我用12天 搞定了冬季污水廠的總氮提標改造！
一、污水處理廠規模及工藝
該污水處理廠上游很多工業廠，偷排情況較為嚴重。前處理單元分別包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池等一組系統。曝氣沉砂池出水進入主生化段。主生化段采用AA/O（設置預缺氧）生化反應工藝。后深度處理系統包括二沉、轉盤濾池及次氯酸鈉消毒，同時采用地埋式結構設計，并對生活污水產生的臭氣進行集中收集處置。該廠設計10000m3/d，目前實際運行水量約為8000m3/d左右。出水總氮18-20mg/l，其他指標滿足《城鎮污水廠污染物排放標準》一級A排放要求。目前進、出水數據見下表（未投加碳源）。政府要求限期整改，15天內由一級A標準，提高至總氮特排標準（出水總氮小于10mg/l）。但水廠目前處于系統沖擊恢復期，總氮去除率低，短期時間內，無法滿足特排出水標準。實際數據見下表：
二、調試過程
1、準備工作
12月2日，正式入駐水廠，對現場詳細考察與評估后，在不影響廠方正常生產的前提下，對原有碳源投加體系進行了改造與優化：生化池新鋪設30余米輸送管道、新增設置計量控制的碳源投加點2個。
當日下午，正式開始投加復合碳源，開始控制、測定全流程點位條件指標及工況；整理并確認現場工藝及水質數據。
2、生產性投加試用過程
調試周期：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，到廠檢測二沉池出水硝酸鹽氮，相比較前一天數據無明顯變化。取生化池污泥，進行反硝化反應小實驗，結果顯示其脫氮效率很差，生化系統內的反硝化細菌量很少，需進行培菌，富集反硝化細菌。
對其生化系統操作如下：降低內回流流量（2倍回流比），增加缺氧區實際停留時間，嚴控PH、溶解氧，配合投加碳源來富集反硝化細菌，強化脫氮能力。同時，控制碳源投加量在400公斤/天（100萬COD當量）。
觀察鏡檢及SV30：鏡檢只發現魔門蟲與鐘蟲，菌膠團伸出絲狀菌，魔門蟲軀殼較多。SV30發現上清液含有部分懸浮細碎污泥絮體。考慮目前恢復期，正處于富集反硝化細菌的培養階段，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的波動。
12月5日，反硝化實驗明顯發現反硝化氣泡增多，脫氮效率明顯提升，生化系統培菌有初步效果。
12月7日，系統出水的化驗總氮數據已經較低至13mg/l，并持續降低中。
2）工藝改動階段（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，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，處理效率在提高，暫停排泥，保障生物繁殖和適應。將碳源投加量提升至500公斤/天。
12月10日，生化系統出水總氮保持在9mg/l，停止了降低趨勢。查找原因得知當前缺氧區停留時間僅有3小時。將系統的內回流出口調整至厭氧區，以擴大缺氧區，強化系統的脫氮能力。
12月11日，生化系統出水總氮降低趨勢恢復。
12月13日，測得生化缺氧區末端硝酸鹽氮已經低于1mg/l，提升內回流流量，將原有2倍回流比，提升至2.5倍。
12月14日，系統出水總氮，已經達到5mg/l。
3、數據匯總
1）進出水數據曲線
（1）總進出水COD、TN指標
（2）系統進出水總磷
2、調試之前生化系統污泥生物相
3、調試之后生化系統污泥生物相
投加碳源后，鏡檢觀察到菌膠團更為緊實，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、數據分析
1、本次生產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13℃）；
2、試用期間進水負荷略有波動， COD維持在140—180mg/L ，總氮在32—45mg/L間波動；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充分利用，總氮去除達到預期效果。
3、調試期間可觀察到，雖然培養時間較短，但系統出水的總磷，仍然出現下降趨勢，顯現出較強的輔助除磷能力。1個月后，對水廠進行考察時，總磷濃度已經降低到0.1mg/l。
4、調試期間，在較低水溫條件下，生化系統污泥濃度、生物種群、生物活性、生物膠團狀態、沉降性能及污泥產量都得到相對穩定的維持。
五、調試運行問題的探討
按照冬季低溫低碳源的水質條件（13℃），8000噸/日的處理水量，根據實驗得出結論預估：系統出水TN控制在6mg/L左右時，生化池需要投加碳源最大量約500公斤/日。
