缺氧池推流器故障導(dǎo)致氨氮超標(biāo) 是什么原因？
近日，南通市生態(tài)環(huán)境局公布了一起污水處理廠缺氧池推流器故障導(dǎo)致氨氮超標(biāo)的案例，加上生態(tài)環(huán)境損害賠償共處罰29萬余元！
缺氧池推流器故障導(dǎo)致氨氮超標(biāo)
2022年6月27日，南通市通州生態(tài)環(huán)境局接江蘇省污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警，顯示南通市通州區(qū)東沙污水處理有限公司出水口氨氮連續(xù)超標(biāo)。執(zhí)法人員隨即至該單位進行檢查，現(xiàn)場檢查時該單位正在運營，污水排放口正在排水，南通市通州生態(tài)環(huán)境局委托南通市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站對該單位污水排放口排放廢水進行采樣監(jiān)測。經(jīng)監(jiān)測，該單位污水排放口排放的廢水中氨氮指標(biāo)濃度為10.1mg/L，超過《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)限值的1.02倍。該單位污水排放口位于長江瀏海沙水道左側(cè)，橫港沙右邊灘-3米等深海附近，受納水體為Ⅲ類。
經(jīng)調(diào)查，南通市通州區(qū)東沙污水處理有限公司是工業(yè)廢水集中處理廠，主要負(fù)責(zé)江蘇恒科新材料有限公司預(yù)處理后的工業(yè)廢水和開沙島區(qū)域的生活廢水，進水量約為5000噸/天，處理工藝為原水-格柵-旋流沉砂池-均質(zhì)調(diào)節(jié)-水解酸化池-A2/O-二沉淀池-濾布濾池-次氯酸鈉消毒池-出水。2022年6月27日現(xiàn)場檢查時，該單位正常運營，污水處理設(shè)施正在運行，廢水總排口正在排放廢水。執(zhí)法人員現(xiàn)場調(diào)閱該單位出水口在線監(jiān)控記錄，發(fā)現(xiàn)氨氮數(shù)值自2022年6月26日16:00至2022年6月27日08:00連續(xù)超標(biāo)，最高值為12.93mg/L（6月27日00:00）。經(jīng)該單位現(xiàn)場工作人員排查，發(fā)現(xiàn)缺氧池內(nèi)推流器損壞，故造成出水口氨氮超標(biāo)預(yù)警?，F(xiàn)場委托南通市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站對排放廢水進行采樣監(jiān)測，經(jīng)監(jiān)測廢水中氨氮濃度超過《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)限值。經(jīng)后續(xù)調(diào)查，該單位于2022年6月27日12:00完成缺氧池內(nèi)推流器維修，出水口氨氮數(shù)值于2022年6月28日2:00恢復(fù)正常。
該單位超標(biāo)排放廢水的行為違反了《中華人民共和國水污染防治法》第十條規(guī)定。2022年9月19日，南通市通州生態(tài)環(huán)境局與該單位簽訂生態(tài)環(huán)境損害賠償協(xié)議，生態(tài)環(huán)境損害賠償金額為4.7743萬元。2022年10月10日，南通市生態(tài)環(huán)境局依據(jù)《中華人民共和國水污染防治法》第八十三條第二項之規(guī)定，處罰款人民幣24.3289萬元。
案例中氨氮超標(biāo)是什么原因？
缺氧池推流器故障導(dǎo)致氨氮異常，筆者之前也遇到過，主要是推流器故障導(dǎo)致污泥大量沉積，生化系統(tǒng)中MLSS急劇減少，從而導(dǎo)致污泥的泥齡降低，泥齡低于世代期，會導(dǎo)致硝化菌無法在系統(tǒng)中聚集，形成不了優(yōu)勢菌種，所以對應(yīng)的代謝物無法去除，氨氮超標(biāo)。
