氨氮、氨氮、又見氨氮--北方冬季污水處理廠氨氮超標(biāo)實(shí)戰(zhàn)分析

　　每年的11月到次年的1月份是寒冬季節(jié)，北方的污水處理廠都在不同程度的面臨著低溫運(yùn)行的問題，運(yùn)營人員比較頭疼的問題有很多，但是很直接的反應(yīng)到環(huán)保部門的，應(yīng)該是出水氨氮超標(biāo)的情況。當(dāng)水溫下降到12攝氏度以下后，出水在線的氨氮超標(biāo)成為大多數(shù)北方污水處理廠在寒冬季節(jié)最為頭疼的問題之一。這個(gè)在北方是有季節(jié)性的共性問題，但是也帶有一些各個(gè)水廠里面的個(gè)性問題，這次就結(jié)合幾個(gè)運(yùn)行的水廠聊聊污水廠的氨氮問題。

　　由于市政污水廠絕大部分采用的是活性污泥的生物處理法，我們來看看在市政污水廠中生物脫氮的基本原理，脫氮過程一般包括氨化、硝化和反硝化三個(gè)過程。

　?、?氨化：污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程;

　　② 硝化：污水中的氨氮在硝化菌(好氧自養(yǎng)型微生物)的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2-- 和NO3-的過程;

　?、?硝化：污水中的NO2--和NO3--在缺氧條件下在反硝化菌(兼性異養(yǎng)型細(xì)菌)的作用下被還原為N2的過程。

　　從原理上看，污水廠的整個(gè)生物脫氮分為三步，結(jié)合現(xiàn)階段的環(huán)保部門對(duì)市政污水處理廠主要進(jìn)行的監(jiān)管是COD和氨氮，因此我們現(xiàn)階段第一步和第二步是比較關(guān)注的。

　　先看第一步的氨化作用，污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程;氨化其實(shí)就是把污水中高分子的含氮有機(jī)物(例如蛋白質(zhì)、尿素等)轉(zhuǎn)化成氨氮的反應(yīng)。在早期傳統(tǒng)的工藝，由于沒有設(shè)計(jì)脫氮工藝，會(huì)檢測出氨氮的倒掛現(xiàn)象，出水的氨氮比進(jìn)水大氨氮還要高，這也是其中一個(gè)原因。在整個(gè)污水處理中，這一步不是我們今天主要討論的，因?yàn)槲覀冃枰氖墙档统鏊钡?，不是提高氨氮?o:p>

　　我們來看第二步的硝化反應(yīng)：污水中的氨氮在硝化菌(好氧自養(yǎng)型微生物)的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。它包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟，第一階段是由亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，稱為亞硝化反應(yīng)，亞硝酸菌中有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺旋桿菌屬和亞硝化球菌屬等。第二階段則由硝酸菌將亞硝酸鹽進(jìn)一步氧化為硝酸鹽，稱為硝化反應(yīng)，硝酸菌有硝酸桿菌屬、螺菌屬和球菌屬等。

　　亞硝酸菌和硝酸菌統(tǒng)稱為硝化菌，均是化能自養(yǎng)菌。這類菌利用無機(jī)碳化合物如CO2、CO32-、HCO3-等作為碳源，通過與NH3、NH4+、NO2的氧化反應(yīng)來獲得能量。

　　了解了硝化菌的作用以后，我們就明白，污水廠的氨氮去除其實(shí)主要就是來源于這兩種微生物，這兩種細(xì)菌在活性污泥中，對(duì)污水中的氨氮進(jìn)行硝化，所以我們出水氨氮的升高，絕大部分原因就是這兩種細(xì)菌沒有很好的工作的原因。而污水廠的微生物管理理念，其實(shí)就是為了微生物提供更適宜的環(huán)境條件，使微生物充分發(fā)揮其作用，那么去除氨氮就是讓這兩種細(xì)菌高效的工作，那么我們就來細(xì)致的了解下這兩種微生物的進(jìn)行硝化反應(yīng)的環(huán)境條件吧。

