隨著國家“大力發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟，壯大縣域整體實力”政策的實施，越來越多的化工企業(yè)選擇搬遷至鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊的工業(yè)園區(qū)，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理帶來了很大挑戰(zhàn)。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口少、用水量較低，通常是將生活污水和工業(yè)廢水混合后進行處理。而我國小城鎮(zhèn)污水處理廠通常采用活性污泥法作為主體工藝，此工藝抗沖擊能力弱，活性污泥易受到工業(yè)廢水中有毒有害物質的影響。針對該類問題，除對污水廠進行升級改造增強抗沖擊能力外，投加相應的化學藥劑已成為一種有效的應急手段。
1、工程概況
河北省某縣污水處理廠建成于2011年5月，分兩期建設，主體采用“CASS+絮凝沉淀+纖維轉盤過濾”處理工藝(如圖1所示)，綜合污(廢)水處理能力為4×104m3/d，進水主要為全縣居民的生活污水以及全縣的制藥、化工廢水。
污水廠正常運行期間，出水水質能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A標準。但由于某段時間內進水水質嚴重超標，導致污水廠受到?jīng)_擊，CASS池內污泥活性受損。經(jīng)過一段時間的調試，出水指標基本穩(wěn)定，但氨氮和總氮濃度仍然無法達標。經(jīng)檢測，污泥硝化活性較低，分析其原因，認為是污泥中硝化細菌和反硝化細菌死亡所致。污水廠進水COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP濃度分別為125.3～205.5、57.6～99.5、109.5～175.3、13.8～29.4、23.7～50.8、1.58～4.11mg/L，平均值分別為165.4、78.6、142.4、21.6、37.2、2.10mg/L。出水濃度分別為39.4～46.9、7.2～8.9、6.5～8.9、18.5～26.7、20.9～46.2、0.27～0.39mg/L，平均值分別為43.2、8.1、7.7、23.8、32.4、0.33mg/L。
2、問題分析及解決思路
2.1 存在的問題
該污水處理廠已建一期、二期共8個CASS反應池，每個反應池的設計處理能力為5000m3/d?，F(xiàn)今，由于部分設備損壞，已導致纖維轉盤濾池無法正常運行。另外，由于某一階段，縣城內的制藥、化工企業(yè)排水異常，使CASS池中的活性污泥受到嚴重沖擊，部分出現(xiàn)污泥解絮現(xiàn)象，硝化、反硝化細菌基本全部失活，導致水中氨氮無法得到有效去除。
2.2 主要解決思路
主要解決思路有兩種：①更換活性污泥。調取周邊污水處理廠中活性較好的污泥對CASS池內的失活污泥按一定比例進行更換，同時進行新泥的培養(yǎng)、馴化。②投加化學藥劑。在保證出水中其他指標和水質安全的前提下，結合污水廠的實際情況，投加可去除氨氮的化學藥劑。兩種思路相比，第1種方法可從根本上解決問題，但污泥的更換、培養(yǎng)均需較長時間。第2種方法可及時見效，但藥劑費用過高，并且投加藥劑不可作為污水處理廠的長期運行手段。通過協(xié)商，經(jīng)當?shù)卣嚓P部門準許，決定同時采取上述兩種方法。在短期內臨時投加化學藥劑來保證污水處理廠的出水水質達標，同時更換并馴化生化池的活性污泥。投加藥劑也可為污水廠生化池內污泥的培養(yǎng)、馴化爭取充足的時間。
3、藥劑選擇和處理效果比較
3.1 藥劑選擇與配制
可投加的化學藥劑從機理上分為兩種：化學沉淀類和化學氧化類。其中，化學沉淀類藥劑多應用于處理高濃度氨氮廢水，并不適用于該污水廠。而化學氧化類藥劑是利用強氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣進行脫除的一種方法，其使用簡單、反應迅速、去除效果好，是較理想的藥劑種類。
化學氧化類藥劑最常見的是次氯酸鈉，在國內已經(jīng)有很多學者對其應用進行了研究。但由于次氯酸鈉本身不穩(wěn)定，高溫條件下極易分解，同時次氯酸鈉的有效氯含量低，投加時需要較大劑量，這些特點使次氯酸鈉的應用受到限制。
