氧化溝工藝處理污水處理廠的運(yùn)行及運(yùn)行

氧化溝工藝處理污水處理廠的運(yùn)行及運(yùn)行

氧化槽工藝是一種先進(jìn)的生物處理技術(shù)，具有良好的脫氮和除磷效果。該工藝于1954年由荷蘭的巴斯維爾(Pasveer)所開發(fā)的一種污水生物處理技術(shù),屬于活性污泥的一種變種,1964年荷蘭的DHV公司開發(fā)了卡羅賽(Carrousel)氧化溝。20世紀(jì)90年代至今,氧化溝又經(jīng)歷了幾次改進(jìn),使該工藝的生物脫氮除磷能力進(jìn)一步增強(qiáng)。氧化溝工藝作為一種先進(jìn)的污水生物處理技術(shù),在我國將具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。結(jié)合北京某污水處理廠的運(yùn)行實(shí)踐,對(duì)該水廠生物脫氮除磷進(jìn)行分析研究。該污水處理廠的主體工藝為倒置的A2/O工藝,其好氧段為Carrousel氧化溝,即缺氧-厭氧-氧化溝工藝。該工藝在Carrousel氧化溝前端增加了缺氧段和厭氧段。主體工藝示意圖如圖1所示。該工藝不設(shè)初沉池和污泥消化池,原水經(jīng)格柵和沉砂池后與30%的回流污泥一起進(jìn)入選擇池,70%的回流污泥進(jìn)入缺氧池,混合液經(jīng)厭氧池后流入氧化溝,污水在氧化溝中平均經(jīng)歷15h的停留后進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離。剩余污泥經(jīng)濃縮后脫水外運(yùn)。該污水處理廠進(jìn)出水的水質(zhì)如表1所示。由表1可見,該污水處理廠出水水質(zhì)良好,除TP外其余各項(xiàng)指標(biāo)均能夠達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)的B標(biāo)準(zhǔn)。1氧化溝生物脫氮1.1廢水處理廠的生物脫氮效果該污水處理廠出水的TN和NH+4濃度分別為17.7mg/L和3.5mg/L,去除率分別為70%和91%,脫氮效果較好。1.2氧化溝中的硝化反應(yīng)該污水處理廠沿著氧化溝主體工藝系統(tǒng)水流方向氨氮、硝氮和總氮的濃度變化情況如圖2所示。由圖2可見:原水中的總氮主要為氨氮,在缺氧區(qū)和厭氧區(qū),氨氮濃度主要由于回流污泥的稀釋作用而降低,但總量沒有明顯變化;總氮濃度由于稀釋作用和反硝化作用而降低,主要由于前置缺氧區(qū)的反硝化作用而使總氮的總量降低。氧化溝中用轉(zhuǎn)刷曝氣器供氧并同時(shí)提供推流的動(dòng)力,使溝內(nèi)形成不同的溶氧梯度。混合液的溶解氧可由轉(zhuǎn)刷后的2mg/L減少0.5mg/L以下,這樣在氧化溝中形成了缺氧區(qū),在氧化溝中可以實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化反應(yīng)(SND)。在氧化溝中進(jìn)行的反硝化不僅可以把氮去除,而且能夠利用硝酸鹽中的氧,從而滿足一部分需氧量,減少氧的供給量,降低了能耗;還可以恢復(fù)在硝化過程中消耗的一部分堿度。原水和回流污泥中攜帶的硝氮在缺氧池發(fā)生反硝化反應(yīng)而去除,回流污泥中的NO-3平均為11.6mg/L,因此在缺氧池有11.6Q(Q為回流污泥流量,回流比為100%)的硝氮被還原;從厭氧區(qū)到氧化溝出水,TN有大幅度的降低,共有23Q(TN降低了11.5mg/L,流量為2Q)的總氮損失,這部分總氮的減少為發(fā)生了SND反應(yīng)而去除的氮。因此在該系統(tǒng)中,由于SND而使TN的損失占總的反硝化的66%。1.3好氧+好氧和好氧do的工作特性影響生物脫氮的因素主要有C/N、DO、pH值、溫度等。該水廠的BOD5/TN和COD/TN分別為3.9和7.8,能夠滿足生物脫氮的需要。進(jìn)水的pH為7.4～7.8,出水的pH為7.3～7.7,堿度能夠滿足硝化反應(yīng)的需要。前置反硝化能夠產(chǎn)生堿度,可以補(bǔ)償硝化反應(yīng)一半的堿度損失,在氧化溝中發(fā)生的SND反應(yīng)消耗堿度較少,因此在整個(gè)系統(tǒng)中pH值除了在缺氧段稍稍升高外,在氧化溝中沒有明顯的變化。該水廠冬季水溫仍在13℃以上,夏季水溫在26℃以下,在該溫度范圍內(nèi)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。DO是生物脫氮工藝中最重要的控制參數(shù)之一,對(duì)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)均有顯著的影響。通常在反硝化過程DO通常控制在0.5mg/L以下,在硝化過程DO通?？刂圃?mg/L以上。該污水處理廠,前置的缺氧段DO往往在0.1mg/L以下,能夠使反硝化反應(yīng)在缺氧區(qū)順利進(jìn)行。氧化溝中的DO是整個(gè)系統(tǒng)控制的重點(diǎn)。污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行主要是通過控制曝氣轉(zhuǎn)刷的啟閉及轉(zhuǎn)動(dòng)速度來調(diào)節(jié)氧化溝中的DO的濃度。在氧化溝中,沿水流方向在轉(zhuǎn)刷前后,以及沿水深方向均具有一定的DO梯度,沿程DO梯度如圖3所示。