基于-倒置a2o工藝處理低碳源城市污水強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控技術(shù)的研究

1、<p>　　基于倒置A2/O工藝處理低碳源污水強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控技術(shù)研究</p><p>　　摘要：重慶市某大型污水處理廠采用倒置A2/O工藝處理低碳源城市污水。針對(duì)運(yùn)行存在的反硝化能力不足，脫氮除磷效果不好和2007年調(diào)控技術(shù)的缺陷進(jìn)行了強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控技術(shù)的生產(chǎn)性試驗(yàn)研究。在2008年常溫高溫季節(jié)采取投加垃圾滲濾液（投配率為0.1%）、縮短初沉池HRT為原來(lái)的1/3、提高M(jìn)LSS到4500mg/L、設(shè)

2、置好氧第1段為反硝化過(guò)渡段及提高回流比等措施后，增加可利用碳源15%以上，出水NH3-N為2.5mg/L，對(duì)NH3-N的去除率為90%；出水TN為17 mg/L，對(duì)TN的去除率提高至54%，單位電耗減少15%至0.22kW·h。在2008~2009年低溫季節(jié)采用提高M(jìn)LSS到6000mg/L，控制好氧區(qū)DO在1.2mg/L左右等措施，出水NH3-N為3mg/L，對(duì)NH3-N的去除率為88%；出水TN為15.5mg/L，對(duì)TN的

3、去除率為62%。</p><p>　　關(guān)鍵字：倒置A2/O工藝；低碳源；強(qiáng)化脫氮；溫度；綜合調(diào)控</p><p>　　我國(guó)南方城市人均生活用水量大，其中洗滌、淋浴用水量占80%左右，加之南方城市雨水較多，而且排水系統(tǒng)多為合流制。此外，地下水滲入排水管內(nèi)，化糞池的不合理設(shè)置，使得大部分城市污水濃度較低，CODcr一般為200mg/L，有的甚至更低[1]，難以滿(mǎn)足系統(tǒng)高效脫氮對(duì)碳源的要求。倒置

4、A2/O工藝具有缺氧段優(yōu)先得到碳源，污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥濃度高，單位池容的反硝化速率明顯提高，反硝化作用能夠得到有效保證[2~3]，回流的所有污泥全部經(jīng)歷完整的釋磷、吸磷過(guò)程，系統(tǒng)的除磷效果也更好的特點(diǎn)，使得該工藝已成為三峽庫(kù)區(qū)污水處理廠的典型工藝，應(yīng)用較多。本文通過(guò)對(duì)某大型污水處理的倒置A2/O工藝的強(qiáng)化脫氮的綜合調(diào)控技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)低碳源污水處理穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，可為我國(guó)城市污水處理廠的調(diào)控運(yùn)行提供借鑒。</p>

5、<p><b>　　1.試驗(yàn)場(chǎng)地及方法</b></p><p>　　試驗(yàn)以重慶市某大型污水處理廠為基地，該廠污水日處理能力為60×104m3/d，雨季135×104m3/d，目前已處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，正在進(jìn)行三期20×104m3/d擴(kuò)建工程。該廠采用倒置A2/O生物脫氮除磷工藝（見(jiàn)圖1），其中初沉池與二沉池均為平流式沉淀池，好氧區(qū)由3段廊道構(gòu)成。<

6、;/p><p>　　圖1 污水處理廠工藝流程</p><p>　　Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process</p><p>　　該廠進(jìn)出水質(zhì)情況見(jiàn)表1，可知進(jìn)水水質(zhì)變化較大，與設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)，對(duì)于脫氮工藝來(lái)說(shuō)通常要求BOD5/TN>4.0，從上表中可以看出該廠的進(jìn)水BOD5/TN為2.5左右，屬于低碳源污水。

7、</p><p>　　表1 污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)</p><p>　　Tab.1 Designed wastewater quality condition ( mg·L-1)</p><p>　　初期運(yùn)行BOD5、CODCr、SS、去除效果較好，均能持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。NH3-N出水始終穩(wěn)定在0.5mg/L左右，去除率達(dá)95%

