污水处理厂进水异常情况分析及应对措施

廖茂荫，钟逸轩，黄冠平，刘浩志

(1．广州西朗污水处理有限公司，广东广州 510385 2．中山大学地理与环境学院，广东广州 510006)

改良型A/A/O工艺在我国大中小型城镇生活污水厂中应用较为广泛，在广州中心城区及从化的9家污水厂中，采用改良型A/A/O工艺的污水厂有7家［1］。该工艺的预缺氧段可降低回流污泥的硝酸盐浓度，为厌氧和缺氧的无氧或低氧环境创造条件［2］。多点进水可同时为反硝化细菌、聚磷菌提供碳源，缓解了异养型微生物的碳源竞争［3］，实现更好的脱氮除磷效果。因其具有操作简单、运行稳定、运行成本低等优点，已成为近年来城镇生活污水处理厂采用的主要工艺。本文对进水异常期间的水质特征进行了分析，充分利用改良型A/A/O工艺特点，有效进行工艺调控，提高了该工艺的抗水质冲击能力。

1 运行情况

该污水厂一期项目采用的工艺为改良型A/A/O，于2004年投入运行，设计处理水量为20万t/d，最大处理水量为26万t/d，服务面积约52 km2，服务人口约60万，是一座典型的城市二级生活污水处理厂。

随着服务区域发展逐渐成熟，进水水质浓度日趋稳定，B/C在0．5以上，如表1所示。该污水处理系统处理工艺如图1所示，主要设计参数有:进水量20万～26万m3/d，生化池有效容积为98 700 m3，预缺氧段∶厌氧段∶缺氧一段∶缺氧二段∶好氧一段∶好氧二段体积比为1∶4∶2．5∶2．5∶12∶12。各工艺参数长期处于稳定状态，生化池 MLSS为 2 600～3 000 mg/L，污泥沉降比 SV30为10% ～12%，污泥体积指数为40～45 mL/g，污泥负荷为0．12 ～0．16 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，生化池 HRT 为 11 h，二沉池平均表面负荷1．1 m3/(m2·h)，HRT 为2．5 h。

表1 设计进出水水质Tab．1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

图1 工艺流程图Fig．1 Process Flow Diagram

2 进水水质异常情况分析

2．1 7月、8月进出水水质对比

7月、8月均处于汛期，气候相似，居民生活用水方式相近。理论上，两月的进出水水质应持平，但8月进水水质出现了持续异常的情况，多项指标持续超标。2013年7月、8月平均进出水水质如表2所示。

由表2可知8月进水 BOD5超标22 d，SS超标28 d，总磷超标16 d，总氮和氨氮也出现了不同程度的超标。

2．2 水质分析

图2为7月、8月每日进水主要污染物浓度对比。

表2 月均进出水水质Tab．2 Average Monthly Water Quality of Pollution Concentration of Influent and Effluent

图2 7月、8月每日进水主要污染物浓度对比Fig．2 Main Pollution Concentration of Daily Influent in July and August

由图2可知尽管7月、8月的进水污染物浓度均存在波动，但8月的水质波动更为剧烈，其表现及影响有以下几个方面:

(1)多项进水指标持续超标，虽然污水的可生化性仍较稳定，可生化系数保持在0．55左右，但CODCr、BOD5、SS、TP 四项常规指标远高于7月。

(2)进水含砂量大，且SS中无机物成分较多。CODCr/SS仅为 0．44，明显低于常规值为 0．65～0．8。进水SS中有机质含量偏低对生物处理效果产生不利影响。

(3)进水水质浓度受降雨影响波动较大，8月15日与16日全天降雨，期间进水水质浓度明显降低。其中15日处理水量26．4万t已达到设计水量的最大限值，CODCr为70．5 mg/L、氨氮为4．2 mg/L，16 日 CODCr为73．6 mg/L、氨氮为6．8 mg/L，均明显低于进水均值。

(4)污泥负荷过高，8月平均 MLVSS为831 mg/L，MLSS为3 253 mg/L，脱水污泥有机质含量仅为24．7%，与生化池混合液有机质含量相当，且均低于35%的正常有机质含量。污泥沉降性能好，但有机质含量低导致生化效果变差，污泥设计负荷为0．1 ～0．32 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，7 月污泥平均负荷为 0．21 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，8 月污泥平均负荷为0．53 kg BOD5/(kg MLVSS·d)，明显超出最大设计值。

通过以上情况，确定了工艺调控的主要任务为SS、COD、TP的高效去除及出水总氮和氨氮的控制。

3 应对措施研究

3．1 SS 的去除

8月进水SS是超标最为严重的一项指标，8月1日～4日，进水SS均保持在1 000 mg/L以上。8月平均CODCr/SS为0．44，进水水样表观呈现出浑浊、存在大量颗粒物，通过对进水异常初期的水质分析确定了SS中无机砂粒成分较多。为避免过多SS进入生化池，对后续处理设备及处理效果产生不利影响，首先，调节涡流沉砂池的曝气量，尽可能使池底泥沙浆体与空气充分混合形成密度较小的三相混合物，再通过气提装置将混合物抽入砂水分离机进行除砂。7月、8月每日除砂量如图3所示。

图3 7月、8月每日除砂量Fig．3 Amount of Daily Sand Removal in July and August

由图3可知7月除砂量为1．41 m3/d，而8月除砂量为1．74 m3/d，除砂量并未按进水SS等比增加，主要原因在于涡流沉砂池与生化池为同一鼓风机供气，而风量大小取决于生化池溶解氧，因此沉砂池供气量受制于好氧段的需氧情况。

