市政污水厂工艺优化运行管理（五十五）

市政污水厂工艺优化运行管理（五十五）

污水处理厂中生化工艺主要是围绕有机物（COD/BOD）、营养物质（N、P）、悬浮物SS的去除来进行的，公众号通过多篇文章详细的讨论了生化工艺针对不同的污染物去除的优化工艺措施，这些措施的实施可以从不同的污染物组成对污水厂的生化工艺进行优化。污水厂现阶段仍以活性污泥法为核心，在实际的运行过程中，污水厂普遍存在的进水水质水量波动大、碳源不足、季节化影响、污泥性状不稳定等问题，除去这些工艺问题，对于不能稳定保障的支付情况，能耗、药耗和人工费用占据主要部分的运营成本也成为在工艺优化中逐渐突出的管理问题。在污水厂中对生化处理段采取可实践的、多维度的综合优化管理方案是保障达标排放的合规要求，更是实现节能降耗、降低运营成本、提升系统韧性和可持续发展的关键。

    但是污水厂的活性污泥的生化系统对污染物去除是一个复杂的综合系统作用，除去本身微生物体系的复杂性以外，还有复杂和多变的进水水质、水量，以及厂内设施设备的管理造成的复杂运行环境，因此对于污水厂的运维人员来说，如何采取适合的优化措施，尽可能照顾到更多的方面，并在复杂的边界条件中找到最佳的优化措施，是日常工作中最为困难的，这一周我们简略的讨论一下，污水厂运维人员如何采取优化措施管理复杂的工艺现场。

    一、首先是污水厂运维管理人员进行工艺优化之前，必须要掌握核心的工艺原理，作为基础掌握的内容，工艺人员不能超越活性污泥核心的工艺原理进行优化措施的实施，在整个系列文章中，对活性污泥法的核心工艺原理都做了详细的介绍，大家可以回看之前的文章，进行相关内容的了解。简要的说明活性污泥就是在好氧段，活性污泥中的微生物利用有机物作为碳源和能源进行新陈代谢，将有机污染物转化为二氧化碳和水，同时合成新的细胞物质。在好氧段，氨氮(NH4 ?N)被硝化菌氧化成亚硝酸盐(NO2-和硝酸盐(NO3?)（硝化作用）；在缺氧段，反硝化菌利用硝酸盐作为电子受体，将硝酸盐还原为氮气(N2)逸出（反硝化作用）。生物除磷利用聚磷菌（PAOs）在厌氧和好氧条件下的交替作用。在厌氧段，聚磷菌释放细胞内的磷，同时吸收易降解有机物（如挥发性脂肪酸VFA）；在好氧段，它们会过量吸收污水中的磷，将其储存在细胞内，最终通过排放剩余污泥来实现除磷。悬浮颗粒SS主要通过生物絮凝作用，活性污泥中的微生物互相聚集形成菌胶团，吸附和包裹悬浮颗粒，最终通过二沉池的沉淀作用去除。

    二、接下来是从对活性污泥从宏观的参数进行控制。从核心的去除原理来看，活性污泥的运行是复杂的机理综合作用的结果，而工作人员对活性污泥的优化控制，需要对以下关键参数进行精细化调控，以确保污染物去除的协同增效。这些参数包括污泥龄（SRT），水力停留时间（HRT），溶解氧（DO），C/N/P之间的平衡等等。

（1）为了实现完全的硝化，需要足够长的SRT（通常 >5?8天），以保证生长缓慢的硝化菌有足够的时间繁殖。但SRT过长（通常>15天）会导致丝状菌过度繁殖引起污泥膨胀，并可能导致生物除磷效果下降，因为聚磷菌的世代时间较短，长SRT会使它们在微生物群落中的优势度降低。在调整SRT期间还要确保HRT足够长，以提供微生物完成降解、硝化、反硝化和聚磷所需的时间。操作人员需要明确HRT和SRT在工艺控制中的平衡关系，以确保污染物在足够的HRT下，获取活性污泥充足的SRT，并在除磷脱氮中得到平衡和优化。

（2）在生化系统中溶解氧（DO）浓度的控制是最关键也最需要平衡的参数。在不同的阶段需要控制不同的溶解氧来实现复杂的工艺目标的实现：好氧段为了有效去除COD和进行硝化，DO需维持在2.0?4.0mg/L。DO过低会影响有机物降解和硝化效率；DO过高则会导致不必要的能耗，并抑制好氧段的聚磷菌过量吸磷能力，因为DO过高会促进硝化作用，而硝酸盐会抑制聚磷菌的厌氧释磷。缺氧段的DO需严格控制在<0.5mg/L，最好接近零。如果DO过高，反硝化菌会优先利用溶解氧而不是硝酸盐，导致脱氮效果急剧下降。厌氧段的DO必须严格控制在0.2mg/L以下，以保证聚磷菌在无氧环境下充分释放磷。