什么是污泥齡？
污泥泥齡（一般SRT表示）是指曝氣池中微生物細(xì)胞的平均停留時間。對于有回流的活性污泥法，污泥泥齡就是曝氣池全池污泥平均更新一次所需的時間（以天計）。一般常利用系統(tǒng)穩(wěn)定平衡運行時的池中的總泥量（MLSS×曝氣池體積）除每日排除的剩余污泥量（或每日進泥量）計算求得活性污泥的泥齡！
泥齡必須不短于所需利用的微生物的世代期（世代期是指微生物繁殖一代所需的時間），才能使該微生物在生化系統(tǒng)內(nèi)繁殖壯大。一般來說泥齡至少是細(xì)菌世代期的3-4倍。因脫氮要求較低負(fù)荷和較長泥齡，根據(jù)最新的室外給排水設(shè)計規(guī)范中，在單獨脫氮中，泥齡控制在11～23d，在需同時脫氮除磷時，綜合考慮泥齡的影響后，可取10～20d。
什么是世代期？
世代期，不同種類的微生物，具有不同的世代時間。所謂世代時間是指微生物繁殖一代所需的時間。如某種微生物群體以1000個繁殖成2000個需要2天的時間，則該種微生物的世代時間就是2天。如果某種微生物世代時間比活性污泥系統(tǒng)的泥齡長，則該類微生物在繁殖出下一代微生物之前，就被以剩余污泥的方式排走，該類微生物永遠(yuǎn)不會在系統(tǒng)中繁殖起來。反之，如果某種微生物的世代時間比活性污泥系統(tǒng)的泥齡短，則該微生物在被以剩余污泥的形式排走前可繁殖出下一代。因此這種微生物就能在系統(tǒng)中存活下來，并且呈增長趨勢。
分解有機污染物的絕大部分微生物，其世代時間都小于3天，因此只要控制污泥齡大于3天，這些微生物就能在活性污泥系統(tǒng)生存下來并得以繁殖，用于處理污水。而硝化桿菌的世代期一般為5天，因此要在活性污泥系統(tǒng)中培養(yǎng)出硝化桿菌，將NH3-N硝化成NO3-N,則必須控制SRT大于5天。而網(wǎng)上流傳最廣的一個回復(fù)中的硝化菌世代周期為5天左右，反硝化世代周期為15天左右的說法千萬不要信，已經(jīng)不是一位小伙伴問這個問題了，正確的說法是，反硝化3天左右，硝化5天左右！
另外，SRT直接決定著活性污泥系統(tǒng)中微生物的年齡大小。SRT較大時，年長的微生物也能在系統(tǒng)中存在，而SRT較小時，只有年輕的微生物存在，它們的祖輩、父輩早已被剩余污泥帶走。一般來說，年輕的微生物活性高，分解代謝有機污染物的能力強，但凝聚沉降性能較差，而年長的微生物可能已老化，分解代謝能力較差，但凝聚沉降性能較好。通過調(diào)節(jié)SRT,可以選擇合理的微生物年齡，使活性污泥既有較強的分解代謝能力，又有良好的沉降性能。傳統(tǒng)活性污泥工藝一般控制SRT在3?5天。
污泥齡的長短與污水處理效果的關(guān)系
一方面是泥齡越長，微生物在曝氣池中停留時間越長，微生物降解有機污染物的時間越長，對有機污染物降解越徹底，處理效果越好；
另一方面是泥齡長短對微生物種群有選擇性，因為不同種群的微生物有不同的世代周期，如果泥齡小于某種微生物的世代周期，這種微生物還來不及繁殖就排出池外，不可能在池中生存，為了培養(yǎng)繁殖所需要的某種微生物，選定的泥齡必須大于該種微生物的世代周期。最明顯的例子是硝化菌，它是產(chǎn)生硝化作用的微生物，它的世代周期較長，并要求好氧環(huán)境，所以在污水進行硝化時須有較長的好氧泥齡。
當(dāng)污水反硝化時，是反硝化菌在工作，反硝化菌需要缺氧環(huán)境，為了進行反硝化，就必須有缺氧段(區(qū)段或時段)，隨著反硝化氮量的增大，需要的反硝化菌越多，也就是缺氧段和缺氧泥齡要加長。
泥齡是根據(jù)理論同時又參照經(jīng)驗的累積確定的，按照處理要求和處理廠規(guī)模的不同而采用不同的泥齡，德國ATV標(biāo)準(zhǔn)中單級活性污泥工藝污水處理廠的最小泥齡數(shù)值見《德國標(biāo)準(zhǔn)中活性污泥工藝的最小泥齡表》。
《德國標(biāo)準(zhǔn)中活性污泥工藝的最小泥齡表》中對規(guī)模小的污水廠取大值，是考慮到小廠的進水水質(zhì)變化幅度大，運行工況變化幅度大，因而選用較大的安全系數(shù)。