綜合次氯酸鈉的優(yōu)缺點，決定采取自主配制藥劑。自主配制的藥劑成品呈白色粉末狀，是將氰尿酸氯化后，再經(jīng)一系列反應而生成的有機化合物，其溶解性好、穩(wěn)定性強、有效氯含量高。將自主配制的藥劑與市面上的主流藥劑進行對比，分析各藥劑的處理效果，從而為應用于實際生產提供參考。
3.2 藥劑處理效果的比較
3.2.1 投加量對比
藥劑的投加量不僅影響水中氨氮的去除效果，而且還涉及到污水廠的運行成本，直接關系到污水廠的經(jīng)濟效益。因此在保證氨氮達標排放的基礎上優(yōu)化藥劑投加量是十分必要的。在該污水廠生化池出水的氨氮濃度為25.20mg/L的條件下，按不同質量比投加藥劑，反應時間為15min，結果如圖2所示。可知，隨著藥劑投加量的增加，氨氮濃度逐漸降低。當藥劑投加量(質量分數(shù))為0.025%時，自主配制的藥劑可使水中氨氮濃度降至3.17mg/L，達到了一級A排放標準，而其他藥劑的投加量至少要達到0.03%才可保證出水氨氮濃度達標。
折點加氯法除氨氮，理論上有效氯投加量Cl∶NH3-N=7.6(質量比)，但是經(jīng)過計算，上述試驗中Cl∶NH3-N≥9，大于理論值。岳楠等利用次氯酸鈉處理氨氮廢水，其研究結果表明有效氯投加量Cl∶NH3-N=8.6，同樣大于理論值。這是因為水中可能有硫、錳、酚類等其他物質存在，增加了藥劑的消耗，從而導致投加量增加。
3.2.2 反應時間對比
在保證出水氨氮達標排放的前提下，藥劑氧化反應停留時間決定反應器容積，從而影響藥劑應用和設備投資。在該污水廠生化池出水的氨氮濃度為23.85mg/L的條件下，為確保氨氮去除效果，統(tǒng)一投加0.035%的藥劑，考察不同反應時間下氨氮的去除效果，結果如圖3所示?？梢姡巹λ邪钡难趸コ俣群芸?，在前5min氨氮濃度迅速下降，并在10min左右基本完成反應，此時投加自配藥劑的水樣中殘留氨氮濃度為0.75mg/L。之后隨時間的繼續(xù)增加，水中氨氮濃度變化不大。在污水廠實際應用中，考慮到進水水量和水質的波動情況，建議將投加藥劑后的反應時間定為10～15min。
3.2.3 對其他指標的影響
向污水廠生化池出水水樣中投加0.035%的不同藥劑，檢測藥劑投加前后主要水質指標的變化，結果見表1?？梢钥闯?，投加氧化藥劑后，不僅可以大幅度降低水中氨氮濃度，還能略微降低COD濃度。雖然所投加的藥劑均含有次氯酸成分，但由于投加量少，對出水pH值的影響不大，在排放許可范圍內。同時，藥劑的投加會導致水中硝態(tài)氮濃度升高，但總氮指標完全滿足國家排放標準，并且不會對總磷指標造成影響。由此可見，投加氧化藥劑去除氨氮是一種理想的短期應急手段。
3.2.4 藥劑成本
投加藥劑之所以無法成為污水處理廠去除氨氮的常規(guī)手段，除藥劑本身潛在的危害之外，藥劑成本也是一個重要原因。經(jīng)調查，市面上出售的化學氧化類氨氮去除劑售價在13500～21600元/t，以該污水廠的處理水量為20000m3/d計，要使出水氨氮達標排放，僅藥劑費用就達82200～98000元/d。而投加自主研制的藥劑，由于其主要成分氰尿酸的 >
4、實際應用效果
根據(jù)以上試驗結果，在不額外增加土建的情況下，利用該污水處理廠的自身條件，決定將自主研制的氨氮去除劑投加在CASS池出水后、絮凝沉淀池前端。該污水廠的絮凝沉淀池采用三級絮凝，一級、二級、三級流速分別為0.12、0.09、0.06m/s，絮凝時間為15min。沉淀池采用斜管沉淀，沉淀時間為30min。氨氮去除劑的混合方式與投加PAC時一致，采用管道混合器來完成混合過程。如此，既可保證藥劑與污水充分混合，又可保證足夠的反應時間。此方案在該污水處理廠的實施效果顯示，7d內出水氨氮濃度在2.55～3.25mg/L之間，總氮濃度在8.38～9.63mg/L之間。可見，投加自主研制的藥劑后，出水氨氮和總氮濃度均可以達到國家一級A標準。
5、結論
河北省某縣污水處理廠因進水水質嚴重超標而使得污泥活性嚴重受損，導致出水氨氮濃度居高不下。為此，決定在短期內采用投加氧化類藥劑的方式來降低出水氨氮濃度，同時為生化池調試爭取時間。對比市面上常見的氧化類氨氮去除劑，發(fā)現(xiàn)自主配制的以氰尿酸為主、經(jīng)氯化后得到的有機化合物，無論在投加量、反應時間，還是對其他出水指標影響等方面均有很大優(yōu)勢，同時還可大大節(jié)約藥劑成本。污水廠的實施效果顯示，投加自主研制的藥劑后，7d內出水氨氮濃度在2.55～3.25mg/L之間，總氮濃度在8.38～9.63mg/L之間，穩(wěn)定達到了國家一級A標準。( >
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