污水處理廠調(diào)整工藝脫氮2011

1、污水處理廠調(diào)整工藝、優(yōu)化運行，提高脫氮除磷能力和效率的工藝方案說明石家莊工大環(huán)境工程有限公司2011年3月3日一、現(xiàn)有污水處理廠工藝簡介我們對傳統(tǒng)曝氣工藝、氧化溝工藝、SBR工藝、懸掛鏈曝氣多級A/O工藝進(jìn)行了分析比較。以下分析比較數(shù)據(jù)取自國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部“全國城市污水處理現(xiàn)狀調(diào)查”研究課題報告。1、A/O工藝系列 A/O（Anaerobic/Oxic）工藝，即厭氧/好氧工藝，是單元組成最簡單的生物除磷工藝，池型改造與普通曝氣工藝非常相似。第一套A/O系統(tǒng)于1979年在美國建成投產(chǎn)。該工藝最主要的特點是高負(fù)荷運行、泥齡短、水力停留時間短，相應(yīng)的污泥產(chǎn)率和除磷能力較高。A/O工藝是使污水和污泥

2、順次厭氧和好氧交替循環(huán)流動的過程。典型的A/O系統(tǒng)包括活性污泥反應(yīng)池和二沉池，反應(yīng)池劃分為厭氧區(qū)和好氧區(qū)，其中厭氧區(qū)約占20的池容，兩個反應(yīng)區(qū)進(jìn)一步分成體積相同的格產(chǎn)生推流流態(tài)，一般情況下厭氧區(qū)和好氧區(qū)都被分隔成24個格。進(jìn)水與回流污泥在厭氧區(qū)進(jìn)水端混合后流經(jīng)多個反應(yīng)格串聯(lián)組成的厭氧區(qū)，隨后是多個反應(yīng)格串聯(lián)組成的好氧區(qū)，混合液最后進(jìn)入二沉池，通過固液分離，污泥從二沉池回流到厭氧區(qū)。部分富磷污泥以剩余污泥的形式從系統(tǒng)中排出，實現(xiàn)磷的去除。A/O工藝是針對磷元素的去除開發(fā)研究的，在去除氮元素上也是有效的，屬于最早的具有專門除磷脫氮功能的污水處理工藝，因此技術(shù)上是成熟的，運行也是穩(wěn)定的。在處理效果上

3、對于除磷效果和脫氮效果方面的定性評價指標(biāo)分別為1.14和1.1，顯示出優(yōu)越的除磷脫氮性能；在一般污染物去除方面，COD、BOD、SS的去除效果指標(biāo)分別為1.05、1.05、1.06，也可認(rèn)為是有效的。運行管理和二次污染的評價指標(biāo)顯示，A/O工藝與其它工藝的平均水平相差不大。在適用處理規(guī)模上，A/O工藝與普通曝氣工藝一樣適用于大型和超大型污水處理廠，尤其在20萬噸以上日處理規(guī)模時。但與普通曝氣工藝不同在于，彌補了普通曝氣工藝對除磷脫氮功能的較大不足。A/O工藝由于其鮮明的除磷脫氮技術(shù)特性，其投資和運行費用較一般工藝略高，其它經(jīng)濟性指標(biāo)如裝機功率、占地面積相對于其它工藝處于平均水平。由于A/O工藝

4、的經(jīng)濟性指標(biāo)偏低，因此比較適用于發(fā)達(dá)地區(qū)和有氮磷去除要求的地區(qū)。2、氧化溝系列氧化溝(Oxidation Ditch)是本世紀(jì)50年代由荷蘭工程師發(fā)明的一種新型活性污泥法，其曝氣池呈封閉的溝渠形，廢水和活性污泥的混合液在其中不斷循環(huán)流動，因此被稱為“氧化溝”，又稱“循環(huán)曝氣池”。氧化溝在應(yīng)用中發(fā)展為多種形式，比較有代表性的有： j帕式(Passveer)簡稱單溝式,表面曝氣采用轉(zhuǎn)刷曝氣,水深一般在2.53.5m,轉(zhuǎn)刷動力效率1.61.8kgO2/(kW·h)。k奧式(Orbal)簡稱同心圓式，應(yīng)用上多為橢圓形的三環(huán)道組成，三個環(huán)道用不同的DO(如外環(huán)為0，中環(huán)為1，內(nèi)環(huán)為2)，有利于

