随着国家“大力发展乡镇经济，壮大县域整体实力”政策的实施，越来越多的化工企业选择搬迁至乡镇周边的工业园区，为乡镇污水处理带来了很大挑战。由于乡镇人口少、用水量较低，通常是将生活污水和工业废水混合后进行处理。而我国小城镇污水处理厂通常采用活性污泥法作为主体工艺，此工艺抗冲击能力弱，活性污泥易受到工业废水中有毒有害物质的影响。针对该类问题，除对污水厂进行升级改造增强抗冲击能力外，投加相应的化学药剂已成为一种有效的应急手段。
1、工程概况
河北省某县污水处理厂建成于2011年5月，分两期建设，主体采用“CASS+絮凝沉淀+纤维转盘过滤”处理工艺(如图1所示)，综合污(废)水处理能力为4×104m3/d，进水主要为全县居民的生活污水以及全县的制药、化工废水。
污水厂正常运行期间，出水水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。但由于某段时间内进水水质严重超标，导致污水厂受到冲击，CASS池内污泥活性受损。经过一段时间的调试，出水指标基本稳定，但氨氮和总氮浓度仍然无法达标。经检测，污泥硝化活性较低，分析其原因，认为是污泥中硝化细菌和反硝化细菌死亡所致。污水厂进水COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP浓度分别为125.3～205.5、57.6～99.5、109.5～175.3、13.8～29.4、23.7～50.8、1.58～4.11mg/L，平均值分别为165.4、78.6、142.4、21.6、37.2、2.10mg/L。出水浓度分别为39.4～46.9、7.2～8.9、6.5～8.9、18.5～26.7、20.9～46.2、0.27～0.39mg/L，平均值分别为43.2、8.1、7.7、23.8、32.4、0.33mg/L。
2、问题分析及解决思路
2.1 存在的问题
该污水处理厂已建一期、二期共8个CASS反应池，每个反应池的设计处理能力为5000m3/d。现今，由于部分设备损坏，已导致纤维转盘滤池无法正常运行。另外，由于某一阶段，县城内的制药、化工企业排水异常，使CASS池中的活性污泥受到严重冲击，部分出现污泥解絮现象，硝化、反硝化细菌基本全部失活，导致水中氨氮无法得到有效去除。
2.2 主要解决思路
主要解决思路有两种：①更换活性污泥。调取周边污水处理厂中活性较好的污泥对CASS池内的失活污泥按一定比例进行更换，同时进行新泥的培养、驯化。②投加化学药剂。在保证出水中其他指标和水质安全的前提下，结合污水厂的实际情况，投加可去除氨氮的化学药剂。两种思路相比，第1种方法可从根本上解决问题，但污泥的更换、培养均需较长时间。第2种方法可及时见效，但药剂费用过高，并且投加药剂不可作为污水处理厂的长期运行手段。通过协商，经当地政府相关部门准许，决定同时采取上述两种方法。在短期内临时投加化学药剂来保证污水处理厂的出水水质达标，同时更换并驯化生化池的活性污泥。投加药剂也可为污水厂生化池内污泥的培养、驯化争取充足的时间。
3、药剂选择和处理效果比较
3.1 药剂选择与配制
可投加的化学药剂从机理上分为两种：化学沉淀类和化学氧化类。其中，化学沉淀类药剂多应用于处理高浓度氨氮废水，并不适用于该污水厂。而化学氧化类药剂是利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法，其使用简单、反应迅速、去除效果好，是较理想的药剂种类。
化学氧化类药剂最常见的是次氯酸钠，在国内已经有很多学者对其应用进行了研究。但由于次氯酸钠本身不稳定，高温条件下极易分解，同时次氯酸钠的有效氯含量低，投加时需要较大剂量，这些特点使次氯酸钠的应用受到限制。
综合次氯酸钠的优缺点，决定采取自主配制药剂。自主配制的药剂成品呈白色粉末状，是将氰尿酸氯化后，再经一系列反应而生成的有机化合物，其溶解性好、稳定性强、有效氯含量高。将自主配制的药剂与市面上的主流药剂进行对比，分析各药剂的处理效果，从而为应用于实际生产提供参考。
3.2 药剂处理效果的比较
3.2.1 投加量对比
