实战：流程图分析应用于污水厂工艺管理

治污者说 发表于 2021-4-16 08:15:04

速查10：曝气

增加曝气池中的空气供应。如果通过检测后，发现曝气池的曝气量不足，则从两个方面进行排查：1、工艺操作问题（了解鼓风机运行时间或者运行台数）；2、鼓风机械问题（评估鼓风机输出风量及风压）。

需要注意的是对曝气池中DO检测的数值，这些数值如果是抽样检测的数值，并不是曝气是否充分的确凿证据。在日常运行中，需要在一天的不同时间和每天进行的多次测量，这样才能提供更准确的溶解氧数据。通过数据记录，绘制曝气池内的溶解氧曲线，来了解曝气池内的溶解氧的变化情况，最终确定溶解氧的充足与否。

解决方案：

1、工艺操作问题：在一些工艺的曝气通过时间来进行控制，比如SBR工艺，在这些工艺中，鼓风机通常由设定好的时间控制器来进行控制，工艺调整中可以通过增加周期频次或者每个周期的曝气时间可以实现增加曝气量。

扩展内容：“如何确定需要多少曝气时间？“

２、机械问题：曝气系统中的各种设备，包括鼓风机，电动机，曝气扩散装置（曝气头，曝气管等）等机械设备会随着使用过程，效率逐步下降。还有就是污水厂在运行之后，进水有机负荷通常会随着运行时间而逐年增加。上述这些情况中的任何一种都可能导致曝气池内的曝气量不充足。

针对这些问题，需要在厂内进行的调查内容有：1、曝气系统中的阀门、管道、扩散器是否堵塞等。2、混合不充分，曝气装置布局不合理，曝气装置堵塞，脱落严重，导致搅拌混合不均匀。3、鼓风机排气压力是否能继续满足曝气池的水头。

速查11：曝气池的实际有机负荷率

要经常检查曝气池的有机负荷率是否大于设计的有机负荷率。

要确定进水有机负荷率，需要在厂内收集以下数据：平均进水流量和平均进水BOD。

计算进水负荷

进水流量，ｍ３）x（进水BOD，mg / L）÷１０００ =ＫｇBOD /天

示例：进水流量= 15,000 ｍ３　　进水BOD = 200 mg / L

进水负荷=１５０００ｍ３　×（200mg / L）÷１０００= ３０００ＫｇBOD /天

根据计算得到的每日的有机负荷，再将这个数值除以曝气池的有效容积，这样得出来的就是曝气池的有机负荷率，这个数值要和曝气池的设计参数中的有机负荷率进行比较，确定实际进水的负荷率是否大于处理系统的设计负荷率。如果发现实际进水的有机负荷率明显高于设计负荷率，这就可能导致进水有机物在曝气池中处理不完全。

速查12：增加曝气池内的生物量

如果曝气池出水氨浓度>５ mg / L，通过流程图前端的判断，我们需要增加曝气池内的生物量。曝气池中生物质（生物量）的浓度在每个污水厂内曝气池容积确定，曝气量确定的情况下，生物质的量和进水有机负荷是具有相关性的。当进水中的有机负荷越高，曝气池中需要的生物质越多。

曝气池流出物样品对曝气池流出物进行取样并进行离心机旋转以确定生物质的浓度。检测曝气池混合液的固体物质体积如果低于4％，则需要增加曝气池生物质浓度。在增加浓度的调整期间，要继续监测曝气池出水氨氮浓度。如果这是造成硝化反应不完全的原因，则混合液的氨氮浓度应随着生物质浓度的增加而降低。

在调整期间，要注意控制活性污泥的增长的量，不能为了满足氨氮的去除无限调高生物量，因为如果曝气池混合液的离心后固体物质比例超过4％，通常会导致活性污泥因浓度过高而在二沉池内沉降缓慢。

