在汙水處理過程中，會遇到各種各樣的汙水問題。例如：COD、氨氮、SS等指標不達標，汙泥膨脹、浮泥和活性微生物死亡等，因為汙水處理的原理都是相同的，所以汙水處理研究從開始基本上是以生活汙水作為研究藍本的，以下我們以生活汙水的為目標來總結運營過程中會遇到的問題。
進水水量與水質
進水水量
在我國，城市汙水處理廠進水水量不足的現象普遍存在，這種吃不飽的原因既有通常被提到的汙水收集管網建設滯後問題，也有設計能力超前的問題。這兩方面原因導致許多地方的汙水處理廠已經建成幾年仍不能滿負荷運行，有些汙水處理廠甚至只能抽取廠區周邊的河水進行處理，使得汙水處理工藝控制增加了難度，也增加了工程投資的成本，造成資產的閒置與浪費，無謂地過多消耗本來就已非常緊張的汙水處理資金。
相反，有的汙水處理廠存在長期超負荷運行狀態，例如某汙水處理廠一期工程規模為40萬m3/d，二期工程規模為24萬m3/d，但由於資金短缺而使二期工程建設滯後，一期實際處理量已達到52萬m3/d，處理出水水質有所下降。為此，合理確定汙水處理廠建設規模與分期，高效使用治汙資金，以及儘量提高汙水收集率，是實現汙水減排的前提。
進水水質
汙水收集管網不配套，雨汙合流制管網較普遍，管網管理不到位，致使進入城市汙水處理廠的進水中雨水、河道水和工業廢水的比例較大。
以下進水水質情況均不利於汙水處理廠的正常運行：
1.進水中BOD、COD含量比設計值低，而氮、磷等指標則等於或高於設計值，從而增加汙水脫氮除磷處理達標排放的難度;
2.工業廢水中的夾帶油汙或有毒物質對城市汙水處理廠的生物系統造成巨大影響，在極端情況下這些油汙或有毒物質會使整個生物系統癱瘓，微生物菌種死亡，整個汙水處理廠不得不重新培養活性汙泥;
3.進水水質偏高，供氧與汙泥脫水設備規格不能滿足汙水與汙泥處理要求。其中垃圾滲濾液引入給城市汙水處理廠運行所造成的影響需要給予足夠重視。
對於汙水收集與汙水處理能力不協調的問題，需要有關主管部門將城市排水管網和汙水處理廠建設納入城市建設近、遠期總體規劃，保證汙水收集系統與汙水處理廠同步或先行建設。同時做好新建汙水處理廠服務範圍內汙水水質調查，以合理確定設計進水水質。
出水水質
我國近年建設的城市汙水處理廠基本要求達到國家GB18918-2002中的一級B標準，在一些地區還有要求達到一級A標準。即使是原有已建項目，也在逐漸進行升級改造，以提高汙水減排效果。
根據規定的汙水處理排放標準要求，各城市汙水處理廠採用適合於本地進水水質等客觀條件的汙水處理工藝技術，並加強運營管理。然而，在汙水處理廠的實際運行管理過程中，仍會遇到一些來自不同方面的問題而導致處理出水水質不達標。
一、有機物超標
傳統活性汙泥工藝的主要功效是去除城市汙水中含有的有機汙染物質，設計與運行良好的活性汙泥工藝，出水BOD5和SS均可小於20mg/L。
影響有機物處理效果的因素主要有：
1.營養物
一般城市汙水中的氮磷等營養元素都能夠滿足微生物需要，且過剩很多。但工業廢水所佔比例較大時，應注意核算碳、氮、磷的比例是否滿足100:5:1。如果汙水中缺氮，通常可投加銨鹽。如果汙水中缺磷，通常可投加磷酸或磷酸鹽。
2.pH
城市汙水的pH值是呈中性，一般為6.5～7.5。pH值的微小降低可能是由於城市汙水輸送管道中的厭氧發酵。雨季時較大的pH降低往往是城市酸雨造成的，這種情況在合流制系統中尤為突出。pH的突然大幅度變化，不論是升高還是降低，通常都是由工業廢水的大量排入造成的。調節汙水pH值，通常來說是投加氫氧化鈉或硫酸，但這將大大增加汙水處理成本。
3.油脂