8、以上。但TN、TP出水嚴(yán)重超標(biāo)，平均去除率僅在37%、40%，反硝化能力相對(duì)不足。</p><p>　　通過(guò)2007年控制好氧第3段為過(guò)渡段，延長(zhǎng)反硝化區(qū)長(zhǎng)度等工藝調(diào)控，TN、TP能夠滿(mǎn)足達(dá)標(biāo)，但存在好氧第3段由于曝氣控制不精確，導(dǎo)致在該區(qū)域污泥濃度變化較大，影響在線(xiàn)MLSS儀表的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，偶爾還會(huì)出現(xiàn)死泥上浮現(xiàn)象，導(dǎo)致出水SS超標(biāo)。為使得出水能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，2008年進(jìn)行了常溫高溫、低溫兩種條件下的生產(chǎn)性試驗(yàn)

9、。</p><p>　　2.常溫高溫季節(jié)強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控及效果分析</p><p>　　2.1常溫高溫季節(jié)強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控技術(shù)</p><p>　　2.1.1優(yōu)先利用碳源脫氮與輔助化學(xué)除磷</p><p>　　由于氮的性質(zhì)決定其難以經(jīng)濟(jì)的通過(guò)化學(xué)方法去除，而TP較容易通過(guò)化學(xué)沉淀去除。故采取優(yōu)先利用有限的碳源滿(mǎn)足TN的生物去除，采取生物脫氮除

10、磷為主，輔助化學(xué)除磷的生物-化學(xué)協(xié)同作用技術(shù)。目前每天投加2.4噸左右有效液態(tài)聚鐵鹽除磷劑，在曝氣池出水處投加，利用跌水能量充分混合輔助除磷。</p><p>　　2.1.2 碳源的補(bǔ)充與有效利用</p><p>　?。?）縮短初沉池HRT增加系統(tǒng)利用碳源</p><p>　　初沉池在去除原水中的部分懸浮固體的同時(shí)，也導(dǎo)致了大量碳源的去除。該廠采取每座初沉池開(kāi)啟6

11、格中的2格的措施，HRT由1.69hr縮短到0.56hr。使進(jìn)入A2/O池的可利用碳源量得到增加。</p><p>　　（2）外加碳源投加垃圾滲濾液</p><p>　　該廠從2007年起開(kāi)始投加當(dāng)?shù)啬忱盥駡?chǎng)的滲濾液，每天根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況，選擇性地投加某垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液400t，投配率為0.1%（垃圾滲濾液投加量與污水日處理量之比）。同時(shí)為了保證均勻的投加到污水中，投加點(diǎn)選擇在初沉池

12、進(jìn)水渠道處。</p><p>　　2.1.3 運(yùn)行工況調(diào)整</p><p>　?。?）延長(zhǎng)反硝化段長(zhǎng)度（設(shè)置好氧——缺氧過(guò)渡段）</p><p>　　2008年將好氧——缺氧過(guò)渡區(qū)調(diào)整到好氧第1段，延長(zhǎng)反硝化時(shí)間，調(diào)整段長(zhǎng)度根據(jù)NH3-N沿程硝化情況試驗(yàn)確定。由于好氧池缺少攪拌器，為了防止第1段污泥的下沉堵塞微孔曝氣頭和造成污泥老化，通過(guò)調(diào)整曝氣支管的閥門(mén)開(kāi)啟度來(lái)

13、控制曝氣量，使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，同時(shí)對(duì)第三段內(nèi)回流區(qū)域?qū)嵤〥O控制。</p><p>　?。?）提高系統(tǒng)污泥濃度</p><p>　　該廠的MLVSS/MLSS在0.3~0.45之間，低于一般污水廠的0.7。采用設(shè)計(jì)的污泥濃度3300mg/L運(yùn)行，實(shí)際的可揮發(fā)性污泥濃度（MLVSS）偏低，難以保證系統(tǒng)反硝化菌的量。故系統(tǒng)采用較高的MLSS 4500~5000mg/L。 </p&g

14、t;<p><b>　?。?）提高回流比</b></p><p>　　只有將盡可能多的硝酸鹽態(tài)氮回流到前置缺氧區(qū)，反硝化作用才可以進(jìn)行，才能夠得到較高的氮去除率。研究表明單純加大污泥回流比單純加大污水回流的TN去除效果好，故該廠內(nèi)回流比、外回流比分別調(diào)整為200%與100%，其中外回流比的增大幅度大于硝化液回流比。</p><p><b>　　