速查13：评估可能的进水毒性问题。

如果曝气池出水氨浓度> ５ mg / L，如果通过计算后，污水厂里的活性污泥系统都在其设计有机和流量负荷范围内运行，并且通过前面的一项项的列表，已经消除了其他工艺可能性（即温度，DO，生物量），这就要再从进水的毒性进行考察。进水毒性的考察要从污水厂内外两种可能进行调查。一种是污水厂内部的系统回流液（即含有高氨氮浓度的消化池上清液），一种是污水厂进水含有中有毒或抑制物质。

第一种情况：在有些污水厂内的活性污泥在储池储存时间过长，在储池内的厌氧环境下，可能会产生高浓度的氨氮。当厂内的工艺运行中，这部分进入到污水厂的进水集水井内后，经过提升再次进入到生物系统中，就导致我们前面的流程分析中的高浓度氨氮进水的情况，抑制了硝化作用，导致氨氮超标。而实际上它是从污水厂的内部回流导致的情况。因此我们在实际的运行中，对厂内的各种回流导致的进水水质变化，从而导致出水超标的情况要进行认真的分析和调查，特别是工艺排泥，内部循环等等，都可能会造成曝气池内的微生物受到变化负荷的冲击，这就是我们在很多故障原因分析里要重点考察的内容。

第二种情况：对污水厂收集管网的水质的检查，对一些有毒有害的进水源进行化验调查，检查是否由于外部进水（管网系统）内的污水造成了毒性的抑制。在日常的巡检过程中，可以通过检查进水的腐蚀性，颜色的变化，气味的变化等的感官迹象来粗略判断是否有异常进水进入污水厂内，同时也要注意一些委托处理的污水中的水质变化等。

速查14：增加曝气池容量或降低负荷

如果曝气池出水氨氮浓度> 5mg / L，在前面的各项指标都符合的情况下，就存在着曝气池的有机负荷超标的情况。我们在实际运行中，经常存在的情况是，每天处理的平均日流量可能在污水厂的设计处理能力范围内，但实际上在居民用水高峰期的瞬时流量可能超过污水厂的设计处理能力。

这个问题在运行中比较常见，一般来源于两个方面，首先，如果在进水量大，造成泵房内高液位的运行工况下，进水泵受到水泵运行曲线的影响，会造成提升水量瞬时高于系统的设计流量；第二，如果外管网的设计蓄水能力较差，厂内集水井或调节池较小，没有对冲击水量负荷调蓄能力，就会造成瞬时提升水量超过设计能力。这些情况就会导致每日处理的总流量在设计限制范围内，但是瞬时的进水量实际上超过了其设计流量。

由于污水厂的实际生产管理中，运行管理人员会采用阀门调控进水量来保持各组曝气池之间的流量均衡，但是由于水量的变化，而人工很难及时进行调整，就会导致运行中的曝气负荷分配不均。在这种情况下，很可能出现工艺中出现瞬时负荷增加或者负荷不足。

如果通过前面的各项评估工作，最终确定由于波动的水力负荷造成的氨氮超标。我们就要针对提升水泵瞬时流量超过设计流量的问题进行分析：根据进水流量的变化，以确定是否需要进行预处理的提升泵的运行进行调整，以达到提升水量的控制（即改进的系统蓄水能力的设计，增加的系统的水量均衡能力）。通过调整提升泵的运行工况，减少曝气池运行过程中的不确定的瞬时高强度有机负荷。还可以改进曝气装置，用最大流量的的工况来核算曝气量的供给量，来保证高峰水量的处理能力。

流程图分析到这里，整个氨氮超标的异常的工况就分析结束了，一共进行了15个模块的分析和探讨。运行管理人员都知道，在一个污水处理厂的现场中，单一指标的超标，是不可能只判断某一个方面的，需要进行多参数的综合考虑，细致的分析下去，很可能这个超标的问题来自于看似毫无联系的另一个方面，这就是需要运行管理人员对某一项问题进行全面系统分析的原因。如何进行这种全面的系统性分析，公众号通过氨氮超标的分析，和大家具体来进行了分析。我们再回到整体的流程图的氨氮超标的这部分来。