無硝化污水處理廠的最小泥齡選擇4～5 d，是針對生活污水的水質(zhì)并使處理出水達到BOD=30 mg/L和SS=30 mg/L確定的，這是多年實踐經(jīng)驗的積累，就像污泥負(fù)荷的取值一樣。
有硝化的污水處理廠，泥齡必須大于硝化菌的世代周期，設(shè)計通常采用一個安全系數(shù)，以確保硝化作用的進行，其計算式為：
θc=F（1／μo）——（1）
式中
θc——滿足硝化要求的設(shè)計泥齡，d
F——安全系數(shù)，取值范圍2.0～3.0，通常取2.3
1/μo——硝化菌世代周期，d
μo——硝化菌比生長速率，d-1
μo=0.47×1.103(T-15)——（2）
式中
T——設(shè)計污水溫度，北方地區(qū)通常取10 ℃，南方地區(qū)可取11～12 ℃
代入式(2)得：
μo=0.47×1.103(10-15)=0.288/d
再代入式(1)得：
θc=2.3×1／0.288=7.99 d
計算所得數(shù)值與《德國標(biāo)準(zhǔn)中活性污泥工藝的最小泥齡表》中的數(shù)值相符，它的理論依據(jù)和經(jīng)驗積累具有普遍意義，并不隨水質(zhì)變化而改變，因此可以在我國設(shè)計中應(yīng)用。
在最新的《室外排水設(shè)計規(guī)范》2021年版中，對單獨脫氮工藝，最小泥齡為11d，單獨除磷工藝，最小泥齡為3.5d，而對于脫氮除磷工藝來說，最小泥齡為10天，與《德國標(biāo)準(zhǔn)中活性污泥工藝的最小泥齡表》相吻合！
泥齡的控制的手段
系統(tǒng)中總的污泥量MT包括曝氣池內(nèi)的污泥量Ma，二沉池內(nèi)的污泥量Mc和回流系統(tǒng)內(nèi)的污泥量MR，即：MT=Ma+Mc+M
當(dāng)污水處理廠用SRT控制排泥時，可僅考慮曝氣池內(nèi)的污泥量，即MT=Ma。則
如果從回流系統(tǒng)排泥，則剩余污泥排放量MW=RSS·QW。
式中
QW——每天排放的污泥體積量，m3；
RSS——回流污泥的濃度，mg/L；
Me——二沉池出水每天帶走的干污泥量，Me=SSe·Q；
SSe——二沉池出水的懸浮物；
Q——入流污水量。綜合上式，每天的排污泥量
綜合上式，每天的排污泥量
有人不考慮二沉池的水帶走的污泥量Me。實際上，這部分污泥量占排泥量的比例不容忽視，尤其當(dāng)出水SS超標(biāo)時，更不能忽略Me。
【例題】某污水處理廠將SRT控制在5天左右，該廠曝氣池容積Va為5000m3，試計算當(dāng)天回流污泥濃度RSS為4000mg/L，混合液濃度為2500mg/L，出水SSe為30mg/L，入流污水量Q為20000m3/d時，該廠每天應(yīng)排放的剩余污泥量。
解：將Q=20000m3/d，Va=5000m3，MLSS=2500mg/L，RSS=4000mg/L，SRT=5d代入式中，則每天應(yīng)排剩余污泥量
這種計算簡單，使用方便。適應(yīng)進水流量波動不大的情況。當(dāng)進水流量發(fā)生變動時，如果回流比保持恒定，則污泥量將在曝氣池和二沉池中隨水量的波動處于動態(tài)分配，此時的MT計算應(yīng)考慮二沉池內(nèi)的污泥量，即：
MT=Ma+Mc
泥齡SRT的計算公式為
Mc可用下式計算
式中 A——二沉池的表面積，m2（平方米，下同）；Hs——二沉池內(nèi)污泥層厚度，m。則每日排放剩余污泥量為
【例題】某廠曝氣池有效容積Va=5000m3，二沉池表面積為625m2（平方米），泥齡SRT=5天，試計算當(dāng)MLSS=2500mg/L，RSS=4000mg/L，二沉池內(nèi)污泥層厚度Hs=0.9m，進水流量Q=20000m3/d，出水SS=30mg/L時，該廠每天應(yīng)排放的排泥量?
解：將上述數(shù)據(jù)代入公式
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