活性污泥法中控制氨氮去除效果的方法论文.pdf

净水技术 2 0 1 4 ， 3 3 ( s 2 ) ： 3 5 4 0 wa t e r p u r i f i c a t i o n t e c h n o l o g y 活性污泥法中控制氨氮去除效果的方法 张喜宝 ( 营口市排水公司西部污水处理厂， 辽宁营e l 1 1 5 0 0 4 ) 摘要以活性污泥法为_ 艺的城市污水处理厂， 针对其在运行中出现的氨氮处理率波动性变化的问题， 根据实测数据 ， 找 了氨氮的去除效果与污泥负荷、 溶解氧、 温度等因素的关系。研究发现 ， 对于活性污泥曝气系统 ， 在去除氨氮必需的辅助条件 ( 低污泥负荷 、 长泥龄、 生物相稳定) 具备的情况下， 供氧量的提高对于氨氮的去除影响起到关键作用， 运行结果表明溶解氧增加 后氨氮去除率明显提高。 关键词活性污泥氨氮去除溶解 氧钟虫 中图分类号： x 5 0 6 文献标识码： b 文章编号： 1 0 0 9 0 1 7 7 ( 2 0 1 4 ) s 2 0 0 3 5 0 6 m e t h od o f nha -n re mo v a l co nt r o l i n ac t i v a t e d s l udg e pr o c e s s zha ng xi ba o ( y i n g k o u w a t e r c o m p a n y w e s t w a s t e w at e r t r e at m e n t p l a n t ， y i n g k o u 1 1 5 0 0 4 ， c h i n a ) ab s t r a c t ac c o r d i n g t o t h e o p e r a t i o n d a t e s o f t h e a c t i v a t e d s l u d g e p r o c e s s w wtp t h e r e mo v a l r a t e o f nh3 一 n i s r e l a t e d w i t h s l u d g e l o a d ，do a n d t e mp e r a t u r e ， e t c re s e a r c h f 0 u n d t h a t i n a a c t i v a t e d s l u d g e p r o c e s s ，do a c t s a i mp o a n t r o l e i n i n c r e a s i n g t h e nh3 一 n r e mo v a l r a t e w h e n t h e e s s e n t i a l c o n d i t i o n s s u c h a s l o w s l u d g e l o a d ，l o n g s l u d g e a g e a n d s t a b l e b i o f a c i e s op e r a t i o n r e s u l t s h o we d t h a t i n c r e a s i n g do c a n s i g n i fic a n t i n c r e a s e d t h e nh3 一 n r e mo v a l r a t e ke y wo r d s a c t i v a t e d s l u d g e nh3 一 n r e mo v a l do v o r t i c e l l a 以生活污水为处理对象 的活性污泥法 工艺对 氨氮的去除效果 由于控制手段有 限， 加之所需 的条 件如温度 、 溶解氧 、 泥龄 、 污泥负荷等系统环境难 以 同时达到要求 ， 特别是氨氮的去除受水温影 响敏感 且变化 明显 ， 所 以在调控方面有一定的难度 。