污水厂脱氮升级改造与运行

王志辉 ,翟 敏

(郑州市污水净化有限公司 ,河南郑州 450001)

污水厂脱氮升级改造与运行

王志辉 ,翟 敏

(郑州市污水净化有限公司 ,河南郑州 450001)

介绍了马头岗污水处理厂为提高脱氮效率,从影响脱氮的两个主要因素内回流比和碳源着手,对生物池原 UCT工艺进行升级改造为前置缺氧 A2O工艺,以提高反硝化能力;同时,又对改造后的工艺运行进行优化,以达到 TN出水控制在 15 mg/L以下。

脱氮 ;碳源 ;升级改造 ;回流比

随着国家对出水要求的提高,郑州市马头岗污水处理厂的出水总氮提高到一级 B标准。从2007年开始,马头岗污水处理厂的进水TN均值为50 mg/L,实际出水控制在 15 mg/L以上,冬季总氮在 20 mg/L左右,时有达不到 20 mg/L以下的情况。根据运营三年的经验分析,原 UCT工艺进行升级改造为改良 A2O工艺,在工艺运行上优化调配,作为脱氮的保障措施。

1 升级设计原理

马头岗污水处理厂根据升级改造的出水目标要求,结合实际运行出水水质情况,本次升级改造拟增加缺氧段有效池容,充分发挥机动段的缺氧功能,确保出水 TN在 15 mg/L以下。

生物池设置前置缺氧段,其目的主要是去除回流污泥中的硝酸盐,使厌氧区内的厌氧环境得到保证,从而确保生物除磷效果。内回流中的硝酸盐在厌氧段后设置的缺氧段中进行反硝化,避免过量的硝酸盐进入二沉池,在二沉池内进行反硝化引起污泥上浮,同时回收氧及碱度,节约能量。在前置缺氧段及厌氧段都设有进水点,以保证前置缺氧段反硝化及厌氧段生物除磷所需的碳源,同时在生物反应池的设计中考虑可以根据进水水质、水温的变化采用不同运行方式。当进水碳源不足时,设置有可超越初沉池的旁通管。

1.1 设计方案

根据实际运行进出水水质,本次升级改造工程通过核算,可在原 UCT设计工艺二级处理阶段进一步挖潜,最大限度的将氮、磷等有机物进行降解,减轻深度处理负担,降低化学药剂消耗量。在可研技术方案基础上,设计综合考虑工艺效果、投资、工期等因素进行方案优化。确定升级改造为处理水量为30万 t/d的前置缺氧 A2O工艺,其生物池工艺流程如下,本次生物池改造具体内容如下:

①在原设计生物池厌氧段中分隔出一部分作为预缺氧段,充分消除外回流液中的硝态氮,加强回流污泥的反硝化效果,为生物除磷提供最佳环境。②厌氧段首端增加进水调节堰,保证生物除磷所需的碳源。③系统增加好氧内回流泵,内回流比最大调整为 300%。增加反硝化所需的混合液,增加硝酸盐浓度,充分利用现状反硝化池容,提高反硝化率,确保出水 TN达标。充分利用现状缺氧内回流渠实现内回流。④机动段首端增加进水口,补充碳源,增加内回流进口,以利于按不同模式运行。⑤考虑系统按前置缺氧 A2O和倒置 A2O工艺运行。考虑投资、工期、实施难度等因素,确定本次改造工程维持原机动段、好氧段现状功能不变,机动段搅拌器安装位置不变,不考虑加中隔墙。即在现状生物池中按照生物生长环境不同,将生物池分为四个区。

预缺氧区:在生化处理工艺中,生物除磷是一个重要功能。为了尽可能高的获得生物除磷效率,因此厌氧池内应保持一个严格的厌氧状态,即 DO≈0,NOx≈0。为了维持生化处理系统的污泥量,二沉池回流污泥将回流到生物处理厌氧池水端,由于二沉池回流污泥中含有较高浓度的NO3-,因此会破坏厌氧池内的厌氧环境,导致生物除磷效率降低,为了避免这一不利因素,确保生物除磷效果,在优化方案中在厌氧池之前设置预缺氧段,进行预先反硝化,将二沉池回流污泥中的NO3-还原为 N和 O2。

厌氧区:厌氧区的主要功能在于促使聚磷菌放磷,从而达到生物除磷。其工作原理是:在严格的厌氧条件下,污水中的聚磷菌体内 ATP进行水解放出H3PO4和能量,在后续的好氧生物池内,聚磷菌营有氧呼吸,能过量地摄取水中的磷,形成高磷污泥,在二沉池排出生化系统,从而达到生物除磷的效果。

