一种应对异常进出水水质的污水处理系统应急调控方法

摘要

一种应对异常进出水水质的污水处理系统应急调控方法，首先判断污水处理厂是否即将受到异常进水的冲击；其次判断出水水质指标是否属于异常出水；若检测某时段将有异常进水，根据不同的超标情况，调整运行工况；若检测某时段有异常出水，则启动应急药剂投加，及时改善处理效果。该方法依据污水厂异常进水，通过调节工艺控制参数降低进水冲击对污水处理系统的冲击，依据污水厂异常出水，通过投加应急药剂及时恢复系统功能的总体调整思路；充分利用在线监测数据，进行前馈和反馈的实时控制。投资少，可以有效应对进水冲击负荷，快速提升和恢复系统处理效果，最大限度地发挥污水处理设施的处理能力，提高达标率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对污水处理设施应对进水水质冲击及处理效果异常的应急调控方 法，属于污水处理技术领域。

背景技术

城镇污水处理厂是对进入城镇污水收集系统的污水进行净化处理的工厂，进入城镇污水 收集系统的污水包括城镇居民生活污水，机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施 排水，以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水等。目前根据来水水质及处理 要求的不同，污水处理厂处理工艺虽然略有差异，但一般都分为三级：1.一级处理(又称初级 处理)，处理对象是污水中的漂浮物和悬浮物，包括筛滤截留法（筛网、格栅过滤），重力分 离法（沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池等）；2.二级处理，以好氧生物代谢的方式去除污 水中污染物，使其各项指标达到要求：比如活性污泥法、生物膜法等；3.三级处理（又称深 度处理），弥补二级处理的欠缺，可使用化学、物理化学以及生物方法：比如中和法、人工湿 地法等。

现有城镇污水处理厂的运行统计结果显示，虽然绝大多数时间，污水厂出水水质指标能 够满足排放标准的要求，但一年中往往会有几次或更多频次出现水质恶化、不能满足排放标 准要求的状况，且水质一旦恶化，往往需要较长的恢复时间。

分析原因，一是由于随着城市的快速发展，城镇污水处理厂接纳污水的范围发生了变化， 部分地区工业废水比例增加，特别是一些企业较多的城镇，工业废水的比例往往超过50%以 上。这些工业废水在排入污水收集系统前先在企业内进行预处理以满足污水厂的接管要求， 因此这些废水虽然污染物浓度已大幅降低，但其水质与生活污水相比，通常具有生化性较差、 营养成分比例失调、无机盐含量较高等特点，且由于企业自身工艺生产的变化及污水处理设 施不正常运行，以及初期雨水引入等原因，造成进入污水厂的混合污水水质波动较大，甚至 含有对污水厂生物处理系统有毒害和抑制作用的物质，严重影响了污水处理厂的正常运行。

二是由于温度等外部环境的变化、工艺操作的失误以及污水处理设施故障导致的生物系 统失衡，造成出水水质恶化。

应对上述问题，现有研究大部分集中在通过对总进水口的在线监测判断来水是否异常， 并通过减少进水、设置事故池、优化工艺参数或通过放大曝气池容积等方面应对事故排水的 冲击，均没有涉及应对异常出水水质的应急处理和水质恢复问题。

CN102815788A公开了一种《CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法》，包括如 下步骤：根据安装在CASS工艺（周期循环活性污泥法，又称为循环活性污泥工艺，即在SBR （序批式间歇活性污泥法）池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水，污水处理 厂总进水口的在线检测，判断CASS反应池是否即将受到异常进水的冲击；若检测某时段有异 常进水进入CASS反应池，则根据进水流量调整处于或即将进入进水阶段的CASS反应池至所 能实现的最低的充水比（f）和最高的污泥回流比（R），以营造最大的缓冲能力；再根据异常 进水的水质特性控制处于或即将进入进水阶段的CASS反应池一个运行周期内进水、曝气、沉 淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平；若为正常情形，则按正常模式运行。 该方法仅对CASS工艺运行方法进行调整，对异常进水水质冲击的应急调控效果不理想，不能 及时恢复系统功能。

发明内容

针对现有城镇污水处理技术存在的不能很好的应急处理进水冲击负荷，以及水质恶化后 不能及时恢复的问题，本发明提供一种调控效果好、能够及时恢复污水处理系统功能的应对 异常进出水水质的污水处理系统应急调控方法。

本发明应对异常进出水水质的污水处理系统应急调控方法，包括如下步骤：

（1）首先，判断污水处理厂是否即将受到异常进水的冲击（即检测某时段是否有高有机 浓度、高含氮污水或有毒害作用的污水流入污水处理厂）；所述异常进水是指进水的COD（有 机物）或KN（凯氏氮）浓度连续4小时及以上的时间超过设计进水指标20%以上、pH值小于 5.5或大于10以及有毒害作用的污染物（含有重金属等）超标；

