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传统活性污泥工艺运行方式的改进

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简介: 改变传统活性污泥法的运行方式,使其成为AO工艺或连续流间隙曝气工艺,具备生物除磷脱氮功能。经两种工艺处理后出水NH3-N<3mg/L;TP、TN去除率分别为72%和80%。适用于老污水处理厂的改造和新建污水厂的设计。?
关键字:AO工艺 连续流间隙曝气 生物除磷脱氮

1 传统工艺低负荷运行除磷脱氮的限度

  由于传统工艺运行的污水厂没有深度净化功能,也没有更多资金新建大规模污水处理厂,因此对老厂原工艺进行改进,使其成为AO或连续流间隙曝气工艺是十分必要的。?
  常规的活性污泥法采用的污泥负荷为0.2~0.3kgBOD5/(kgMLSS·d),曝气 池活性污泥浓度控制在2~3g/L之间,泥龄维持在4~5d以内。由于泥龄短,活性污泥中硝化菌的增殖速率小于其随剩余污泥排出的速率,因而常规活性污泥法在满负荷的条件下,氨氮去除率低,一般仅为20%~30%。?
  为使按常规法设计的污水厂获得满意的硝化效果,必须减小污泥负荷,提高污泥泥龄。在不增加曝气池容积的前提下,可采用的办法就是提高曝气池污泥浓度。为了达到这一目标,要保证做到以下两点:一是活性污泥具有良好的沉降性能;二是曝气系统具有足够的供氧能力 。?
  为了改善污泥的沉降性能,可采用超越初沉池的办法,这样进水中悬浮颗粒可能成为细菌絮凝的核心。
某污水处理厂采用超越初沉池的低负荷活性污泥法,严格控制曝气池溶解氧(前段1.1mg/L,中段1.6mg/L,后段2.8mg/L),运行结果表明,BOD5的去除很好,出水平均值<10mg/L,去除率达95.4%;NH3-N硝化相当完全,出水为0.1mg/L,硝化率为99.6%;氮磷的去除情况见表1。

表1 污染物降解指标工艺BOD3/TNBOD5/TPTN(mg/L)TP(mg/L)有机氯(mg/L)流入流入流入流出去除率
(%)流入流出去除率
(%)流入流出去除率
(%)传统工艺4.119.150.821.857.011.15.649.323.61.693.3AO工艺4.326.760.012.080.09.62.772.029.13.687.6连续流间隙曝气4.431.233.99.372.55.31.374.612.11.884.9

  超越初沉池,提高曝气池污泥浓度的运行结果表明,硝化的效果相当好,氨氮去除率达99%,但出水的总氮在20mg/L以上,去除效果还不是很理想。
  某污水厂设计处理能力27 000 m3/d,实际水量为15 000m3/d,进水中很大部分为工业废水。超越初沉池低负荷活性污泥法运行数据表明,在平均水温为26.6 ℃,MLSS为4.98 g/L,SVI为50.5 mL/g时,COD、BOD5的去除率达90%以上,出水NH3-N为3.0mg/L,硝化率为85.3%,当BOD5/TN为4.4时,总氮去除率为48.5%。
  总之,低负荷传统活性污泥法除磷脱氮的量是很有限的。为了进一步提高总氮去除率,可充分利用传统工艺的现有设施和设备,对工艺进行切实可行的改进,使之成为高浓度活性污泥AO工艺,使氮、磷的去除提高到一定水平。

2 低负荷AO工艺

  利用传统工艺的全部设施,关闭曝气池前1/3段空气管,安装搅拌机,保持原来的回流方式和回流比,变传统工艺为缺氧—好氧(AO)工艺。运行参数见表2。

表2 各种工艺运行参数(平均值)工艺气温
(℃)回流比
(%)水力停留时间
(h)泥龄
(d)容积负荷
(kgBOD5/m3.d)污泥负荷
(kgBOD5/(KGMLSS.d)污泥浓度
(g/L)SVI
(mL/g)传统工艺17.3106814.30.6010.1026.5368.0AO工艺15.310088.20.7380.1335.7968.5连续流间隙曝气17.41901511.60.2300.0426.5149.3

  与常规意义的AO法不同之处在于,本工艺不设内回流装置,仅设污泥回流系统,工艺流程如图1所示。

  在运行中采用了两种容积比,缺氧:好氧为1:1或1:3。由表3可见,1:1的情况总氮去除率略高于1:3的情况,但并无明显的优势。缺氧区容积的设定首先应保证系统 在COD、BOD5、NH3-N、SS等方面有良好的去除率,故本工艺的1:3容积比是合适的, 污泥回流比为80%~100%。?
  该工艺进水COD、BOD5平均值为543和246mg/L,出水平均值为47和17mg/L,去除率分别达到91.3%和93.1%,进水NH3-N为30.2mg/L,出水为0.5mg/L,硝化率为98.2%,TN和TP的降解指标见表1。?
  AO工艺对总氮的去除已大为改善,出水TN在12mg/L左右,去除率达80%,TP的去除尚未达到较好水平,但相对于进水的9.6 mg/L,出水已有很大程度的降低,如果辅以其他方式的除磷,AO工艺是一种适合于老厂改进的方案。?