　　亞硝化菌和硝化菌硝化反應(yīng)所需要的環(huán)境條件，兩種硝化菌對(duì)環(huán)境的變化都很敏感，要求較苛刻，主要如下：

　　1.有機(jī)碳源

　　硝化菌是自養(yǎng)型細(xì)菌，如果污水中的碳源-BOD濃度過高，就會(huì)使增殖速度較高的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速繁殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢而不能成為優(yōu)占種屬，嚴(yán)重影響硝化反應(yīng)的進(jìn)行。因此應(yīng)保持污水廠的低有機(jī)負(fù)荷，也就是高濃度的進(jìn)水一定要對(duì)應(yīng)高濃度的污泥濃度，在生物反應(yīng)池內(nèi)保持一個(gè)低的有機(jī)負(fù)荷從而有利于硝化菌的生長繁殖，達(dá)到處理氨氮的效果。

　　2.污泥齡

　　污泥齡是保證微生物在污水處理系統(tǒng)中的停留時(shí)間，即系統(tǒng)的污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代時(shí)間，實(shí)際運(yùn)行中，一般應(yīng)取系統(tǒng)的污泥齡為硝化菌最小世代時(shí)間的三倍以上，不小于 3~5d，一般污水廠為了保證硝化反應(yīng)的充分進(jìn)行，污泥齡應(yīng)大于 10d。

　　3.溶解氧

　　硝化反應(yīng)過程中的第一步和第二步都是有氧參與的，所以污水廠的生物反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的高低必將影響硝化的進(jìn)程。有關(guān)研究表明，當(dāng)DO<2mg/L，氨氮有可能完全硝化，但需要過長的污泥齡，因此，反應(yīng)池內(nèi)的硝化反應(yīng)的溶解氧濃度≥2mg/L。

　　4.溫度

　　溫度不但影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝化菌的活性。硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是20~30℃。在10~30℃的范圍內(nèi)，溫度的每升高10℃硝化的反應(yīng)速率加快一倍。但達(dá)到30℃時(shí)增加幅度減少。當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。

　　5.pH值

　　硝化菌對(duì)pH值的變化非常敏感，最佳pH值范圍內(nèi)為7.5~8.5，當(dāng) pH值低于7時(shí)，硝化速率明顯降低，低于6和高于9.6時(shí),硝化反應(yīng)將停止進(jìn)行。

　　7.有害物質(zhì)

　　對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的有害物質(zhì)主要有重金屬，高濃度的NH4+-N、NOX--N絡(luò)合陽離子和某些有機(jī)物。一般情況下，有毒物質(zhì)主要抑制亞硝酸菌的生長，個(gè)別物質(zhì)主要抑制硝酸菌的生長。

　　這是單獨(dú)分開對(duì)硝化反應(yīng)的各個(gè)影響條件進(jìn)行闡述的，但污水廠的實(shí)際中，往往是各種因素相互交織在一起的，比如說對(duì)于同時(shí)去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反硝化的工藝，硝化菌約占活性污泥的5%左右，大部分硝化菌將處于生物絮體的內(nèi)部。在這種情況下，溶解氧濃度的增加將會(huì)提高溶解氧對(duì)生物絮體的穿透力，從而提高硝化反應(yīng)速率。因此，在污泥齡短時(shí)，由于含碳有機(jī)物氧化速率的增加，致使耗氧速率增加，減少了溶解氧對(duì)生物絮體的穿透力，進(jìn)而降低了硝化反應(yīng)速率;相反，在污泥齡長的情況下，耗氧速率較低，即使溶解氧濃度不高，也可保證溶解氧對(duì)生物絮體的穿透作用，從而維持較高的硝化反應(yīng)速率。所以，當(dāng)污泥齡降低時(shí)，為維持較高的硝化速率，則相應(yīng)地提高溶解氧的濃度。

　　而北方冬季存在的問題更為復(fù)雜，北方的污水到了冬季由于居民用水習(xí)慣問題，冬季污水的各項(xiàng)濃度指標(biāo)會(huì)增加，有機(jī)負(fù)荷增加，利于異養(yǎng)型的微生物生長，同時(shí)進(jìn)水水溫開始下降，部分地區(qū)下降到10℃，，基本達(dá)到硝化菌活躍的最低溫度，同時(shí)由于冬季是北方活性污泥膨脹和泡沫的多發(fā)期，污水廠往往會(huì)控制污泥濃度，降低了污泥齡。這樣的情況，對(duì)硝化菌的硝化環(huán)境造成了很大的破環(huán)，因此冬季的北方污水處理廠的氨氮處理往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，最終導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)。

