本文2024年3月1日首发于公众号：“胖先生的水处理日记”，如果您想提前学习更多有趣有料的水处理知识，欢迎搜索关注（本号只引流不回复，要想进一步交流请移步公众号）！
今天一大早，某位粉丝给胖哥发了一张图片，并询问胖哥这个题目该如何解答。
粉丝拍照的角度不太好，直接看图片有点费劲，胖哥又誊抄了下，题目如下所述。
七、附加题（共1题，共20分）
某厂设计规模16万吨/天，出水执行浙江省清洁排放标准，生反池采用 AAO顺置工艺。3月30日，出水总氨波动明显。厂部生产运行科针对该情况开展了全流程分析，结果如下表所示，请核算厌缺氧段硝态氮的去除量，分析沿程的变化情况，从图中提取有效信息，并给出调整建议。
看完这个题目后，不知道您各位都有什么感想。
反正胖哥我是觉得，这个题目的题干别看字数不多，但却比较复杂，而且非常贴合实践。
说实话，要是粉丝不说，我还以为这是哪个污水厂的运营出了总氮超标的问题，然后故意找人白嫖解决方案来了......
好了，咱就不调侃出题人了。
接下来咱大家伙就一块来分析下这道题目，看看您各位都有思路没。
这里给您各位10min的思考时间。
思考完毕后，胖哥希望您各位如实填写下面的投票，让我看看咱的粉丝中有到底多少水处理高手。
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关于以上这个题目，你有解答思路吗？ 单选
一点思路都没有，根本不知道从何下手
90票56.96%
略微有点思路，但10min时间无法解答
46票29.11%
有思路，且能够在10min内分析出问题所在
22票13.92%
咱们先捋一捋这个污水处理厂的工艺流程，我画了个简图，如下所示。
▲工艺流程简图
首先，题目中已经给出了两个回流量，也即内回流量Q1=6144m³/h，外回流量Q2=3690m³/h，又知该系统每小时进水量Q3=6150m³/h。
所以内回流比R1=6144÷6150×100%≈100%，外回流比R2=3690÷6150×100%=60%，总回流比R=100%+60%=160%。
根据公式η=R÷（1+R）可知该系统的理论最高总氮去除率η=1.6÷（1+1.6）×100%=61.54%。
又已知生化系统的进水，也即沉砂池出水中氨氮=18.2mg/L，则该系统理论出水总氮值最低为18.2×（1-0.6154）=7mg/L。
题目中已经说明，该污水处理厂执行的排放标准为浙江省清洁排放标准，我查了查，浙江省生态环境厅2018年发布了一个《关于推进城镇污水处理厂清洁排放标准技术改造的指导意见》政策解读。
▲浙江省生态环境厅相关政策页面截图
其中明确说明，对新建城镇污水处理厂总氮指标日均值按照10（12）mg/L要求实施，括号内为11月至次年3月控制要求。
对改（扩）建城镇污水处理厂总氮指标日均值按照12（15）mg/L要求实施，括号内为11月至次年3月控制要求。
因为粉丝也没说该污水厂到底是个什么情况，咱就按照最严格的标准来看吧，也即TN≤10mg/L。
而咱们根据已有的回流系统推算出来的最终出水总氮值为7mg/L，明显是能够达标的，所以可以排除是因为回流倍数不够引起的总氮去除率下降的因素。
说到这，肯定会有粉丝反驳我说：
“不对啊胖哥，你计算出水总氮时用的是水中氨氮值，而并非总氮值啊，要是带入20mg/L的总氮值的话，出水总氮最低应为20×（1-0.6154）=7.7mg/L才对！”
说到这个，又不得不提一嘴前置脱氮和后置脱氮工艺的区别了。
正常的生活污水中，总氮成分中绝大多数都是凯氏氮，而几乎没有硝态氮，所以脱除总氮的过程，依照先后顺序，一般分为三个阶段：
氨化、硝化和反硝化。
至于氨化作用，主要是把有机氮通过厌氧、缺氧或者好氧作用转化为无机氨氮，如果某种废水中的凯氏氮全部都是由氨氮组成的，那么就不用考虑氨化作用。
经过氨化作用后，相当于废水中的总氮全部都是氨氮了，而传统的硝化反硝化工艺脱氮中，是无法直接把氨氮转化为氮气的。
所以还需要硝化细菌把氨氮转化为硝酸盐，然后再利用反硝化菌把硝酸盐转化为氮气，实现脱氮的效果。
所以正常的脱氮工艺，应该为后置反硝化，也即OA工艺。
但大家都知道，好氧硝化的有机负荷很低，所以要想发生硝化反应，必须得先让化能异养菌们把水中有机物代谢掉。
但好死不死的，反硝化单元中的反硝化菌，又得需要有机物作为电子供体，所以你还得在A池里面额外补充有机物，才能有效脱氮。
这就造成了有机物的浪费，从而导致水处理成本升高。