在不 同温度 、 溶解 氧工况下 ， 氨化作 用往往较快且不受 影响 ， 但硝化率却 由于硝化菌的生理变化而产生波 动。曝气池中氧的消耗主要是有机物氧化还原和氨 氮 的硝化及细胞 的合成 ， 如控制氧量 降低 ， 短时 间 内有机物 的去除与细胞合成不会受 到影响 ， 反 而氨 氮 的硝化反应会明显改变 ， 特别在低温条件下尤 为 显著。因此 ， 本文通过在某城市污水厂现场试验 、 工 艺参数调整并结合化验数据分析得出在不同水温 时节及低温 条件 下含 氧量 的调 整对氨氮处理率变 化影响的规律 。 1 控制原理 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 2 7 作者简介 张喜宝( 1 9 8 2 一) ， 男， 助理t程师， 从事污水处理厂运行 管理t作 。联系 电话 ： 1 5 9 4 1 7 5 5 0 3 2 ， 0 4 1 7 4 8 9 2 2 7 1 ； e ma i l ： 3 3 01 6 3 0 0 3 q q c o l ll 。 在 活性污 泥微生物主体 中保持并 占有优 势的 常见的原生及后生 动物的基础 上培养并繁殖硝 化 菌 、 原生钟虫类 ， 使其在活性污泥微生物中 占有一 定或主要优势。镜检观察指示性微生物如鳞壳虫 、 纤 毛类会减少 ； 主要优势菌种原生为钟虫 、 椐纤虫 ； 后 生为鞍甲轮虫及猪吻轮虫适量出现 ， 并有少量累 枝 、 表壳虫存在 。通过长期现场试验并结合进 、 出水 指 标分析得 出控制 氨氮的主因溶解氧与 温度 起到关键性的作用，其中温度的变化基本形成规 律 ， 结合某厂工况 ， 总结得出基本在 5月中旬 l 2月 末期为氨氮去除的明显时期 。但溶解氧的变化规律 却不同， 时刻影响着氨氮的转化。故而在以保证达 标与节能降耗的前提下， 氨氮的去除在特定时节虽 能保持一定的去除率 ， 但 由于 目前工艺调整手段有 限 ， 受来水波动 变化影响 ， 还有二沉池 的反硝化状 态等影响因素， 保持氨氮去除效率 的稳定就给工艺 管理上带来一定的难度。所以在保证达标排放情况 下对氨氮的去除需严格控制并掌握其机理。现结合 某厂的实际运行情况分别论述泥量 、 负荷的参数控 制与微生物种类对氨氮去除的影响 。 1 1 泥量 的影响 张喜宝活性污泥法 中 控制氨氮去除效果 的方法 v o l _ 3 3 n o s 2 2 0 1 4 通过 2 0 1 1年 内夏 季初 至冬 季 中旬 的数据 分 析， n h 一 n的去除率基本受水温影响。 当温度 1 3 时硝化菌开始增殖 ；温度 1 8且持续上升时则去 除率 明显 ； 温度 1 3时并持续保持在 l 8 q c 以上时 ， 为硝化菌提供 了有利增殖环境 ， 配合以延长世代周期 、 充足氧量 ， l 2 0 l 0o 8 0 墼6 0 4 0 2 0 o 表 1 生化池 污泥浓度与钟 虫对应表 t a b 1 co r r e s p o n d i n g b e t we e n bi o c h e mi c a l s l u d g e co nc e n t r a t i o n a n d vo r t i c e l l a 氨氮的去除则会更加明显。所 以在氨氮的处理率上 基本形成 了一定的规律 ， 在适当水温时节主要 受水 温度影响。污泥负荷 比的计算方式为 ： n f m= q s 八 v x l 1 式 中： 。_一 污泥负荷 ， k g c o d 0 ( b o d 5 ) ( k g污 泥 d ) ： p 每 e t 进水量 ， m3 d ； s c o d c ( b o d 5 ) 浓度 ， m g l ； 曝气池有效容积， m3 ； 污泥浓度 ， m g l 。 