當汙水中油類物質含量較高時，會使曝氣設備的曝氣效率降低，如不增加曝氣量就會使處理效率降低，但增加曝氣量勢必增加汙水處理成本。另外，汙水中較高的油脂含量還會降低活性汙泥的沉降性能，嚴重時會成為汙泥膨脹的原因，導致出水SS超標。對油類物質含量較高的進水，需要在預處理段增加除油裝置。
4.溫度
溫度對活性汙泥工藝的影響是很廣泛的。首先，溫度會影響活性汙泥中微生物的活性，在冬季溫度較低時，如不採取調控措施，處理效果會下降。其次，溫度會影響二沉池的分離性能，例如溫度變化會使沉澱池產生異重流，導致短流;溫度降低會使活性汙泥由於粘度增大而降低沉降性能;溫度變化會影響曝氣系統的效率，夏季溫度升高時，會由於溶解氧飽和濃度的降低，而使充氧困難，導致曝氣效率的下降，並會使空氣密度降低，若要保證供氣量不變，則必須增大供氣量。
二、氨氮超標
汙水中氨氮的去除主要是在傳統活性汙泥法工藝基礎上採用硝化工藝，即採用延時曝氣，降低系統負荷。
導致出水氨氮超標的原因涉及許多方面，主要有：
1.汙泥負荷與汙泥齡
生物硝化屬低負荷工藝，F/M一般在0.05～0.15kgBOD/kgMLVSS˙d。負荷越低，硝化進行得越充分，NH3-N向NO3--N轉化的效率就越高。與低負荷相對應，生物硝化系統的SRT一般較長，因為硝化細菌世代周期較長，若生物系統的汙泥停留時間過短，即SRT過短，汙泥濃度較低時，硝化細菌就培養不起來，也就得不到硝化效果。SRT控制在多少，取決於溫度等因素。對於以脫氮為主要目的生物系統，通常SRT可取11～23d。
2.回流比
生物硝化系統的回流比一般較傳統活性汙泥工藝大，主要是因為生物硝化系統的活性汙泥混合液中已含有大量的硝酸鹽，若回流比太小，活性汙泥在二沉池的停留時間就較長，容易產生反硝化，導致汙泥上浮。通常回流比控制在50～100%。
3.水力停留時間
生物硝化曝氣池的水力停留時間也較活性汙泥工藝長，至少應在8h以上。這主要是因為硝化速率較有機汙染物的去除率低得多，因而需要更長的反應時間。
4.BOD5/TKN
TKN係指水中有機氮與氨氮之和，入流汙水中BOD5/TKN是影響硝化效果的一個重要因素。BOD5/TKN越大，活性汙泥中硝化細菌所佔的比例越小，硝化速率就越小，在同樣運行條件下硝化效率就越低;反之，BOD5/TKN越小，硝化效率越高。很多城市汙水處理廠的運行實踐發現，BOD5/TKN值最佳範圍為2～3左右。
5.硝化速率
生物硝化系統一個專門的工藝參數是硝化速率，係指單位重量的活性汙泥每天轉化的氨氮量。硝化速率的大小取決於活性汙泥中硝化細菌所佔的比例，溫度等很多因素，典型值為0.02gNH3-N/gMLVSS×d。
6.溶解氧
硝化細菌為專性好氧菌，無氧時即停止生命活動，且硝化細菌的攝氧速率較分解有機物的細菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化細菌將「爭奪」不到所需要的氧。因此，需保持生物池好氧區的溶解氧在2mg/L以上，特殊情況下溶解氧含量還需提高。
7.溫度
硝化細菌對溫度的變化也很敏感，當汙水溫度低於15℃時，硝化速率會明顯下降，當汙水溫度低於5℃時，其生理活動會完全停止。因此，冬季時汙水處理廠特別是北方地區的汙水處理廠出水氨氮超標的現象較為明顯。
8.pH
硝化細菌對pH反應很敏感，在pH為8～9的範圍內，其生物活性最強，當pH9.6時，硝化菌的生物活性將受到抑制並趨於停止。因此，應儘量控制生物硝化系統的混合液pH大於7.0。
三、總氮超標