3 连续流间隙曝气工艺

  众所周知,SBR法中间歇曝气的方法有较好的去除氮磷能力。对于按传统活性污泥法设计的污水厂,不可能按SBR法运行。一是不可能间断进水,二是不可能从曝气池出水。因此,保留高浓度活性污泥法运行中已有的经验,只把连续曝气改为分时段曝气,保持正常流量的进出水,就可把这个改进后的工艺称为连续流间隙曝气工艺。?
  某污水处理厂设计能力27000m3/d,实际水量为15000m3/d,由于水量负荷低,故减少曝气量,缩短曝气时间,连续运转的鼓风机轮流给两组曝气池充氧,8h为一周期,运行参数见表2。
  在生产性试验的运行期间,进行了三个不同工况的研究,其运行参数和结果见表3。

表3 工况A、B、C运行参数和结果参数工况A工况B工况CHRT(h)14.710.99.2曝气时间(h/d)12(每次4h)15(每次5h)15(每次5h)非曝气时间(h/d)12(每次4h)9(每次3h)9(每次3h)MLSS(g/L)6.516.676.92SVI(mL/g)49.346.745.6COD污泥负荷[kgCOD/(kgMLSS.d)0.0830.1120.202BOD5污泥负荷[kgBOD5/(kgMLSS.d)0.0420.0560.074气温(℃)16.514.7 COD(mg/L)进水329.3340.1535.2出水47.838.649.2去除率%85.588.790.8BOD5(mg/L)进水164.5169.5194.9出水14.013.815.2去除率%91.591.992.2NH3-N(mg/L)进水20.221.420.7出水2.93.54.1去除率%85.683.680.2TN(mg/L)进水36.337.639.8出水9.710.810.2去除率%73.371.374.4

  由表3可见,这三个工况的运行情况都很好,用于老厂的改造是完全可行的。出水COD和BOD5与工艺改进前相似,硝化率相似,TN、TP出水浓度大为降低,去除率达到72.5% 和74.6%,由于氮、磷的去除消耗了碳源,因而工艺改进前后BOD5、COD的去除机理不同。?
  活性污泥镜检发现,菌胶团密实,在团状结构中有不透光的核心。钟虫及采盖虫成株茂盛,数量极其多,很难发现游动型的后生动物如轮虫等。污泥指数小、污泥沉降性能好的原因 在于:①间隙曝气方式抑制了游动型后生动物的生长,菌胶团密实;②因超越初沉池,入流惰性物质与污泥絮体结合在一起,增加了污泥的体积质量;③保持50%以上的高回流比,污泥新鲜,利于沉降。?
  当气温下降至4 ℃左右,BOD5、COD的降解几乎没受影响,但硝化水平下降,出水NH3-N上升至7.6mg/L,去除率下降至68%,总磷的去除率下降至63.2%。
  连续流间隙曝气工艺中,曝气时有机物部分被好氧微生物分解利用,部分由兼性微生物作糖元贮存;NH3-N被硝化杆菌最终氧化为NO3--N;溶解性磷盐被聚磷菌吸收。不曝气时,溶解氧被迅速消耗掉,开始了反硝化,入流带来的有机物以及被贮存的糖元作电 子供体在 反硝化菌的作用下还原NO3--N为N2;聚磷菌把低分子有机酸变为贮存在体内的PHB,并释放PO43-;活性污泥充分发挥其网捕和吸附功能,“过滤”污染物。

4 几种工艺氮的去除途径分析

  氮的最终去除途径是生成N2或转化入污泥。假设实际消耗的碱度包括入流NH3-N硝化和有机氮氨化再硝化两部分,那么由NH3-N硝化的计算碱度与实际消耗碱度之差可以 推算出有机氮硝化消耗的碱度,从而推算出有机氮通过N2和污泥途径去除的量,确定总氮两种去除途径所占比例。各种工艺的计算结果如表4所示。

表4 氮去除分配表工艺△TN(mg/L)
流入-流出有机氮(mg/L)
流入-流出计算耗碱度(mg/L,CaCO3)计实际耗碱度(mg/L)N2途径(mg/L)污泥途径
(mg/L)N2/△TN污泥途径/△TN传统工艺29.022.0163.0215.021.67.474.5%25.5%AO工艺47.725.5136.4196.037.98.879.4%18.4%连续流间隙曝气26.713.379.183.513.812.151.7%45.3%

  连续流间隙曝气工艺通过污泥途径去除的氮最多,因而该工艺脱氮对BOD5/TN的要求最低。?

5 结论

  ① 传统活性污泥法经过较为简单的工艺改进后,具备了良好的生物除磷脱氮功能。
  ② 工艺改进后,可节省部分用于曝气的费用,但要求曝气系统有更好的供氧能力,即供氧速率高。?
  ③ 由于城市污水中可被利用的有机物在保证脱氮(反硝化)之后所剩无几,若要确保出水总磷小于1mg/L,有必要增加辅助除磷措施,如在进二沉池前加药剂等。?
  ④ 连续流间隙曝气工艺由污泥途径去除的氮远高于AO工艺,故间隙曝气工艺的脱氮对有机 物依赖性更小。?

参考文献:
  [1] Schonberger R. Wat Sci Tech, 1990,22(7.8):45-51.

发布:2007-07-30 10:22    编辑:泛普软件 · xiaona    [打印此页]    [关闭]
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