我用12天 搞定了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(yán)重。前處理單元分別包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池等一組系統(tǒng)。曝氣沉砂池出水進(jìn)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(shí)采用地埋式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)生活污水產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行集中收集處置。該廠設(shè)計(jì)10000m3/d，目前實(shí)際運(yùn)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(jí)A排放要求。目前進(jìn)、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(jí)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(shí)間內(nèi)，無法滿足特排出水標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)考察與評(píng)估后，在不影響廠方正常生產(chǎn)的前提下，對(duì)原有碳源投加體系進(jìn)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(jì)量控制的碳源投加點(diǎn)2個(gè)。
當(dāng)日下午，正式開始投加復(fù)合碳源，開始控制、測(cè)定全流程點(diǎn)位條件指標(biāo)及工況；整理并確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(jìn)行反硝化反應(yīng)小實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示其脫氮效率很差，生化系統(tǒng)內(nèi)的反硝化細(xì)菌量很少，需進(jìn)行培菌，富集反硝化細(xì)菌。
對(duì)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(shí)際停留時(shí)間，嚴(yán)控PH、溶解氧，配合投加碳源來富集反硝化細(xì)菌，強(qiáng)化脫氮能力。同時(shí)，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(tuán)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(xì)碎污泥絮體?？紤]目前恢復(fù)期，正處于富集反硝化細(xì)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(dòng)。
12月5日，反硝化實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(dòng)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(tuán)，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(qiáng)，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(shì)。查找原因得知當(dāng)前缺氧區(qū)停留時(shí)間僅有3小時(shí)。將系統(tǒng)的內(nèi)回流出口調(diào)整至厭氧區(qū)，以擴(kuò)大缺氧區(qū)，強(qiáng)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(shì)恢復(fù)。
12月13日，測(cè)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(dá)到5mg/l。
3、數(shù)據(jù)匯總
1）進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)曲線
（1）總進(jìn)出水COD、TN指標(biāo)
（2）系統(tǒng)進(jìn)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(tuán)更為緊實(shí)，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。
四、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(jìn)水負(fù)荷略有波動(dòng)， COD維持在140—180mg/L ，總氮在32—45mg/L間波動(dòng)；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(dá)到預(yù)期效果。
3、調(diào)試期間可觀察到，雖然培養(yǎng)時(shí)間較短，但系統(tǒng)出水的總磷，仍然出現(xiàn)下降趨勢(shì)，顯現(xiàn)出較強(qiáng)的輔助除磷能力。1個(gè)月后，對(duì)水廠進(jìn)行考察時(shí)，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(tuán)狀態(tài)、沉降性能及污泥產(chǎn)量都得到相對(duì)穩(wěn)定的維持。
五、調(diào)試運(yùn)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(shí)驗(yàn)得出結(jié)論預(yù)估：系統(tǒng)出水TN控制在6mg/L左右時(shí)，生化池需要投加碳源最大量約500公斤/日。
1、碳源投加點(diǎn)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(diǎn)的相應(yīng)調(diào)整。投加點(diǎn)的靠前（反應(yīng)停留時(shí)間延長(zhǎng)）是對(duì)反硝化進(jìn)行的徹底性有利的。投加點(diǎn)選擇基于以下幾個(gè)條件的綜合評(píng)判：
A、反應(yīng)停留時(shí)間
B、硝態(tài)氮濃度（進(jìn)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(xì)菌對(duì)碳源的搶奪調(diào)配）
F、原水內(nèi)碳源利用情況（生化段進(jìn)水COD利用降解梯度）
結(jié)合污水廠系統(tǒng)的工藝及實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)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(jìn)行碳源補(bǔ)充，利用厭氧段的停留時(shí)間及高效的碳源來促進(jìn)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(shí)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(diǎn)及外碳源投加點(diǎn)的操作，是盡量提前碳源的加入點(diǎn)，延長(zhǎng)反硝化時(shí)間，強(qiáng)化反硝化反應(yīng)的脫氮效率，增加脫氮的絕對(duì)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(duì)數(shù)量。停留時(shí)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(duì)去除量。根據(jù)試驗(yàn)期各種調(diào)整的數(shù)據(jù)，大致可以判斷：經(jīng)過12天實(shí)驗(yàn)，碳源投加到厭氧區(qū)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)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(qiáng)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(xì)菌與釋磷菌產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，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?yàn)閰捬鯀^(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(duì)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(qiáng)化聚磷反應(yīng)。因此，強(qiáng)化生化系統(tǒng)的除磷可采用在倒置AAO的方式進(jìn)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(jìn)水水量相關(guān)，實(shí)際運(yùn)行中精確控制宜采用回流量指標(biāo)來界定。回流量高則硝化液回流帶入反硝化系統(tǒng)的絕對(duì)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(shí)，回流量的增大會(huì)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(shí)間和提高反硝化區(qū)域的溶氧，使反硝化細(xì)菌在低溶氧狀態(tài)的優(yōu)勢(shì)培養(yǎng)和反應(yīng)時(shí)間縮短，對(duì)反硝化的徹底性造成負(fù)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(fù)荷的關(guān)鍵參數(shù)。從污水廠調(diào)試期的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)摸索，我認(rèn)為，在低水溫、基本滿負(fù)荷進(jìn)水，以碳源作為外加補(bǔ)充碳源的條件下外回流保持單臺(tái)回流（70-100%），內(nèi)回流能控制一臺(tái)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(duì)反硝化脫氮的進(jìn)行越有利。
高有效污泥濃度對(duì)反硝化進(jìn)行是有利的，但污泥濃度過高會(huì)造成系統(tǒng)的其他問題（運(yùn)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(diǎn)設(shè)定及投加量準(zhǔn)確性判斷
碳源投加點(diǎn)及投加量設(shè)定與進(jìn)水水質(zhì)、工藝及運(yùn)行情況密切相關(guān)。條件允許的情況下根據(jù)流程污染負(fù)荷降解情況多點(diǎn)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(duì)豐富、溶氧控制合理?xiàng)l件下碳源作為反硝化電子供體完全反應(yīng)的停留時(shí)間與乙酸鈉相當(dāng)（反硝化速率略低），但停留時(shí)間越長(zhǎng)反硝化越加徹底，因此，建議反硝化區(qū)停留時(shí)間>3h。
就污水處理廠目前水質(zhì)及總體運(yùn)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(yùn)行是否合理的參考標(biāo)準(zhǔn)。