汙水脫氮是在生物硝化工藝基礎上，增加生物反硝化工藝，其中反硝化工藝是指汙水中的硝酸鹽，在缺氧條件下，被微生物還原為氮氣的生化反應過程。
導致出水總氮超標的原因涉及許多方面，主要有：
1.汙泥負荷與汙泥齡
由於生物硝化是生物反硝化的前提，只有良好的硝化，才能獲得高效而穩定的的反硝化。因而，脫氮系統也必須採用低負荷或超低負荷，並採用高汙泥齡。
2.內、外回流比
生物反硝化系統外回流比較單純生物硝化系統要小些，這主要是入流汙水中氮絕大部分已被脫去，二沉池中NO3--N濃度不高。相對來說，二沉池由於反硝化導致汙泥上浮的危險性已很小。另一方面，反硝化系統汙泥沉速較快，在保證要求回流汙泥濃度的前提下，可以降低回流比，以方便延長汙水在曝氣池內的停留時間。
運行良好的汙水處理廠，外回流比可控制在50%以下。而內回流比一般控制在300～500%之間。
3.反硝化速率
反硝化速率係指單位活性汙泥每天反硝化的硝酸鹽量。反硝化速率與溫度等因素有關，典型值為0.06～0.07gNO3--N/gMLVSS×d。
4.缺氧區溶解氧
對反硝化來說，希望DO儘可能低，最好是零，這樣反硝化細菌可以「全力」進行反硝化，提高脫氮效率。但是從汙水處理廠的實際運營情況來看，要把缺氧區的DO控制在0.5mg/L以下，還是有困難的，因此也就影響了生物反硝化的過程，進而影響出水總氮指標。
5.BOD5/TKN
因為反硝化細菌是在分解有機物的過程中進行反硝化脫氮的，所以進入缺氧區的汙水中必須有充足的有機物，才能保證反硝化的順利進行。由於目前許多汙水處理廠配套管網建設滯後，進廠BOD5低於設計值，而氮、磷等指標則相當於或高於設計值，使得進水碳源無法滿足反硝化對碳源的需求，也導致了出水總氮超標的情況時有發生。
6.pH
反硝化細菌對pH變化不如硝化細菌敏感，在pH為6～9的範圍內，均能進行正常的生理代謝，但生物反硝化的最佳pH範圍為6.5～8.0。
7.溫度
反硝化細菌對溫度變化雖不如硝化細菌那麼敏感，但反硝化效果也會隨溫度變化而變化。溫度越高，反硝化速率越高，在30～35℃時，反硝化速率增至最大。當低於15℃時，反硝化速率將明顯降低，至5℃時，反硝化將趨於停止。因此，在冬季要保證脫氮效果，就必須增大SRT，提高汙泥濃度或增加投運池數。
四、總磷超標
城市汙水處理廠除磷主要是依靠生物除磷，即在好氧段前增加厭氧段，使聚磷菌交替處於厭氧和好氧狀態，實現磷酸鹽的釋放與吸收，並通過排放剩餘汙泥來達到除磷目的。另一方面，在生物除磷難以達標的條件下，還可以考慮投加化學藥劑來輔助除磷。化學除磷主要是通過混凝、沉澱和過濾等方法使磷成為不溶性的固體沉澱物，從汙水中分離出來。
導致生物除磷出水總磷超標的原因涉及許多方面，主要有：
1.汙泥負荷與汙泥齡
厭氧-好氧生物除磷工藝是一種高F/M低SRT系統。當F/M較高，SRT較低時，剩餘汙泥排放量也就較多。因而，在汙泥含磷量一定的條件下，除磷量也就越多，除磷效果越好。
對於以除磷為主要目的生物系統，通常F/M為0.4～0.7kgBOD5/kgMLSS×d，SRT為3.5～7d。但是，SRT也不能太低，必須以保證BOD5的有效去除為前提。
2.BOD5/TP
要保證除磷效果，應控制進入厭氧區的汙水中BOD5/TP大於20。由於聚磷酸菌屬不動菌屬，其生理活動較弱，只能攝取有機物中極易分解的部分。因此，進水中應保證BOD5的含量，確保聚磷酸菌正常的生理代謝。但許多城市汙水處理廠實際進水存在碳源偏低，氮、磷等濃度較高等現象，導致BOD5/TP值無法滿足生物除磷的需要，影響了生物除磷的效果。
3.溶解氧