为了解决这个问题，有聪明人就发明了前置反硝化工艺，也即AO工艺。
这个工艺让废水先进A池，利用原水中的有机物作为碳源，去满足反硝化菌的需求。
但原水中并没有硝态氮啊，有机物再多又有什么用？
也好办，把O池硝化产生的硝态氮往回打，这样就能解决硝态氮的问题了。
不过您可别忘了，O池出水再怎么往回打，那也得有产水才行，而那部分产水中的硝态氮，可就没有机会经过反硝化脱氮了，只能外排。
所以前置反硝化AO工艺，实际上就是一个稀释进水中氨氮的过程，因为O池最终外排出去的硝态氮的值，就等于A池被稀释后的氨氮的值！
这下您就懂了吧，原来在AO系统中，最终影响出水总氮的关键因素，从来就不是硝态氮，而是氨氮。
所以在用η=R÷（1+R）这个公式求最终出水总氮时，我才带的原水的氨氮值，而并非包括了硝态氮的总氮值。
当然了，一般情况下，生活污水处理厂的进水中，硝态氮含量非常低，就算以进水总氮计算，结果也并没有太大差别。
就像本题中，用原水氨氮计算出水总氮的值为7mg/L，用原水总氮计算出水总氮的值为7.7mg/L，仅仅增加了0.7mg/L，并且对最终小于10mg/L的排放标准来说，差别不大。
说完了这个点，咱们继续分析下一个因素，就是溶解氧。
通过表2数据来看，厌氧池的平均溶解氧为0.14mg/L，正常。
缺氧池的平均溶解氧为0.38mg/L，但缺氧池2、3中的溶解氧分别为0.64mg/L和0.59mg/L，略微高于0.5mg/L的标准。
这是因为内回流中携带的高溶解氧导致的（8.92mg/L），所以建议适当优化好氧池中的曝气措施，降低好氧池末段溶解氧含量。
那位说了：
“胖哥，我不觉得是溶解氧的问题，毕竟就算是2、3段偏高，整体的平均值也是低于0.5mg/L的，完全满足缺氧条件！”
对，但是也不对。
我为什么这么说呢？
如果你单纯从溶解氧这一个因素上区考虑的话，当然是正确的。
但如果你再结合其余的因素一起分析的话，这就不对了。
那么到底是哪个因素，放大了溶解氧对反硝化单元的杀伤效果呢？
是C/N，也即缺氧池内的碳源！
说到这，可能又有人持怀疑态度了：
“不对啊胖哥，你看缺氧池1、2、3、4内的COD值分别为42.8mg/L、36.7mg/L、28.1mg/L和21.0mg/L。”
“而四个缺氧池对应的硝态氮值分别为6.39mg/L、6.36mg/L、6.16mg/L和5.06mg/L。”
“也即四个缺氧池对应的C/N分别为6.7、5.8、4.6和4.2，均大于4，怎么看都不像是缺乏碳源的样子！”
如果你也是这么想的，那么恭喜你，又犯了只看单个因素而忽略了整体关联的错误！
这次你忽略的是COD和溶解氧两部分。
先来看COD。
要知道反硝化需要的碳源，虽然我们时长以COD当量来指代，但实际上并非所有COD都能被反硝化菌所利用。
反硝化菌能利用的那部分有机物，必须是可生物降解的才行。
就好比这个案例中，你看缺氧池1的COD是42.8mg/L，但直到好氧池最终出水了，COD都还有21.0mg/L。
这说明，在缺氧池里面能够被利用的COD，最多只有42.8-21.0=21.8mg/L。
按照这个原则，我们再重新计算下四个缺氧池中的C/N，分别为3.3、2.5、1.2、0。
此时，你还敢说缺氧池里面的碳源够用吗？
不仅如此，就算缺氧池中仅剩的那点可供微生物利用的COD，也并没有全部用到反硝化上。
这就涉及到溶解氧了。
已知进入缺氧池1的水，有2股，其一是厌氧池2出水，其二为好氧池回流水。
厌氧池水量为1.6Q，溶解氧为0.11mg/L，内回流水量为Q，溶解氧为8.92mg/L，则刚刚进入缺氧池1的水的平均溶解氧为（8.92+0.11×1.6）÷2.6=3.5mg/L。
要知道1mg/L的溶解氧，基本上就能去除1mg/L的COD，所以在缺氧池1中，实际上被好氧消耗掉的COD差不多还得有将近4mg/L。
也即缺氧池1中可供反硝化菌利用的COD，实际上只有42.8-4-21.0=17.8mg/L，C/N仅为2.8mg/L。
看见没，就算不考虑任何实际因素，仅以反硝化脱氮的最基本化学方程式来看，这个C/N也是不太够的。
所以关于本题的答案即将揭晓：
“导致出水总氮超标的原因，在于缺氧池缺乏碳源，而采取的对策，自然也是补碳源。”
当然了，除了补碳源外，我还建议适当降低好氧池曝气强度，降低内回流携带的溶解氧量。
可别小瞧这个措施，要知道这个案例中的污水厂，每天的处理量足有15万吨，每吨多消耗4mg/L的COD，就相当于每天多投加3吨25%浓度的乙酸钠溶液，小一万块钱了，每年累积下来，绝对是一个非常恐怖的数字。