15、2.2.結(jié)果與分析</b></p><p>　　2.2.1 倒置A2/O池中碳源有效利用情況</p><p>　　垃圾滲濾液中由于具有較高的含碳量，這使得利用其作為污水處理的補(bǔ)充碳源具有一定的可行性[4]。垃圾滲液濃度波動(dòng)很大，該廠接受的滲濾液屬于早期滲濾液，經(jīng)過(guò)抽樣監(jiān)測(cè)CODcr為5000～8000mg/L，NH3-N為400～1000mg/L。滲濾液CODcr/TN為7~

16、15，高于該廠進(jìn)水中的CODcr/TN值，因此可為城市污水處理補(bǔ)充部分碳源，同時(shí)為垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理系統(tǒng)容量不足提供了一個(gè)解決方法。當(dāng)投加量超過(guò)一定范圍時(shí)，垃圾滲濾液中所含重金屬、有毒有機(jī)物等會(huì)對(duì)活性污泥造成一定的毒害。該廠在滲濾液投配率為0.1%左右時(shí)，生物反應(yīng)池中活性污泥表現(xiàn)為絮凝體較大，具有良好的吸附和沉降性能[5]。</p><p>　　通過(guò)對(duì)初沉池進(jìn)出口處CODcr值的多次監(jiān)測(cè)（監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2），前3

17、次是每座池子6格全開(kāi)時(shí)CODcr的平均去除率為35%左右，后3次是在關(guān)閉其中的4格后，CODcr的平均去除率減少到20%左右，進(jìn)入生化池中的COD濃度提高了15%。</p><p>　　表2 初沉池縮短停留時(shí)間前后進(jìn)、出水CODcr變化情況</p><p>　　Tab.2 Change of CODcr before and after shorten Primary sediment

18、ation tank HRT</p><p>　　沒(méi)有選擇完全超越初沉池，主要是考慮到該廠的旋流沉砂池對(duì)細(xì)砂的去除效果不佳。在開(kāi)啟初沉池格數(shù)的1/3，既可以補(bǔ)充部分碳源，又可以彌補(bǔ)沉砂池缺陷。</p><p>　　2.2.2 對(duì)NH3-N的去除效果</p><p>　　在采取以上措施后，對(duì)2008年12個(gè)月NH3-N進(jìn)、出水月平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去

19、除率在90%左右。實(shí)際進(jìn)水中NH3-N濃度波動(dòng)較大，但出水NH3-N濃度基本在2.5mg/L左右，說(shuō)明在硝化區(qū)容積減少的情況下，系統(tǒng)仍然具有很強(qiáng)的抗NH3-N沖擊負(fù)荷能力。好氧段內(nèi)的硝化菌在與異養(yǎng)菌的在競(jìng)爭(zhēng)中成為優(yōu)勢(shì)菌，另外MLSS一直維持在4500mg/L左右的高濃度，有大量的硝化菌聚集，為實(shí)現(xiàn)高效硝化創(chuàng)造條件。</p><p>　　2.2.3 對(duì)TN的去除效果</p><p>　　從T

20、N的去除效果的圖2中可以看出，2008年TN平均去除率在54%左右，取得了較好的脫氮效果，出水TN在17mg/L左右，其中年初低溫季節(jié)脫氮效果較差。</p><p>　　脫氮效果大幅度提高的原因分析如下，通過(guò)工藝調(diào)整，為系統(tǒng)補(bǔ)充了碳源，有利于激發(fā)反硝化菌脫氮潛能。同時(shí)工藝中缺氧段置于整個(gè)生物反應(yīng)池的最前端，該廠進(jìn)水直接進(jìn)入缺氧區(qū)，優(yōu)先滿(mǎn)足了反硝化脫氮對(duì)碳源的要求。在較高的活性污泥濃度下，為硝化和反硝化同步進(jìn)行提供

