改良交替式生物池出水NH3-N隨時(shí)間變化研究

馬九利，王 偉

（蘇州市排水有限公司，江蘇 蘇州 215008）

1 研究背景

1.1 改良型交替式生物池工藝簡(jiǎn)介

某污水處理廠二期采用改良型交替式生物池[1]，改良型交替式生物池綜合了AAO工藝和SBR工藝的特點(diǎn)，構(gòu)筑物布置緊湊，該系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是自動(dòng)化控制程度高，通過調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行條件，可以實(shí)現(xiàn)處理過程的時(shí)間與空間控制。改良型交替式生物池分4組，改良型交替式生物池的設(shè)計(jì)參數(shù)（以一組計(jì)）如表1。每組分隔成五格順序連通的矩形生物池，分別為：一個(gè)厭氧池，一個(gè)缺氧池、一個(gè)連續(xù)好氧池和兩個(gè)“好氧/沉淀池”。與傳統(tǒng)式交替式生物池一樣，改良型交替式生物池采用矩形結(jié)構(gòu)，每組生物池的兩個(gè)邊池交替充當(dāng)曝氣池和沉淀池。同樣，交替式生物池每個(gè)運(yùn)行周期也包括兩個(gè)主體運(yùn)行階段，這兩個(gè)階段的運(yùn)行過程完全相同，是相互對(duì)稱的，它們之間通過過渡段進(jìn)行銜接。每組生物池每個(gè)運(yùn)行周期包括兩個(gè)子周期，這兩個(gè)子周期的運(yùn)行過程完全相同，通過過渡周期進(jìn)行銜接，基本工作周期見圖1。

圖1 交替式生物池基本工作周期

表1 改良型交替式生物池的設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1.1 第一子周期（一般3 h）

污水首先進(jìn)入?yún)捬醭谾，然后流入缺氧池E，再流入中間好氧池A和邊池B，最后流入沉淀池C（不曝氣），出水通過溢流堰排出生物處理系統(tǒng)。

在該周期內(nèi)，F(xiàn)池為厭氧狀態(tài)，在進(jìn)水處，流入水與從E池到F池通過回流泵1回流的混合液，利用攪拌機(jī)攪拌形成局部的污泥負(fù)荷較高的區(qū)域，造成磷的釋放；E池為缺氧狀態(tài)，將通過回流泵1、2回流到該池經(jīng)過A、B池發(fā)生硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮反硝化；A、B池為好氧狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行碳化及硝化并過量吸收磷；C池作為沉淀池進(jìn)行泥水分離。

剩余污泥從沉淀池C中被排出。

1.1.2 第一中間過渡周期(一般1 h)

在每個(gè)主周期之后都有一個(gè)相對(duì)較短的中間過渡周期，中間過渡周期的作用是將外側(cè)好氧池轉(zhuǎn)換為沉淀池。污水仍流入F池，兩個(gè)外側(cè)“好氧/沉淀池”均為沉淀狀態(tài)，中間好氧池A持續(xù)曝氣，為下個(gè)主周期(相反的出水流向)做好準(zhǔn)備，確保良好的泥水分離效果。

1.1.3 第二子周期（一般3 h）

與第一主周期相反，B池和C池功能互相轉(zhuǎn)化。B池作為沉淀池，C池作為好氧池。

剩余污泥從沉淀池B中被排出。

1.1.4 第二中間過渡周期(一般1 h)

與第一中間過渡周期相同。

這樣周而復(fù)始，周期運(yùn)行，并且周期運(yùn)行的時(shí)間可以靈活調(diào)整，不僅實(shí)現(xiàn)了污水的凈化以及高效的脫氮除磷，而且緊湊的結(jié)構(gòu)布置大大減少了占地面積，使該工藝達(dá)到了最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 進(jìn)水水質(zhì)特征分析

污水處理廠主要進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)COD、BOD5、NH3-N、TN、TP、SS的統(tǒng)計(jì)分析見表2。

表2 污水廠進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析

1.2.1 進(jìn)水COD分布特征

從該污水廠進(jìn)水COD濃度月變化規(guī)律及概率分布圖（圖2）可以看出，該廠的進(jìn)水COD濃度主要分布在114~811 mg/L，各月中間值分布在242~357 mg/L，全年進(jìn)水COD濃度相對(duì)較穩(wěn)定。從概率分布圖可知，該廠全年平均進(jìn)水COD濃度305 mg/L，中間值為290 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在200~400 mg/L，其累積概率可達(dá)74.1%。

