污水處理廠進(jìn)水異常情況分析及應(yīng)對措施

廖茂蔭，鐘逸軒，黃冠平，劉浩志

(1．廣州西朗污水處理有限公司，廣東廣州 510385 2．中山大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510006)

改良型A/A/O工藝在我國大中小型城鎮(zhèn)生活污水廠中應(yīng)用較為廣泛，在廣州中心城區(qū)及從化的9家污水廠中，采用改良型A/A/O工藝的污水廠有7家［1］。該工藝的預(yù)缺氧段可降低回流污泥的硝酸鹽濃度，為厭氧和缺氧的無氧或低氧環(huán)境創(chuàng)造條件［2］。多點(diǎn)進(jìn)水可同時為反硝化細(xì)菌、聚磷菌提供碳源，緩解了異養(yǎng)型微生物的碳源競爭［3］，實(shí)現(xiàn)更好的脫氮除磷效果。因其具有操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來城鎮(zhèn)生活污水處理廠采用的主要工藝。本文對進(jìn)水異常期間的水質(zhì)特征進(jìn)行了分析，充分利用改良型A/A/O工藝特點(diǎn)，有效進(jìn)行工藝調(diào)控，提高了該工藝的抗水質(zhì)沖擊能力。

1 運(yùn)行情況

該污水廠一期項(xiàng)目采用的工藝為改良型A/A/O，于2004年投入運(yùn)行，設(shè)計處理水量為20萬t/d，最大處理水量為26萬t/d，服務(wù)面積約52 km2，服務(wù)人口約60萬，是一座典型的城市二級生活污水處理廠。

隨著服務(wù)區(qū)域發(fā)展逐漸成熟，進(jìn)水水質(zhì)濃度日趨穩(wěn)定，B/C在0．5以上，如表1所示。該污水處理系統(tǒng)處理工藝如圖1所示，主要設(shè)計參數(shù)有:進(jìn)水量20萬～26萬m3/d，生化池有效容積為98 700 m3，預(yù)缺氧段∶厭氧段∶缺氧一段∶缺氧二段∶好氧一段∶好氧二段體積比為1∶4∶2．5∶2．5∶12∶12。各工藝參數(shù)長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，生化池 MLSS為 2 600～3 000 mg/L，污泥沉降比 SV30為10% ～12%，污泥體積指數(shù)為40～45 mL/g，污泥負(fù)荷為0．12 ～0．16 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，生化池 HRT 為 11 h，二沉池平均表面負(fù)荷1．1 m3/(m2·h)，HRT 為2．5 h。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab．1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

圖1 工藝流程圖Fig．1 Process Flow Diagram

2 進(jìn)水水質(zhì)異常情況分析

2．1 7月、8月進(jìn)出水水質(zhì)對比

7月、8月均處于汛期，氣候相似，居民生活用水方式相近。理論上，兩月的進(jìn)出水水質(zhì)應(yīng)持平，但8月進(jìn)水水質(zhì)出現(xiàn)了持續(xù)異常的情況，多項(xiàng)指標(biāo)持續(xù)超標(biāo)。2013年7月、8月平均進(jìn)出水水質(zhì)如表2所示。

由表2可知8月進(jìn)水 BOD5超標(biāo)22 d，SS超標(biāo)28 d，總磷超標(biāo)16 d，總氮和氨氮也出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)。

2．2 水質(zhì)分析

圖2為7月、8月每日進(jìn)水主要污染物濃度對比。

表2 月均進(jìn)出水水質(zhì)Tab．2 Average Monthly Water Quality of Pollution Concentration of Influent and Effluent

圖2 7月、8月每日進(jìn)水主要污染物濃度對比Fig．2 Main Pollution Concentration of Daily Influent in July and August

由圖2可知盡管7月、8月的進(jìn)水污染物濃度均存在波動，但8月的水質(zhì)波動更為劇烈，其表現(xiàn)及影響有以下幾個方面:

(1)多項(xiàng)進(jìn)水指標(biāo)持續(xù)超標(biāo)，雖然污水的可生化性仍較穩(wěn)定，可生化系數(shù)保持在0．55左右，但CODCr、BOD5、SS、TP 四項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)遠(yuǎn)高于7月。

(2)進(jìn)水含砂量大，且SS中無機(jī)物成分較多。CODCr/SS僅為 0．44，明顯低于常規(guī)值為 0．65～0．8。進(jìn)水SS中有機(jī)質(zhì)含量偏低對生物處理效果產(chǎn)生不利影響。