21、了有利條件[6]。該廠好氧段污泥濃度4500mg/L，DO控制在1.5mg/L，有研究表明[7~8]，在污泥濃度較高的情況下，控制好氧池內(nèi)DO值在1~3mg/L時(shí)，可以觀察到好氧</p><p>　　圖2 2008年對(duì)TN去除效果 圖3 2008年單位污水平均電耗 </p><p>　　Fig.2 TN removal in syste

22、m in 2008 Fig.3 The unit electricity consumption of 2008</p><p>　　段內(nèi)存在明顯的同步硝化反硝化現(xiàn)象。從好氧區(qū)末端回流區(qū)域硝化液中DO值較低，為缺氧脫氮?jiǎng)?chuàng)造了條件，同時(shí)由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥濃度經(jīng)過(guò)檢測(cè)在5500mg/L左右，較好氧段高出約25%，單位池容的反硝化速率得到明顯提高，同時(shí)較高的回流比也使更

23、多的硝化液參與反硝化，提高了系統(tǒng)的脫氮效率。</p><p>　　2008年該廠出水SS在4~12mg/L，未發(fā)生超標(biāo)現(xiàn)象，體現(xiàn)了控制好氧第1段的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2.2.5 單位電耗分析</p><p>　　工藝調(diào)控后污水廠的平均電耗見(jiàn)圖3，單位污水處理電耗與季節(jié)存在關(guān)系，第一、四季度單位電耗要高于第二、三季度，年平均電耗在0.22kW·h/m

24、3左右，相比于調(diào)控前節(jié)能約15%，低于我國(guó)西南地區(qū)平均能耗0.275kW·h/m3 [9]，分析原因是一方面，隨著污水配套管網(wǎng)的建成，污水處理量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，產(chǎn)生的規(guī)模效應(yīng)使單位電耗減少。有研究表明，單位電耗與實(shí)際處理水量成冪指數(shù)關(guān)系Y=0.34X-0.168，隨著實(shí)際處理量的增加，單位電耗隨之降低，同時(shí)當(dāng)實(shí)際處理規(guī)模越接近設(shè)計(jì)規(guī)模時(shí)，電耗降低速率越快[10]。另一方面，隨著對(duì)倒置A2/O工藝各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的規(guī)律的掌握，采取調(diào)控

25、措施后，通過(guò)對(duì)DO和進(jìn)出水NH3-N值在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及時(shí)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)工況，使好氧區(qū)曝氣量的總體減少，氣水比維持在4.5左右。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)電耗一般占全廠電耗的60%左右，在運(yùn)行中需要嚴(yán)格控制反應(yīng)池的曝氣量，可以避免能耗的浪費(fèi)。</p><p>　　3.低溫季節(jié)強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控及效果分析</p><p>　　3.1低溫季節(jié)強(qiáng)化脫氮綜合調(diào)控技術(shù)</p><p>　　該廠低溫季節(jié)出

26、水TN經(jīng)常維持在17~19mg/L，每年均出現(xiàn)幾次TN超標(biāo)的問(wèn)題，在超標(biāo)情況出現(xiàn)后，系統(tǒng)及時(shí)調(diào)控仍需3~4天的適應(yīng)才能恢復(fù)正常。通過(guò)對(duì)近兩年的低溫季節(jié)運(yùn)行情況的研究，對(duì)2008~2009年低溫季節(jié)條件下的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，在常高溫條件下采取的措施基礎(chǔ)上，針對(duì)低溫季節(jié)提出了以下措施強(qiáng)化脫氮。</p><p>　　3.1.1進(jìn)一步提高污泥濃度</p><p>　　為了確保安全度過(guò)低溫期，基于

27、長(zhǎng)污泥齡可以保證硝化菌的充分繁殖、高的抗沖擊負(fù)荷和促進(jìn)同步硝化反硝化考慮[11]，該廠采取提高M(jìn)LSS的措施進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。從2008年11月初起，通過(guò)減少剩余污泥泵排泥次數(shù)和排泥量，經(jīng)過(guò)半個(gè)多月的時(shí)間，MLSS控制在5500~6000mg/L，使污泥負(fù)荷降至0.04 ~0.05kgBOD5/ (kgMLSS·d)。</p><p>　　3.1.2控制系統(tǒng)DO值</p><p&g