厭氧區應保持嚴格厭氧狀態，即溶解氧低於0.2mg/L，此時聚磷菌才能進行磷的有效釋放，以保證後續處理效果。而好氧區的溶解氧需保持在2.0mg/L以上，聚磷菌才能有效吸磷。因此，對於厭氧區和好氧區溶解氧的控制不當，將會極大影響生物除磷的效果。另外，有些汙水處理廠的進水為河道水，汙水中溶解氧含量較高，若直接進入厭氧區，則不利於厭氧狀態的控制，影響了聚磷菌放磷效果。
4.回流比
厭氧-好氧除磷系統的的回流比不宜太低，應保持足夠的回流比，儘快將二沉池內的汙泥排出，防止聚磷菌在二沉池內遇到厭氧環境發生磷的釋放。在保證快速排泥的前提下，應儘量降低回流比，以免縮短汙泥在厭氧區的實際停留時間，影響磷的釋放。
在厭氧-好氧除磷系統中，若汙泥沉降性能良好，則回流比在50～70%範圍內，即可保證快速排泥。
5.水力停留時間
汙水在厭氧區的水力停留時間一般在1.5～2.0h的範圍內。停留時間太短，一是不能保證磷的有效釋放，二是汙泥中的兼性酸化菌不能充分地將汙水中的大分子有機物分解成低級脂肪酸，以供聚磷菌攝取，從而也影響了磷的釋放。
汙水在好氧區的停留時間一般在4～6h，這樣即可保證磷的充分吸收。
6.pH
低pH有利於磷的釋放，高pH有利於磷的吸收，而除磷效果是磷釋放和吸收的綜合。因此在生物除磷系統中，宜將混合液的pH控制在6.5～8.0的範圍內。
由於對出水總磷指標要求的不斷提高，除生物除磷外，化學除磷也得到越來越多地應用。但化學除磷在提高除磷效果的同時，也會因投加化學藥劑而使剩餘汙泥量大大增加，進而增加汙泥處理量與泥餅處置量。
實際中應根據實驗來確定化學藥劑的投加點與投加量，並及時調整，確保出水磷含量穩定達標，並儘可能降低藥耗。
五、懸浮物超標
出水中的懸浮物指標是否達標，主要取決於生物系統汙泥的質量是否良好、二沉池的沉澱效果以及汙水處理廠的工藝控制是否恰當。
二沉池出水懸浮物超標
二沉池工藝參數選擇
二沉池設計參數是否選擇恰當是出水懸浮固體指標會否超標的重要因素。許多城市汙水處理廠在設計之初，為節約建設成本，將水力停留時間大大縮短，並儘量提高其水力表面負荷，造成運行時二沉池經常出現翻泥現象，致使出水懸浮固體超標。
另外，某些汙水處理廠由於實際工藝調整需要，需將生物池汙泥濃度控制在較高的水平時，也會造成二沉池固體表面負荷過大，影響出水水質。因此，一般認為應對二沉池的這幾個工藝參數的設置留有較大的餘地，以利於汙水處理廠工藝的控制與調整。
一般來說，影響沉澱池沉澱效果的主要工藝參數為水力停留時間、水力表面負荷和汙泥通量。
二沉池水力停留時間
汙水在二沉池的水力停留時間長短，是二沉池運行的重要參數。只有足夠的停留時間，才能保證良好的絮凝效果，獲得較高的沉澱效率。因此，建議二沉池的水力停留時間設置在3～4h左右。
二沉池水力表面負荷
對於一座沉澱池來說，當進水量一定時，它所能去除的顆粒的大小也是一定的。在所能去除的這些顆粒中，最小的那個顆粒的沉速正好等於這座沉澱池的水力表面負荷。因此，水力表面負荷越小，所能去除的顆粒就越多，沉澱效率就越高，出水懸浮物的指標就越低。設計二沉池較小的水力表面負荷，有利於汙泥等懸浮固體的有效沉澱。一般建議二沉池的水力表面負荷控制在0.6～1.2m3/m2×h。
二沉池固體表面負荷
二沉池的固體表面負荷的大小，也是影響二沉池沉澱效果的重要因素。二沉池的固體表面負荷越小，汙泥在二沉池的濃縮效果越好。反之，則汙泥在二沉池的濃縮效果越差。過大的固體表面負荷會造成二沉池泥面過高，許多汙泥絮體來不及沉澱就隨汙水流出，影響出水懸浮物指標。一般二沉池固體表面負荷最大不宜超過150kgMLSS/m2×d。