　　了解了硝化反應(yīng)的微生物機(jī)理和環(huán)境條件以后，我們來結(jié)合近期的幾個(gè)污水廠的氨氮去除情況具體分析一下。

　　A 、LL污水處理廠。LL污水處理廠的工藝是A2O+MBR工藝，設(shè)計(jì)進(jìn)水量為20000噸/日，實(shí)際進(jìn)水量為7000噸/日之間。在之前的處理效果一直很好，出水的Cod在15mg/L上下，氨氮在1mg/L上下。2016年1月份外管網(wǎng)接入新的污水源，水量增加到12000噸/日左右，出水氨氮很快超標(biāo)，最高能達(dá)到20mg/L。經(jīng)過到廠里實(shí)地觀察。

　　(A2O池)

　　分析的超標(biāo)原因有：

　　一、主要原因是由于污水干管的接入，入流水量增加，有機(jī)負(fù)荷提高。

　　二、對(duì)于污水量增大后的工藝調(diào)整不及時(shí)，曝氣量和污泥濃度沒有相應(yīng)提高。三、冬季氣溫較低，微生物的活性較差，使氨氮超標(biāo)。

　　四、現(xiàn)場A2O缺氧池內(nèi)有部分推進(jìn)器停用，造成活性污泥處理效果下降。

　　主要做的調(diào)整是：

　　一、有針對(duì)性的增加曝氣風(fēng)量。全天的氣水比控制在9.88，可滿足新增污水的氨氮硝化反應(yīng)所需氣量。

　　二、注意控制A2O池內(nèi)的污泥濃度。調(diào)整污泥濃度為6000mg/L左右，回流污泥濃度為6800mg/L左右。重新確定污泥濃度的最佳值。

　　三、對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行檢修恢復(fù)正常運(yùn)行。

　　(MBR池)

　　通過這些工作，氨氮很快恢復(fù)到達(dá)標(biāo)出水的情況。LL水廠的主體工藝的可靠性還是很強(qiáng)，因?yàn)橛蠱BR作為保障，它的出水超標(biāo)原因主要是因?yàn)檫M(jìn)水水量增加，廠內(nèi)的工藝參數(shù)沒有及時(shí)調(diào)整。從反應(yīng)機(jī)理來說在LL水廠的應(yīng)用就是硝化反應(yīng)的好氧條件的保障，進(jìn)水量增大，有機(jī)負(fù)荷增加，異養(yǎng)型菌種的環(huán)境轉(zhuǎn)好，大量消耗氧氣，硝化菌的好氧條件無法保障，造成氨氮超標(biāo)。污水的生物處理一定是水、氣、泥的三者的一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)任何一個(gè)參數(shù)發(fā)生改變的時(shí)候，一定要及時(shí)采取措施保證其他兩個(gè)參數(shù)及時(shí)配合，這樣才能保證整個(gè)出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此通過調(diào)高氣水比，增加污泥濃度，保證了氨氮的處理。從機(jī)理得到原因，就能夠控制到最后的出水達(dá)標(biāo)。

　　B、運(yùn)行較好的WH污水廠。WW污水處理廠是卡魯塞爾2000型氧化溝工藝，設(shè)計(jì)進(jìn)水量為60000噸/日，實(shí)際進(jìn)水量在40000噸/日上下，2014年做了三溝運(yùn)行的工藝調(diào)整以后，2015年至今一直保持了穩(wěn)定的運(yùn)行。氨氮指標(biāo)偶有超標(biāo)，但都在可控范圍內(nèi)。

　　(卡魯賽爾2000型氧化溝)