（3）碳氮磷（C/N/P）比例的调控是生物脱氮除磷的关键。C/N比的控制，在反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源（COD）作为电子供体。当进水COD浓度较低时，C/N比不足会严重影响脱氮效果。此时，操作人员需要通过投加外部碳源（如甲醇、乙酸钠等）来补充碳源，以确保反硝化作用的顺利进行。而C/P比为了保障生物除磷效果，需要有足够的易降解有机物供聚磷菌在厌氧段利用。

    污水厂运维管理人员通过上述的几个指标，最终落实到实际操作中，需要和更精细的指标结合在一起，比如污泥浓度，挥发性污泥浓度，曝气池内温度，内外回流比等等一系列参数等，这些的控制又贯穿到整个工艺流程中，污水进水预处理，生化曝气和回流，剩余污泥排放，污泥脱水等等一系列工艺控制中，最终实现优化控制。但是在实施优化控制中，往往受到外界的因素影响较多，导致实施过程中，失去控制目标，导致优化混乱，这需要污水厂运行管理人员对优化措施逐级分解，明确优化的目标和过程步骤，实现优化措施的精准实施。

    三、充分利用自动化控制设备，也是工艺优化的重要途径之一。现代污水处理厂的优化管理已不再依赖于纯粹的人工经验，人工经验的主观性和缺乏继承性导致人工经验逐步退出，充分利用自控系统，调用自动化和在线监测技术辅助工艺优化的决策成为未来工艺优化的重要手段。

 

（1）在线监测系统的应用，通过在线监测系统可以实时获取关键水质参数，为精确控制提供数据支持。一些关键的监测探头实现了多方面的优化控制：溶解氧（DO）探头是目前主流的荧光法DO探头维护量低，响应快，是曝气控制的核心。氨氮（NH4 ?N) 传感器是离子选择电极法（ISE）传感器可以实时监测氨氮浓度，用于指导硝化反应的进程。硝酸盐（NO3?）/总氮（TN）分析仪等高精度分析仪可以提供实时数据，为投加碳源和优化除磷提供依据。

(2)自动化控制与智能控制系统，曝气控制：基于在线DO探头和氨氮探头，采用恒定DO控制或氨氮反馈控制策略，动态调整曝气量。当氨氮浓度升高时，系统自动增加曝气量以强化硝化；当氨氮达标后，系统降低曝气量以节约能耗。回流控制：通过内外回流设置的流量计来精确控制内回流（NO3?回流至缺氧段）和外回流（污泥回流），来平衡脱氮和除磷的效果。智能加药：基于在线C/N比或硝酸盐浓度的实时数据，智能控制系统可以自动调节外部碳源的投加量，做到按需投加，避免浪费。

四、最后是针对突发事件的应对优化。污水厂的进水负荷（水量和水质）因生活规律、工业排放和气候变化而呈现出快速波动和长期变化的动态特性 。这种负荷冲击会破坏生化系统的稳定，导致出水水质恶化。污水厂针对异常进水的管理应从“应急”转向“预防”，建立全流程的抗冲击预案。前端预处理： 强化预处理是应对冲击的第一道防线。设置调节池（均衡池）是平衡进水水质和水量的基本措施。这可以有效降低后续生化处理的负荷波动，尤其对于进水可生化性较差的工业废水。系统内调节：厌氧水解池和污泥回流系统可以作为缓冲，增强系统抗冲击能力。通过适当的污泥回流，可以稀释高浓度进水，并增大进水流量，改善反应池内的水力状况。全流程控制：更为先进的策略是将整个污水处理厂和市政管网视为一个动态系统进行统筹管理。通过建立预测模型，可以提前预警，在冲击到来之前就调整提升泵站、初沉池和生化池的运行参数，从被动响应转变为主动防御。

 

污水处理厂操作人员在实施优化措施时，应将基本原理、关键参数的动态平衡、自动化技术的应用和对突发问题的应对相结合，形成一个以稳定出水为核心，兼顾能耗和运行成本的综合管理体系。污水处理厂生化处理工艺段的综合优化管理措施。成功的优化管理不再是单一参数的被动调整，而是一个系统性、精细化和智能化的过程。其核心在于以下几个方面：

1.动态平衡：认识到HRT、SRT、DO、碳源等关键参数之间的协同作用和内在矛盾，并根据实际进水水质和出水标准进行动态、灵活的调整。

2.技术升级：利用可靠的在线监测技术，从“经验管理”走向“数据驱动”的决策模式。

3.智能控制：引入以 DCS/PLC 为核心的自动化系统，实现精准曝气、智能加药等单元控制，并最终向全流程统筹控制发展。

4.预防为主：建立健全的负荷冲击应急预案，通过前端调节和系统内调控增强系统韧性。

5.生物学基础：深入理解活性污泥中各类微生物的生理特性，可以提供比传统化学方法更经济、更高效的解决方案。

随着大数据和人工智能向传统行业的不断渗透，未来的污水处理厂将逐步向“智慧工厂”演进。未来的污水厂将是数据驱动、自适应、自调节的系统，能够在最复杂的运行环境下，以最低的能耗和成本实现最高的处理效率，从而为城市水环境的可持续发展提供坚实的保障,同时也会是生化系统工艺优化的更高的阶段。