缺氧区:由于原水氨氮、总氮浓度较高,达 45 mg/L和 60 mg/L,为了达到出水的氨氮、总氮指标,在保证硝化反应在反应池内比较充分的同时,需要设置缺氧段进行反硝化,去除水中硝态氮。但在现状缺氧池容一定的条件下,可适当提高内回流比,增加硝酸盐浓度,提高反硝化速率,达到脱氮效果 。

好氧区:鼓风机供气,采用盘式微孔曝气器,推流式池形。可以在池内形成稳定的好氧菌群;保证硝化反应速度,同时可以提高传氧效率,降低能耗。池中大量繁殖的活性污泥微生物完成降解水中有机污染物质、以达到净化水质的目的。

1.2 方案特点

该工艺方案不仅具有高效的有机物、氮、磷去除效率,操作维修简单,而且运行费用也较低,其主要特点如下:①该方案在充分利用和改造已有处理设施的同时,新增部分构筑物,为此改造工程实施时对污水厂正常运行影响较小。②改造后生物池采用改良A2O工艺,在厌氧段前面增加预缺氧段,从而避免了传统A2O工艺中回流硝酸盐对厌氧池放磷的影响。回流污泥在预缺氧池内进行反硝化,去除硝态氧,再进入厌氧段,保证了厌氧池的厌氧状态,强化除磷效果。③由于增加混合液内回流至缺氧段,缺氧段硝酸盐浓度可提高,单位池容的反硝化速率相应提高,反硝化作用能够得到有效保证。④根据不同进水水质,不同季节情况下,生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化,调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例,反硝化作用能够得到有效保证,系统中的除磷效果也有保证。该系统可按前置缺氧 A2O和倒置A2O两种模式运行。⑤本次设计以在尽量保持原有反应池主体不变的基础上进行内部挖潜,先保证生物硝化及脱 N,同时考虑生物除磷,增加辅助化学除磷设施,以确保出水达标。

1.3 影响反硝化的因素分析及运行对策

影响反硝化的主要因素为内回流比、缺氧区的容积、可利用的碳源、温度等其他包括的ORP、DO、水质波动、碱度因素,但根据污水处理厂现运行分析,DO、ORP、温度等都可以满足反硝化的要求。

通过抑制反硝化的因素分析,在马头岗污水处理厂现有条件下,温度、缺氧区容积对反硝化的影响较小,而内回流比、碳源对缺氧区反硝化的影响较大。通过调控 R=200%时。能提高缺氧区的反硝化量,碳源与进水总磷和总氮的比例上基本满足要求,合理分配各个进水口的碳源,能满足排放的标准。

通过脱氮途径的定量的分析表明,前置反硝化区也是脱氮的重要途径占脱氮去除的30%的贡献,提前前置反硝化的反硝化能力,充分利用原水的碳源,保证总氮达标,可以缓解缺氧区脱氮的压力,大大降低缺氧区投加碳源的成本。

①运行中在前置缺氧进水量为 20%.厌氧为60%～80%,其余水量进入缺氧段;②保障总磷不受影响的前提下,提高内回流比,控制在 200%;③控制好系统的溶解氧,保障出水的DO在 2～4之间,以免影响前置反硝化;④控制好生物池合理的生物池浓度在 2500～3500 mg/L之间;⑤控制好生物池碳源,确保系统满负荷运行,根据个各季节时期的碳源情况,合理分配各个进水口的水量。

2 结论

①根据影响 TN去除的影响主要因素内回流比和碳源分布,进行升级改造和工艺优化;②在原UCT设计工艺下改造为前置缺氧 A2O工艺,主要是在生物池原厌氧段分离出一个前置缺氧区,取消缺氧内回流并改为好氧内回流,提高反硝化能力;③改造为前置缺氧 A2O工艺后,对工艺运行进行优化,合理配置系统进水碳源和内回流比,达到脱氮目的。

[1]陈亚松.改良型 A2O工艺的脱氮诊断及调控研究[M],2010.

[2]张杰,臧景红,杨 宏,等.A2O工艺的固有缺欠和对策研究[J].给水排水,2003.

[3]朱铁群 /编著,活性污泥法生物学原理 [M].西安:西安地图出版社.

[4]王容斌,李 军,张 宁,等.污水生物除磷脱氮技术研究进展[J].环境工程.

X703

B

1003-3467(2010)16-00115-02

2010-07-21

王志辉 (1983-),男,河南濮阳,工程师,从事污水处理的研究工作,E-mail:wzh797@sohu.com。