关于活性污泥水样混合后氨氮数值异常变化的分析

胡光 时志敏

摘要：淮安同方水务有限公司在研究污水处理流程中的氨氮和硝态氮浓度变化情况时发现进水与外回流混合后氨氮与硝态氮的理论值与实际测量值存在较大的差异。经仔细分析，通过实验证实了活性污泥对氨氮存在吸附和释放作用。明确了在测定氨氮时可以直接选取沉淀后的上清液代替泥水混合样作为测定水样；对含有活性污泥水样中污染指标氨氮的测定可以忽略因吸附或释放造成的偏差。

关键词：活性污泥；氨氮；吸附；释放 ；忽略

Abstract: Studying on ammonia-nitrogen and nitrate-nitrogen concentration in process of wastewater treatment, the researchers found there was great change between theoretical value and measured value when inlet water mixed with backflow sludge. The experiment proved that the activated sludge had adsorption and release effect on ammonia. We can use the supernatant water sample instead of the uniform activated sludge water sample to measure ammonia-nitrogen concentration. The concentration change because of the adsorption and release effect can be ignored.

Key words: Activated Sludge；ammonia-nitrogen；adsorption；release；ignore；

中图分类号：U664.9+2文献标识码：A 文章编号：

在污水处理中我们对进出水中各项指标进行检测，来检查每日的处理水样是否达标，以及去除率等衡量数值。随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级B（A）标准的推行，江苏省内各污水处理厂纷纷进行提标改造，其采用工艺均必须偏重于除磷脱氮效果。该种类型的工艺对氮的去除基本分为硝化和反硝化两步[1]，通过对处理工艺中各处理单元水样的氨氮及硝酸盐氮含量的准确分析，可以了解各处理单元的处理效果，及时调整，摸索出工艺全系统的最佳运行模式。

公司化验室按照工艺流程对所属某污水处理厂A/A/O工艺的各构筑物的进、出口水样进行连续9天的化验分析，其中外回流比保持100%。按照国标方法测定氨氮[2]和硝态氮[3]，曲线如下：

图1氨氮及硝态氮的沿程变化曲线

从图1中发现如下两个问题：

1、进水与外回流混合后进入厌氧池，进水氨氮平均值11mg/L，与外回流污泥混合液1：1混合后，氨氮浓度应至少为5.5mg/L。但实际在厌氧池进口处测出氨氮数值为3mg/L，明显低于5.5mg/L；

2、好氧池混合液经沉淀池沉淀一部分作为最终出水，一部分作为外回流与进水混合，期间无硝态氮参与的生化反应发生，硝态氮总量应保持不变。由于混合液及总出水的硝态氮浓度基本相同约11mg/L，因此回流液的硝态氮浓度也应与前两者相同，即11mg/L。在与进水硝态氮几乎为0的情况下1:1混合，其浓度应约为5.5mg/L。但实际测出厌氧池进口处的数值达到8mg/L，明显大于5.5mg/L；

注：由于本次测试主要目的了解污染物的沿程变化情况，因此没有测定回流污泥混合液相关污染物的浓度。

1、初步分析：

氨氮与硝态氮本次测定都存在如下共同点：

1、根据化验室氨氮和硝态氮的检测方法，因原水样中只含有少量的不溶物，基本没有活性污泥的存在，所以测定前的预处理是直接对原水絮凝过滤后测定[2,3]；

2、本次测定的污水处理过程水样为活性污泥混合液，由于活性污泥浓度较高，因此先对污泥沉淀，而后取上清液按标准步骤测定。因此可以初步判定因为污泥的存在和沉淀的过程导致了数据的差异；

3、回流污泥混合液和进水是在厌氧池进口的快速混合，时间短又无充足的溶解氧，因此基本不存在硝化反应一类的生化反应，氨氮与硝态氮的总量应保持不变，1:1混合后的浓度就应该是混合前相应浓度的平均值。而实际测得的氨氮浓度的异常降低和硝态氮浓度的异常升高，只可能是在活性污泥沉底过程中，发生污泥网捕、吸附、释放这类物理反应造成的；