从上图我们看一下整体的分析流程，针对氨氮超标，我们从出水查找到生物处理段的核心位置曝气池，这个是我们处理指标超标的一个核心思路，市政污水厂大部分采用的都是生物处理工艺，因此某一指标的超标，首先要确定出调查分析的核心区域-曝气池。进入曝气池内进行分析的时候，流程图从污泥解体，温度，碱度，溶解氧含量，污泥中的微生物含量，有机负荷率，有毒废水的进入这七个方面来进行了分析。通过这样的流程分析，在一个指标超标的情况下，我们很容易通过一个个流程找到超标的环节，然后从这个环节入手进行后续的工艺调整，来保证污水处理的异常指标恢复正常。

流程图只是作为氨氮超标的一个简介，但是它综合了氨氮超标的污水厂工艺的方方面面，比如外界环境（低温下的水温），曝气池内的污泥性质（污泥解体，微生物含量，溶解氧含量），进水性质（碱度，有机负荷，有毒废水）等几个方面进行全面的逐项分析。通过多个项目逐步分析下来，其实也正是我们对污水厂的整体的工艺运行全面系统的分析下来的过程。

在厂内建立一种行之有效的工艺管理和分析模式，是每个运行管理人员需要进行认真思考的问题。各个污水厂的具体问题不同，但是生物处理的基本原理是相同的，我们可以通过基本原理在各个污水厂的实际应用中的扩展来把原理性的问题具象化。特别是现在各个污水厂对COD，氨氮的去除都已经具备充足的知识储备，可以通过在厂内先根据COD和氨氮的超标调整建立这种处理流程图，在流程图的建立过程中，进行全方位工艺管理知识的汇总，形成指导厂内工艺调整的流程图，然后逐步扩展到TP，TN，以及SS等指标的控制上来。

运行指标的管控不是一种随意性强管理工作，我们管理人员也不能总是懵懵懂懂的进行工艺调整管理，通过系统的流程图绘制，我们进行系统化的工艺管理，是我们破解工艺管理中的盲目性的一种思路，大家可以根据近期公众号的这一个系列内容来尝试使用这种方式进行工艺异常的管理体系的建设，探索更加实用的一种管理方式。

治污者说 发表于 2021-4-16 08:12:55

速查3：曝气池出水水温是否<10℃。

如果曝气池出水氨氮浓度>5mg/ L，说明曝气池内的微生物的生存环境条件，限制了硝化菌对污水中的氨氮转化为硝酸根。其中有一项，特别是北方地区的冬季需要重点考察的就是曝气池中的水温。水温是直接影响将氨转化为硝酸盐的硝化菌的生长速率的因素，当曝气池水温降至10℃以下时，硝化细菌的繁殖速度可能不足以维持足够的数量，无法将进入到曝气池内的污水中的的氨氮全部转化为硝酸盐。

在曝气池中，活性污泥中的细菌将污水中的有机物转化为曝气池中的新细菌细胞体的过程中，产生热量，这部分热量被传递到曝气池环境中，当进水中的有机物充足，活性污泥浓度足够，可以使水温通常保持在10℃以上，这也是为什么北方冬季的污水厂需要保持高浓度运行的原因之一。

但是很多污水厂存在进水量不足，有机负荷低，活性污泥的污泥浓度底，则细菌在繁殖过程中产生的热量较少，不足以提升曝气池的温度到10℃以上。另外，如果冬季污水厂的曝气量过大，超过进水中有机负荷所需的曝气量，这些过量的曝气生成气泡会把曝气池中的热释放较冷的环境空气中，从而导致热量损失。因此在低有机负荷系统，也就是进水量不足，进水浓度过低的过度曝气会导致曝气池水温降至10℃以下。

测量曝气池出水中的水温应结合测量曝气池的溶解氧一起进行，很多型号的便携式溶氧仪上都自带有温度显示，

比如溶解氧测量仪测量超过2mg / L的溶解氧（DO）和9.9℃的水温。在这种情况下，应减少曝气风机的曝气量，防止过量的曝气造成的热量损失，同时节省电费。一般来说，在曝气池出口检测的DO浓度为2 mg / L的情况下，就表明了曝气池内的溶解氧已经完全满足微生物对有机物转化降解能力的需求。因此在冬季，如果存在曝气过度降低水温，可以通过减少曝气运行时间来提升水温。

