A/O工艺不用内回流降低回流比的研究与实践

梅子红了 · 发表于 2007-7-12 18:30:45

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1　概述 　　A/O工艺的传统概念是：污水中含氮化合物在曝气池O段内被氧化为硝酸盐，通过回流把含大量硝酸盐的O段出水和二沉池底泥回流到A段，利用进水中的碳源进行反硝化脱氮。其工艺简图为：

　　总氮去除率与回流比的简略计算(1)（假定含氮化合物在O段100%氧化为硝酸盐；假定硝酸盐在A段100%被反硝化去除；并忽略细菌同化合成去除的氮），其算式为：　　η=［(Rm+Rs)·Q］/[Q+(Rm+Rs)·Q]=(Rm+Rs)/[1+(Rm+Rs)]　　　　　（1-1）　　式中：η 系统的总氮去除率（%）　　　　　Rm 混合液回流比（%）　　　　　Rs 二沉池污泥回流比（%）　　　　　Q 进水流量（m3/d）　　由式1-1可见：要使系统的总氮去除率达到75～80%，总回流比（Rm+Rs）需达到300～400%。　　为避免大量的底部回流对二沉池工作稳定性产生影响，传统A/O工艺均设置两套回流系统，即在设二沉池底部污泥回流（外回流）系统之外，在曝气池出口再加设混合液回流（内回流）系统。外回流回流比一般为50～100%，内回流比一般为200～300%。设备多，运行电耗大。本次研究着眼于简化A/O工艺，减少回流系统，降低回流比。 2　二沉池底泥回流率对二沉池工作影响的研究。 　　加大二沉池底泥回流率，虽出水量不变，但必然加大二沉池的进水量和排泥造成的扰动，可能对二沉池的工作稳定性产生影响。　　在与同济大学等单位合作的《城市污水生物脱氮除磷的研究》中，曾在中试规模的二沉池中，对不同底部回流比时，二沉池SS浓度场进行了测定。（2）中试二沉池为平流式，池长6.0米，宽1.35米，有效水深1.9米，纵向两个泥斗，斗深1.0米，斗底设潜污泵排泥回流。测定时二沉池表面负荷1.23m3/m2·hr。在回流比R=1.5、2.5、3.5时，二沉池内SS的等浓度曲线见图2（a）（b）（c）。

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　　由图2可见，二沉池内的等浓度曲线，虽回流比不同，但都呈水平状态，说明二沉池属成层（拥挤）沉降状态。二沉池的泥面（SS=1.0克/升）在不同回流比条件下，均在水面下0.6～0.7米处，每种回流比均运行二次，每次15天，实测出水SS均小于20mg/L，说明工作都很稳定。等浓度曲线在回流点上方有下垂现象，回流比越大，下垂越明显，说明增大回流比，仅此使回流污泥下降，无污泥紊动上翻现象。　　以上测定结果证明，加大二沉池底部回流，即使回流比达350%，对二沉池的工作稳定性和出水SS均无影响。故A/O工艺中，只用一套回流系统，通过增加外回流来代替内回流是可行的。 3　曝气池好氧区同步反硝化作用的研究 　　上海松江污水厂的A/O曝气池，采用高浓度活性污泥法，MLSS控制在4～6克/升，MLVSS 控制在2.5～4.2克/升。好氧区在运行中经多次测定，均发现存在明显的同步反硝化现象。　　表1和图3为某次较具代表性的曝气池好氧区分段测定结果。测点1、2、3、4分别为好氧区进口、1/3处、2/3处和出口。

表1 曝气池好氧段各点溶解性氮浓度（mg/L）测点1234有机氮4.553.501.030.66NH3-N14.58.703.421.14NO2-N0.30.160.130.06NO3-N0.253.627.158.36TKN19.0512.204.451.80TN19.6015.9811.7310.22

注：表中有机氮浓度由（TKN）－（NH3-N）计得 TN由（TKN）+（NO2-N）+ （NO3-N）计得其他数据为混合液过滤后实测

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　　测定时，总进水口TKN为54.2mg/L，总进水量39300m3/d，回流比为116%，好氧段水力停留时间10.9小时，曝气池MLSS 5.2克/升，泥龄20天左右。　　由表2和图3可见，经缺氧段的反硝化作用，进入好氧段时，硝酸盐浓度仅0.25mg/L。污水中的氮主要是以氨氮和有机氮形式进入好氧段，在好氧段中被氧化和硝化，故浓度逐渐下降，同时硝酸盐明显上升，出口处达8.36mg/L。　　按传统观念，在好氧段中，除微生物细胞合成之外，总氮不会明显变化。实测结果是：总氮TN浓度在好氧段内出现了明显的下降。由进口19.6mg/L下降到出口10.22mg/L。按泥龄和排泥量计算，由细胞合成随剩余污泥排出的氮量，使好氧段的总氮降低4.41mg/L。其差额19.6-10.22-4.41=4.97mg/L的氮只能是通过同步反硝化作用从污水中逸出，进入大气。同步反硝化去除的氮占进入好氧段总氮的25.3%。好氧段氮平衡见图4。