1、碳源投加點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外加碳源的性能做投加點的相應調整。投加點的靠前（反應停留時間延長）是對反硝化進行的徹底性有利的。投加點選擇基于以下幾個條件的綜合評判：
A、反應停留時間
B、硝態氮濃度（進水、回流消化液流量和濃度等）
C、溶氧狀態（選擇溶氧穩定低于0.3mg/l）
D、混合狀態（均勻混合并流態清晰）
E、脫氮和除磷的兼顧（釋磷菌與反硝化細菌對碳源的搶奪調配）
F、原水內碳源利用情況（生化段進水COD利用降解梯度）
結合污水廠系統的工藝及實際運行情況，進水與外回流混合后溶液的硝態氮濃度高于8mg/l，預缺氧溶解氧過高，無法發揮反硝化作用。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，調試過程中，考慮設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行碳源補充，利用厭氧段的停留時間及高效的碳源來促進厭氧區硝態氮還原，降低厭氧出水硝態氮濃度。未充分消耗的碳源流入缺氧段，繼續用于反硝化脫氮及釋磷反應。（實際使用情況表明，厭氧出水硝態氮濃度明顯降低）。更改硝化液回流點及外碳源投加點的操作，是盡量提前碳源的加入點，延長反硝化時間，強化反硝化反應的脫氮效率，增加脫氮的絕對數量，從而整體降低好氧末端的出水硝態氮（或TN）濃度。
合理調整內外回流的回流量，回流量的調整變化導致缺氧段水力流速的變化，以及回流至缺氧段的硝態氮絕對數量。停留時間、碳源投加量、水力流速及反應速率和效率的最優調整將能確定厭氧、缺氧區硝態氮的絕對去除量。根據試驗期各種調整的數據，大致可以判斷：經過12天實驗，碳源投加到厭氧區，實現強化反硝化的情況下，內回流比以200%-250%左右為綜合最優。
投加量合理性判斷：根據前饋、中饋和后饋綜合判斷。COD及硝酸鹽氮的過程指標數據來判斷。缺氧末端硝態氮≤1mg/l，厭氧區硝酸鹽氮3-4mg/l，好氧末端硝態氮<8mg/l為合理投加量。
2、按照現有工藝系統脫氮除磷狀況，增加厭氧段反硝化反應，強化缺氧區釋磷能力的碳源投加優化方案
厭氧段由于內回流混合液的流入，導致其空間內硝酸鹽氮濃度升高，反硝化細菌與釋磷菌產生競爭，厭氧反應區主要發揮了反硝化脫氮的作用。而缺氧區因為厭氧區脫氮在前，使缺氧反應區內硝酸鹽氮濃度降低，受到完全混合式反應器的影響，只要回流比控制得當，缺氧區出水硝酸鹽氮在小于1mg/l，也保障了缺氧區相對充足的碳源和工況條件有利于釋磷反應，而高品質碳源（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，強化聚磷反應。因此，強化生化系統的除磷可采用在倒置AAO的方式進行。
3、發揮碳源最佳作用要求的生化池各種參數組合
內、外回流比與進水水量相關，實際運行中精確控制宜采用回流量指標來界定。回流量高則硝化液回流帶入反硝化系統的絕對硝酸鹽氮量高（反硝化前段的硝態氮濃度相應增高），為脫氮還原硝態氮從而去除總氮提供了條件；但，同時，回流量的增大會生化系統厭氧、缺氧和好氧段水力流速加快，降低缺氧狀態的單次停留時間和提高反硝化區域的溶氧，使反硝化細菌在低溶氧狀態的優勢培養和反應時間縮短，對反硝化的徹底性造成負面影響。因此，合適的內外回流量也是能否高效精準降解污染負荷的關鍵參數。從污水廠調試期的實際運行狀態摸索，我認為，在低水溫、基本滿負荷進水，以碳源作為外加補充碳源的條件下外回流保持單臺回流（70-100%），內回流能控制一臺變頻（回流比約200-250%）為最佳----準確控制好氧出水硝態氮在8mg/l以下。
溶氧的控制：厭氧、缺氧段DO控制越低，對反硝化脫氮的進行越有利。
高有效污泥濃度對反硝化進行是有利的，但污泥濃度過高會造成系統的其他問題（運行電耗的增加，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。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確的。
4、碳源投加點設定及投加量準確性判斷
碳源投加點及投加量設定與進水水質、工藝及運行情況密切相關。條件允許的情況下根據流程污染負荷降解情況多點投加將有利于碳源的精準利用。在低水溫條件、反硝化菌群相對豐富、溶氧控制合理條件下碳源作為反硝化電子供體完全反應的停留時間與乙酸鈉相當（反硝化速率略低），但停留時間越長反硝化越加徹底，因此，建議反硝化區停留時間>3h。
就污水處理廠目前水質及總體運行情況而言，出水總氮是否接近并小于內控指標、缺氧出水硝酸鹽氮是否<1mg/l，好氧末端出水是否<8mg/l是判斷水廠運行是否合理的參考標準。
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