楊青¹，甘樹應²，劉遂慶¹
( 1.同濟大學環境科學與工程學院，上海200092；2.上海市環境科學研究院，上海200235)

　　摘　要：分析了二沉池產生反硝化浮泥的影響因素和機理，提出了降低二沉池進水硝酸鹽濃度、增加設計池深、減少污泥停留時間、增加進水溶解氧濃度等避免措施。結合某含氮廢水處理工程探討了如何對沉淀池進行改造以避免浮泥現象的發生。
　　關鍵詞：二沉池；反硝化；浮泥現象
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)10-0068-03

　　二沉池內由反硝化引起的浮泥現象在城市污水處理廠和工業廢水處理站中普遍存在，其直接后果是增加了出水中的懸浮物含量，同時BOD、COD、TN、TP等指標的含量也相應增加，嚴重時還會造成污泥流失而使系統運行不穩定。

1　浮泥產生的影響因素

　　沉淀池底部的高固體濃度以及廢(污)水需在池內停留一定時間(缺氧條件)增加了反硝化產生氮氣的可能性。當氮氣的溶解度超過臨界值(一定水壓下的飽和濃度)時就會釋放出來。在泥水混合液向沉淀池底層壓縮沉淀的過程中，氮氣的飽和程度取決于水深(其增加會導致氮氣溶解度增加)和反硝化反應(使氮氣濃度增加)程度。在池中一定水深下，影響氮氣濃度的因素有許多，泥水混合液中的氮氣濃度達到臨界值將會增加浮泥出現的幾率。
1.1　氮氣的溶解度
　　氮氣在水中的溶解度取決于特定溫度、壓強下的氣液相平衡，隨著溫度的升高水中氮氣的飽和濃度將下降。在曝氣池中，氧氣的消耗導致氣相中的氮組分所占比例增加，這促使液相中的氮組分也增加，最終氣、液兩相中的氮組分達到平衡。
1.2　停留時間
　　沉淀池中的污泥濃度高而DO低，這極大地促進了反硝化的進行，且停留時間越長產生的氮氣越多。沉淀池的深度影響氮氣的飽和濃度(隨水深的增加飽和濃度相應增大)，因此沉淀池底部氮氣的飽和濃度最高。在出水排出沉淀池的過程中，隨著壓力的減小氮氣的飽和濃度將下降，這導致氮氣釋放出來而產生浮泥。
1.3　反硝化速率
　　沉淀池中的氮氣主要是由反硝化產生的，而反硝化速率主要取決于四個因素：沉淀池進水的硝酸鹽濃度、溫度、可利用的碳源、沉淀池中的污泥濃度。
?　　　　　rV=rx×x
　　式中?rV——單位體積的反硝化速率
?　　　　rx——微生物的反硝化速率，是溫度及可利用碳源的函數
?　　　　x——微生物濃度，是污泥濃度、沉淀池操作方式、SVI等的函數
　　對于有硝化工藝的活性污泥系統來說，到達沉淀池的碳源是緩慢降解的，因此反硝化速率相對較低。溫度對反硝化過程有重要的影響^［1］，隨著溫度的升高則內源碳的反硝化速率將大幅上升。
1.4　進水溶解氧濃度
　　氧氣對反硝化過程有抑制作用(O₂接受電子的能力遠遠高于NO₂^-和NO₃^-)，沉淀池進水中一定量的氧氣將延遲反硝化過程和抑制沉淀池中氮氣的產生。

2　避免二沉池浮泥的措施

2.1　優化運行
　　首先應盡可能地降低進入二沉池的硝酸鹽濃度，這可通過將硝化過程控制在低負荷下運行或設置缺氧池(單獨或合建)使反硝化在前序構筑物內完成來實現。另外，也可延長污泥齡以穩定污泥(降低活性部分)和可生化的有機質，從而降低沉淀池中的反硝化速率。
2.2 增加池深
　　溫度對不同池深處氮氣飽和濃度的影響見圖1。