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表2 上海松江污水处理厂脱氮运转水质汇总表 年/月日处理水量(m3/d) 平均回流比(%) BOD5CODcrTKNNH3-NNO2--NNO3--NTN曝气池 MLSS (mg/L)进水出水进水出水进水出水进水出水进水出水进水出水进水出水00/338600118372±22415.0±6.61045±59057.4±12.076.54.420.7±4.43.1±3.80.03±0.020.06±0.061.3±0.48.2±2.277.812.73972±81400/437100123344±16016.1±6.31035±58973.9±11.558.99.225.6±3.58.7±4.90.04±0.020.08±0.031.2±1.14.5±3.260.113.84629±57800/533300137223±1054.5±10.4556±32062.0±26.551.711.127.4±6.0110.6±13.60.04±0.030.34±0.312.0±2.68.0±4.153.719.463891±61300/634900131199±708.0±5.3617±35251.4±23.660.82.221.5±3.51.5±1.00.05±0.030.13±0.071.6±2.78.9±1.262.511.25785±90500/734300133211±578.5±5.2756±28356.6±17.464.52.222.4±3.41.5±1.10.02±0.030.08±0.070.9±0.19.1±1.365.511.41967±48500/838950117212±838.4±5.2803±33751.1±19.561.22.020.4±4.91.1±0.90.03±0.010.02±0.010.5±0.510.3±1.561.712.34396±57500/937000123189±619.7±3.8609±37649.1±13.755.81.419.9±3.40.9±0.60.01±0.030.04±0.031.0±0.79.4±1.856.810.84049±51000/1038300119163±498.1±4.4373±10754.0±15.746.31.519.7±2.80.9±0.60.03±0.030.09±0.081.6±1.18.3±2.147.89.94434±41100/1137600121177±818.7±6.8465±16953.8±16.345.11.420.9±4.30.8±0.50.02±0.020.02±0.021.2±0.59.1±1.146.310.54825±40300/1239850115202±899.5±6.2575±33450.6±13.944.71.719.6±5.11.2±1.10.04±0.030.05±0.041.4±1.29.3±2.946.111.04487±68201/0137500122236±5410.5±4.9767±28357.5±14.165.22.019.8±4.41.4±0.90.09±0.070.06±0.020.9±0.510.0±1.966.212.14401±43001/0238650118291±13111.7±5.71014±56551.5±15.054.87.121.0±4.76.0±3.90.06±0.030.06±0.021.7±2.65.5±2.256.512.75092±636

注：表内TN值为（TKN）+（NO2-N）+（NO3-N）值之和。TKN因数据较少，只计均值。其余数据均由每日监测数据统计而得。

　　好氧段的同步反硝化作用在中德合作《城市污水生物脱氮除磷的研究》中曾多次发现和利用，并应用该原理进行了《低氧曝气污水脱氮》的课题研究。（3）原理解释是：微观活性污泥颗粒，外层是好氧微生物，而内层因氧传递的浓度梯度的作用出现低氧或缺氧层。硝酸盐在污泥颗粒的内层部分被反硝化。产生同步反硝化的条件是：活性污泥浓度较高，溶解氧在2mg/L以下。同步反硝化在A/O工艺中具有重要意义。由图4的氮平衡图可见，进入好氧段的TN，经排泥带出和同步反硝化逸出，去除了将近一半。好氧段出水的硝酸盐浓度比传统理论降低了近一半，故回流比可大大减小。以本次测定的结果为例，回流比仅116%，氮的总去除率（不计二沉池中的反硝化）（54.2-10.2）/54.2=81.2%，出水TN 10.22mg/L，优于GB8978-1996一级排放标准（TN不大于15 mg/L）的指标。同样，充分发挥好氧区的同步反硝化作用，可大大减少A/A/O工艺中硝酸盐对厌氧释磷的影响，回流比也可相应减小。 4　实际运转结果 　　上海松江污水厂二期工程，A/O曝气池容积25000m3，其中缺氧段占25%。二沉池为四座直径35米的幅流式沉淀池。只设二沉池底泥回流，无混合液回流系统。　　进水水质较浓，特别是接纳了部分禽畜场污水，TKN和有机氮较高。2000年全年的运转结果汇总于表2。　　长期生产运转实践证明，A/O系统只用二沉池底泥回流，回流比115～140%，虽进水浓度较高，出水水质仍较好（2000年5月份因设备调整运行不正常），BOD5去除率95%左右，出水CODcr小于60，出水总氮小于15，优于排放标准。总氮去除率80%左右。运行也较稳定。 5　结论 　　通过试验和长期生产运转证明：　　（1）A/O工艺不用混合液回流（内回流），只用外回流，通过二沉池底泥回流来完成全部回流，对二沉池工作的稳定性无影响。故A/O工艺设施可简化。　　（2）控制曝气池DO和MLSS，充分发挥好氧区同步反硝化作用，A/O工艺的回流比可降低到120～150%，从而降低污水厂的运行费用。　　（3）同步反硝化的机理和条件值得进一步研究和利用。 参考文献 　　1 钱易米祥友.“现代废水处理新技术”，中国科技出版社　　2 毕学军刘至嘉等。《城市污水生物脱氮除磷A/A/O工艺中试研究》同济大学-达姆斯达特大学学术交流会论文集，1997年　　3 朱晓军高廷耀等.《低氧活性污泥法脱氮除磷工艺生产性研究》同济大学-达姆斯达特大学学术交流会论文集，1997年 [ 本帖最后由 20121221 于 2010-8-23 12:40 编辑 ]