这就是积沙成塔效应，不可不防。
最后，咱们再核算下厌缺量段硝态氮的去除量。
关于这点，我准备从两方面说。
首先是运行正常时。
根据水量水质平衡分析可知，当该AAO工艺运行正常时，厌氧池的进水分为两部分：原水+回流污泥。
其中原水，也就是沉砂池出水，硝态氮含量是1.29mg/L，污泥回流混合液中的硝态氮含量是7mg/L。
那么在功能正常的厌氧池中，每天的硝态氮的总去除量计算如下：
NOx-N=（6150×24×1.29+3690×24×7）÷1000=810.324kg/d
而缺氧池的进水也是两部分：厌氧池出水+内回流进水。
而功能正常的AAO系统中，厌氧池出水中硝态氮含量为0mg/L，好氧池内回流水中硝态氮为7mg/L，因此此时缺氧池中去除的硝态氮总量计算如下：
NOx-N=6144×24×7÷1000=1032.192kg/d
因此在功能正常的AO系统中，厌氧+缺氧两个单元内硝态氮去除量=810.324+1032.192=1842.514kg/d。
再来说说现阶段功能不正常时，厌氧和缺氧单元内的硝态氮去除量。
同理，厌氧池的进水分为两部分：原水+回流污泥，缺氧池的进水也分为两部分，即厌氧出水+好氧池内回流水。
其中原水，也就是沉砂池出水，硝态氮含量是1.29mg/L，污泥回流混合液中的硝态氮含量是10.06mg/L，好氧池内回流水的硝态氮含量是11.27mg/L
那么此时的厌氧和缺氧池中，每天的硝态氮的总去除量计算如下：
（1）生反池厌氧1池内去除NOx-N=[6150×24×1.29+3690×24×10.06-（6150+3690）×24×3.11]÷1000=346.86kg/d；
（2）生反池厌氧2池去除NOx-N=（6150+3690）×24×（3.11-3.33）÷1000=-51.96kg/d；
（3）生反池缺氧1池内去除NOx-N=[（6150+3690）×24×3.33+6144×11.27-（6150+3690+6144）×6.39]÷1000=753.52kg/d；
（4）生反池缺氧2池内去除NOx-N=（6150+3690+6144）×（6.39-6.36）÷1000=0.48kg/d；
（5）生反池缺氧3池内去除NOx-N=（6150+3690+6144）×（6.36-6.16）÷1000=3.20kg/d；
（6）生反池缺氧4池内去除NOx-N=（6150+3690+6144）×（6.16-5.06）÷1000=17.58kg/d；
（7）两个厌氧池加四个缺氧池对硝态氮的总去除量=346.86-51.96+753.52+0.48+3.20+17.58=1052.1kg/d。
和功能正常时的AAO工艺相比较，现阶段AAO工艺对硝态氮的去除率，足足降低了（1842.514-1052.1）÷1842.514×100%=43%，接近一半。
怎么样，这道价值1w元月薪的面试题目，您各位都回答正确了吗？
说到这，我不禁想起来前段时间的一件事儿。
有位关注胖哥的粉丝，特别嫌弃理论学习，认为做污水处理的，有丰富的实践经验就行了，根本就不用到那些杂七杂八的理论分析。
对此，我只回复了他俩字：
“呵呵！”
别的不说，就说今天这个事儿，如果那位粉丝也要去这家大型污水厂面试，您各位觉得人家能要他吗？
还有，如果您觉得水处理这门技术，入门简单熟练难，自己学了很久了，但仍旧无法独立分析实际问题的话，那么不妨报个胖哥的水处理课程，跟着我好好学学吧。
我会教会你，面对看似复杂的实际水处理问题时，该如何去把所有因素放在一个整体维度上去综合分析，进而找到真正的“病根”。
好了，关于这个大型污水厂招聘面试题目的分析过程，到此就差不多结束了。
这其中涉及到的知识点，不知道您各位都学会了吗？
另外看在胖哥写文不易的份上，您各位走之前，一定要先给点个赞哦！
最后，十分感谢您关注胖哥的水处理日记，咱们下次继续聊水处理的那些事儿。
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我是胖先生，专注于污水处理技术研发10年有余，我会不定期在本公众号分享有关于水处理技术上的个人心得、经验和一些有趣的案例故事，欢迎大家关注、分享。
另外一花独放不是春，百花齐放春满园，胖先生也想让咱各位水友都能多学一点有关于水处理的有用知识，为绿水青山出一份力。
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