从 图 2可 以看 出污泥负荷对氨氮去 除无直接 影响， 但起到间接性作用。 嘤 嘤 嘤蝶 嘤 2 0 1 1年度 氨氮与污泥负荷比的对照 囹 n h n走除率 图 2 2 0 1 1 年度氨氮去除率与污泥负荷 比的对照 f i g 2 an n u a l nh3 -n re mo v a l ra t e a n d s l u d g e l o a d ra t i o i n 2 01 1 3 6 一 加 加 o 净水技术 w ater puri fi cati on technology vo 1 3 3， no s 2 ，2 01 4 s e p t mb e r 1 5 t h ， 2 01 4 1 3 微生物种类与氨氮去除的关联性 镜检 分析微生物量与种类 是最直接反 映泥质 与量 的手段 ， 通过分析可 以掌握泥量 的多少 、 菌胶 团的结构 、 原生与后生动物的数量与活性 ， 等并结 合现场t况对处理水 质的动态变化影响 ， 最终找 出 对氨氮 的去除应选择相应 的微生物种类 ， 对氨氮的 处理稳定提供保 障 ，为生产调整提供科学 有效依 据。因此就针对氨氮的去除首先找出微生物 的变化 与氨氮去除率之间是否有一定的关联性。 在进行一系列试验后 ，因总结分析如下内容： ( 1 ) 在 出水稳定情况下 ： 生物相种类有哪些 、 哪些 占 优势 、 原生及后生动物 的比例 与生理状态等 ， 并 与 以往 同样 系统稳定状态下有什么变化 ， 形成图片与 原始记录形式 。( 2 ) 在出水波动时： 上述情况会发生 什么变化。就城市污水厂 ， 镜检时如发现生物相出 现累枝虫 占优势( 一般情况下其 占有一定 比例 ) ， 如 大量增殖 ( 计数 时显示 多量 ) 会说 明活性 污泥 已经 膨胀或 由于骨架大而松散 ， 直接反应为污泥沉降 比 形成絮凝体不明显或膨胀 ， 是导致污泥膨胀 的诱 因 之一 。 通过对 2 0 1 2年 l 2月 2 8日 2 0 1 3年 1 月 2 3日 共 1 5 d的微生物量与处理水指标对照图表 1 4来 看( 主要 以生物量较多的钟虫为代表 ) ， 氨氮 的去除 率与钟虫量呈较好 的相关性一成正 比 ； 从 图 3与表 2中还 可以看 出 ： 2 0 1 3年 1月 1 1日钟 虫数量两组 生 化 池达 到最 高 浓度 时 ，氨 氮 的去 除率 为 最大 ( 6 7) ； 1 月 2 3日钟虫数量降到最低 ，氨氮去除率 降至 2 1。 其他微生物种类因个数少而暂未找出相 应关联 。 l 4 0 1 2 o 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 o 1 号 生 化 池 钟 虫 量 与 指 标 去 除 率 对 应 罔 二 ： 二 钟c o虫d 去 除 率 时间 图 3 1 号 生化池钟虫与指标去除率对照 fi g 3 vo r t i e e l l a a n d i n d e x re mo v a l ra t e i n l # bi o c h e mi c a l po o l 总结分析得 出 ： 在冬季 ， 应 以限定 的提 高生化 池 污泥浓度为基础前提下 ， 为钟虫提供 良好 的生存 环境 ， 使其在 数量上 占绝对优势 ， 如镜 检观察一 滴 混合样 ( 0 0 5 m l ) 里钟虫数量 为 1 0 0个 以上 、 轮 虫 表 2 1 号生化池微生物与水质去除率对照表 t a b 2 mi c r o b i a l a n d i n d e x re mo v a l ra t e i n 1 #bi o c h e mi c a l po ol 1 号生化池 个 水质处理率 日期 钟累枝无柄轮 c o d n h ， 一n tp