我國污水除磷3種工藝的比較

我國污水除磷3種工藝的比較

4放置a2和o工藝4.1對磷、氮的要求上述三個過程是在同時消除氮的要求下開發(fā)的。脫氮率越高，廢水中的硝氮越少，污水中的硝氮越少，這越有利于去除磷。我國的情況有所不同,國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-96)對磷的排放要求很高,一、二級標(biāo)準(zhǔn)分別為磷酸鹽(以P計)≤0.5mg/L及≤1.0mg/L,而對氮的排放要求則較低,只要求NH3-N≤15mg/L及NH3-N≤25mg/L,對總氮指標(biāo)沒有限制,換句話說,并不要求脫氮,只要求硝化和除磷。如果采用上述3種工藝,就意味著提高處理標(biāo)準(zhǔn),出水水質(zhì)當(dāng)然更好,但投資費用都要增加。由于這種情況國外很少有,也未見這方面的文獻資料,國內(nèi)一般仍采用普通A2/O工藝,其結(jié)果往往是脫氮超過了要求的標(biāo)準(zhǔn),除磷則往往達不到要求,顯然這并不是一種好的解決辦法。為此,國內(nèi)有人提出倒置A2/O工藝。4.2次插裝式“點”工藝倒置A2/O工藝流程及氮的物料平衡見圖4。圖中Qα——原污水分流直接進入?yún)捬醭氐乃?Qβ——原污水分流直接進入缺氧池的水量;NHch——出水中氨氮濃度。有人推薦Qβ=0.1Q,工程上可靈活調(diào)節(jié)。一般的A2/O工藝都是厭氧池在前,缺氧池在后,便于聚磷菌優(yōu)先利用污水中的易生物降解有機物,實現(xiàn)生物除磷,而反硝化菌可以利用更多形態(tài)的碳源,缺氧池在后也不會影響脫氮。當(dāng)要求硝化、除磷而不要求脫氮時,沒有必要對全部污水進行脫氮處理,只需對回流污泥脫氮,其目的是為了消除回流污泥中硝態(tài)氮對除磷的不利影響,提高除磷效率。回流污泥是返回厭氧池的,需要在進入?yún)捬醭厍懊摰?厭氧池后邊并不要求脫氮,也就是說缺氧池理應(yīng)設(shè)在厭氧池前而不是在厭氧池后,對比一般A2/O工藝其位置是倒置的。倒置缺氧池帶來的主要問題是對碳源的爭奪。原污水先進入缺氧池再進入?yún)捬醭?污水中的易生物降解有機物將優(yōu)先被反硝化菌利用,聚磷菌將得不到足夠碳源,達不到除磷的目的,因此,必須將原污水分配給缺氧池和厭氧池,直接進入?yún)捬醭氐奈鬯甉α為聚磷菌提供碳源,進入缺氧池的污水Qβ則為反硝化菌提供碳源,其目的都是為了提高除磷效率。倒置A2/O工藝主要存在兩個問題:(1)本工藝是針對我國只要求硝化除磷而不要求脫氮提出的,它對出水中的硝態(tài)氮不作限制,可以達到十幾mg/L甚至幾十mg/L,而除磷脫氮工藝對出水中硝態(tài)氮(或總氮)都嚴(yán)加限制,一般只有幾個mg/L,顯然,在本工藝中,高濃度硝態(tài)氮的回流污泥對生物除磷是致命的,要在倒置缺氧池中去掉這樣多的硝態(tài)氮,必須有大量的碳源和相當(dāng)大的缺氧池容積,這兩個條件都很難滿足。(2)缺氧池在厭氧池前面會優(yōu)先利用污水中的易生物降解有機物,與聚磷菌爭奪碳源,為了解決這個矛盾,工藝設(shè)計者將原污水分配給缺氧池和厭氧池,分別為脫氮和除磷提供碳源,這導(dǎo)致進入缺氧池和厭氧池的可利用碳源都比一般A2/O工藝要少。由于倒置缺氧池的氮負(fù)荷很高,提供的碳源又少,其脫氮效率很難保證,而厭氧池中的聚磷菌則只用了易生物降解的碳源,其余的含碳有機物卻得不到利用,白白“浪費”掉了。4.3缺氧池容積的確定:kn+cbb4.3.1倒置缺氧池設(shè)計本工藝中的倒置缺氧池與A/O脫氮工藝中的缺氧池作用機理是一樣的,其容積根據(jù)池中的反硝化率KDN決定。德國ATV標(biāo)準(zhǔn)對A/O脫氮工藝中反硝化率KDN與反硝化池容VD的關(guān)系提出了一個經(jīng)驗關(guān)系如表1所示。從表1看出,當(dāng)KDN=0.14時,缺氧池的容積等于好氧池容積,達到了最大值,如果KDN>0.14,缺氧池容積也不再增加,只是脫氮效率要降低。KDN是缺氧池中硝態(tài)氮總量與碳源BOD總量的比值,即缺氧池中的N/C比,由于本工藝出水的硝態(tài)氮濃度很高,而分配給缺氧池的污水卻只是一部分,BOD總量減少,因而對于一般的城市污水,本工藝中缺氧池的N/C比都遠(yuǎn)大于0.14,即使把缺氧池容積設(shè)計到最大,仍然不能把回流污泥中的硝態(tài)氮完全去除,還會有相當(dāng)數(shù)量的硝態(tài)氮進入?yún)捬醭?干擾生物除磷。因此,計算沒有任何實際意義。在一般A2/O工藝中,缺氧池與厭氧池容積之和不宜大于好氧池,這限制了缺氧池的最大容積。另一方面,缺氧池過小起不到多大作用,可以考慮不小于厭氧池容積。在這個范圍內(nèi)可以選定一個缺氧池容積。4.3.2確定進入缺氧池的污水分量β按下式計算(詳見下面多點進出水倒置A2/O工藝計算):式中Pch——出水總磷濃度,mg/L。工程上設(shè)置可調(diào)堰門,根據(jù)現(xiàn)場情況可以調(diào)節(jié)β值使除磷效率最佳。4.3.3其余均按普通A2/O工藝計算5取下阿什塊，再次注入水中5.1回泥工藝加以改進和完善倒置A2/O工藝只考慮去除回流污泥中的硝態(tài)氮以達到提高除磷效果的思路對硝化除磷工藝是適合的,但由于回流污泥中硝態(tài)氮量過多,加之供給反硝化的碳源不足,很難達到理想的反硝化效果,致使除磷效率難以保證。為了提高處理效果,必須對工藝加以改進和完善。筆者根據(jù)我國規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),提出多點進出水倒置A2/O工藝。5.2硝化除磷工藝多點進出水倒置A2/O工藝流程和氮物料平衡見圖5。從圖5中看出,缺氧池的氮負(fù)荷是R1QNOch,為了降低缺氧池的氮負(fù)荷,有兩條途徑:①減少污泥回流比R1,②減少污泥回流液中的硝態(tài)氮濃度NOch。本工藝的主要改進就是設(shè)法降低R1和NOch。(1)減少R1。污泥回流是為了向反應(yīng)池提供活性污泥,總回流比R是根據(jù)好氧池中污泥濃度NW計算出來的,為了維持設(shè)定的NW,R值不能隨意減小。污泥回流分量R1是為了向厭氧池提供聚磷菌,應(yīng)根據(jù)厭氧池的要求確定。厭氧池的設(shè)計有兩個基本要求:①實際停留時間TA≥0.75h;②厭氧污泥量占反應(yīng)池總污泥量的比值不小于10%,對于硝化除磷工藝,一般情況下滿足了TA≥0.75h時,污泥回流R并不需要全部返回厭氧池而只需返回一部分R1就能滿足厭氧污泥量比值的要求,因此可將回流污泥R分為兩部分:一部分R1回流厭氧池(缺氧池),另一部分R2直接回流好氧池,這樣既可滿足厭氧池的要求,又可滿足好氧池的要求,還能降低缺氧池的氮負(fù)荷,一舉三得。(2)減小NOch?！段鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求出水NH3-N分別小于15mg/L和25mg/L,并未要求全部去除NH3-N,因此,只需部分硝化而不必完全硝化就能達到排放要求。但由于硝化反應(yīng)主要取決于泥齡,在泥齡足夠長時硝化反應(yīng)就會發(fā)生,這時要控制硝化的程度卻比較困難,所以一般不是按完全硝化設(shè)計,就是按不硝化設(shè)計。如果按完全硝化設(shè)計,出水中(回流污泥中)的硝態(tài)氮含量會很高,增大了缺氧池的氮負(fù)荷。對除磷反而不利,如果是部分硝化,既能達到排放標(biāo)準(zhǔn),又可降低缺氧池的氮負(fù)荷,為此,建議對好氧池進行改造,從好氧池中部引出一條出流管,與從好氧池末端出流液匯合進入二沉池,從池中部流出的混合液Qb在好氧池中停留時間較短,泥齡較短,沒有發(fā)生硝化,從池末端流出的混合液Qa在好氧池中停留時間較長,泥齡較長,達到完全硝化,Qa和Qb混合在一起,就實現(xiàn)了部分硝化。通過這種改造,可以減少好氧池和缺氧池的容積,降低工程費用,還有利于提高除磷效率。5.3缺氧池和好氧池的配比確定(1)缺氧池和厭氧池倒置。一般A2/O工藝厭氧池在前,本工藝將缺氧池放在厭氧池前面,部分回流污泥和部分污水先進入缺氧池,回流污泥中的硝態(tài)氮在此反硝化,確保后邊的厭氧池處于絕對厭氧狀態(tài),對提高除磷效率十分有利。(2)回流污泥分別進入缺氧池和好氧池,以降低缺氧池的氮負(fù)荷,減少缺氧池容積。分配系數(shù)R1和R2根據(jù)厭氧池的要求計算確定。(3)部分污水完全硝化,部分污水不硝化,使混合出水水質(zhì)達到氨氮出水指標(biāo)。為了實現(xiàn)部分硝化,好氧池按部分污水(Qa)完全硝化,部分污水(Qb)不硝化設(shè)計,分配系數(shù)a和b根據(jù)進水水質(zhì)和出水氨氮指標(biāo)計算確定,污水Qa經(jīng)過完全硝化從池末端流出,污水Qb未經(jīng)硝化從池中部流出,混合后成為氨氮指標(biāo)合格的部分硝化的出水。(4)不需要混合液內(nèi)回流。混合液內(nèi)回流是為了提高污水反硝化效率,當(dāng)出水指標(biāo)不要求TN時并不需要脫氮,因此內(nèi)回流沒有必要。(5)污水部分(Qα)直接進入?yún)捬醭?部分(Qβ)進入缺氧池,分別為生物除磷和反硝化提供碳源。污水分配系數(shù)α和β根據(jù)水質(zhì)條件計算確定,基本原則是使除磷效果最佳。5.4計算工藝5.4.1保鮮池和葉片的計算多點進出水倒置A2/O工藝是一種新工藝,設(shè)計計算中要解決一些新的問題,主要有:(1)在好氧池計算中,需先確定硝化的污水比值a和不硝化的污水比值b,才能算出好氧池的泥齡和容積。(2)在厭氧池計算中,需先確定回流污泥分量R1,才能計算厭氧池的實際停留時間和厭氧污泥量比值,從而算出池容。(3)在缺氧池計算中,需先確定進入缺氧池的污水量比值β和回流污泥分量R1,才能算出缺氧池的氮負(fù)荷與池容。(4)回流污泥比值R1影響厭氧池和缺氧池的池容,厭氧池和缺氧池的容積又反過來影響R1的取值,因此R1要通過試算確定。(5)作為一種新工藝,其設(shè)計計算方法還不夠完善,有待在實踐中進一步改進。5.4.2好氧池和缺氧池的計算基本計算公式見式(2),式中的泥齡θc,污泥產(chǎn)率系數(shù)Y和混合液濃度NW根據(jù)本工藝的特點確定。5.4.2.出水氨氮濃度水質(zhì)要求根據(jù)要求,出水分量Qa達到硝化,Qb不硝化,可以計算出它們各自的出水氨氮濃度。分量Qa的氨氮濃度(NHch)a按零考慮,分量Qb的氨氮濃度(NHch)b:式中右端的2mg/L是出水中殘留的有機氮濃度。為保證出水氨氮達標(biāo),需滿足下列方程:式中NHch為要求的出水氨氮濃度,mg/L;3為保證出水達標(biāo)的安全量,mg/L。整理得:5.4.2.2.確定實際控制的廢水氨氮濃度為nhch，計算廢水中的亞硝酸鹽濃度為noch5.4.2.3.計算氧池固結(jié)期co式中θCA——硝化所需泥齡,d,為達到完全硝化,取值應(yīng)偏于安全;θCB——只去除有機物所需泥齡,d。5.4.2.4.確定氧池的mlssnw按A/O脫氮工藝的設(shè)計方法確定,并算出R(詳見參考文獻)。5.4.2.氧化池的設(shè)定R1需要通過試算確定。為簡化計算,根據(jù)經(jīng)驗可先設(shè)定R1=0.5R,然后按此計算缺氧池和校核厭氧池,如果不滿足要求,再重新設(shè)定R1,直到滿足要求為止。5.4.2.污水分配及整理根據(jù)國內(nèi)外污水生物除磷的理論和實踐,為了有效除磷,厭氧區(qū)的碳磷比不應(yīng)低于20,因此在確定污水分配系數(shù)時,根據(jù)C/P≥20的要求,優(yōu)先確定進入?yún)捬醭氐奈鬯至喀?整理得:5.4.2.材料中碳氮比c/n0的關(guān)系缺氧池泥齡取決于缺氧池內(nèi)的碳氮比,碳氮比越大,反硝化速率越快,所需泥齡越短,參照德國ATV標(biāo)準(zhǔn),倒置A2/O工藝中缺氧池泥齡θCD與缺氧池內(nèi)碳氮比C/N0的關(guān)系列于表2。進入缺氧池的C(BOD總量)為:進入缺氧池的N(硝態(tài)氮)從圖5中可得:則:CN0=βQLjR1QNOch=βLjR1NOch(11)CΝ0=βQLjR1QΝΟch=βLjR1ΝΟch(11)由此可確定缺氧池泥齡θCD。5.4.2.8好氧池和缺氧池總面積c5.4.2.9.計算污泥產(chǎn)率的y按A/O脫氮工藝的計算公式計算(詳見參考文獻)。5.4.2.10.計算新生兒池中的污泥濃度為nwd在本工藝中,缺氧池的進水量和回流污泥量都與好氧池不同,因而其污泥濃度NWD與好氧池污泥濃度NW也不同,其值按下式計算:5.4.2.11.計算氧和缺氧池vo和vd的體積將θCO,NW和θCD,NWD分別代入式(2)可計算出好氧池和缺氧池容積VO和VD。5.4.3計算和修正厭氧池5.4.3.1.厭氧池的計算按實際水力停留時間TA=0.75h計算厭氧池容積。厭氧池污泥濃度NWA按下式計算:5.4.3.應(yīng)池總污泥量的調(diào)整校核厭氧污泥比值是否大于0.1,如不滿足,需增大厭氧池容積或增大回流污泥分量R1。好氧污泥量SO=VONW缺氧污泥量SD