5、脫氮除磷。采用轉(zhuǎn)碟曝氣，水深一般在4.04.5m,動力效率與轉(zhuǎn)刷接近，現(xiàn)已在山東濰坊、北京黃村和合肥王小郢的城市污水處理廠應(yīng)用 。若能將氧化溝進(jìn)水設(shè)計成多種方式，能有效地抵抗暴雨流量的沖擊，對一些合流制排水系統(tǒng)的城市污水處理尤為適用。l卡式(Carrousel)簡稱循環(huán)折流式，采用倒傘形葉輪曝氣，從工藝運行來看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉積，其原因是供氧與流速有矛盾。m三溝式氧化溝(T型氧化溝)，此種型式由三池組成，中間作曝氣池，左右兩池兼作沉淀池和曝氣池。T型氧化溝構(gòu)造簡單，處理效果不錯，但其采用轉(zhuǎn)刷曝氣，水深淺，占地面積大，復(fù)雜的控制儀表增加了運行管理的難度。不設(shè)厭氧池，不具備除

6、磷功能。 一體化氧化溝，此種型式的基本特點是將生物處理凈化和固液分離合為一體。該溝型是我國自行研究開發(fā)的，目前還處于實驗階段。氧化溝類工藝在90年代中后期被廣泛采用，主要是因為其維修簡單，運行比較穩(wěn)定，處理效果良好的緣故。從評價結(jié)果來看：除一體化氧化溝由于缺乏運行實踐經(jīng)驗外，氧化溝工藝的多種變型沒有本質(zhì)的差別，氧化溝工藝考慮硝化段和反硝化段，對脫氮是有效的，調(diào)查采樣數(shù)據(jù)證明，氨氮去除效率可以達(dá)到90。在運行管理方面，氧化溝工藝超過其它工藝，這主要是機械曝氣本身設(shè)備維護簡便，勞動強度隨之降低。從目前國內(nèi)城市污水處理行業(yè)的使用情況來看：氧化溝類工藝主要是10萬噸左右日處理規(guī)模的污水處理廠選用，多年

7、的運行實踐也證明了氧化溝工藝比較適用于大中型污水處理廠。氧化溝工藝技術(shù)性能先進(jìn)，曝氣效率較高，但是，氧化溝的溝深不能過深，這就造成了相對于其它工藝，氧化溝的占地面積較大。在土地資源或運行費用緊張地區(qū)建設(shè)污水處理廠，在工藝選擇時應(yīng)該注意到這一點。3、SBR系列SBR法(Sequencing Batch Reactor)早在20世紀(jì)初已開發(fā)，由于人工管理繁瑣未予推廣。此法集進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四個或更多的單元格組成。SBR工藝存在以下若干改良變形工藝：l MSBR工藝連續(xù)流序批式活性污泥法新工藝（Modified Sequencing Batch Reactor,簡稱MSB

8、R），是對傳統(tǒng)活性污泥法（SBR）進(jìn)行了改進(jìn)。該工藝整個系統(tǒng)采用組合式聯(lián)體結(jié)構(gòu)，不需設(shè)置初沉池和二沉池。l CCAS工藝 CCAS工藝，即連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝（Continuous Cycle Aeration System），是一種連續(xù)進(jìn)水式SBR曝氣系統(tǒng)。這種工藝是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式處理法）的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。SBR工藝早于1914年即研究開發(fā)成功，但由于人工操作管理太煩瑣、監(jiān)測手段落后及曝氣器易堵塞等問題而難以在大型污水處理廠中推廣應(yīng)用。l UNITANK工藝UNITANK工藝實際上是比利時史格斯清水公司（SEGHERSENGINEERING