速查4：二沉池内污泥分解

活性污泥在二沉池中长时间停留会出现的活性污泥的分解现象，这种情况会造成氨氮的再释放。活性污泥中细菌的细胞由碳和氮和磷组成的，当活性污泥沉淀到二沉池底部，底部活性污泥中的好氧细菌在长时间没有氧气的环境中时，活性污泥中的厌氧细菌就会繁殖分解。当细菌分解时，它们将活性污泥的微生物体内的氨氮重新释放回二沉池的水中。如果测量二沉池出水中的氨氮含量高于曝气池出水，则二沉池中的活性污泥可能存在分解现象。而厌氧环境通常会造成活性污泥变成黑色；因此，要检查二沉池表面是否有黑色块状污泥上浮，以及二沉池底部污泥层中是否存在腐化污泥。

关于二沉池内氨氮超标的情况可能的原因有：

来源1：二沉池普遍装有浮渣挡板，在曝气池产生的生物泡沫进入到二沉池后，这些生物泡沫会随着水流扩散，积聚在二沉池浮渣挡板后面。当浮渣挡板泡沫聚集时间长后，这些生物泡沫就可能开始厌氧分解，并从分解中的细菌细胞中释放氨氮。由于二沉池本身的功能是泥水分离，而不是为去除氨氮而设计的，因此这部分释放的氨氮通过二沉池的上清液进入后续的流程。解决方案：清洁浮渣挡板区域内堆积的生物泡沫。

来源2：如果曝气池中的生物泡沫产生过多，生物泡沫最终覆盖整个二沉池表面。这些生物泡沫往往呈棕色，并且通常与曝气池中的活性污泥浓度和进水有机负荷（低F / M比）相关，二沉池大量出现生物泡沫堆积在表面时，就需要解决生物池内的问题了。

来源3：二沉池内随着污泥层深度的增加，污泥在二沉池中的停留时间会加长，活性污泥中的微生物更有可能分解并释放微生物体内氨氮。由于氨氮是可溶的，它将释放到二沉池水中并通过二沉池的溢流堰板流入到后续构筑物内。因此过长的污泥沉淀时间，导致二沉池底部的污泥层中出现深色或黑色的层面，是活性污泥中的氨释放的视觉标志。

速查5：总碱度<100 mg / L。

如果曝气池出水的氨氮浓度>5mg / L，则曝气池中还有可能存在限制进水完全转化的条件，使硝化菌无法正常进行硝化反应。曝气池内的硝化细菌在好氧条件下将污水厂进水中的氨氮（NH3-N）转化为曝气池中的硝酸盐氮（NO3-N）。在硝化菌将氨氮转化为硝酸盐的过程中，硝化细菌也会产生酸。如果在硝化反应中生成的酸积累的足够多，会把曝气池的pH将降低，如果降到很低以后，大量的酸会最终抑制硝化过程，导致硝化反应停止，造成曝气池出水氨氮超标。

由于生活污水厂的进水中一般都在6~8之间，并且会偏在碱性范围内，保持在7.5左右，这部分的PH值可作为硝化细菌在硝化过程中产生酸的缓冲剂。如果进水中有足够的碱度，曝气池内的pH值会保持在硝化细菌的反应向右进行的所需范围内，并完成转化。但是在运行中，如果有工业偷排的废水进入到污水厂内，这部分废水的氨氮浓度远远高于生活污水，或流入的废水的本身的PH值就很低，这两种情况都可能导致曝气池内的pH降低并抑制硝化过程，造成曝气池出水氨氮超标。

测量曝气池出水中的总碱度可以使用各种快速的检测仪，或者通过实验室做法来进行。一般情况下，当曝气池的总碱度> 100 mg / L时，氨氮的硝化过程不会受到曝气池内的碱度限制，这种情况下，我们要继续根据流程图的指向去分析氨氮超标的其他可能原因。如果曝气池总碱度<100 mg / L，就说明碱度是可能的主要限制因素。