圖2 進(jìn)水COD逐月變化及概率分布

1.2.2 進(jìn)水BOD5分布特征

進(jìn)水BOD5濃度月變化規(guī)律及概率分布圖（如圖3）。BOD5濃度分布在51~358 mg/L，各月中間值分布在113~162 mg/L。全年進(jìn)水BOD5濃度普遍較低，其中，6月進(jìn)水BOD5數(shù)據(jù)的離散程度較高。該廠全年進(jìn)水BOD5平均值為134 mg/L，中間值為131 mg/L。概率分布較高的濃度范圍為在100~200 mg/L，其累積概率為72.7%。

圖3 進(jìn)水BOD5逐月變化及概率分布

1.2.3 進(jìn)水NH3-N分布特征

進(jìn)水NH3-N濃度月變化規(guī)律及概率分布圖如圖4所示。NH3-N濃度分布在1.6~43.9 mg/L，全年進(jìn)水NH3-N濃度相對(duì)較穩(wěn)定。由圖4可知，各月進(jìn)水NH3-N中間值最小為20.5 mg/L，最大為27.6 mg/L，分別發(fā)生在8月和10月。從概率分布圖可以看出，進(jìn)水NH3-N平均值23.6 mg/L，中間值23.8 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在20~30 mg/L，其累積概率為75.9%。

圖4 進(jìn)水NH3-N逐月變化及概率分布

1.2.4 進(jìn)水TN分布特征

從該廠進(jìn)水TN濃度逐月變化規(guī)律及概率分布圖（圖5）可知，全年進(jìn)水TN濃度分布在11.4~65.4 mg/L，各月中間值分布在27.8~38.5 mg/L，全年進(jìn)水TN濃度較穩(wěn)定，7、8月份的TN濃度平均值相對(duì)較低。該廠全年進(jìn)水TN平均值為34.1 mg/L，中間值為33.4 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在25~40 mg/L，其累積概率達(dá)69.3%。

圖5 進(jìn)水TN逐月變化及概率分布

1.2.5 進(jìn)水TP分布特征

進(jìn)水TP濃度逐月變化規(guī)律及概率分布圖（圖6）表明，該廠全年進(jìn)水TP濃度分布在1.2~11.1 mg/L，各月中間值分布在3.3~4.8 mg/L。進(jìn)水TP平均值為4.2 mg/L，中間值為4.1 mg/L，概率分布較高的濃度范圍3~5 mg/L，其累積概率為63.2%。

圖6 進(jìn)水TP逐月變化及概率分布

1.2.6 進(jìn)水SS分布特征

從圖7分析可知，該廠全年進(jìn)水SS濃度主要分布在41~366 mg/L，各月中間值分布在86~151 mg/L。該廠全年進(jìn)水SS平均值為125 mg/L，中間值為120 mg/L。概率分布較高的濃度范圍在50~150 mg/L，其累積概率為75.1%。

圖7 進(jìn)水SS逐月變化及概率分布

1.3 實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題（圖8）

圖8 二期生物池出水邊池NO3--N、NH3-N隨時(shí)間變化情況（采樣點(diǎn)1為連續(xù)池；采樣點(diǎn)2為出水邊池中部；采樣點(diǎn)3為空氣堰出水）

（1）在出水邊池內(nèi)發(fā)生明顯的反硝化現(xiàn)象，且前2 h反硝化強(qiáng)度明顯高于后2 h；

（2）出水邊池發(fā)生反硝化的同時(shí)，活性污泥會(huì)釋放NH3-N；

從該污水廠二期出水NH3-N增加值來看，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，出水NH3-N呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)。但采樣點(diǎn)設(shè)置偏少，無(wú)法充分判斷出水NH3-N上升的主要原因。

根據(jù)該污水廠二期生物池施工圖，缺氧池與好氧/出水邊池底部存在7個(gè)200 mm×200 mm的方形穿墻孔，如圖9所示（紅色方框標(biāo)識(shí)）。因此，缺氧池與好氧池之間存在混合液互通。交替式生物池根據(jù)缺氧池與連續(xù)好氧池之間的混合液回流泵及缺氧池與好氧/出水邊池之間方閘門的開啟情況實(shí)現(xiàn)混合液回流（內(nèi)回流）。根據(jù)混合液回流泵開啟情況，好氧邊池與缺氧池之間存在一定的液位差（邊池＞缺氧池），缺氧池與好氧/出水邊池底部的穿墻孔水流方向應(yīng)與方閘門水流方向一致，即邊池流至缺氧池。