9、 WATER NV）開發(fā)的專利，取名為UNITANK。系統(tǒng)由3個矩形池組成，3個池水流相連通，每個池中均設(shè)有供氧設(shè)備及剩余污泥排放口，該池即可做曝氣池，又可做沉淀池；中間一個矩形池只做曝氣池。UNITANK工藝在運行過程中，有兩個池處于曝氣階段，而邊池處于沉淀狀態(tài)，處理后水從堰口排出，剩余污泥從池底排出。例如，污水從左側(cè)矩形池進(jìn)水，該池作曝氣池，從連通管進(jìn)入中間矩形曝氣池，再經(jīng)連通管進(jìn)入右側(cè)矩形沉淀池，處理水由固定堰排出，水流方向由左向右；經(jīng)過一定時間段后，關(guān)閉左側(cè)池進(jìn)水閘，而改用從右側(cè)池進(jìn)水，此時右側(cè)池曝氣，左側(cè)池經(jīng)靜止沉淀后出水，水流從右向左流動，完成一個切換周期。這樣周而復(fù)始，污水即達(dá)到

10、凈化目標(biāo)。l DAT-IAT工藝DAT-IAT工藝是SBR的改良。它的反應(yīng)機制以及有機物的去除機理與連續(xù)流活性污泥法（CFS）基本相同，但運行操作很不相同。DAT-IAT工藝主體構(gòu)筑物是由兩個串聯(lián)的反應(yīng)池組成，即需氧池（Demand Aeration Tank）和間歇曝氣池（Intermittent Aeration Tank），一般情況下DAT池連續(xù)進(jìn)水連續(xù)曝氣，其出水進(jìn)入IAT池，在IAT地完成曝氣、沉淀、潷水和排除剩余活性污泥。SBR類工藝包括許多種變型，但針對技術(shù)指標(biāo)總體來講：處理效果與其它工藝平均水平差距不大，除MSBR和IDTA，其它SBR類工藝對有特殊要求下氮磷的去除不十分有效。

11、SBR類工藝對自控水平要求高，處理系統(tǒng)在程序控制下運行并且有嚴(yán)格處理周期；維修不便且工作量大；工藝運行基本穩(wěn)定，但需在自控系統(tǒng)安全可靠的前提下。SBR類工藝一般采取多組系統(tǒng)并聯(lián)運行，勢必造成控制系統(tǒng)的復(fù)雜化。單從投資角度講SBR類工藝較其它工藝的平均水平偏高。4、多級A/O工藝（懸掛鏈移動曝氣工藝）A/O污水處理技術(shù)，主要應(yīng)用在有脫氮要求的污水處理工程中，是城市污水處理主要發(fā)展技術(shù)之一。A/O工藝通過有益菌群的硝化和反硝化反應(yīng)去除污水中的氮，同時對COD也具有較高的去除效率。但該工藝針對不同水質(zhì)的廢水A/O比（A段和O段的停留時間之比，相當(dāng)于A段和O段的容積比）取值不同，這就造成了同一處理構(gòu)筑

12、物中，在水質(zhì)水量發(fā)生變化時，處理效果下降，抗沖擊負(fù)荷能力差；此外，A/O工藝對氮的去除效率方面還略顯不足。近期國際上有關(guān)非穩(wěn)態(tài)理論的研究結(jié)果認(rèn)為：非穩(wěn)態(tài)條件對生物處理系統(tǒng)的影響應(yīng)歸結(jié)到對系統(tǒng)中微生物的影響，包括微生物活性、適應(yīng)外界環(huán)境(不斷變化)的能力、具有特殊功能的微生物的形成等方面，而系統(tǒng)的處理效果很大程度上取決于這些因素。如Stefan提出，幾小時的“饑餓”狀態(tài)并不會導(dǎo)致微生物活性的降低，反而會刺激微生物產(chǎn)生更多的與基質(zhì)攝取相關(guān)的酶，從而在“飽食”狀態(tài)下吸收即從污水中去除數(shù)量更多、范圍更廣的污染物；荷蘭學(xué)者Loosdrecht的研究也證明，微生物體內(nèi)貯存多聚物是一種普遍現(xiàn)象，只不過條件不