(3)進(jìn)水水質(zhì)濃度受降雨影響波動較大，8月15日與16日全天降雨，期間進(jìn)水水質(zhì)濃度明顯降低。其中15日處理水量26．4萬t已達(dá)到設(shè)計水量的最大限值，CODCr為70．5 mg/L、氨氮為4．2 mg/L，16 日 CODCr為73．6 mg/L、氨氮為6．8 mg/L，均明顯低于進(jìn)水均值。

(4)污泥負(fù)荷過高，8月平均 MLVSS為831 mg/L，MLSS為3 253 mg/L，脫水污泥有機(jī)質(zhì)含量僅為24．7%，與生化池混合液有機(jī)質(zhì)含量相當(dāng)，且均低于35%的正常有機(jī)質(zhì)含量。污泥沉降性能好，但有機(jī)質(zhì)含量低導(dǎo)致生化效果變差，污泥設(shè)計負(fù)荷為0．1 ～0．32 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，7 月污泥平均負(fù)荷為 0．21 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，8 月污泥平均負(fù)荷為0．53 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，明顯超出最大設(shè)計值。

通過以上情況，確定了工藝調(diào)控的主要任務(wù)為SS、COD、TP的高效去除及出水總氮和氨氮的控制。

3 應(yīng)對措施研究

3．1 SS 的去除

8月進(jìn)水SS是超標(biāo)最為嚴(yán)重的一項(xiàng)指標(biāo)，8月1日～4日，進(jìn)水SS均保持在1 000 mg/L以上。8月平均CODCr/SS為0．44，進(jìn)水水樣表觀呈現(xiàn)出渾濁、存在大量顆粒物，通過對進(jìn)水異常初期的水質(zhì)分析確定了SS中無機(jī)砂粒成分較多。為避免過多SS進(jìn)入生化池，對后續(xù)處理設(shè)備及處理效果產(chǎn)生不利影響，首先，調(diào)節(jié)渦流沉砂池的曝氣量，盡可能使池底泥沙漿體與空氣充分混合形成密度較小的三相混合物，再通過氣提裝置將混合物抽入砂水分離機(jī)進(jìn)行除砂。7月、8月每日除砂量如圖3所示。

圖3 7月、8月每日除砂量Fig．3 Amount of Daily Sand Removal in July and August

由圖3可知7月除砂量為1．41 m3/d，而8月除砂量為1．74 m3/d，除砂量并未按進(jìn)水SS等比增加，主要原因在于渦流沉砂池與生化池為同一鼓風(fēng)機(jī)供氣，而風(fēng)量大小取決于生化池溶解氧，因此沉砂池供氣量受制于好氧段的需氧情況。

因沉砂池除砂率不高，大量SS進(jìn)入生化池內(nèi)，由于SS中砂粒的不溶性和重力作用，后續(xù)工藝對SS去除效果明顯。一方面生化池污泥能夠通過生物作用有效去除SS中易降解有機(jī)物;另一方面在攪拌器和曝氣器的作用下，污泥與SS充分混合，污泥良好的吸附性能將難降解的SS吸附。污泥中夾帶大量的砂粒，沉降性能好，使得混合液進(jìn)入二沉池后能夠進(jìn)行有效的泥水分離，通過加大排泥量，使SS隨剩余污泥排出污水處理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了SS的有效去除。7月產(chǎn)泥3 101 t，含水率為71．4%，平均有機(jī)質(zhì)含量為30．1%，8月產(chǎn)泥為2 756 t，含水率為67%，平均有機(jī)質(zhì)含量為24．7%。進(jìn)水異常期間有機(jī)質(zhì)含量偏低，產(chǎn)生的干泥中無機(jī)物約為21．4 t/d，明顯高于正常進(jìn)水期18．0 t/d的無機(jī)物含量，污泥中無機(jī)物含量高的原因主要是污水中的無機(jī)砂礫轉(zhuǎn)移至污泥中。

3．2 維持生化池內(nèi)溶氧值

為保證好氧段微生物的生物活性，必須提供足夠的溶解氧，對于COD偏高的情況，通常需加大曝氣量，該廠好氧一、二段 DO均維持在1．5～1．8 mg/L，好氧一段DO略高于好氧二段。通過設(shè)置好氧一段、二段的DO限值，使實(shí)際DO與設(shè)置值的差值以光電信號的形式反饋至鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)信號進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)直至DO升高或降至設(shè)置限值。7月、8月每日生化池供氣量如圖4所示。

圖4 7月、8月每日生化池供氣量Fig．4 Daily Air Demand of Biochemical Reaction Basin in July and August

由圖4可知7月平均曝氣量為14 765 m3/h，8月平均曝氣量為13 492 m3/h。8月進(jìn)水COD較高，但曝氣量反而小。主要原因是8月MLVSS偏低，限制了耗氧量，若曝氣量過大，則池內(nèi)DO過高，將不利于混合液內(nèi)回流至缺氧段的反硝化作用和二沉池的泥水分離。因此，好氧段滿足一定的溶氧值即可保證好氧段的處理效果。