（2）其次，判断出水水质指标是否属于异常出水，所述异常出水是指出水COD（有机物）、 NH₃-N（氨氮）或TN（总氮）浓度超过设计出水指标或日均值升高幅度超过15%；

（3）若检测某时段将有异常进水（高有机浓度、高含氮污水或有毒害作用的污水进入污 水处理厂），根据不同的超标情况，调整运行工况，具体控制措施如下表所示：

异常情况 应急措施 进水COD异常 增大曝气量和污泥回流量，控制进水量 进水KN异常 增大曝气量、污泥回流量和混合液回流量，控制进水量 进水pH值异常 投加酸碱调整pH值，控制进水量 进水有毒物质超标 控制进水量

在上述应急措施中，按照进水COD和KN污染负荷的增加量确定增加的曝气量，增加的曝 气量(m³/min)=0.3*进水增加的COD量(kg/小时)+1.2*进水增加的KN量(kg/小时)，具体通过 DO的检测值进行控制；按照进水COD和KN污染负荷的增加量确定污泥回流量，增加的污泥 回流量(m³/h)=设计污泥回流量(m³/小时)*(进水COD浓度增加值/设计COD浓度+进水KN浓度/ 设计KN浓度)；按照进水KN浓度增加量确定混合液回流量，增加的混合液回流量(m³/小时)= 设计混合液回流量*进水KN浓度增加值/设计KN浓度；按照进水pH值的变化确定酸碱投加量， 将进水pH值控制在6-9；但当进水COD或TN浓度连续4小时及以上超标40%以上，或pH值 小于5或大于10.5，或由于有毒污染物超标导致系统处理效果下降时，应在不破坏污水处理 系统处理能力的前提下控制进水量；

（4）若检测某时段有异常出水，则启动应急药剂投加，及时改善处理效果，具体控制措 施如下表所示：

异常情况 应急措施 出水COD异常 投加活性炭和生物菌剂Ⅰ 出水氨氮异常 投加生物菌剂Ⅱ 出水TN异常 投加生物菌剂Ⅲ

其中，生物菌剂Ⅰ是光合细菌、酵母菌、醋酸杆菌、枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌按数 量比例1:2:1:2:1的混合物，有效菌≥50亿/毫升；生物菌剂Ⅱ是硝酸菌和亚硝酸菌按数量 比例3:1～5:1的混合物，有效菌≥30亿/毫升；生物菌剂Ⅲ是假单胞菌、土壤杆菌、产碱杆 菌和脱氮硫杆菌按数量比例3:2:1:1的混合物，有效菌≥30亿/毫升；

在上述措施中，活性炭采用连续投加的方式，投加时间等于废水在曝气池内的停留时间； 每小时投加量（kg）=0.004*COD超标值(mg/l)*每小时进水量(m³)，具体投加量根据出水指标 适时调整；

生物菌的种类和投加量按照出水异常指标确定；当COD超标时，投加生物菌剂Ⅰ，投加 总量（kg）=0.0012*COD超标值(mg/l)*一天的进水量(m³)，连续投加时间3-5天；当氨氮异 常时，投加生物菌剂Ⅱ，投加总量（kg）=0.0025*氨氮超标值(mg/l)*一天的进水量(m³)，连 续投加时间3-5天；当氨氮正常但总氮超标时，投加生物菌剂Ⅲ，投加总量（kg）=0.0015* 总氮超标值(mg/l)*一天的进水量(m³)，连续投加时间3-5天；具体投加量按照超标浓度和要 求的系统恢复时间确定。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明提出依据污水厂异常进水，通过调节工艺控制参数降低进水冲击对污水处理 系统的冲击，依据污水厂异常出水，通过投加应急药剂及时恢复系统功能的总体调整思路； 充分利用pH、DO、MLSS、COD、NH₃-N等在线监测数据，进行前馈和反馈的实时控制。

（2）基于进水冲击的特性（高COD、高KN、酸碱废水、含有毒有害物质）和效应分析的 结论，系统地提出了控制进水、曝气、混合液和污泥回流等具体措施；同时也根据出水水质 特性（出水COD、氨氮、TN的异常指标），提出了投加各种应急药剂的具体措施。

（3）本发明在污水处理厂现有设施的基础上，仅增加应急药剂制备和投加装置，投资少， 但能提高系统的抗冲击负荷能力，当出水异常时能尽快恢复处理效率，而进水异常等因素对 出水达标排放的干扰是污水处理厂普遍面临的生产问题，因此本发明提出的方法具有很强的 可推广性和实用性，可在城镇污水处理厂中进行推广。