4、根据上述分析， 导致测定数值发生偏差的原因可能有两种：

对于氨氮，混合后上清液测定值偏低：

a) 活性污泥在沉淀过程中发生网捕等作用，导致上清液中氨氮数值降低；

b) 活性污泥的生物吸附作用，将部分氨氮吸附于污泥上；

对于硝态氮，混合后上清液测定值偏高：

a) 原回流污泥在沉淀池中的沉淀过程（包括网捕作用或生物吸附），导致其硝态氮含量较高，在与进水混合，污泥浓度降低后，该部分硝态氮重新得以释放到水中。

2、实验验证及分析：

2.1氨氮值偏差的原因

针对氨氮数值偏低的分析结果，通过对活性污泥混合液沉淀前后的两种水样分别予以测定，可判断出氨氮测定值偏低的具体原因。如果是污泥沉淀过程中的网捕作用，那沉淀后的上清液数值必定要小于沉淀前，这样只需要选定沉淀前的水样即可正确测定；否则，如果是因为污泥生物吸附作用，两种水样的测定值则应相同，数值差异的原因与测定水样无关。

实验一：（mg/l）

取一份回流污泥混合液，分别在下述两种情况下，测定其氨氮值：

1. 在搅拌均匀的情况下，取出混合样经中速滤纸过滤后，得到滤后液（a）；

2. 待活性污泥完全沉淀后，取其上清液（b）；

图2 混合液与上清液氨氮浓度的比较

根据实验测定结果，沉淀前后的数值互有高低，但是相差很小。按照化验室质控要求，当氨氮值大于0.1mg/l时，测量的精度要求平行样di/x控制在10%以内即可认为相同。本次实验的误差为-6.72%——5.39%。因此可以判定1)导致氨氮数值偏低的主要原因是活性污泥的吸附作用，沉淀过程几乎不影响结果。2)由于沉淀作用不影响氨氮浓度，进行氨氮值的测定时可以用上清液水样代替泥水混合水样。

此外，我们还将进水与外回流等比例混合，进行了实验二。

实验二：

将一份污水处理厂的进水与回流污泥混合液（水样a）等比例混合，分别测定其氨氮数值：

1. 进水（c）；

2. 混合后得到混合液（d）；

实验二：（mg/l）

图3 进水与外回流等比例混合后氨氮实测值与理论值的比较图

从所做的8组实验数据可以看出，所测数据大小趋势与实验一明显不同：实验一中的实测值有时比理论值大，有时比理论值小；而实验二的数据，虽然实测值与理论值相差很小，但是始终是实测值比理论值小。由此也可以说明，混合时污泥对氨氮是存在吸附作用的。

外回流混合液中氨氮的数值极低，活性污泥处于“饥饿”的状态，再次接触基质时，微生物会大量吸附、吸收污水中的氨氮[4]。因此回流液与进水等比例混合后，氨氮浓度会远小于均值。

2.2对氨氮数值偏差的进一步思考

硝态氮在混合后数值“变大”，由于不满足硝化反应的条件，最合理的解释是被污泥吸附的污染物在水样稀释的情况下部分再次释放到水中。为了验证被活性污泥吸附的部分是可以在稀释的情况下重新释放到水中，对氨氮的测定再此进行验证：

实验三：

将水样（d）用蒸馏水等比例稀释得到水样（e），再对水样（e）用蒸馏水等比例稀释得到水样（f），依次类推连续稀释5次，分别得到水样（g）、（h）、（i）；

图4 水样d稀释后每次氨氮的实测值与理论值的比较

从实验的结果来看，每次稀释后，实际测得的水样浓度均比理论计算值要大，而且差距还比较明显。说明每次稀释后，污泥吸附的氨氮又再次释放了出来。

3、结论

3.1 对于污水处理过程水样氨氮值的取样分析，可以直接取污泥沉淀后的上清液化验，在结果上不会造成偏差。

3.2由于活性污泥对氨氮有物理作用，并且会分别表现出吸附和释放的情况，因此在分析各单元处理效果的过程分析中，要重视每一次泥水混合时的污泥吸附作用，不可纳入相应处理单元中，否则会造成误判；

3.3对于过程水样的氨氮测定，完全可以忽视被污泥吸附部分，因为我们的研究主要对象是水中污染指标，而污泥的吸附是一个动态过程，随着生化反应的进行会不断再吸附。只要选定好处理单元污染指标的初始数值和出口数值，即可反映出该单元的处理效果。

参考文献：

[1]王洪臣等. 城市污水处理厂运行控制与维护管理[M]. 北京：科学出版社，1997.

[2]HJ 535-2009，水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法[S].

[3]HJ/T 346-2007，水质 硝酸盐氮的测定 紫外分光光度法[S].

[4]彭党聪，王志盈，袁林江. 活性污泥系统非平衡增长理论及其应用[J]. 中国给水排水，2001,17（2）：19-21.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。