3．3 控制混合液及污泥回流比

7月、8月每日生化池污泥濃度曲線如圖5所示。

圖5 7月、8月每日生化池污泥濃度曲線Fig．5 Daily Mixture Liquid Suspended Solids in Biochemical Reaction Basin in July and August

由圖5可知7月平均混合液回流比為163%，污泥回流比為45．3%;8月混合液回流比為167%，污泥回流比45%。8月的混合液回流比略有增加，而污泥回流比與7月相當(dāng)。7月回流污泥濃度為8 990 mg/L，8月回流污泥濃度為10 200 mg/L，8月回流污泥中的固體含量高于7月。理論上，對于COD、氨氮較高的進(jìn)水，應(yīng)加大混合液和污泥回流比，以提高污染物的去除效率，但通過對污泥有效成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，8月平均MLVSS僅為831 mg/L，污泥中含有大量的砂粒使得有機(jī)質(zhì)成分偏低，僅為24．7%。為保證生化池處理效果，須盡快將砂粒排出，防止砂粒在污泥中累積而降低生物處理效率并導(dǎo)致池內(nèi)固體負(fù)荷過大的情況出現(xiàn)，故將污泥回流比在45%左右較為合理。

8月16日MLSS驟降至1 205 mg/L，是因?yàn)?5日暴雨使進(jìn)水水質(zhì)急劇下降，為保證微生物獲取足夠的碳源而減少污泥回流量、加大排泥量，從而導(dǎo)致MLSS迅速降低。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)回升后，即17日暫停排泥直至MLSS恢復(fù)正常。

3．4 生物除磷與化學(xué)除磷有效結(jié)合

8月進(jìn)水總磷偏高，生物除磷效果受C/P、溫度、pH等因素影響，除磷能力有限，一般需輔以化學(xué)除磷措施保證出水總磷達(dá)標(biāo)。通過出水在線監(jiān)控，設(shè)置了出水總磷警戒線0．7 mg/L。當(dāng)出水總磷接近警戒線并呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢時，啟動化學(xué)除磷裝置，直至出水總磷穩(wěn)定在警戒線之下。8月除磷劑用量35．21 t相比7月的21．35 t，盡管用量有所增加，但在進(jìn)水總磷過高的情況下，通過水質(zhì)監(jiān)控與工藝調(diào)控的有效結(jié)合，提高了總磷去除率，實(shí)現(xiàn)了出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。7月、8月的進(jìn)出水總磷曲線如圖6所示。

圖6 7月、8月每日進(jìn)出水TP濃度曲線Fig．6 Daily Total Phosphorus Concentration in Influent and Effluent in July and August

由圖6可知7、8月出水TP較為平穩(wěn)，且基本穩(wěn)定在1．0 mg/L以下，這表明將投藥警戒線控制在0．7 mg/L，可以安全有效地實(shí)現(xiàn)化學(xué)除磷。

4 結(jié)論

(1)當(dāng)進(jìn)水COD、氨氮較高時，需保證好氧段具有穩(wěn)定的溶解氧，但溶解氧過高不利于反硝化和二沉池泥水分離，因此須根據(jù)溶解氧調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)曝氣量，將溶解氧控制在適當(dāng)范圍內(nèi)以實(shí)現(xiàn)COD和氨氮的高效去除。

(2)進(jìn)水異常時，應(yīng)對COD、氨氮、SS等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，若SS/COD偏高，即SS中無機(jī)成分較多時，導(dǎo)致脫水污泥含水率和有機(jī)質(zhì)含量下降，泥沙粘附在活性污泥表面可通過剩余污泥的形式去除，因此應(yīng)做好排泥計劃以實(shí)現(xiàn)SS較高的去除率并維持生化池內(nèi)污泥的生物處理效率。

(3)沉砂池供氣量受限于生化池好氧段的需氧情況，應(yīng)對沉砂池供氣系統(tǒng)與生化池供氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，使兩供氣系統(tǒng)相互獨(dú)立，以提高沉砂池的除砂效率。

［1］李艷斌．某污水處理廠改良A2/O工藝的運(yùn)行分析［J］．凈水技術(shù)，2014，33(s2):115-117，121．

［2］王存鳳．寒冷地區(qū)改良型A2/O工藝運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化研究［D］．黑龍江:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012．

［3］楊志全，周少奇，何偉，等．改良A2/O工藝生物脫氮除磷應(yīng)用研究［J］．中國給水排水，2010，26(1):80-82．