综上，本发明提供的应急运行方法和模式，可以有效应对进水冲击负荷，快速提升和恢 复系统处理效果。以调整工艺参数应对来水变化，以投加应急药剂应对出水水质异常为核心， 在效应分析的基础上依托前馈-反馈控制有效地进行调控，改变了现有设计一味增大系统保险 系数或单一的通过减少进水应对冲击负荷的的操作模式。在调整曝气量、污泥回流量、混合 液回流量、系统pH值和进水量等方面针对进水冲击特性进行调整，可充分利用生化反应池的 缓冲和处理能力，降低水质冲击对生物系统的破坏性影响；采用投加应急药剂提高系统处理 效果和环境耐受力，加快系统恢复速度，最大限度地发挥污水处理设施的处理能力，提高达 标率。

附图说明

图1是本发明应对异常进出水水质的污水处理系统应急调控方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种应对异常进出水水质的污水处理系统应急调控方法，是针对城镇污水 处理厂进水异常和出水异常，提出的相应的应急调控运行及系统恢复模式。具体如图1所示， 包括如下步骤：

（1）首先，根据安装在污水处理厂总进水口的在线检测仪监测的数据，判断污水处理厂 是否即将受到异常进水的冲击（即检测某时段是否有高有机浓度、高含氮污水或有毒害作用 的污水流入污水处理厂）；所述异常进水是指进水的COD（有机物）或KN（凯氏氮）浓度连 续4小时及以上的时间超过设计进水指标20%以上、pH值小于5.5或大于10以及有毒害作用 的污染物（含有重金属等）超标；

（2）其次，根据安装在污水处理厂总出水口的在线检测仪监测的数据，判断出水水质指 标是否属于异常出水，所述异常出水是指出水COD（有机物）、NH₃-N（氨氮）或TN（总氮） 浓度超过设计出水指标或日均值升高幅度超过15%；

（3）若检测某时段将有异常进水（高有机浓度、高含氮污水或有毒害作用的污水进入污 水处理厂），根据不同的超标情况，调整运行工况，具体控制措施如下表所示：

异常情况 应急措施 进水COD异常 增大曝气量和污泥回流量，控制进水量 进水KN异常 增大曝气量、污泥回流量和混合液回流量，控制进水量 进水pH值异常 投加酸碱调整pH值，控制进水量 进水有毒物质超标 控制进水量

在上述措施中，按照进水COD和KN污染负荷的增加量确定增加的曝气量，增加的曝气量 (m³/min)=0.3*进水增加的COD量(kg/h)+1.2*进水增加的KN量(kg/h)，具体通过DO的检测 值进行控制；按照进水COD和KN污染负荷的增加量确定污泥回流量，增加的污泥回流量 (m³/h)=设计污泥回流量(m³/h)*(进水COD浓度增加值/设计COD浓度+进水KN浓度/设计KN浓 度)；按照进水KN浓度增加量确定混合液回流量，增加的混合液回流量(m³/h)=设计混合液回 流量*进水KN浓度增加值/设计KN浓度；按照进水pH值的变化确定酸碱投加量，将进水pH 值控制在6-9；但当进水COD或TN浓度连续4小时及以上超标40%以上，或pH值小于5或 大于10.5，或由于有毒污染物超标导致系统处理效果下降时，应在不破坏污水处理系统处理 能力的前提下控制进水量；

（4）若检测某时段有异常出水，则启动应急药剂投加，及时改善处理效果，具体控制措 施如下表所示：

异常情况 应急措施 出水COD异常 投加活性炭和生物菌剂Ⅰ 出水氨氮异常 投加生物菌剂Ⅱ 出水TN异常 投加生物菌剂Ⅲ

其中，生物菌剂Ⅰ是经筛选和驯化出的光合细菌、酵母菌、醋酸杆菌、枯草芽孢杆菌和 巨大芽孢杆菌的混合物（光合细菌、酵母菌、醋酸杆菌、枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的数 量比例是1:2:1:2:1），有效菌≥50亿/毫升；生物菌剂Ⅱ是硝酸菌和亚硝酸菌的混合物（硝 酸菌和亚硝酸菌的数量比例是3:1～5:1），有效菌≥30亿/毫升；生物菌剂Ⅲ是假单胞菌、 土壤杆菌、产碱杆菌和脱氮硫杆菌的混合物（假单胞菌、土壤杆菌、产碱杆菌和脱氮硫杆菌 的数量比例是3:2:1:1），有效菌≥30亿/毫升；

在上述措施中，活性炭采用连续投加的方式，投加时间等于废水在曝气池内的停留时间； 投加量（kg/h）=0.004*COD超标值(mg/l)*进水量(m³/h)，具体投加量根据出水指标适时调整；