13、同其作用顯示程度不同，它是微生物固有的能力，“饑餓飽食”狀態(tài)是激發(fā)并強化這一能力的重要影響因素。多級A/O充分利用以上理論和自身特點，完善和發(fā)展了A/O工藝：（1）彌補了傳統(tǒng)A/O工藝的不足正如前所述，傳統(tǒng)A/O工藝不能解決A段和O段容積比隨水質(zhì)水量的變化而變化的情況，而懸掛鏈系統(tǒng)通過其靈敏的探測手段和準(zhǔn)確有效的自動控制系統(tǒng)，可以自由調(diào)節(jié)A/O容積比，因此，徹底解決了這一問題。（2）發(fā)展了A/O工藝的多種組合形式由于懸掛鏈移動曝氣技術(shù)采用了先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)，從工藝角度講：水力停留時間較長，構(gòu)筑物容積較大，工藝選擇余地較大。通過自控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)：單級O/A工藝、厭氧缺氧好氧組合工藝（An

14、aerobic-Anoxic-Oxic，簡稱A-A/O工藝）、好氧缺氧好氧組合工藝（Anoxic-Oxic Anoxic，簡稱O-A/O工藝）等多種在A/O工藝上發(fā)展的組合新工藝。針對不同的水質(zhì)，采用不同的工藝方式，靈活可靠，確保出水效果良好。（3）節(jié)能降耗相對于其它類型的A/O工藝，多級A/O工藝具有節(jié)能降耗顯著的特點。傳統(tǒng)A/O工藝在好氧段停留時間8小時的前提下，氣水比在10：1左右，而懸掛鏈系統(tǒng)在好氧段停留時間20小時的前提下，氣水比能達(dá)到6：1，這樣就大大地節(jié)省了動力能耗，從而大大地節(jié)省了運行費用。多級A/O工藝之所以具有優(yōu)良的特性與懸掛鏈曝氣裝置的特點是密不可分的。5布?xì)廛浌軕覓戽溒?/p>

15、氣裝置在曝氣方式上與傳統(tǒng)固定曝氣設(shè)備有很大不同：它采用移動曝氣方式，曝氣器由浮筒牽引，懸掛在池中，每組浮筒/曝氣器由飄浮在水面的布?xì)夤苓B接為一條“鏈”，曝氣器與浮筒/布?xì)夤荛g用軟管連接，在向曝氣器通氣時，單個曝氣器由于受力不均，在水中產(chǎn)生運動，當(dāng)曝氣器偏離浮筒垂直軸時 ，氣泡升到水面并在浮筒一側(cè)爆裂， 從而對浮筒產(chǎn)生反向推力 ，推動浮筒運動，浮筒的運動反過來帶動曝氣器運動，在曝氣情況下運動持續(xù)不斷。這種運動從機理上彌補了傳統(tǒng)固定曝氣方式的兩點先天不足：51浮筒2軟管3配重4曝氣管5布?xì)夤?固定式曝氣器頂部至水面的水域始終處于過飽和充氧狀態(tài)，而其它水域則處于不飽和充氧狀態(tài)，氧利用率較低；固定曝氣

16、方式這種有規(guī)律的氣泡在水中的運動，使整個構(gòu)筑物產(chǎn)生若干個紊流區(qū)域，這些紊流區(qū)域反過來又促使氣泡在水中的運動速度加快，停留時間減少。懸掛鏈曝氣器在水中的運動使池中不存在氧的過飽和區(qū)域和不飽和區(qū)域，使氧的利用率得以顯著提高。5、不同工藝經(jīng)濟指標(biāo)對比根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部“全國城市污水處理現(xiàn)狀調(diào)查”研究課題報告的定性和定量評價結(jié)果，就上述幾種工藝的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行橫行對比： 工藝因子A/O工藝氧化溝工藝SBR工藝多級A/O工藝COD去除效率（%）86.3858188BOD去除效率（%）92.3929594SS去除效率（%）92.393.393.593NH4-N去除效率（%）4692.767.59