圖9 二期生物池剖面圖

2 研究目的

針對(duì)該污水廠二期生物池出水階段NH3-N逐步上升的現(xiàn)象，找出此現(xiàn)象發(fā)生的主要原因，即在出水邊池內(nèi)活性污泥靜沉?xí)r間發(fā)生NH3-N釋放，還是水力推流作用將前端或缺氧池的水流影響采樣點(diǎn)的水質(zhì)。

3 研究方法

根據(jù)二期出水情況，將對(duì)二期出水邊池設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)（1個(gè)連續(xù)好氧池，另外4個(gè)為出水邊池），見圖10。且在2#、3#、4#、5#采樣點(diǎn)設(shè)置4個(gè)不同采樣深度：0 m、2 m、4 m、6 m（出水1 h采樣）。采樣時(shí)間為：出水0 h、出水0.5 h、出水1 h、出水1.5 h、出水2 h。本次共計(jì)37個(gè)水樣。通過采集水樣測(cè)定其NH3-N濃度進(jìn)行分析判斷。

圖10 二期生物池采樣點(diǎn)設(shè)置

4 研究結(jié)果

本次采樣日期為8月23日，天氣晴，水溫30℃。當(dāng)日生物池缺氧池與出水邊池液位差為-5.5 cm，進(jìn)水NH3-N濃度為34.5 mg/L。采樣數(shù)據(jù)見表3。

表3 二期生物池出水采樣數(shù)據(jù) （mg/L）

4.1 不同采樣點(diǎn)水質(zhì)隨時(shí)間變化

從圖11、圖12均可以看出，相同的采樣時(shí)間點(diǎn)，不同采樣點(diǎn)的NH3-N濃度基本一致。出水邊池NH3-N濃度主要受時(shí)間影響較大：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，出水N濃度逐步下降、NH3-N濃度逐步上升，這與之前采樣結(jié)果相一致。從圖13可以看出，不同采樣點(diǎn)-P濃度隨時(shí)間變化規(guī)律不明顯，但基本上可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)-P濃度同樣有所上升，與NH3-N濃度變化情況相類似。從SCOD數(shù)據(jù)來看，37個(gè)水樣SCOD變化較小，最大值為37.1 mg/L、最小值為26.2 mg/L、平均值為31.4 mg/L。

圖13 二期生物池出水不同采樣點(diǎn)PO43--P隨時(shí)間變化

4.2 不同采樣點(diǎn)、采樣深度的水質(zhì)對(duì)比

為分析出水邊池NH3-N濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)而上升的主要原因，對(duì)比采樣點(diǎn)2和采樣點(diǎn)3、采樣點(diǎn)4和采樣點(diǎn)5的水質(zhì)情況。其中采樣點(diǎn)2和采樣點(diǎn)3為邊池前端橫向?qū)φ战M、采樣點(diǎn)4和采樣點(diǎn)5為邊池后端橫向?qū)φ战M。

從圖14不同采樣點(diǎn)NH3-N濃度的分布可以看出采樣點(diǎn)2/4（靠近缺氧池一側(cè)，缺氧池NH3-N濃度一般＞7 mg/L）并沒有明顯比采樣點(diǎn)3/5（遠(yuǎn)離缺氧池一側(cè)）NH3-N濃度高：采樣點(diǎn)2/3/4/5的NH3-N濃度均值分別為：1.48 mg/L、1.43 mg/L、1.52 mg/L、1.52 mg/L。根據(jù)出水邊池與缺氧池之間存在5.5 cm的液位差（邊池液位＞缺氧池液位）判斷，缺氧池與出水邊池底部的穿墻孔水流方向應(yīng)與方閘門水流方向一致，即邊池流至缺氧池，故缺氧池高NH3-N水質(zhì)不影響邊池低NH3-N水質(zhì)。因此，出水邊池NH3-N濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)而上升的主要原因?yàn)殪o沉活性污泥釋放NH3-N。

圖14 二期生物池出水不同采樣點(diǎn)采樣深度的水質(zhì)對(duì)比

5 結(jié)論

（1）在出水邊池內(nèi)發(fā)生明顯的反硝化現(xiàn)象，前2 h內(nèi)反硝化基本完成，且隨著水深的增加反硝化現(xiàn)象越明顯；

（2）出水邊池發(fā)生反硝化的同時(shí)，活性污泥會(huì)釋放NH3-N，這是造成隨著出水時(shí)間的延長(zhǎng)NH3-N濃度逐步上升的主要原因，交替式生物池靜沉+出水時(shí)間不宜過長(zhǎng)；

（3）推流作用及缺氧池與邊池底部穿墻孔對(duì)單個(gè)出水水質(zhì)周期（4 h）的影響較小。