　　由圖1可知，在水溫較低的情況下由沉淀池深度增加所引起的飽和濃度差異較顯著^［2］(深度為3.5m和5m時的飽和濃度相差近6mg/L)，但當水溫上升到20℃以上時，其濃度的差異顯著減小，在30℃時飽和濃度之差＜2mg/L。
　　隨著沉淀池深度的增加，氮氣的臨界飽和濃度也相應增加，但在溫度高時不足以抵消因水力停留時間延長而產生的那部分氮氣，反而更易產生浮泥，故只能適當增加設計池深。
2.3　減少污泥停留時間
　　溫度上升時反硝化速率上升是導致浮泥產生的主要原因。在不影響泥水分離效果的前提下，適當減少二沉池中的污泥停留時間以降低反硝化生成的氮氣量，有助于解決由反硝化引起的浮泥問題。
2.4 增加進水溶解氧濃度
　　沉淀池進水中一定量的氧氣將延遲反硝化過程，但氧氣對大部分反硝化細菌本身卻并不抑制，而且這些細菌呼吸鏈的一些成分甚至需要在有氧的情況下才能合成^［3］。當溫度＞20℃時，進水中的溶解氧(濃度很低)對反硝化過程的延遲極為有限，試驗中可投加H₂O₂作為氧源，但在工程上很難實現。
　　綜上所述，在溫度較低時采取增加二沉池池深、適當減少污泥停留時間及增加進水的溶解氧 濃度等措施來避免浮泥產生都是可行的，但當溫度高時這些措施收效甚微，其原因一方面是水中氮氣的飽和濃度明顯下降，另一方面是硝化細菌活躍而使得硝化作用加強，造成沉淀池進水硝態氮濃度升高。

3　工程實例

　　某集團在生產聚合切片過程中產生萃洗廢水3000m³/d，其主要污染物是己內酰胺且氨氮和有機氮的含量較高(總凱氏氮為120 mg/L左右)。該廢水采用前置反硝化的A/O工藝處理，出水回流比和污泥回流比均為1∶1，其流程見圖2。

　　沉淀池的進水量為9000m³/d，宜采用輻流式沉淀池，但刮泥機的維修保養復雜且投資費用大，而采用多斗豎流式沉淀池則可大大減小沉淀池的污泥斗深度，減少基建投資，同時使操作管理方便。沉淀池分兩組，每組4池獨立運行，沉淀時間為2.0h。
　　整個處理系統的出水NH₃-N為8～10mg/L，脫氮率為70%左右，但曝氣池出水(二沉池進水)的NO₃^-濃度依然較高(20mg/L左右)。池內發生的反硝化反應導致沉淀池表面出現大面積的浮泥，不僅出水不達標，而且污泥流失嚴重。
　　針對二沉池表面的浮泥現象，筆者對二沉池進行了改造并調整了運行工況：在二沉池的泥斗部分增設曝氣管，改二沉池為準SBR反應池，每組中的4個相對獨立的沉淀池輪流沉淀和曝氣，其改造后的運行工況見表1。
　　在二沉池的準SBR運行工況中，每池在曝氣后進行沉淀，處于曝氣工況的沉淀池不進行進水、排水和排泥等操作。通過此改造和調整，沉淀池的停留時間減小到原來的3/4。曝氣提高了混合液中溶解氧的濃度，有效地減少了沉淀池中的死角，對污泥的反硝化起到了很好的抑制作用，同時將反硝化產生的氮氣予以吹脫，降低了二沉池中氮氣的濃度，很好地解決了二沉池的表面浮泥問題。另外曝氣使水中的污染物進一步去除，提高了出水水質。改造前、后的出水水質變化見表2。

表1　改造后沉淀池的運行工況 沉淀池 2 h 2 h 2 h 2 h 1# 　 　 　 曝氣 2# 曝氣 　 　 　 3# 　 曝氣 　 　 4# 　 　 曝氣 　

表2　改造前、后出水水質變化　　　mg/L 項目 COD SS NH₃-N 改造前平均值 70 55 12 改造后平均值 40 10 11

4　結論

　　①氮氣的溶解度、水力停留時間、沉淀池的反硝化速率、進水中的溶解氧濃度等是二沉池產生反硝化浮泥的影響因素。
　　②采取降低二沉池進水硝酸鹽濃度、增加設計池深、減少污泥停留時間、增加進水溶解氧濃度等措施可避免浮泥現象的發生。?　③對沉淀池進行改造并按準SBR工藝運行，一方面避免了浮泥現象的發生，另一方面提高了出水的水質，具有推廣價值。

參考文獻：

　　［1］徐亞同.廢水中氮磷的處理［M］.上海：華東師范大學出版社,1994.
　　［2］Mongen Henze,Rene Dupont,Peter Grau,et al.Rising sludge in secondary settlers［J］.Water Research，1993，27(2):231-236.
　　［3］李鋒，朱南文，李樹平，等.有氧情況下同時硝化/反硝化的反應動力學模式［J］.中國給水排水,1999,15(6):58-60.

　　電　　話：(021)65987593?
　　E-mail:yangqing75@sina.com
　　收稿日期：2002-05-09