17、2TP去除效率（%）8950.76289出水達(dá)標(biāo)率（%）98929698除提升外運行功率（kW/10000t）212.3118.7183.1115.8噸水生產(chǎn)性投資（元）1526.1710401334798.8噸水經(jīng)營成本（元）0.480.420.390.29運行穩(wěn)定性（標(biāo)準(zhǔn)分）8.067.948.038.52自控要求（標(biāo)準(zhǔn)分）7.767.737.567.01勞動強度（標(biāo)準(zhǔn)分）7.758.037.757.59維修難易（標(biāo)準(zhǔn)分）7.587.847.447.90二、為什么氨氮難去除 從各地實踐和專家研究來看，影響污水處理廠脫氮除磷效果的，不僅包括仍然不甚完美的工藝，工業(yè)廢水、管網(wǎng)、水溫等現(xiàn)實因素更

18、不可忽視。面對城鎮(zhèn)生活污水處理廠升級改造應(yīng)該選擇什么技術(shù)路線、如何確保成本可控、水質(zhì)達(dá)標(biāo)等問題，各地仍在探索中。不少業(yè)內(nèi)專家指出，升級改造要優(yōu)先考慮現(xiàn)有工藝的優(yōu)化完善調(diào)整，有效提升運行管理水平，讓原有設(shè)備充分發(fā)揮潛能，切實提高脫氮除磷的能力和效率。 中國環(huán)境規(guī)劃院副院長吳舜澤曾經(jīng)總結(jié)說:“就運行來說，一些工業(yè)企業(yè)缺乏深度治理設(shè)施，且運行管理不到位，無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。而早期建設(shè)的城市生活污水處理廠不具備脫氮除磷的功能，迫切需要進(jìn)行提標(biāo)改造。不少污水處理廠污水管網(wǎng)不配套，運行負(fù)荷率低，運行水平低下、污水處理費征收不足、監(jiān)管不力等因素也影響實際處理效果，這些都使我國目前氨氮去除效率總體較低?！倍诟?/p>

19、地進(jìn)行的污水處理廠提標(biāo)改造實踐也證明，不少“先天不足”的因素增加了脫氮除磷的難度。國家城市給水排水工程技術(shù)研究中心總工程師鄭興燦認(rèn)為，一些客觀的非技術(shù)因素先天決定了氨氮控制特別是脫氮的困難。他在第四屆水業(yè)高級技術(shù)論壇上指出，由于我國城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量變化較大、污水碳氮比普遍偏低、進(jìn)水無機懸浮固體普遍偏高，再加上低水溫和工業(yè)廢水的影響，要想持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)比較難。他同時指出，相對于除磷，現(xiàn)有污水處理廠工藝中對氮的去除較為局限，只能通過生物反硝化過程來實現(xiàn)。而強化生化反應(yīng)、化學(xué)除磷、增加深度處理等傳統(tǒng)方式在去除懸浮物、有機物及磷方面效果較為顯著，但對于總氮穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)則頗有難度，“尤其是在進(jìn)水存在

20、碳源不足的污水處理廠”。清華大學(xué)環(huán)境工程系教授施漢昌指出，我們面臨的一個先天難題就是城鎮(zhèn)污水的碳氮比普遍偏低，導(dǎo)致總氮去除效果不理想?！?污水)沒有達(dá)到歐美國家的碳源濃度，這和目前的管網(wǎng)設(shè)施缺陷是有關(guān)系的。比如現(xiàn)有的污水管網(wǎng)一般會受到雨水以及地下水的影響，導(dǎo)致碳氮比較低。”而在江蘇提標(biāo)改造中，冬季水溫低和工業(yè)排放的問題已經(jīng)顯現(xiàn)。談到升級改造中遇到的困難，無錫市排水總公司副總經(jīng)理李激表示，碳源不足和冬天硝化問題是無錫市乃至全國城市污水處理廠生物脫氮面臨的棘手問題。特別是華東地區(qū)以及長江三角洲地區(qū)冬季地表溫度低，溫度常常只有10左右，嚴(yán)重影響污水處理效果。目前常用技術(shù)對出水水質(zhì)的貢獻(xiàn) 主