　　在2015年對(duì)WH廠的全年分析可以得出，氨氮的超標(biāo)主要有兩種原因：一是與氧化溝的工藝調(diào)整有關(guān)，排泥不及時(shí)，表曝機(jī)損壞造成溶解氧供給不充足是造成超標(biāo)的主要原因。二是進(jìn)水水質(zhì)中突然升高的情況，在年度分析中，可以看到在周末期間由于居民飲食習(xí)慣，造成進(jìn)水中的有機(jī)污染物質(zhì)高升，造成有機(jī)負(fù)荷增加，工藝調(diào)整無法實(shí)時(shí)跟進(jìn)，造成處理出水的氨氮超標(biāo)。這些超標(biāo)的偶然因素高，大部分通過調(diào)整表曝機(jī)運(yùn)行頻率，減少排泥，延長污泥齡等措施，就能及時(shí)恢復(fù)。

　　WH廠從總體來說，高濃度的進(jìn)水氨氮，出水氨氮能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，分析原因有:一個(gè)是停留時(shí)間長，現(xiàn)階段進(jìn)水40000噸/日，池體容積為60000噸/日，停留時(shí)間增加1.5倍，利于長泥齡的微生物存活反應(yīng)，污泥齡長，有機(jī)負(fù)荷低，適合硝化菌生存。二是溶解氧充足，三溝運(yùn)行，六臺(tái)表曝機(jī)運(yùn)行提供了充足的溶解氧，因此氨氮的處理效果一直穩(wěn)定。

　　C、LSQ污水處理廠。LSQ污水處理廠是2015年進(jìn)行的生物膜改造成活性污泥的A2O工藝的一個(gè)污水處理廠，改造部分處理水量在10000噸/日。LSQ污水處理廠原有的土建結(jié)構(gòu)為是地下式的污水處理廠，因此造成了改造工程中的很多問題，在冬季的運(yùn)行中，改造部分的出水氨氮一直保持了穩(wěn)定在2~3mg/L以下的水質(zhì)，進(jìn)水在40mg/L左右。LSQ廠的污泥濃度在2~3g/L之間，溶解氧很高，出口的溶解氧能達(dá)到3~4mg/L之間。分析LSQ廠氨氮穩(wěn)定的原因，主要是保證了充足的溶解氧，另外地下式的構(gòu)造，也保證了冬季的水溫穩(wěn)定在12℃以上，受氣溫變化影響較少，從而保證了氨氮的穩(wěn)定處理。

　　(地下式A2O池)

　　D、LS污水處理廠。LS污水處理廠在某年5月份進(jìn)行了大修維護(hù)改造，從7月下旬開始培養(yǎng)活性污泥，出水水質(zhì)在活性污泥穩(wěn)定以后達(dá)標(biāo)。但經(jīng)過雨季后，出水水質(zhì)開始有變化。LS水廠設(shè)計(jì)為10000噸/日的處理規(guī)模，實(shí)際進(jìn)水量在7000噸/日之間，LS廠的主要運(yùn)行難點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是雨污不分流導(dǎo)致夏季雨水稀釋過大，進(jìn)水的碳源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，二是厭、缺氧區(qū)設(shè)計(jì)的過于大，停留時(shí)間太長，導(dǎo)致進(jìn)入到好氧階段的污水中的碳源急劇下降，不能滿足異養(yǎng)型細(xì)菌的生存，導(dǎo)致活性污泥老化解體，造成膨脹和污泥泡沫問題凸顯。

　　由于上述原因，LS水廠在季節(jié)交替期間容易發(fā)生活性污泥的生物泡沫情況。進(jìn)水的碳源不足，如果依靠高溶解氧，低污泥負(fù)荷，長污泥齡來控制出水的氨氮和總氮，造成污泥老化和SV較高的現(xiàn)象也是正常，但是容易誘發(fā)生物泡沫的池體表面堆積。要保證出水氨氮、總氮達(dá)標(biāo)，要保持高的濃度，可能池體表面就不會(huì)好看，要好看，氨氮就會(huì)超，這就是北方中小型污水廠冬季的最大問題。LS廠有典型的北方小城鎮(zhèn)的污水廠特性，C源不足，設(shè)計(jì)不完善，可調(diào)設(shè)備較少。因此LS廠的工藝操作一般比較保守，主要通過排泥的周期和排泥量來調(diào)控。氣溫的回升對(duì)水廠出水氨氮的影響很大。

