前沿关注氨氮传感器在污水处理厂出水氨氮异常的控制中的应用

查看全部 · 发表于 2022-2-24 14:59:55

氨氮是水体中的营养素，可导致水体富营养化，是水体中的主要耗氧污染物。近年来，随着污水处理厂建设和运行规模的逐渐增加，污水处理厂俨然已是氮循环系统的重要组成部分，承担消减自然界中氨氮总量的重要任务。

一、污水厂处理氨氮的方法

目前，主要的降氨氮方法有生物硝化反硝化、折点加氯、气提吹脱和离子交换法等。以上方法会因氨氮浓度、再生问题、处理成本等原因而使其应用受到限制。目前，大型污水厂还是采用传统生物脱氮技术，主要包括A/O法和A2/O、氧化沟以及各种改进型SBR等生物处理法，在处理过程中，脱氮主要通过硝化、反硝化过程实现。

二、导致污水厂氨氮超标的因素

随着环保的日益严格，污水处理厂的稳定运行尤为重要。目前，污水厂脱氮主要通过硝化、反硝化过程实现，硝化细菌多为自养菌，增殖缓慢，世代周期长，对外界因素敏感，易受水质、水量冲击。一旦生化系统进水水质及水量发生大幅度变化，将对生物系统造成冲击，硝化细菌大量消失，很难自然恢复。通常导致污水处理厂氨氮超标的因素包括以下几个方面：

1. 进水浓度过高

高浓度进水COD、氨氮和有机氮均影响硝化系统氨氮处理效果。COD对硝化阶段的影响主要体现在异养细菌与硝化细菌对氧的竞争。当COD高时，它有利于异氧细菌的生长，异养细菌占主导地位，硝化细菌较少，导致硝化效果差。有机氮经过水解酸化后，可转化为氨氮，间接导致进水氨氮升高。过量的氨氮负荷对活性污泥系统产生巨大影响。此外，过高的氨氮会导致游离氨浓度增加，进而导致亚硝酸盐的积累。

2. COD与SS含量比例失调

受进水水质及系统设计的影响，初沉池沉淀不充分，无机质无法充分去除，致使活性污泥的有效成分偏低，实际有机污泥负荷偏高。SV30即使在正常范围内，但是无机物含量高，MLSS含量高，MLVSS/MLSS偏低，这种情况计算负荷有偏差，排泥量过大。此外，无机颗粒沉降于好氧区，易堵塞曝气头，影响曝气效果。

3. 温度影响

低温下，硝化细菌的繁殖速率降低，体内的酶活性被抑制，代谢速度缓慢。硝化速率一般低于15℃活性开始降低，当温度低于12℃时硝化反应速率显著下降，在污水温度小于8℃时，微生物菌胶团的硝化、反硝化活动受到明显抑制甚至停止。因此冬季容易造成氨氮处理能力下降。

4. 其它因素

此外，影响硝化作用的因素很多。例如，高pH值会影响微生物的正常生长，增加水中游离氨的浓度，抑制硝化细菌。硝化细菌对重金属、酚类和氰化物等有毒物质也特别敏感。因此，硝化细菌对水样的毒性试验可用于确定废水对硝化作用是否有抑制作用。

三、发现氨氮异常情况时的控制措施：
若主体生化处理单元，若出现 NH4-N有上升态势，针对不同的原因，可选择如下应急措施防止水质的进一步恶化。
1. 减小进水氨氮负荷
减少进水氨氮负荷，一是降低进水氨氮浓度，二是减少进水水量。由于该厂接纳部分化工废水，容易受氨氮（或有机氮）的冲击，因此在线仪显示有高浓度氨氮进入时需及时启用应急调节池，同时加大对排污企业的抽样监测力度，从源头控制进水氨氮浓度。减少进水水量是促进硝化菌恢复的强有效手段，但实际运行中，受调节池停留时间、外部管网外溢风险等制约，仅可实施几小时。平日需积累各泵站输送规律，合理调度争取减负时间。
2. 维持硝化必须的碱度量
氨氮的氧化过程消耗碱度，pH值下降，从而影响硝化的正常进行，因此溶液中必须有充足的碱度才能保证硝化的顺利进行。实验研究表明，当ALK/N《8.85时，碱度将影响硝化过程的进行，碱度增加，硝化速率增大。但当ALK/N≥9.19（碱度过量30）以后，继续增加碱度，硝化速率增加甚微，甚至会有所下降。过高的碱度会产生较高的pH值，反而会抑制硝化的进行。故控制ALK/N在8-10较为合理。在实际工程中，可向氧化沟内投加溶解完成的碳酸钠以提高碱度。
3. 合理控制氧浓度
氨氮氧化需要消耗溶解氧，但氧浓度并非越高越好。由氧气在水中的传质方程可知，液相主体中的DO浓度越高，氧的传质效率越低。综合考虑氧在水中的传质效率和微生物的硝化活性，调控好氧段的DO在2.5mg/L左右可以在不浪费能量的情况下最大限度地提高对氨氮的去除效率。
4. 投加消化促进剂
硝化促进剂是利用微生物营养与生理学方法进行合理配方，根据微生物营养生理及污水处理的共代谢原理，促进硝化细菌发生作用，提高污水处理的氨氮去除效率。笔者尝试在硝化效果减弱，氨氮逐步上升阶段投加，效果显著。但系统丧失硝化能力时投加，效果不明显，且该类产品往往价格昂贵，对处理大水量的系统实用性不强。
5. 其它工艺上的微调
①减少氧化沟排泥量。一是因为硝化菌世代周期长，较长的SRT有利于硝化菌的生长;二是硝化效果降低时，大量的硝化菌被流失，排泥会加速硝化菌的流失。
②增加氧化沟内、外回流。前者是为系统提供更长的好氧时间，有利于硝化菌的生长。后者一方面可维持生化单元相对较高的污泥浓度，提高系统的抗冲击能力;另一方面可降低进入氧化沟的氨氮浓度，进而减少高浓度氨氮或游离氨对硝化菌的抑制作用。
③加大取样化验分析频次，检验所采取的应急措施对出水水质的改善效果，否则应更换其他方法或多种方法联用，尽量缩短处理系统的恢复时间。

检测污水处理厂出水氨氮异常，工采网推荐美国ECD公司的氨氮传感器 – HYDRA NH4+-N，是由三电极系统采用喷雾清洁器。铵化铵(NH +- N)是主要的测量方法。钾离子和pH玻璃电极用于补偿NH4+信号。该传感器是防水的，其输入等级为ip68。

氨氮分析仪测定水中的氨氮(NH4+-N)的浓度，传感器使用三个电极来确定NH4+-N，浓度，铵离子电极，钾离子。电极和pH电极，它是为各种各样的水而设计的，典型的应用包括监测环境水、湖泊、溪流和水井以及在曝气池和废水中的废水处理。
铵离子电极提供了主要的测量方法，样品中任何钾离子都会产生正干扰，因为它的大小和铵离子的电荷量相同。钾离子电极测量样品中的钾离子含量，而HYDRA C22分析仪则从铵态测量中减去适当的信号量。
铵离子电极只测量铵离子(NH4+)而不是氨(NH3)，铵离子和氨共存于溶液中pH值相关的比例。酸性pH值越值有利于NH4+，更基本的值有利于溶解的氨气，NH3，pH电极测量pH值和HYDRA C22分析仪根据仪器中存储的pH值和NH4+浓度剖面计算总NH4+-N浓度。