b od5 虫 虫钟虫虫去除率 去除率 去除率 去除率 l 8 0 l 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 o 6 0 4 0 2 0 0 时 间 图4 2 号生化池钟虫量与指标去除率对应图 fi g 4 vo r t i c e l l a a n d i n d e x re mo v a l ra t e i n 2 # bi o c h e mi c a l p o o l 4 5个 ，同时有肋楣纤虫逐渐增加 ，使累枝类 占优 势 ， 氨氮 的去除将 会提高 ； 另外应注意如果轮虫 的 数量有波动性 变化与增加现象 、 侧跳虫 的大量 出现 应检查 系统 内是否 因排泥过量导致泥量偏低或 间 接产生过曝气现象 ， 应预防生化池是否 由于过曝气 导致污泥 自身氧化形成的增殖受 限 、 菌胶团松散导 致的二沉池沉降效果等。如发现泥量难以提高或持 续走低则应 降低 曝气量或提高污泥负荷来为泥 的 增殖提供条件。 2 控制方法 活性污泥法对氨氮 的去除 ， 应找准硝化菌对水 温依赖这一要点 ，充分利用好 5月末至 l 2月中旬 一 3 7 张喜宝活性污泥法中 控制氨氮去除效果 的方法 v o 1 3 3 。 n o s 2 2 0 1 4 表 3 2号生化池 与水质处理率对应 图 t a b 3 mi c r o b i a l a n d i n d e x r e mo v a l ra t e i n 2 #bi o c h e mi c a l p o o l 2 o1 2 1 2 2 8 4 0 2 0l 3 1 5 3 5 2 01 3 1 6 4 0 2 2 ol 3 1 7 9 4 2 0l 3 1 8 9 7 2 4 2 ol 3 1 9 i 】 0 2 2 0l 3 1 1 1 l 6 o 5 2 0l 3 1 1 4 i 5 4 2 9 2 0l 3 1 1 5 l l 5 2 ol 3 1 1 6 l 0 5 2 2 ol 3 1 1 7 l 0 0 3 l 2 ol 3 1 1 8 7 9 l 0 2 ol 3 1 2l 2 2 3 2 2 0l 3 1 - 2 2 l 2 l 0 2 ol 3 1 2 3 4 7 8 9 8l 7 5 8 3 8 5 8l 8 6 8 5 6 7 7 5 8 2 7 4 7 9 6 0 8 3 7 2 2l 8 0 这段有利时间 ，硝化菌的生理发展期到成熟阶段 ， 利用可控参数调整其世代周期 、 需氧量及污泥负荷 等 ， 使各t艺参数之 间的协调及稳定是最 主要控制 要点 ， 但进水 的波动势必会使系统受到冲击 ， 微生 物的耐受能力与适应性强弱等直接影 响系统 运行 是否稳定 ，硝化菌一旦受抑制会很难恢 复生理活 动 ， 甚至毁灭性的打击 。故需加强上游外 网点源排 查 ， 一旦来 水异常立即上报相关部 门处理 ， 避免污 水厂系统受影响。现 以季节性控制方法论述如下。 2 1冬季 春初 此阶段氨氮去除无明显效果 ， 进水基质浓度较 浓 ， 气温处于全年最低 阶段 ( 6 4 1 3 5 c c) ， 氨氮 的去 除困难 ， 往往进水氨氮在设计进水范 围内却得不到 好的去除效果 。在水温低的条件限制下 ， 当以高浓 度活性污泥 、 较长 的泥龄并在充足溶解氧含量条件 下促使硝化菌尽可能占有一定比例， 使其具有一定 的硝化功能 ，生物相指示为常见活性污泥类如 ： 原 生动物钟虫类 占绝对优势 ， 轮虫类 、 有肋椐纤虫及 累枝虫少量出现 ， 展现出稳定 的生物相。 控制方法： ( 1 ) 减少剩余排放， 使生化池污泥浓 度保持在 2 7 4 - 3 g 几 范围内供给适量的溶解氧( 生 化池 出口处 2 3 m g l ) ，污泥负荷保持低值 0 1 0 0 1 5 k g b d d ( k g ml s s d ) ， 调整时应在系统 的稳定 前提下 。