因沉砂池除砂率不高，大量SS进入生化池内，由于SS中砂粒的不溶性和重力作用，后续工艺对SS去除效果明显。一方面生化池污泥能够通过生物作用有效去除SS中易降解有机物;另一方面在搅拌器和曝气器的作用下，污泥与SS充分混合，污泥良好的吸附性能将难降解的SS吸附。污泥中夹带大量的砂粒，沉降性能好，使得混合液进入二沉池后能够进行有效的泥水分离，通过加大排泥量，使SS随剩余污泥排出污水处理系统，从而实现了SS的有效去除。7月产泥3 101 t，含水率为71．4%，平均有机质含量为30．1%，8月产泥为2 756 t，含水率为67%，平均有机质含量为24．7%。进水异常期间有机质含量偏低，产生的干泥中无机物约为21．4 t/d，明显高于正常进水期18．0 t/d的无机物含量，污泥中无机物含量高的原因主要是污水中的无机砂砾转移至污泥中。

3．2 维持生化池内溶氧值

为保证好氧段微生物的生物活性，必须提供足够的溶解氧，对于COD偏高的情况，通常需加大曝气量，该厂好氧一、二段 DO均维持在1．5～1．8 mg/L，好氧一段DO略高于好氧二段。通过设置好氧一段、二段的DO限值，使实际DO与设置值的差值以光电信号的形式反馈至鼓风机控制系统，系统根据信号进行风量调节直至DO升高或降至设置限值。7月、8月每日生化池供气量如图4所示。

图4 7月、8月每日生化池供气量Fig．4 Daily Air Demand of Biochemical Reaction Basin in July and August

由图4可知7月平均曝气量为14 765 m3/h，8月平均曝气量为13 492 m3/h。8月进水COD较高，但曝气量反而小。主要原因是8月MLVSS偏低，限制了耗氧量，若曝气量过大，则池内DO过高，将不利于混合液内回流至缺氧段的反硝化作用和二沉池的泥水分离。因此，好氧段满足一定的溶氧值即可保证好氧段的处理效果。

3．3 控制混合液及污泥回流比

7月、8月每日生化池污泥浓度曲线如图5所示。

图5 7月、8月每日生化池污泥浓度曲线Fig．5 Daily Mixture Liquid Suspended Solids in Biochemical Reaction Basin in July and August

由图5可知7月平均混合液回流比为163%，污泥回流比为45．3%;8月混合液回流比为167%，污泥回流比45%。8月的混合液回流比略有增加，而污泥回流比与7月相当。7月回流污泥浓度为8 990 mg/L，8月回流污泥浓度为10 200 mg/L，8月回流污泥中的固体含量高于7月。理论上，对于COD、氨氮较高的进水，应加大混合液和污泥回流比，以提高污染物的去除效率，但通过对污泥有效成分进行分析发现，8月平均MLVSS仅为831 mg/L，污泥中含有大量的砂粒使得有机质成分偏低，仅为24．7%。为保证生化池处理效果，须尽快将砂粒排出，防止砂粒在污泥中累积而降低生物处理效率并导致池内固体负荷过大的情况出现，故将污泥回流比在45%左右较为合理。

8月16日MLSS骤降至1 205 mg/L，是因为15日暴雨使进水水质急剧下降，为保证微生物获取足够的碳源而减少污泥回流量、加大排泥量，从而导致MLSS迅速降低。当进水水质回升后，即17日暂停排泥直至MLSS恢复正常。

3．4 生物除磷与化学除磷有效结合

8月进水总磷偏高，生物除磷效果受C/P、温度、pH等因素影响，除磷能力有限，一般需辅以化学除磷措施保证出水总磷达标。通过出水在线监控，设置了出水总磷警戒线0．7 mg/L。当出水总磷接近警戒线并呈现持续上升的趋势时，启动化学除磷装置，直至出水总磷稳定在警戒线之下。8月除磷剂用量35．21 t相比7月的21．35 t，尽管用量有所增加，但在进水总磷过高的情况下，通过水质监控与工艺调控的有效结合，提高了总磷去除率，实现了出水总磷稳定达标。7月、8月的进出水总磷曲线如图6所示。

图6 7月、8月每日进出水TP浓度曲线Fig．6 Daily Total Phosphorus Concentration in Influent and Effluent in July and August

由图6可知7、8月出水TP较为平稳，且基本稳定在1．0 mg/L以下，这表明将投药警戒线控制在0．7 mg/L，可以安全有效地实现化学除磷。

4 结论

(1)当进水COD、氨氮较高时，需保证好氧段具有稳定的溶解氧，但溶解氧过高不利于反硝化和二沉池泥水分离，因此须根据溶解氧调节鼓风机曝气量，将溶解氧控制在适当范围内以实现COD和氨氮的高效去除。

(2)进水异常时，应对COD、氨氮、SS等多项指标进行分析，若SS/COD偏高，即SS中无机成分较多时，导致脱水污泥含水率和有机质含量下降，泥沙粘附在活性污泥表面可通过剩余污泥的形式去除，因此应做好排泥计划以实现SS较高的去除率并维持生化池内污泥的生物处理效率。

(3)沉砂池供气量受限于生化池好氧段的需氧情况，应对沉砂池供气系统与生化池供气系统进行改造，使两供气系统相互独立，以提高沉砂池的除砂效率。

［1］李艳斌．某污水处理厂改良A2/O工艺的运行分析［J］．净水技术，2014，33(s2):115-117，121．

［2］王存凤．寒冷地区改良型A2/O工艺运行参数优化研究［D］．黑龙江:哈尔滨工业大学，2012．

［3］杨志全，周少奇，何伟，等．改良A2/O工艺生物脱氮除磷应用研究［J］．中国给水排水，2010，26(1):80-82．