牟华倩,李 骏
(金华市水处理有限公司,浙江金华 321016)
“新环保法”、“水十条”等法律法规和“十三五”规划的颁布实施,国家层面对水环境保护提出了更高的要求,污水处理厂尾水水质必须符合新的更严格的排放标准,实现达标排放[1-2]。2016年,南方某城市针对集中式污水处理厂提出了氨氮为1.0 mg/L的地方标准,给该城市污水处理厂的运行带来了极大的压力。参与脱氮的硝化菌大多为自养型菌,易受水质、水量冲击影响,工业废水一旦进入城镇污水处理厂的生化系统,将对菌群产生冲击作用,抑制硝化菌的活性,且需较长的恢复周期,极易造成出水氮指标超标[3]。因此,在污水处理厂实际生产运行过程中,如何准确判断原水水质情况,并快速采取有效措施,避免生化系统和出水水质承受过大,显得尤为重要。
本文结合实际运行经验,论述了南方某城镇污水处理厂在春季运行期间,如何确定和应对原水氮浓度超标导致的出水水质波动,并采取及时有效的应对措施,避免出水水质浓度超标,为其他污水处理厂应对原水水质氮浓度超高提供实际运行经验。
我国南方某城市建成1座设计日处理量为24万t的城镇污水处理厂,工艺流程如图1所示。一期工程(8万t/d)采用SBR工艺,尾水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准[4]。二期工程(8万t/d)采用改良“SBR工艺+混凝+过滤+消毒”工艺,执行GB 18918—2002一级A标准。三期工程(8万t/d)按GB 18918—2002一级A排放标准设计,采用“AAO工艺+混凝+过滤+消毒”工艺。
该污水处理厂来水主要为该市的生活污水和部分工业废水,设计进水水质指标和出水水质排放标准如表1所示。
图1 污水处理工艺流程总图Fig.1 General Diagram of Sewage Treatment Process
表1 设计进水水质指标和出水水质排放标准Tab.1 Design Influent Quality and Discharge Standard of Effluent Quality
选取3月25日—4月7日作为分析研究周期,进出水氮指标在线监测浓度如图2所示。
图2 原水氮冲击期间在线氮数据Fig.4 Online Monitoring Data of Nitrogen during Exceed Influent Concentration
由图2可知,正常运行情况下,原水总氮、氨氮的在线浓度均值分别为51.2 mg/L和25.8 mg/L。3月31日—4月1日为冲击阶段,原水在线氮浓度递增,总氮、氨氮最高值分别达108 mg/L和36.9 mg/L,已达到正常均值的2.1倍和1.4倍。出水氨氮浓度在冲击阶段也呈现周期性缓慢上升趋势,最高浓度为0.17 mg/L,为正常运行浓度的2.4倍。4月2日—4月7日为恢复阶段,出水浓度在线值逐渐恢复正常范围。
为确定原水水质情况,原水总氮、BOD日均浓度以及B/N如图3所示。
图3 春季运行期间进水TN、BOD日均浓度和B/NFig.3 Daily Average Concentration of Influent TN,BOD and Value of B/N during Spring Period
结合城市污水中BOD/TN的典型比例[5],3月31日原水BOD/TN为2.2,已低于城市污水典型比例中低值3~4,说明该时段进水并非一般生活污水,极有可能为原水混合工业废水。
某年3月—5月春季运行期间,该厂进出水氮指标日均浓度数据以及污泥体积指数如图4所示,生化段出水氮浓度如图5所示。
图4 春季运行期间进出水氮浓度和污泥SVI值Fig.4 Influent and Effluent Nitrogen Concentration and SVI during Spring Period
图5 春季运行期间生化段出水氮浓度Fig.5 Effluent Nitrogen Concentration after Biochemical Reaction Stage during Spring Period
