工业污水处理厂生化出水氨氮周年变化及原因分析

3 讨论

通过对现有 A/O 工艺进水水质分析，发现进水中NH₄⁺-N浓度、重金属浓度、阴离子浓度均显著低于抑制硝化能力的阈值，均不是冬春季影响硝化的重要因素。进一步的相关小试试验表明，好氧池污泥浓度、DO 也不是造成冬春季节生化出水的原因。

即使流量最低时（2017 年 1 月），此时对应的水力停留时间最长，但生化出水NH₄⁺-N浓度仍没有降低，因此实际中，在温度较低的冬季，即使减小处理流量，也不能满足生化出水NH₄⁺-N达到排水要求。

生化出水NH₄⁺-N浓度在 2016 年 11 月仍能勉强达标，但此时最低气温已降至 6℃左右，在 11 月20 日后仅 6 天，生化出水NH₄⁺-N浓度就达到15mg/L 以上。这种现象一直持续到 2017 年 6 月 4日，此时最低气温已达 20℃左右，仅 1 天后生化出水NH₄⁺-N浓度突然降低，此后（至本研究时间内的 8 月底）生化出水NH₄⁺-N浓度一直保持稳定达标状态（图 3）。

由此可见，在连续监测约 550 天内，生化出水 NH 4 + -N 浓度呈现出显著的季节性变化。在温度较高的夏秋季，有毒有机物存在的情况下，生化系统仍能有效去除NH₄⁺-N，但在冬春季节生化系统却不能有效去除NH₄⁺-N。

从 550 天NH₄⁺-N出水可以看出，在不改变现有操作条件下，每年 12月至来年 6 月均需对生化尾水进行进一步处理，以达到排放标准。

对 2016 年 7 月（26.9℃±2.23℃）、8 月（25.7℃±0.67℃）、10月（15.5℃±0.97℃）及2017年3月（4.6℃±1.64℃）、5 月（14.3℃±2.36℃）、7 月（24.5℃±1.43℃）连续 5～10 日的进出水氨氮进行分析，可以看出在温度较为接近的 7 月、8 月NH₄⁺-N去除率并无多大差别[图 6(a)]。

10 月温度与 8 月相差10℃，但NH₄⁺-N的去除率与 8 月无显著差异[图6(a)]，与温度从 20℃骤降至 10℃时硝化速率会降低 58%相矛盾 。2017 年的 3、5 月，NH₄⁺-N均无显著去除，但此时温度相差近 10℃，与已有研究结果温度升高，NH₄⁺-N去除效果逐渐升高的现象也不吻合。

温度相同的 10 月和 5 月，即使10 月进水NH₄⁺-N浓度较 5 月高，但去除效果却呈现出显著的不同[图 6(a)]。这与气温和进水水质两者均不断变化有关（图 3、图 4），整个生化系统处于动态变化过程中，进而与实验室结果呈现出显著的不同。

根据不同月份气温和实际NH₄⁺-N去除率的关系，进行概念化作图[图 6(b)、(c)]。可见，该工业污水厂在温度逐渐上升时，硝化能力并没有迅速上升，而是在达到阈值 T 1 后，整个系统的硝化能力得到大幅度提升，之后基本保持稳定，随后温度下降并没有导致硝化能力有较大变化，而是在到达另一个阈值 T 2 后，硝化能力迅速下降[图 6(c)]。

而温度具有显著的周年变化（图 4），因此该工业污水处理厂生化出水NH₄⁺-N呈现出显著的周年变化。对照出水NH₄⁺-N浓度和最低气温[图 4 和图 6(b)]，可知该工业污水厂，T 1 和 T 2 的值分别为 19～21℃、3～5℃。

与实际运行相比，小试试验中投加了葡萄糖，通常在A/O工艺中往A池中加入优质碳源是为了促进反硝化的进行 ，小试试验缺氧前后 COD 平均降低了 73.78mg/L（未列出），同时还投加了 0mg/L的葡萄糖，即可用于反硝化的 COD 约 124mg/L。

按理论值计算，用于反硝化可去除 44mg/L 的NO₃^–-N，但在此试验中并未观察到反硝化的发生。可能与此时 A 池中含有低 DO 有关，使其部分满足亚硝化的条件，进而出现低浓度的NO₂^–-N累积，同时NO₃^–-N 浓度也大幅增加。

在 O 池中未被转化的NH₄⁺-N和 A 池产生的 NO₂^–-N 迅速转化为NO₃^–-N，同时 COD 也有小幅度降低。减小回流比后 A 池中 DO 进一步降低，氮素变化同未减小回流时基本相似。在小试试验中 A 池和 O 池中 NH₄⁺-N和 COD 均同步降低，表明可能存在异养硝化作用。

在小试试验中投加葡萄糖较未投加有显著的硝化效果提高，可能是葡萄糖添加促进了能降解有毒物质的细菌生长 ，使有毒有机物在 A 池中发生部分共代谢作用 ，减小了对硝化细菌的抑制作用，从而促进对 NH₄⁺-N 的转化。因此有毒有机物有可能是抑制 O 池冬春季硝化能力的另一个原因。

污水厂 O 池 DO 长期保持 1～2mg/L，但小试试验在有葡萄糖加入时，O 池 DO 达 8mg/L，因此在实际运行时，加入葡萄糖运行是否与该小试结果相似，值得进一步研究。同时实际工业污水处理中硝化菌的群落变化是否存在显著的季节变化及夏秋季是否存在同步硝化反硝化、厌氧氨氧化等转化途径，还需进一步研究。

4 结论

（1）尽管化学工业园区进水呈现一定波动性，但生化出水氨氮浓度呈现出显著的季节规律，在温度较高的夏秋季，生化处理能够使氨氮稳定达标；冬春季仅靠生化处理难以使氨氮达标，需进行进一步处理。

（2）通过对工艺流程的相关水质数据和小试试验的进一步分析，表明进水 pH、氨氮浓度、阴离子浓度、重金属离子浓度、好氧池污泥浓度、溶解氧浓度均不是影响冬春季该工业污水厂生化出水氨氮不达标的原因。

（3）温度显著影响该工业污水厂生化出水氨氮浓度，且存在两个明显不同的阈值。在夏初最低气温逐渐升高至 21～23℃后，仅靠生化处理就可以使氨氮稳定达标，在冬初当地最低气温度降至 3～5℃时，生化出水中氨氮浓度迅速升高并超出排放限值。

（4）小试试验表明，在温度较低时节，投加葡萄糖至水解出水中，可以有效提高氨氮的生化去除效果。

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