生物菌的种类按照出水异常指标确定；当COD超标时，投加生物菌剂Ⅰ（该菌剂能够分 解脂肪酸、表面活性剂、碳氢化合物、酚类化合物、酮以及不易分解的有机物），投加总量 （kg）=0.0012*COD超标值(mg/l)*一天的进水量(m³)，连续投加时间3-5天；当氨氮异常时， 投加生物菌剂Ⅱ，硝化速率≥500mg/kg.h，投加总量（kg）=0.0025*氨氮超标值(mg/l)*一天 的进水量(m³)，连续投加时间3-5天；当氨氮正常但总氮超标时，投加生物菌剂Ⅲ，投加总 量（kg）=0.0015*总氮超标值(mg/l)*一天的进水量(m³)，连续投加时间3-5天。

例如，采用处理能力为20m³/d的中试实验装置，进水为某城镇污水处理厂的沉砂池出水， 设计有机负荷0.06-1.2kgBOD₅/kgMLSS·d，A/O池总停留时间16h，污泥回流比可调范围 30-100%，消化液回流比可调范围150-300%，系统配置了流量、溶解氧(DO)、氧化还原电位 (ORP)、pH值和氨氮(NH₃-N)在线检测仪，通过PLC系统进行自动控制，调控的手段有污泥 回流比R、混合液回流比、曝气强度。

利用沉砂池出水和人工配置的污水进水混合以模拟各类冲击负荷对污水厂的冲击，通过 5组实验获得的运行结果如下。

（1）高有机浓度进水冲击进水条件下（进水COD浓度为对比值的1.4倍），采用应急调 控模式一（即提高曝气量确保曝气池DO大于等于2mg/L，同时将污泥回流比由60%提高到 80%），可以保证COD出水达标，应急调控出水可以达到排放标准，去除率从86.9%增至90.6%。

（2）高KN浓度进水冲击进水条件下（进水KN浓度为对比值的1.4倍），采用应急调控 模式二（即提高曝气量确保曝气池DO大于等于2mg/l，同时将污泥回流比由60%提高到80%， 混合液回流比由150%提高到210%），可以保证TN出水达标，应急调控出水可以达到排放标 准，去除率从57.1%增至69.4%。

（3）pH异常进水冲击条件下，采用应急调控模式三，即通过投加酸碱药剂，可将进水 pH控制在6-9的范围内，从而不影响系统处理效果。

（4）有毒物质超标时，采用应急调控模式四，即进水量由原先的20m³/d降低为10m³/d， 系统出水能够满足标准要求。

系统出水COD超标(超标10mg/l)的情况下，采用应急调控模式五，即通过投加粉末活性 炭和生物菌剂Ⅰ，系统能够迅速恢复出水水质指标，去除率从83.3%增至92.3%。投加方式： 同时投加活性炭和生物菌剂，其中活性炭连续投加时间16小时，菌剂连续投加时间3天；活 性炭投加量35g/h，生物菌剂投加总量0.25kg；活性炭投加位置为二沉池进水管，生物菌剂 投加位置为A/O曝气池进水管。系统投加活性炭的目的是吸附水中未被生物降解的COD，同 时能够将微生物菌富集到活性炭颗粒表面，迅速满足出水水质的要求，投加生物菌剂的目的 是尽快恢复和提高系统生物活性，确保微生物系统长期稳定运行。

系统出水氨氮超标的情况下，采用应急调控模式六，即通过投加生物菌均剂Ⅱ的方法迅 速恢复出水水质指标。投加方式：当氨氮超标(超标5mg/l)时，生物菌剂投加总量0.25kg， 连续投加时间3天，投加位置为A/O曝气池的O段进口，系统去除率从81.5%增至96.5%。

当只有总氮超标(超标5mg/l)时，投加生物菌剂Ⅲ，投加总量0.15kg，连续投加时间3 天，投加位置为A/O曝气池进水管，系统去除率从45.5%增至77.7%。

本发明是一种新的运行调控方法，用来应对城镇污水处理厂进出水的波动，以保证在超 出设计进水水质一定范围内的情况下系统仍能保持良好的运行状况，达到排放要求；当污水 厂出水出现异常或出水不达标时，也能迅速调整运行状态，恢复系统出水水质。

应对来水冲击主要采用调控运行控制参数的方法，以降低冲击负荷对系统的影响。由于 降低进水量会直接影响污水厂的处理水量，因此应对进水冲击负荷应首先采用调控曝气量、 污泥回流比和混合液回流比等措施降低对系统处理效果的影响，只有当来水含有有毒物质或 冲击负荷引起系统异常出水时，可考虑降低进水量的调控措施。

应对出水异常往往是在调控运行控制参数仍不能满足出水要求的情况下发生的，因此应 在调控运行参数的基础上，针对出水指标异常情况采用投加菌剂或粉末活性炭等措施。

本发明可用于解决城镇污水厂应对进水冲击和出水异常的调控措施缺乏针对性，同时没 能充分利用现有常规调控手段的最大效能的缺陷，提供一种综合的应急调控方法，有利于现 有城镇处理厂稳定运行，提高污水厂达标率。