由图4可知,该厂进水氨氮、总氮日均指标,平均浓度分别为17.8、24.1 mg/L,最高浓度分别为33.2、67.0 mg/L。出水氨氮、总氮日均指标,平均浓度分别为0.42、5.67 mg/L,最高浓度分别为1.84、11.2 mg/L。氨氮、总氮平均去除率分别为97.6%、75.6%,最大去除率分别为99.2%、90.3%,最低去除率分别为88.7%、47.2%。其中,进水氨氮、总氮最高浓度明显异常,已达到各自平均值的1.86倍和2.78倍,且超过该厂设计进水水质浓度(表1)。3月—5月运行期间,该厂日均氮浓度超过设计指标累计共8 d,由此推断该厂在春季运行期间曾多次遭受原水氮浓度超高冲击。图4中污泥SVI值逐渐减小,综合说明污泥活性逐渐变差。
由图5可知,3月25日—4月7日,冲击阶段生化池出水氨氮浓度升高,一期SBR池浓度为1.32 mg/L,为均值浓度的2.78倍且已超过地方标准,二期为0.96 mg/L,三期为0.26 mg/L。总氮浓度也呈现递增趋势,一、二、三期在冲击阶段出水总氮分别为:13.1、11.5、8.94 mg/L。受生化段工艺的影响,一期SBR工艺和二期MSBR工艺抗冲击能力较弱,三期AAO工艺在进水异常情况下,出水水质相对稳定。
值班人员发现进水氮浓度在线值异常后,采取如下应急措施。
(1)立即前往现场观察来水水质,发现进水阶段性含有大量深色泡沫,水质颜色发黑,并有明显刺激气味,采取取样、拍照取证措施。
(2)出水氨氮浓度在线浓度异常增高,生化池好氧段DO值出现明显衰减,一期SBR池、二期改良SBR池分别骤减1~2 mg/L,三期AAO池采用精确曝气系统,自动增开1台鼓风机。根据硝化反应机理,氨氮的去除主要由好氧硝化细菌完成,充足的曝气量是关键影响因子,采取加大鼓风机导叶,增加好氧池曝气量,强化好氧硝化反应的措施。
(3)过量曝气量加速碳源消耗,加剧微生物内源呼吸,采取加大外碳源投加措施。
(4)为确保水质稳定达标,减轻冲击负荷,采取减量运行措施。
采取上述应急措施后,出水指标浓度逐渐恢复正常值,系统对氨氮、总氮的去除率分别为98.7%、80.9%,出水氮浓度稳定达标排放。
根据现场运行情况和相关数据分析,此次原水氮含量超高对出水水质产生影响的主要原因如下。
(1)原水氮浓度超过该厂设计进水指标,为非典型生活污水。来水氨氮的质量浓度升高至67 mg/L,对生物处理系统造成冲击,影响出水氨氮指标浓度。原因为氨氮主要通过硝化反应得以去除,硝化菌大多为无机自养型菌,工业废水中高浓度氮对硝化反应起抑制作用,高浓度氨氮的去除消耗大量溶解氧,溶解氧不足导致硝化反应不充分,从而出水氨氮浓度偏高。
(2)该厂来水碳源不足,污泥活性欠佳。该厂进水CODCr浓度为110~224 mg/L,平均浓度为170 mg/L,污泥负荷偏低,活性污泥处于老化,活性较差状态,SVI值偏低,因此,原水氮浓度超高时,破坏了生化系统的正常运行环境,抑制了硝化反应体系。
(3)氨氮排放浓度执行地方标准,好氧池过分曝气。为确保出水氨氮浓度达到1.0 mg/L,一期、二期生化池溶解氧均保持较高浓度(5.0 mg/L以上),加之碳源不足,污泥解体和自氧化现象严重。因此,当来水氮浓度超高时,整个生化系统抗冲击能力较弱,为强化硝化反应加大曝气量,增剧碳源消耗和污泥老化。此外,受一期工艺(SBR)较落后的影响,受冲击期间出水氮指标存在超标风险。
(4)在线监测仪表数据不稳定和化验结果分析滞后。进水在线监测仪表实时监测原水氨氮、总氮浓度,但因监测环境较差,数据长期处于不准确状态,因此,无法完全依据在线监测仪表数据准确判断来水水质。理化分析结果相对准确,但具有滞后性,无法作为应急工艺调整的参考。
(1)结合在线监测仪表和理化分析数据,可确定南方某城市污水处理厂原水氮浓度超高。
(2)应对原水氮浓度超高可采取提高好氧池曝气量,补充碳源,减少进水量的应对措施。
(3)运行结果表明,采取上述措施后,生化池硝化菌系统逐渐恢复,出水氨氮含量逐渐降低,稳定达到地方标准。