎng)缺氧段工藝，強(qiáng)化生化系統(tǒng)脫氮效果。后期好氧池溶解氧控制良好時(shí)，恢復(fù)正常的內(nèi)、外回流控制。

4.3 碳源投加方式

根據(jù)每日進(jìn)水量及水質(zhì)，厭氧段外回流時(shí)投加乙酸鈉作為碳源。選用的乙酸鈉為工業(yè)副產(chǎn)物，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，每克乙酸鈉可以貢獻(xiàn)450 mg COD。依據(jù)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的平均水質(zhì)與水量，預(yù)測(cè)需要將COD提升至150 mg/L，每升水需要增加100 mg COD，噸水投加乙酸鈉222.2 g。依照每日進(jìn)水量2 500 t，每日需要投加555.5 kg乙酸鈉。

5 調(diào)控結(jié)果

自2020年6月3日起，本項(xiàng)目使用曝氣控制、回流控制、碳源投加等工藝調(diào)控方式進(jìn)行調(diào)試。由調(diào)試結(jié)果可以看出，缺氧池ORP于6月4日開始下降，由879 mV降至小于100 mV，最低值達(dá)到-19 mV；出水TN持續(xù)下降，于6月10日首次達(dá)標(biāo)，同時(shí)持續(xù)穩(wěn)定在15 mg/L以下。但后期達(dá)標(biāo)后，恢復(fù)正常內(nèi)、外回流控制，內(nèi)回流比最小控制值仍然較高，所以O(shè)RP在后期沒有持續(xù)下降，但整體出水全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。對(duì)于曝氣系統(tǒng)控制，要重點(diǎn)關(guān)注進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)，由于低負(fù)荷污泥濃度降低，生化系統(tǒng)抗沖擊能力較弱。針對(duì)異常進(jìn)水，須及時(shí)采取調(diào)控措施，避免出水超標(biāo)。

6 結(jié)論

本項(xiàng)目運(yùn)行初期存在污水類型單一、C/N失衡、低負(fù)荷等情況，導(dǎo)致污泥老化解絮、出水總氮超標(biāo)等問題。通過采用曝氣控制、回流控制、碳源投加等工藝調(diào)控方式進(jìn)行調(diào)試，該污水處理廠于一周內(nèi)完成出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。項(xiàng)目后期階段，隨著入駐企業(yè)增加與管網(wǎng)完善，其已逐漸實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。