( 2 ) 通过镜检观察并结合系统t况及处理 率， 认为在冬季生化池水温 8 左右时， 溶解氧充足 ( 气水 比保持 4 6： 1 ) 时 ， 生物相以轮虫 、 累枝虫 少量 m现 ， 以钟虫多量繁殖时系统对氨氮去除较好。从 表 1中可以看出 ： 1 1 月 1 6日调整风量前( 2 8 0 m 3 mi n ) 时， 氨氮去除率为 9 0左右 ； 表 2中可以看 ： 1 1 月 1 6日调整风量( 1 5 0立 m 3 mi n ) 到 2 7日 1 0 d 问氨氮去除率仍保持 7 9， 此期间氨氮与 p h进水 无 波动变化 ， 总磷利用率较好 ， 生化污泥浓度 略增 殖 ， 人为的泥龄拉长并没有改变 水硝酸盐含量的 下降。分析得出： 在低水温与降低供氧条件下， 生化 池硝化菌并没有立即死亡或休眠， 而是需经过一段 时间后其在 微生物相上 的 比例逐渐减少或不 占优 势影 响氨氮 的去除 ，硝态 氮的变化正印证 了这一 点 ； 1 1 月 2 7日后到 l 2月 1 7日共 2 0 d期 间氨氮平 均去除率为 5 0， 此期间硝化菌逐渐死亡或处于休 眠期 ， 已不 占优势 ， 生物相观察为与正常供氧 时的 状态基本一致 ， 只是供氧量不同 ； 表 3中看 1 2月 1 7日恢 复风量调整后 ， 氨氮去除 明显上升 ， 平均去 除率为 7 3，硝态氮出水的逐渐上升也印证 了， 风 量加大后硝化反应得到恢复 。 时问 m i 1 图 5调整风量前后 氨氮去除率的变化 f i g 5 nh3 一 n re mo v a l ra t e b e f o r e a nd a ft e r ai r vo l u me ch a n g e s 一 3 8 一 铝 勰 勰 引 46 3 8 7 8 8 5 4 2 2 l 4 7 3 l l 二、 o o 0 0 o 0 0 o 砌 5 净水技术 w ater puri fi cati on technol0cy vo 1 3 3， no s 2 ，2 01 4 s e p t mb e r 1 5 t h ， 2 01 4 表 4 鼓风量的调 整与氨 氮进 、 出水的关 系图 t a b 4 re l a t i o n s h i p wi t h ai r vo l u me ， i n fl o w nh3 一 n a n d ef flu e nt nh3 一n co n ce nt r a t i o n 表 5 1 1月 d o对氨氮处理效果的影响 t a b 5 e f f e c t o f do o n nh3 一 n r e mo v a l e f f e c t d u r i n g no v 表 6 1 2月 d o对氨氮处理效果的影响 t a b 6 e f f e c t o f do o n nhr n r e mo v a l e f f e c t d u r i n g de c 此阶段 出现的问题及解决办法 ： ( 1 )容易发生生化池反硝化现象 ：可见生化池 表面大面积漂浮泥并随混合液进入二沉池漂于池 面 ， 从 而影响系统感观 出水。原因为系统硝化反应 正常时 ，大量的硝酸盐从二沉池返 回到生化池 ， 由 于生化池溶解氧不足 ， 发生反硝化反应 。应提高生 化溶解氧 ， 控制出水 2 mg l 左右。 ( 2 ) 积压老泥： 未及时的排泥， 即给脱水带来负 荷压力又使污泥浓度过高， 过高的污泥浓度活性变 差 、 厌氧等本质上的变化直接影 响有机污染物的去 除。应保持适 当的排泥量 ，泥龄控制在 l 0 2 0 d之 间 ， 随时监测 s v d o参数 与镜检实验 ， 确 保工艺 参数与工况运行匹配。 ( 3 ) 冬季 s v i 升高的预防与解决 ：冬季生化池 溶解氧较低情况下 ， 污泥指数 容易上升 ， 直反应为 沉降与压缩性变差， 影响二沉池沉降效果 ， 导致出 水 c o d、 s s上升等。 应加大风量供给 ， 短时间内效果 明显。 2 2春末 夏初 此 阶段温度逐渐 回升 ， 水量平稳 ， 进水有机质 均匀。对于氨氮的去除为最佳时机。比如加大泥龄 并经常计算泥龄， 随时调整， 保障生化溶解氧处于 正常范围( 出水 2 3 m g l ) 左右， 创造好 的环境条件 为使硝化菌与原生类钟虫在数量上 占优势提供基 础 ， 混合液污泥浓度应逐减 ， 速度不宜太快 ， 回流比 为定值 ( 最佳 比值 7 0 8 0) ， 剩余 的调节随工艺 运行改变 ， 泥龄不易过长 ， 严 密监控污泥的是否老 化 现象 ， 本 阶段如控制得 当， 则对于去除效果是很 明显 的 。 此阶段常出现的问题及解决方法 ( 1 ) 污泥老化现象：沉降比上清液与二沉池水 变浑 、 泥质发黑等。解决方法为加大排泥。 ( 2 )絮凝体膨松现象 ：为池内溶解氧的不足或 进水水质的影响导致累枝虫增多引起 的 s v i 上升 ， s v 5值高， 可认定为初始性膨胀。此时 s v 如与浓度 值相关性偏离 。解决方法为控制好排泥是一方面 ， 另外可加大池 内溶解氧是不可缺少 的调整手段 ， 有 利于改善泥质与硝化菌的培养 。 2 3夏 季 一 秋 季 此阶段气温由高到低 的过程 ， 正是系统 内氨氮 转化及去除率保持最高水平， 生化池内污泥浓度处 于低值且 泥龄不 长 ， 如各参数匹配合理 ， 应该 是一 个稳定的运行阶段 ，其中进水水质 的检测 为重点 ， 容易 出现氨氮的来水波动 ， 另外系统的低负荷运行 张喜宝活性污泥法中 控制 氨氮去除效果的方法 v o 1 3 3 。 n o s 2 2 0 1 4 为硝化菌提供增殖条件。 此阶段常出现 的问题及解决方法 ( 1 ) 反硝化现象 ： 适宜 的水温 、 系统低负荷运行 条件下 ，氨氮的去除率保持上升且较低值出水 ， 溶 解氧的控制过高会导致反硝化上浮污泥的发生 ， 会 在二沉池运行状态及 s v 实验反映出来 ，暂不详 述。解决方法为逐减泥量 、 降低溶解氧 、 回流 比适 当 上调及加强进水水质检测等。 ( 2 ) 不合理的排泥会使二沉池反硝化加重 ， 进 一 步为硝化菌提供生存条件 ， 系统 内硝化反应过度 导致生化池漂泥与二沉池大量 泥块上 浮并 容易聚 结与顺水流失而影 响出水 。控制 的要领为以氨氮 出 水在要求范围 ， 不可盲 目以大幅度削减氨氮为 目的 来调整 ， 这样既不经济也无意义。 2 4 秋季 冬季 此阶段气温会逐渐降低 ， 生化池污泥量应逐渐 增加 ， 各工艺参数如进水量 、 溶解氧 、 回流比及剩余 排放等应逐渐做相应调整 ， 应注意 的是泥龄 、 溶解 氧水温及污泥浓度参数变化 。着重使泥龄加 长 ， 有 限度的保持一定污泥浓度 ，池内溶解氧以偏高为 好 ， 使硝化 菌群 占有一定 比例 ， 硝化程度加快 ， 但应 注意过曝气的发生。 常见问题与冬季问题一致 ， 概不阐述。 3 结语 3 1 以活性污泥法为工艺的城市污水处理厂 ， 特别 是常年低负荷运行 ， 对于城市污水厂氨氮 的控制既 要考虑到当时的季节条件又要分析运行参数。溶解 氧充足 、 保持适度污泥量计低 负荷运行为氨氮硝化 与优势菌种一 钟虫 的繁殖与硝化菌的激活提供环境 条件 ， 促使氨氮可 以在低温条件下仍能产生硝化反 应。t艺调整方面， 特别是剩余排量的调整需有一 定 的限度 ， 如过大则泥量 的增殖会很慢 ( 受常年低 负荷影响 ) ，对于冬季保持一定污泥浓度与原生钟 虫类 占优势会受影响， 低温条件下 氨氮 的去除难以 实现 ， 另外间接的提高生化溶解氧而形成过曝气影