活性汙泥質量
活性汙泥質量的好壞是影響出水懸浮物是否超標的重要因素。高質量的活性汙泥主要體現在四個方面：良好的吸附性能，較高的生物活性，良好的沉降性能以及良好的濃縮性能。
膠體狀態的汙染物首先必須被吸附到活性汙泥絮體上，並進一步被吸附到細菌表面附近才能被分解代謝，因而吸附性能較差的活性汙泥去除膠態汙染物質的能力也差。活性汙泥的生物活性係指汙泥絮體內的微生物分解代謝有機汙染物的能力，生物活性較差的活性汙泥去除有機汙染物的速度必然較慢。
只有沉降性能良好的活性汙泥才能在二沉池得以有效地進行泥水分離。反之，如果汙泥沉降性能惡化，分離效果必然降低，導致二沉池出水渾濁，SS超標，嚴重時還可能導致活性汙泥的大量流失，使系統內生物量不足，繼而又影響對有機汙染物的分解代謝效果。
只有活性汙泥具有良好的濃縮性能，才能在二沉池得到較高的排泥濃度。反之，如果濃縮性能較差，排泥濃度降低，就要保證足夠的回流汙泥量，提高回流比。但是，提高回流比會縮短汙水在曝氣池的實際停留時間，導致曝氣時間不足，影響處理效果。
進水SS/BOD5
生物系統活性汙泥中MLVSS比例與進水SS/BOD5有著很大的關係，當進水SS/BOD5高時，生物系統活性汙泥中MLVSS比例則低，反之則高。根據運行經驗來看，當SS/BOD在1以下時，MLVSS比例可以維持在50%以上，當SS/BOD5在5以上時，VSS比例將會下降到20～30%。當活性汙泥中MLVSS比例較低時，為了保證硝化效果系統就必須維持較高的泥齡，汙泥老化情況較明顯，導致出水SS超標。
有毒物質
入流汙水中含有強酸、強鹼或重金屬等有毒物質將會使活性汙泥中毒，失去處理功效，嚴重的甚至發生汙泥解體，造成汙泥無法沉澱，出水懸浮物超標。解決活性汙泥中毒問題的根本辦法就是加強對上遊汙染源的管理。
溫度
溫度對活性汙泥工藝的影響是很廣泛的。首先，溫度會影響活性汙泥中微生物的活性，冬季溫度較低時，如不採取調控措施，處理效果會下降。其次，溫度會影響二沉池的的分離功能。如溫度的變化會使二沉池產生異重流，導致短流現象發生;溫度降低時，會使活性汙泥由於黏度增大而降低沉降性能等。
泥餅含水率
目前，對於城市汙水處理廠汙泥考核的主要指標主要是泥餅含水率。
在我國，已經投入使用或在建的城市汙水處理廠，普遍採用活性汙泥法進行汙水處理，活性汙泥的汙泥齡設計較短，且設計中基本不設汙泥濃縮和汙泥消化設施，使得剩餘汙泥量大，汙泥中有機成分多，不易於脫水。因此，若要將泥餅含水率控制在80%以下，就需要加大PAM的投加量，從而使汙水處理成本提高。
為保證汙泥濃縮與脫水效果，在汙泥脫水絮凝劑的配製方面，絮凝藥劑的配製濃度應控制在0.1%～0.5%範圍內。濃度太低則投加溶液量大，配藥頻率增多;濃度過高容易造成藥劑粘度過高，可能導致攪拌不夠均勻，螺杆泵輸送藥液時阻力增大，容易加快設備損耗和管路堵塞。另外，不同批次和不同型號的絮凝劑比重差別較大，需根據實際情況定期或不定期地標定藥劑的配製濃度，適時調整藥劑的用量，保證汙泥脫水效果和減少藥劑浪費。同時，乾粉藥劑在儲存和使用過程中注意防潮防失效。
現在對汙泥含水率要求越來越高，汙泥幹化漸漸提上日程，汙泥幹化一般有晾曬、高溫幹化、投加石灰做添加劑等辦法，但是現在很多地方禁止投加石灰來降低含水率了，晾曬要求很大的空間而且臭氣無法預防，而高溫幹化耗能太高，所以目前只能從藥劑、脫水機、工藝來解決，目前比較先進的有高壓隔膜壓泥機、低溫幹化等等。
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