城鎮(zhèn)污水處理廠氨氮達標(biāo)排放探究

氨氮是控制水體含氮有機物污染和保護水生態(tài)系統(tǒng)的一個關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)?！笆濉钡膹U水減排新增了氨氮，并于2011年底成為污染源在線自動監(jiān)控項目，我省將原有執(zhí)行一級 B 標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠提標(biāo)為一級 A 標(biāo)準(zhǔn)，“十三五”將根據(jù)質(zhì)量改善需求繼續(xù)實施氨氮排放總量控制，并對總氮、總磷實施重點區(qū)域與重點行業(yè)相結(jié)合的總量控制。生活污染是氨氮的主要排放源，城鎮(zhèn)污水處理是削減氨氮的主要手段，已成為氨氮減排的最主要領(lǐng)域，城市污水脫氮處理有待加強，脫氮形勢十分嚴峻。因此，現(xiàn)有城市污水處理廠需要大幅提高脫氮除磷能力，進行升級改造。我市各級政府對污水綜合治理十分重視，為提升市政污水處理規(guī)模和水平使得地區(qū)環(huán)境保護和改善以及資源綜合利用在全省達到先進水平，要求轄區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠排放全面提標(biāo)并嚴格執(zhí)行一級 A 排放標(biāo)準(zhǔn)。為此選擇我市某一縣區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造采用膜生物反應(yīng)器(MBR)新技術(shù)作為全地區(qū)提標(biāo)升級改造的示范。

1、深度改造的不良因素分析

1.1 現(xiàn)有污水處理工藝對去除氨氮有難度

　　該污水工藝流程為典型的市政污水處理流程，生化反應(yīng)采用經(jīng)典的 A2/O 工藝，污水處理廠水量較小、水質(zhì)變化較大，污水碳氮比普遍偏低，進水無機懸浮固體普遍偏高，尤其在冬季進水水質(zhì)惡化的情形下，再加上低水溫和工業(yè)廢水的影響，要想持續(xù)穩(wěn)定達標(biāo)特別是脫氮比較困難。

1.2 治理設(shè)施和運行過程存在問題

　　就運行過程來說，污水處理廠污水管網(wǎng)不太配套、缺乏深度治理設(shè)施，運行負荷率低、運行水平較低，導(dǎo)致無法達到合適的運行狀態(tài)穩(wěn)定達標(biāo)排放，污水處理費征收不足，監(jiān)管不力等因素也影響實際處理效果。

　　根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研了解情況分析，該污水廠運行過程中存在的主要問題有：旋流沉砂池分離效率低使細小顆粒的粉煤灰大量夾帶進入生化處理系統(tǒng)影響活性污泥的活性，最終成為出水氨氮不達標(biāo)的重要因素之一;活性污泥沉降性極差影響污泥沉降性能及污泥活性;各級功能性池的水流設(shè)計分布不合理造成各生化反應(yīng)池水流短路，影響生化效果;污泥收集池設(shè)計不盡合理無泥水分離作用造成 TP、TN 和BOD 負荷失調(diào);由于進水量偏少和回流比過大造成系統(tǒng)運行參數(shù)紊亂導(dǎo)致 SRT 和 HRT 過長并直接影響水溫及溶解氧的控制;進水每3～4 天會出現(xiàn)一次 TN 特別高現(xiàn)象導(dǎo)致生化系統(tǒng)中 BOD/TN 濃度比值小于理論脫氮值，使生物脫氮無法完全進行。

1.3 其他因素

　　由于污水處理廠管網(wǎng)設(shè)施的缺陷，例如現(xiàn)有的污水管網(wǎng)一般會受到雨水以及地下水的影響，可能會導(dǎo)致碳氮比較低，排放總量增大。

2、深度改造方法分析

2.1 各工藝比較

　　目前多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠采用的脫氮除磷傳統(tǒng)工藝主要有 5 大類：A/O 工藝、A2/O 工藝、改 進A2/O 工藝、氧化溝工藝、MBR 及其改進工藝。針對氨氮處理采取的主要措施為：污水氨氮超標(biāo)說明硝化不完全，延長好氧池的曝氣時間;增加污泥齡，富集硝化菌;加大污泥回流量或延長停留時間來解決;pH 值偏低，硝化消耗堿度，調(diào)節(jié)進水pH 值，可投加NaOH 或 Ca(OH)2;適當(dāng)增加曝氣量;保證污水水溫大于15 ℃。比較目前主要脫氮除磷工藝的特點和運行后，我們不難發(fā)現(xiàn)每種脫氮技術(shù)和工藝都有其特點和不足，還沒有任何一種在經(jīng)濟和效果上都特別好的技術(shù)。