21、要技術(shù)路線及適用情況 三、推薦工藝路線目前，污水廠采用較廣泛的脫氮除磷工藝有：A2/O、SBR、氧化溝等，這些工藝均是基于傳統(tǒng)脫氮（硝化反硝化）除磷機理而開發(fā)出來的，可部分去除污水中的氮和磷。而傳統(tǒng)工藝存在基建投資大（采用空間分隔，池容大）、運行費用高（硝化充氧能耗高、市政污水廠需投加碳源和堿等）、能量浪費、排放溫室氣體（N2O）等一系列問題。此外，傳統(tǒng)工藝的脫氮效率受進(jìn)水水質(zhì)的影響，低碳源污水在不投加外碳源的情況下，其脫氮效率低。隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一批低能耗、低投資，管理簡單的處理工藝。1、生物倍增工藝 生物倍增污水處理工藝是石家莊工大環(huán)境工程有限公司在30多年的科

22、學(xué)研究和實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上開發(fā)出的一項先進(jìn)的污水處理技術(shù)。生物倍增工藝主要是通過采用我公司研發(fā)的BioDopp曝氣系統(tǒng)、BioDopp固定床及BioDopp快速澄清裝置等。將生物脫氮除磷、氧化去除有機物、污泥硝化穩(wěn)定等各種不同工藝步驟放在同一反應(yīng)池內(nèi)同時進(jìn)行。 Bio-Dopp工藝把現(xiàn)有污水生物處理工藝的優(yōu)點理想地結(jié)合起來，該工藝的最大特點是把功能微生物去除過程全都集中在一個單一池內(nèi)協(xié)同進(jìn)行，通過對池體進(jìn)行特殊設(shè)計以實現(xiàn)污水生物處理（曝氣池）及泥水分離（相當(dāng)于二沉池）工藝過程的要求，無需單獨設(shè)立二沉池。Bio-Dopp工藝能為同步硝化反硝化創(chuàng)造了有利的環(huán)境。由于Bio-Dopp工藝在低溶解氧條件下

23、培養(yǎng)馴化的活性污泥顆粒小，污泥活性相對較低，異養(yǎng)菌生長緩慢，因此，活性污泥外表不易形成隔離膜，活性污泥可與氧及可溶性有機物直接接觸，實現(xiàn)氨氮的硝化。而菌膠團在活性污泥菌膠團內(nèi)部形成缺氧、厭氧的微觀環(huán)境，在活性污泥顆粒的內(nèi)部又會實現(xiàn)氮的反硝化反應(yīng)，從而實現(xiàn)同步硝化反硝化。由于Bio-Dopp工藝采用的特殊曝氣系統(tǒng)及特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)造，故使得該工藝的同步硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的相對徹底，效率較高。Bio-Dopp工藝亦具有較高的除磷效率，該工藝通過培養(yǎng)特殊的除磷菌種來達(dá)到在均勻低氧條件下高效除磷效果。工藝特點 Bio-Dopp工藝與傳統(tǒng)工藝相比，出水水質(zhì)優(yōu)良。一方面，生物倍增反應(yīng)池出水指標(biāo)滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB189182002）的出水水質(zhì)，正常情況下能滿足A標(biāo)準(zhǔn)（可達(dá)歐洲標(biāo)準(zhǔn)），特殊情況下（如：水溫12以下）亦能滿足B標(biāo)準(zhǔn)；另外，該工藝還具有占地面積小、工程投資低、污泥產(chǎn)出少、操作控制簡單等優(yōu)點。其中，該工藝一個突出的優(yōu)點就是能耗低。由于 Bio-Dopp曝