　　(A2O池)

　　在冬季期間，LS廠曝氣池內(nèi)水溫逐步下降到12℃左右，氨氮出水迅速超標(biāo)到20mg/L。主要通過逐步增大活性污泥濃度，延長污泥齡，污泥濃度由原來的2g/L提高到4g/L左右，促進(jìn)硝化菌的生長來控制氨氮，同時(shí)間斷性的增加曝氣風(fēng)機(jī)的開啟臺(tái)數(shù)，由原來的一臺(tái)37KW的羅茨鼓風(fēng)機(jī)24小時(shí)運(yùn)行改為一臺(tái)24小時(shí)運(yùn)行，另一臺(tái)夜間10點(diǎn)到第二天10點(diǎn)運(yùn)行12小時(shí)，通過增加運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，增加了曝氣池內(nèi)的曝氣量40000m3/日，保證了冬季低溫下的硝化菌耗氧量。在調(diào)整后4~5天后，出水氨氮從20mg/L下降到10mg/L，并有持續(xù)下降的趨勢。

　　以上就是四個(gè)污水廠的氨氮控制的一些簡單的介紹，這四個(gè)污水廠都在北方地區(qū)，冬季期間，水溫最低可達(dá)到8~9℃，從幾個(gè)污水廠的工藝運(yùn)行控制來看，夏天同樣的工藝和條件，在冬季就要進(jìn)行改變，才能保證出水達(dá)標(biāo)。這是因?yàn)槲覀兩掀v到了硝化菌的適宜溫度為25~30℃，冬季水溫下降，硝化菌的活性受到極大的抑制，在低溫情況下，我們還是希望硝化菌能夠發(fā)揮其作用，那么我們就人為的改變硝化菌的生存環(huán)境，比如提高濃度，就意味著增加了硝化菌的數(shù)量。硝化菌個(gè)體的處理能力下降，但是我們可以增加它們的數(shù)量，通過數(shù)量的提高彌補(bǔ)個(gè)體能力下降。而增加曝氣量可以提供更多的氧氣給硝化菌的硝化反應(yīng)，雖然硝化菌不再活躍，但是更豐富的氧氣環(huán)境，可以打破原來的化學(xué)平衡，促進(jìn)它的反應(yīng)向右進(jìn)行，還有就是采用底曝的生物反應(yīng)池，鼓風(fēng)機(jī)在冬季的出風(fēng)溫度可以達(dá)到50~60℃，對(duì)水溫也起到一個(gè)升溫的作用，也有利于硝化菌的硝化反應(yīng)。

　　但是我們也要注意，在冬季北方污水廠受到污泥膨脹和污泥泡沫的影響很大，污泥齡的提高會(huì)對(duì)絲狀菌及諾卡式菌提供適宜的環(huán)境，這樣就會(huì)導(dǎo)致絲狀菌和硝化菌同時(shí)得到適宜的環(huán)境，因此冬季的工藝管理也同樣需要對(duì)膨脹和泡沫進(jìn)行關(guān)注。冬季工藝調(diào)整需要逐步穩(wěn)妥進(jìn)行，如果發(fā)現(xiàn)了污泥膨脹跡象，要及時(shí)進(jìn)行排泥等方式進(jìn)行控制，冬季的工藝管控其實(shí)更是平衡的把控。

　　污水廠的實(shí)戰(zhàn)操作往往受到污水廠的各種實(shí)地情況的制約，造成很多調(diào)整需要進(jìn)行現(xiàn)場的權(quán)衡來進(jìn)行決定工藝操作。所以工藝的調(diào)整一定要明確調(diào)整的原理和調(diào)整的目標(biāo)，在調(diào)整過程中，對(duì)改變的環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)控，保障我們工藝調(diào)整的目標(biāo)達(dá)到。今后公眾號(hào)會(huì)推出更多的實(shí)戰(zhàn)操作，來和大家一起討論污水廠的工藝運(yùn)行中的問題解決，歡迎大家持續(xù)關(guān)注。