　　MBR 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺的新型污水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地，系統(tǒng)具有低污泥、高容積負荷的技術(shù)特征并可減少剩余活性污泥產(chǎn)生量。近年來，我國 MBR技術(shù)在生活污水處理以及其它行業(yè)廢水處理等方面都進行了研究，結(jié) 果表明：MBR 對廢水的 COD、NH3-N、SS、濁度等都達到良好的去處效果。新建擴建項目雖可采用 MBR 工藝，但這種技術(shù)對我國而言還在摸索。在大型污水處理廠全部使用這種工藝有風(fēng)險、運行不安全、能耗高。

　　MBR 技術(shù)可以達到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，其實基于成本、技術(shù)等多方面的原因，還是具有一定困難的。我認為膜分離技術(shù)只是現(xiàn)行污水處理的環(huán)節(jié)之一，生物脫氮除磷技術(shù)是不可缺少的。

2.2 兩級 A2/O+MBR 提標(biāo)改造工藝優(yōu)化運營

2.2.1 工藝流程(如圖1所示)

 2.2.2 工藝說明

　　1)本次對細格柵作了更精細的改造，將原先的齒耙回轉(zhuǎn)格柵改造為轉(zhuǎn)鼓精細格柵，1cm 的齒耙間距改為2 mm 的網(wǎng)孔，這樣的格柵能夠截留任何大小為2 mm 的雜物，以保證沒有大的尖銳的物體進入 MBR 膜池，從 而對 MBR 膜起到一定的保護作用。

　　2)在曝氣池的出水口安裝網(wǎng)篩，以進一步的避免絲狀物進入 MBR 膜池，避免吸附到 MBR 膜表面，從而減慢對 MBR 膜的污染。

　　3)在 MBR 膜池安裝除磷加藥設(shè)備，在磷不達標(biāo)的短暫期間可以通過加入除磷藥劑，將磷聚集到一起，然后通過脫泥將聚磷隨之排出，以保證磷達標(biāo)。因為磷的去除是靠剩余污泥的排放實現(xiàn)的。

　　4)采用 MBR 技術(shù)可以實現(xiàn)SRT 和 HRT 的完全分離，SRT 這一指標(biāo)體現(xiàn)的是對菌種的選擇，SRT 的長短對活性污泥的菌種起決定性的作用。比如硝化細菌的最佳SRT 為5d～8d，而反硝化細菌的最佳SRT 為15d，如果SRT 達不到5d以上，則硝化細菌就不可能大量繁殖，成為優(yōu)勢菌種，從而嚴重影響硝化作用，導(dǎo)致出水 NH3-N 不達標(biāo)，TN的去除就更談不上。但是SRT 也不能太長，如超過15d，則反硝化細菌的生長就會受到抑制，而對于硝化細菌來說此時的泥齡屬于嚴重老化，也不利于其生長，因此我們常常把 SRT 控制在12d 左右。而MBR 膜工藝能夠很輕松的實現(xiàn)這一控制，因 此，MBR 膜工藝脫氮比其他傳統(tǒng)工藝更有優(yōu)勢。