28、t;　　低溫條件下污水廠生物系統(tǒng)的正常運(yùn)行就是充分處理好進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物的濃度與微生物對(duì)溶解氧的需求的協(xié)調(diào)問(wèn)題?？紤]該廠低溫條件下系統(tǒng)硝化能力較強(qiáng)，由于MLSS的提高，系統(tǒng)中微生物量得到增加，污泥負(fù)荷降低，為了提高系統(tǒng)脫氮效果，必定要維持系統(tǒng)的一定生物活性，避免微生物處于內(nèi)源呼吸階段。故采取適當(dāng)降低曝氣池中的DO值，控制在1.2mg/L左右，確?；钚晕勰嘀形⑸锏恼ＩL(zhǎng)，同時(shí)不造成污泥老化。</p><p><

29、b>　　3.2結(jié)果與分析</b></p><p>　　表3 調(diào)控后2008~2009年低溫條件下進(jìn)出水水質(zhì)</p><p>　　Tab.3 Influent and Effluent Quality in Low-temperature in 2008~2009 after regulation</p><p>　　從表3中可以看出，TN出水能夠

30、維持在15.5mg/L左右，基本處于一級(jí)A標(biāo)附近。NH3-N出水在3mg/L左右，比常溫高溫期有所提高。說(shuō)明提高污泥濃度能夠取得良好的脫氮效果。</p><p>　　分析原因如下，污水反應(yīng)池中水溫要高于當(dāng)?shù)貧鉁兀岣呶勰酀舛饶軌蚋玫木S持系統(tǒng)水溫，同時(shí)控制了好氧段的DO值，適當(dāng)減少多余的曝氣量，可以減少通過(guò)氣體帶入空氣中的熱量，有利于系統(tǒng)的生化反應(yīng)的發(fā)生。在好氧硝化過(guò)程中，由于污泥濃度的提高，從而使系統(tǒng)的污泥齡得

31、到提高，較高的污泥齡是保證生物污泥中的硝化細(xì)菌存在的條件。在缺厭氧階段高污泥濃度會(huì)使更多的碳源被消耗，減少碳化階段的容積，從而提高硝化細(xì)菌濃度，硝化速率也得到提高，同時(shí)高污泥濃度意味著能夠產(chǎn)生更大顆粒的活性污泥，為同程硝化反硝化創(chuàng)造了條件。在反硝化過(guò)程中，因此硝化末端較低的溶解氧可以有效的減少硝酸鹽回流液中所攜帶的溶解氧含量，同時(shí)高污泥濃度自身內(nèi)源代謝需氧量也相對(duì)較強(qiáng)，可以進(jìn)一步消耗回流及缺氧段中的溶解氧，提高了反硝化菌利用碳源的反硝化

32、能力。</p><p><b>　　4、結(jié)論</b></p><p>　?。?）垃圾滲濾液投加比為0.1%時(shí)，活性污泥未出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，在補(bǔ)充部分碳源的同時(shí)為滲濾液的處理提供出路。縮短初沉池HRT為原來(lái)的1/3，可以為系統(tǒng)提高可利用的15%的碳源。</p><p>　?。?）常溫高溫條件下，通過(guò)碳源的補(bǔ)充和控制好氧第1段DO值強(qiáng)化反硝化，可以使N

33、H3-N去除率達(dá)到90%，TN去除率達(dá)到54%，且實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。采取調(diào)控技術(shù)后，減少了生物反應(yīng)池的氣水比，系統(tǒng)節(jié)約電耗15%。</p><p>　　（3）低溫條件下，通過(guò)提高污泥濃度到5500~6000mg/L，控制曝氣池DO在1.2mg/L左右等措施后，出水TN穩(wěn)定在15mg/L左右，對(duì)TN的去除率達(dá)到62%左右。</p><p>　?。?）在低溫條件過(guò)去后，應(yīng)及時(shí)降低污泥濃度，將工藝調(diào)

34、整了常溫高溫模式運(yùn)行，避免污泥大量增長(zhǎng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 侯紅娟,王洪洋,周琪. 進(jìn)水COD濃度及C/N值對(duì)脫氮效果的影響[J].中國(guó)給水排水, 2005, 21(12): 19-23.</p><p>　　[2] Strous M, Van Gerven E, Zheng Ping,

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