当然对碱度的监测仅仅一次或每天同一时间测量，这种监测方式并不能准确的说明曝气池内的碱度变化，为了得出总碱度的真实变化曲线，需要在厂内进行一周中不同日子和一天内不同时间的总碱度测量。监测总碱度（注意这里是总碱度，而不是我们日常化验室所做的pH值）对于预防氨氮出水超薄情况至关重要。因为当硝化过程中消耗碱度时，曝气池内pH将迅速下降，但是一旦检测到PH下降，说明硝化产生的酸已经富集，硝化反应已经停止，因此在氨氮的硝化反应中，检测总碱度的意义大于检测PH值。

速查6：曝气池的热量损失。

减少曝气池的热量损失为了防止曝气池水温过低导致硝化反应受到抑制，从前面的分析中，可以知道生物池内的过量的曝气容易导致冬季水温的损失，因此曝气池内的曝气量与所接收的有机负荷应当相互匹配，北方地区的中小型污水厂还会受到季节性流量变化影响，在冬季可能会出现明显的进水水量的下降。

如果冬季的进水量严重减少，工艺的调整是利用系统设计的双线运行的灵活性，将单条曝气池从工艺线路中超越掉，以满足曝气量和有机负荷的匹配。注意不要添加有机碳源以增加有机负荷来维持所有的曝气池的投用，因为我们花钱购买了有机碳源来喂养活性污泥中的细菌，然后再花钱（曝气风机的电费，污泥脱水的药剂费，电费）将其从污水中去除，这种方式毫无经济性。

减少热量损失的措施１：要精确的统计计算冬季低温下运行的有机负荷，并根据实际的运行负荷，合理的调控曝气风机的开启，满足曝气量和有机负荷匹配。过量的曝气将会造成曝气池内活性污泥和较冷的环境空气加大接触，造成温度交换致使水温下降。同时也会浪费更多的电力，因此在冬季水量减少导致有机负荷下降的情况下，要减少曝气时间周期以防止过度曝气。

减少热量损失的措施２：加盖。当较冷的环境空气与较温暖的曝气池内活性污泥表面接触时，来自曝气池内混合液的热量会流失到大气中。这种可以用防水布或其他类型的保温隔热材料覆盖在曝气池表面，防止这部分的热量流失。在极端寒冷的情况下，是要建设整体的厂房来保持构筑物的冬季防冻问题。

速查7：曝气池出水溶解氧DO<2 mg / L

如果曝气池出水氨氮浓度>５mg / L，前面的几项都满足的情况下，就要检查曝气池出口的溶解氧含量。硝化反应中，硝化细菌在整个曝气池将氨氮转化为硝酸盐的反应需要足够的DO。如果DO不足，则硝化过程就会受到抑制，曝气池出水氨氮可能>５mg / L。这个是需要在曝气池现场监测整个曝气池中的DO浓度，以确定是否是因为溶解氧DO不足导致硝化反应不完全的原因。曝气池内的DO浓度与进水的有机负荷，也就是进水的COD／BOD浓度密切相关。因此，如果要了解每天曝气池内实际的DO浓度的变化，需要在白天的不同时间，以及在一周内选择不同日期进行监测，通过多组的检测数据来判断和绘制每天的各个时段的溶解氧变化的情况。

曝气池上的在线DO仪可以帮助运行人员在较长时间内对曝气池环境中的DO浓度进行趋势分析，但是要注意保持DO探头的定期清洁和数据的校核。如果现场DO仪表没有设置或者数据不准确，就需要运行人员使用手持的便携式溶氧仪进行全天和一个星期内的定期进行测量曝气池出口处的溶解氧，根据这些数据来绘制DO曲线。测量曝气池内不同深度和位置的DO浓度可反映出曝气池内氧化条件的最佳总体情况。在实际的日常记录中，测量DO浓度的最关键位置是曝气池出水，这也是曝气池的DO值最高的位置。