　　5)MBR 膜孔徑為0.1μm～0.4μm，這就使得污水廠出水 SS 及濁度濃度非常低甚至有時幾乎為零。

　　6)嚴格控制生化系統(tǒng)的一級回流、二級回流、三級回流及曝氣參數(shù)，一級回流是將 MBR 膜池的泥水混合液打到好氧池的進口，一級回流的大小嚴格控制著 MBR 膜池污泥的濃度，一級回流大了膜池污泥濃度就會降低，一級回流小了污泥濃度就會增加，以調(diào)整膜池的生物量;二級回流是將曝氣池出口的污泥混合液打到缺氧池的進口，此過程是生物池的一個內(nèi)部循環(huán)，其重要作用就是進行反硝化;三級回流是將缺氧池的泥水混合液打到厭氧池，其主要作用是調(diào)節(jié)厭氧池的污泥濃度，保證厭氧池有一定量的生物量來進行厭氧池的釋磷，從而使其能夠在好氧池更好地吸磷，然后通過排泥以除去磷;生物池曝氣的主要作用是給好氧生物供養(yǎng)。膜池曝氣的主要作用有二：一是沖刷 MBR 膜表面，延緩 MBR膜表面污染程度，二是有效的進行泥水分離。提高活性污泥濃度和活性，使其有足夠的生化反應(yīng)時間促進完全硝化和部分反硝化以及 BOD 降解。

2.2.3 工藝特點

　　1)盡管 MBR 工藝是利用膜的高效固液分離功能實現(xiàn)污水最終凈化目的，但是有機污染物的去除仍然以生物處理 A2/O 為主導(dǎo)，仍然要依靠合理設(shè)計的生物處理段來實現(xiàn)。

　　2)工藝改造后采用兩級 A2/O+ MBR 膜分離工藝組合技術(shù)，具有同步除碳脫氮除磷功能，進一步拓展了 MBR 的應(yīng)用范疇。

　　3)本次深度改造工藝采用兩級 A2/O+ MBR工藝強化了除磷脫氮更適合該污水廠進水質(zhì)波動較大、高氨氮和高 TN、排放要求高的污水特點，工藝中脫氮處理效果最為突出，恰 好彌補原有工藝的不足。

　　4)深度改造 A2/O+MBR 工藝形成的生物、油等膜污染，尤其是冬季水溫小于10 ℃時膜自然收縮導(dǎo)致通量降低，污水處理能力減少，有待今后進一步改進和完善。

3、工藝改造后的處理效果比較

　　本次選取了深度改造后的污水廠 A 從投入正常運行連續(xù)2 年的進、出口污水氨氮濃度在線自動監(jiān)控數(shù)據(jù)與同期運行效果較好的傳統(tǒng)工藝污水廠B進行比較(如圖2、圖3 所示)，結(jié)果顯示：采用傳統(tǒng)工藝污水廠 B 出水氨氮濃度值波動較大，而 采用A2/O+MBR 工藝對污水氨氮的處理效果明顯要比傳統(tǒng)工藝的效果好且穩(wěn)定。氣候變換冷熱交替階段尤其是冬季氣溫較低、水質(zhì)較復(fù)雜時采用傳統(tǒng)工藝污水廠B會出現(xiàn)出水口氨氮濃度日均值有時階段性的超標(biāo)、小時值偶爾超標(biāo)嚴重現(xiàn)象，而采用 A2/O+MBR 工藝對污水氨氮的處理效果明顯占優(yōu)勢，一般能穩(wěn)定達標(biāo)排放。新環(huán)保法及按日連續(xù)處罰辦法等法律法規(guī)實施后增強了排污企業(yè)環(huán)保管理力度，提高了污水處理效果，污水廠出口氨氮濃度整體相對有所下降。

4、結(jié)論

　　1)采用 A2/O+ MBR 工藝對城鎮(zhèn)污水處理廠進行深度改造，氨氮的處理效果相對較好，尤其在污水濃度沖擊力較大、冬季溫度較低時間段處理效果更加明顯。

　　2)隨著環(huán)境治理工作在我國逐漸備受重視、城市發(fā)展和污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對城鎮(zhèn)污水處理廠進行深度改造，達到國家一級 A 排放標(biāo)準(zhǔn)，是非常必要的。

　　3)根據(jù)原水水量、進出水水質(zhì)及回用和排放要求，經(jīng)過對原有污水處理工藝進行綜合論證和比選、優(yōu)化，選擇滿足治理要求、投資省、占地面積較小、運行管理方便的 A2/O+MBR 工藝作為污水處理的主要科學(xué)技術(shù)。

　　4)通過深度改造，處理出水水質(zhì)完全能達到國家標(biāo)準(zhǔn)一級 A 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，每年可大大減少主要污染物排放，如果直接回用，每年可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。充分體現(xiàn)了實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益、資源效益和環(huán)境效益四良性循環(huán)。