沿水流方向,DO在2轉(zhuǎn)刷間由2～3mg/L降低到0.1～0.4mg/L,活性污泥由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化為缺氧狀態(tài),為SND反應(yīng)提供優(yōu)良的好氧及缺氧環(huán)境。氧化溝中存在著橫向和縱向的DO梯度。實(shí)際運(yùn)行中,往往將溶解氧探頭固定于出水堰前(轉(zhuǎn)刷前)液面下0.5m深的位置(本文的DO數(shù)據(jù)即為該位置的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果)。圖4為該污水處理廠出水中TN、NH+4-N、NO-3-N與DO的關(guān)系曲線和擬合曲線。由圖4中NH+4玻耳茲曼擬合曲線可見:隨著溶解氧的升高,氨氮濃度呈下降的趨勢(shì),溶解氧濃度越高,硝化反應(yīng)進(jìn)行越充分,出水氨氮濃度也越低。溶解氧控制在0.5mg/L以上,可以保證出水氨氮達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。溶解氧的升高,硝化作用增強(qiáng),同時(shí)反硝化作用會(huì)受到抑制,在氧化溝中就會(huì)出現(xiàn)硝氮的積累,在氧化溝中,維持高濃度的溶解氧不利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。由TN高斯擬合曲線可見DO由0.3mg/L升高至0.7mg/L,TN濃度由25mg/L降低到15mg/L,溶解氧超過0.7mg/L,TN濃度持續(xù)升高。將出水堰前液面下0.5m深的位置處的DO控制在2氧化溝生物去除磷2.1對(duì)磷的去除效果傳統(tǒng)氧化溝工藝除磷效率約為50%;改進(jìn)的Carrousel工藝在氧化溝前段增加了缺氧和厭氧段,增強(qiáng)了氧化溝工藝除磷能力。該污水處理廠進(jìn)水總磷平均濃度為8.1mg/L,出水為2.0mg/L,平均去除率達(dá)75%。剩余污泥的含磷量為3.0%,生物細(xì)胞中平均含磷量可達(dá)細(xì)胞干重的4.2%。該系統(tǒng)中磷的去除超過其合成細(xì)胞所需的磷,因而表明該系統(tǒng)強(qiáng)化了生物除磷。該水廠長(zhǎng)期排泥不暢,污泥齡在16～27d,平均19.5d,超過設(shè)計(jì)值16d。若出水TP標(biāo)準(zhǔn)限制在1.5mg/L時(shí),出水TP僅能保證37%的時(shí)間滿足出水水質(zhì)的要求。2.2總磷濃度的變化生物除磷是利用聚磷菌經(jīng)過好氧-厭氧過程的強(qiáng)化,能夠攝取在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其生理需要的磷,并將磷以聚合的形態(tài)儲(chǔ)藏在菌體內(nèi),形成高磷污泥,通過排放富磷剩余污泥將磷排出系統(tǒng)外,達(dá)到從廢水中除磷的目的。對(duì)于改良型Carrousel氧化溝工藝,在厭氧段,聚磷菌在厭氧條件下利用進(jìn)水中的易降解有機(jī)物,分解體內(nèi)的ATP,釋放PO3?443-和能量,所以在厭氧區(qū)出現(xiàn)總磷濃度升高的現(xiàn)象,如圖2所示;在氧化溝內(nèi)部,由于轉(zhuǎn)刷曝氣,溝內(nèi)處于好氧狀態(tài),聚磷菌通過主動(dòng)輸送的方式將污水中的PO3?443-攝入體內(nèi),攝入的PO3?443-一部分用于合成ATP,另一部分則用于合成聚磷酸鹽,將溶液中的磷轉(zhuǎn)移入污泥中,在氧化溝的液相中總磷濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于進(jìn)水。2.3除磷效率與污泥齡的關(guān)系影響該污水處理廠生物除磷的因素有:DO、C/P、pH值、水溫和污泥齡等。該水廠的改良型氧化溝工藝為聚磷菌的生長(zhǎng)提供了宏觀厭氧-好氧環(huán)境有利于聚磷菌的釋放磷和吸收磷。該水廠的BOD/TP為28,較高的碳磷比有利于生物除磷;pH值在7.4～7.8;水溫在13～26℃,該環(huán)境下適宜于生物除磷。因該工藝優(yōu)先考慮生物脫氮,設(shè)計(jì)污泥齡為16d,該水廠剩余污泥排放量較低,較低的剩余污泥排放量限制了該水廠的除磷效率的提高。生物除磷主要依靠創(chuàng)造一個(gè)適宜于聚磷菌生存的生態(tài)環(huán)境,將磷由液相轉(zhuǎn)移入固相中,通過剩余污泥的排放將磷排出系統(tǒng)。該污水處理廠運(yùn)行過程中總磷的去除率與污泥齡的關(guān)系如圖5所示。由圖5可見,在一定范圍內(nèi),總磷的去除率與污泥齡有著很好的相關(guān)性。因此在一定程度上排出更多的剩余污泥,降低污泥齡可以保證較好的除磷效果。根據(jù)圖5的曲線擬合公式,在設(shè)計(jì)污泥齡為16d的情況下,按照設(shè)計(jì)的工況運(yùn)行,總磷的去除率為88.5%,有望使出水在1mg/L以下。3snd生物除磷工藝通過對(duì)某污水處理廠缺氧-厭氧-Carrousel氧化溝工藝的實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)行分析研究,結(jié)果表明:氧化溝中溶解氧濃度是該工藝生物脫氮的主要控制因素,將DO控制在0.3～0.7mg/L范圍內(nèi),能夠使出水NH+4-N濃度在5mg/L以下,出水中的TN濃度最低,在20mg/L以下。在氧化溝中發(fā)生的SND反應(yīng)對(duì)總氮的去除起了關(guān)鍵作用,由于SND而使TN