药剂的投加量不仅影响水中氨氮的去除效果，而且还涉及到污水厂的运行成本，直接关系到污水厂的经济效益。因此在保证氨氮达标排放的基础上优化药剂投加量是十分必要的。在该污水厂生化池出水的氨氮浓度为25.20mg/L的条件下，按不同质量比投加药剂，反应时间为15min，结果如图2所示。可知，随着药剂投加量的增加，氨氮浓度逐渐降低。当药剂投加量(质量分数)为0.025%时，自主配制的药剂可使水中氨氮浓度降至3.17mg/L，达到了一级A排放标准，而其他药剂的投加量至少要达到0.03%才可保证出水氨氮浓度达标。
折点加氯法除氨氮，理论上有效氯投加量Cl∶NH3-N=7.6(质量比)，但是经过计算，上述试验中Cl∶NH3-N≥9，大于理论值。岳楠等利用次氯酸钠处理氨氮废水，其研究结果表明有效氯投加量Cl∶NH3-N=8.6，同样大于理论值。这是因为水中可能有硫、锰、酚类等其他物质存在，增加了药剂的消耗，从而导致投加量增加。
3.2.2 反应时间对比
在保证出水氨氮达标排放的前提下，药剂氧化反应停留时间决定反应器容积，从而影响药剂应用和设备投资。在该污水厂生化池出水的氨氮浓度为23.85mg/L的条件下，为确保氨氮去除效果，统一投加0.035%的药剂，考察不同反应时间下氨氮的去除效果，结果如图3所示。可见，药剂对水中氨氮的氧化去除速度很快，在前5min氨氮浓度迅速下降，并在10min左右基本完成反应，此时投加自配药剂的水样中残留氨氮浓度为0.75mg/L。之后随时间的继续增加，水中氨氮浓度变化不大。在污水厂实际应用中，考虑到进水水量和水质的波动情况，建议将投加药剂后的反应时间定为10～15min。
3.2.3 对其他指标的影响
向污水厂生化池出水水样中投加0.035%的不同药剂，检测药剂投加前后主要水质指标的变化，结果见表1。可以看出，投加氧化药剂后，不仅可以大幅度降低水中氨氮浓度，还能略微降低COD浓度。虽然所投加的药剂均含有次氯酸成分，但由于投加量少，对出水pH值的影响不大，在排放许可范围内。同时，药剂的投加会导致水中硝态氮浓度升高，但总氮指标完全满足国家排放标准，并且不会对总磷指标造成影响。由此可见，投加氧化药剂去除氨氮是一种理想的短期应急手段。
3.2.4 药剂成本
投加药剂之所以无法成为污水处理厂去除氨氮的常规手段，除药剂本身潜在的危害之外，药剂成本也是一个重要原因。经调查，市面上出售的化学氧化类氨氮去除剂售价在13500～21600元/t，以该污水厂的处理水量为20000m3/d计，要使出水氨氮达标排放，仅药剂费用就达82200～98000元/d。而投加自主研制的药剂，由于其主要成分氰尿酸的>
4、实际应用效果
根据以上试验结果，在不额外增加土建的情况下，利用该污水处理厂的自身条件，决定将自主研制的氨氮去除剂投加在CASS池出水后、絮凝沉淀池前端。该污水厂的絮凝沉淀池采用三级絮凝，一级、二级、三级流速分别为0.12、0.09、0.06m/s，絮凝时间为15min。沉淀池采用斜管沉淀，沉淀时间为30min。氨氮去除剂的混合方式与投加PAC时一致，采用管道混合器来完成混合过程。如此，既可保证药剂与污水充分混合，又可保证足够的反应时间。此方案在该污水处理厂的实施效果显示，7d内出水氨氮浓度在2.55～3.25mg/L之间，总氮浓度在8.38～9.63mg/L之间。可见，投加自主研制的药剂后，出水氨氮和总氮浓度均可以达到国家一级A标准。
5、结论
河北省某县污水处理厂因进水水质严重超标而使得污泥活性严重受损，导致出水氨氮浓度居高不下。为此，决定在短期内采用投加氧化类药剂的方式来降低出水氨氮浓度，同时为生化池调试争取时间。对比市面上常见的氧化类氨氮去除剂，发现自主配制的以氰尿酸为主、经氯化后得到的有机化合物，无论在投加量、反应时间，还是对其他出水指标影响等方面均有很大优势，同时还可大大节约药剂成本。污水厂的实施效果显示，投加自主研制的药剂后，7d内出水氨氮浓度在2.55～3.25mg/L之间，总氮浓度在8.38～9.63mg/L之间，稳定达到了国家一级A标准。(>
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