溶解氧＜２mg/L的解决方案：增加曝气池的溶解氧浓度。在工艺调整中，增加鼓风机运行台数或者增加运行频率（变频），调整部分关闭的阀门的开启度，或者可能需要清洁曝气池底部的曝气装置（这个要根据实际的风压的变化来进行判断）。如果现场设备都已经不能满足的情况下，可以使用外部的附加的曝气设备以在必要时增加曝气能力，但是这种情况下就要及时考虑生物池的升级扩容工作了。

速查8：增加曝气池总碱度

将曝气池中的碱度提高到>100 mg / L。当测量曝气池出水的总碱度＜１００mg/L时，需要进行曝气池碱度的补充，一般可以采用投加片碱（氢氧化钠）等方式提高碱度。一般来说，硝化细菌将每毫克/升氨氮转化为硝酸盐的过程中需要7倍以上的碱度来平衡产生的酸。因此，在高浓度氨氮进水的情况下，曝气池内的碱度浓度变化的速度很快，并且需要立即进行调整。

使用一些化验方式可以快速的测定现场的总碱度。当总碱度降至<100 mg / L时，也就是进水中的碱性物质即将被硝化细菌产生的酸消耗完，这个时候，曝气池内的pH值会迅速从从碱性转为酸性，从大于７转为小于７。因此监测总碱度，并根据检测数值有效的补充碱度来保证硝化菌的正常反应，是氨氮超标检测中的重要的一个部分，而且检测碱度可以在氨氮超标之前，改善曝气池的硝化环境，从而预防出水氨氮的超标。

速查9：曝内气池混合液：离心机旋转后固体物质<2％。

如果曝气池出水氨氮浓度>5mg / L，则曝气池中存在着限制进水中的有机物被活性污泥中的微生物完全转化进入细菌细胞体内的条件。污水厂的污水的cBOD和氨氮是曝气池中活性污泥细菌细胞（生物质）的“食物”。因此在污水流出曝气池之前，活性污泥中的细菌必须将所有污水中的这些物质消耗或转化为新的细菌或无害的副产物。而当进水量增加时，曝气池中活性污泥中的生物量（细菌种群）就必须保证污水在曝气池停留时间段内，把氨氮完全硝化成为硝酸盐。

如何检测是否有足够的微生物的量呢？通过MLVSS可以检测，在实验室中也可以简单用离心机来估算曝气池中的生物量。由于活性污泥中的絮凝体由丝状菌形成骨架，并组织起来，在离心机的离心作用下，会将活性污泥絮凝体中的水分离心出去，最终剩下无机物和脱离水分的微生物，因此通过离心可以粗略的判断活性污泥中的生物量的多少。

在污水厂的日常运行管理中了解生物量的相对浓度及其变化趋势（增加/减少）比了解生物量的确切数量更为重要。因此在日常我们使用离心机可以在15分钟内确定生物质浓度的粗略数值，并且对于在日常的过程控制来说这个数据已经足够了。通过离心检测出的曝气池中生物质浓度的增加，表明曝气池可以处理进水更多的有机负荷CBOD或者氨氮。然而，当生物质浓度（由离心机确定）增加至4％以上时，过多的活性污泥中的微生物就会出现可以抑制或减慢的活性污泥的沉降速率。当发生这种情况时，二沉池内的污泥层就可能开始上升。如果没有及时进行调整，则污泥层可以上升到二沉池池的出水堰的位置，最终随着出水排出，并因此进入后续的处理构筑物，导致出水水质超标。

解决方案：如果曝气池中的氨氮浓度>5 mg / L，且通过离心机检测的固体物质＜2%，表明曝气池内的活性污泥中的生物量的浓度太低，则增加曝气池中的生物量浓度，工艺调整剩余污泥排放率来提高活性污泥的生物量。典型的曝气池混合液离心后的固体体积范围为2％至4％的范围内（各个污水厂可根据实际的进水中的SS含量进行数据积累确定这个范围值）。判断活性污泥中的生物量的浓度的趋势在过程控制决策中是非常有用的一个参数。在日常化验中，长期检测曝气池中的混合液的离心后固体含量，对于快速识别曝气池中的生物量的多少非常有用。

正文摘要: