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低负荷市政污水处理厂脱氮工艺的优化运行

2024-11-14 62 上传者：管理员

摘要：本文针对某市政污水处理厂在低负荷运行状态下总氮（TN）去除率偏低的问题，对A2O工艺脱氮效果进行了评估。结合TN去除原理及实际运行参数对影响脱氮的各因素进行分析，对低负荷运行下溶解氧、停留时间、回流比、污泥浓度、污泥泥龄、外加碳源、pH值等因素进行了优化调整，使TN的年平均去除率从29.7%提高至45.2%，降低了生产成本。

关键词：
低负荷
反硝化
总氮去除
污水处理
脱氮
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某污水处理厂位于浙江省湖州市织里镇，一期3万m3/d，采用A/O-SBR工艺，投运于2003年；二期3万m3/d，采用A2O工艺，投运于2012年，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。在运行过程发现，二期的A2O工艺对TN的去除率较低，影响出水达标排放，有必要对二期A2O的工艺运行参数进行优化调整，提高TN的去除率。

1、项目概况

本项目坐落地区工业较为发达，纳管污水中含工业废水比例约占40%，主要为印染废水，运行负荷为90%左右。根据设计资料显示，主要以CODcr、BOD5、SS、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）为考虑对象，忽略了对TN的要求。厌氧水解停留时间5.2h，缺氧1.6h，好氧15.2h，污泥负荷为0.051kgBOD5/（kg.MLSS.d），流程见图1。

2、运行情况与存在问题

本项目在2012年投运之初，出水的TN去除率较高，能达标排放，但随着环境要求的提高，特别是环太湖流域对水体富营养化的高度重视，逐步加强了对排污企业的监管，所有纳管排放的废水已经生化系统充分处理，进水CODcr出现了明显的变化，且B/C比仅为0.2左右，可生化性差，反硝化脱氮利用碳源不足，造成出水TN去除率下降，出水TN明显升高。2022年度TN的平均去除率仅为29.7%，出水的TN在高位运行，见表1、表2。

3、原因分析与采取的措施

3.1溶解氧控制

根据反硝化脱氮理论，O2和NO3--N均可作为电子受体，与污水中的有机物发生氧化还原反应，但当系统中两者同时存在时，微生物优先选择O2为电子受体，1mg的O2将减少0.35mg NO3--N的去除量[1]，故反硝化过程需严格控制溶解氧。较高溶解氧混合液回流至缺氧区后，缺氧区没有形成缺氧环境，反硝化过程受到抑制。在低COD-高溶氧状态下，活性污泥进入了内源呼吸，发生了自身氧化，影响出水水质。经优化调整后，将好氧区尾部出水处的DO控制在1.5～3.0mg/L,既能满足硝化及COD去除的需要，又能确保回流液带入缺氧区的DO不影响反硝化过程。

3.2停留时间

根据技术规程[2]，以脱氮为主要目的的工艺，缺氧水力停留时间建议2～4h。黄宁等人研究表明，缺氧区停留时间在3h左右时对TN的去除效果最佳[3]。由于本项目设计未重点考虑脱氮需要,故将缺氧区的停留时间设计为1.6h，远低于最佳停留时间。考虑到好氧区停留时间较长，处理充分，且有条件改造为缺氧区，故在调低氧化沟溶解氧的同时,将四格氧化沟的第一格前2/3段和第四格后2/3段的曝气关闭，为防止污泥可能会在局部沟段沉淀，加装两台推流器。通过调节后，缺氧区出水至好氧段前2/3处形成了缺氧环境，增加了缺氧停留时间，有利于TN的去除。

图1 A2O工艺流程图

表1设计与实际进水指标比对

表2 2022年度进出水TN及去除率

3.3内回流比

内回流的主要作用是将好氧区已完成硝化过程的混合液回流至缺氧区，以提供反硝化所需的NO3--N和反硝化菌，一般设计值为100%～400%之间。本项目在原运行中为提高反硝化效果，开两台内回流泵，内回流比设置为400%，后经反复试验比对，200%左右的内回流比400%的内回流对TN的去除更高，原因在于内回流中带入的DO对反硝化有一定抑制作用，且内回流过大，在缺氧区实际停留时间变短，反硝化不完全所致。

3.4污泥浓度

本项目原运行中，污泥浓度以设计值4g/L为依据，根据邓仁健等人研究，ρ(MLSS)由2400mg/L升至5250mg/L时,系统TN去除率由52.5%升至66.6%，表明提高系统的污泥浓度有利于提高脱氮效果[3]。根据技术规程理论公式，在一定容积、水温、碳源等条件下，脱氮速率与反应物即NO3--N和MLSS有关。本项目经优化调整后，污泥浓度控制范围由4g/L提高到6g/L左右。

3.5污泥泥龄

污泥泥龄应达到反硝化菌的繁殖周期要求，过短的污泥泥龄不利于反硝化菌的生长，在工艺运行中一般以污泥泥龄15d为参考值，技术规程中设计污泥泥龄推荐值为10～25d。但从实际运行的角度考虑，在固定的生化系统容积及污泥浓度下，要调整污泥泥龄还应根据进水情况而定，如本项目为低负荷运行状态，进水COD浓度低，可生化性差，污泥增长缓慢，在优化调整后，泥龄为35 d左右。

3.6投加碳源

反硝化细菌多为异养、兼性厌氧细菌，利用反硝化菌去除TN需要消耗一定的有机物（碳源）。周丹等人参照德国ATV标准，对脱氮工艺的外加碳源投加量进行了详细的阐述[4]，按此标准，进水中TN以20mg/L计，需要稳定达到内控标准13mg/L情况下，理论上需要BOD5应为（20-13）×5=35mg/L，由于工艺为先厌氧后缺氧，进水自带碳源（BOD5）在厌氧释磷过程中会消耗一部分，如在反硝化可利用碳源时不考虑带入碳源，本项目在设计水量运行时，以醋酸为外加碳源（COD当量为1.07 kgCOD/kg醋酸），每天需投加醋酸1926 kg。

表3 2023年度进出水TN及去除率

3.7 pH值

由硝化过程的化学方程式NH4++2O2→NO3-+2H++H2O可知，硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg NH4+，将消耗碱度（以CaCO3计）7.lg。由反硝化过程的化学方程式6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-可知，反硝化过程中释放出OH-，使废水的pH值上升，每反硝化l g NO3-，将产生碱度（以CaCO3计）3.6g。资料显示，反硝化过程中pH值不宜大于8.0[5]。

3.8水温

水温对反硝化菌的活性有重要影响，当水温在20～40℃时，反硝化菌的处理能力最强，水温降低反硝化速率同步下降，10℃时的反硝化速率理论上只有20℃的一半左右。姜体胜等人研究表明，当温度从5℃上升到30℃时，反硝化速率从0.097kg NO3--N/(kgVSS.d)上升至0.476kg NO3--N/(kgVSS.d)。黄宁等人研究表明，当水温从20℃以下逐步下降时，TN去除率从68%降至50%[6]。但对水温的控制在实际运行中难以实现，只能通过其他手段进行强化。

4、运行结果与经济指标分析

本项目自3月份优化调整以来，出水TN的去除率明显提高，平均去除率达45.2%，能稳定达标排放，见表3。

本项目外加碳源作为应急措施，在统计年度内出水良好，没有投加。调整好氧区溶解氧浓度及关闭部分曝气管，风机功率为132 kW，频率从50Hz调整到40Hz，年节电约23万k W.h。

5、结果与讨论

设计时未充分考虑脱氮需要且进水浓度负荷偏低，是引起本项目出水TN去除率较低的主要原因，结合TN去除原理及实际运行情况，通过降低好氧区溶解氧、增加缺氧停留时间、降低回流比、提高污泥浓度、增加污泥泥龄、增加应急碳源投加等手段优化调整，从运行情况看，使TN的年平均去除率从29.7%提高至45.2%，年节电约23万k W.h。取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献:

[1]孙永利,李鹏峰,隋克俭,等.内回流混合液DO对缺氧池脱氮的影响及控制方法[J].中国给水排水,2015(11):81-84.

[2]《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范》(HJ576-2010)[S].

[3]邓仁健,张金松,曲志军.污泥浓度对双重后置反硝化工艺脱氮除磷的影响[J].环境科学研究,2014(7):797-803.

[4]周丹,周雹.污水脱氮工艺中外部碳源投加量很简易计算方法[J].给水排水,2011(11):38-41.

[5]姜体胜,杨琦,尚海涛,等.温度和pH值对活性污泥法脱氮除磷的影响[J].环境工程学报,2007(9):10-14.

[6]黄宁,陈炳东.城市污水生化处理系统中总氮去除的影响因素分析[J].东莞理工学院学报,2014(3):69-73.

文章来源:吴锦芳.低负荷市政污水处理厂脱氮工艺的优化运行[J].黑龙江环境通报,2024,37(11):157-159.