城市污水處理廠曝氣階段的節(jié)能降耗研究

摘要：以天津某污水處理廠A2/O工藝為例，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及小試試驗(yàn)，研究了A2/O工藝中降低供氧能耗的可行性。通過現(xiàn)場調(diào)查，考察了現(xiàn)有工藝條件下COD、氨氮、TN、TP和DO的變化規(guī)律。結(jié)果表明，系統(tǒng)現(xiàn)有工藝中好氧池的DO在2～3mg/L左右，系統(tǒng)對COD、氨氮和TP的去除效果穩(wěn)定，但對TN的去除效果較差。本研究通過小試試驗(yàn)，控制曝氣段的DO在1.5mg/L左右，避免過度曝氣造成浪費(fèi)，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)形成了穩(wěn)定的同步硝化反硝化（SND），增加約6.6%的TN去除率。

關(guān)鍵詞：A2/O工藝 節(jié)能降耗 曝氣量 溶解氧 同步硝化反硝化 TN

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0149-02

典型的二級(jí)城市污水處理廠電耗中，污水提升占10%～20%，污水生物處理（主要用于曝氣供氧）占50%～70%，污泥處理占10%～25%，三者能耗之和占總直接能耗的70%以上[1]。

因此，節(jié)省電耗是污水處理過程節(jié)能降耗的一個(gè)重點(diǎn)，降低供氧電耗則是最具節(jié)能潛力的環(huán)節(jié)。

曝氣是維持曝氣池內(nèi)DO濃度的直接手段，通過控制曝氣強(qiáng)度來控制DO濃度。而曝氣池內(nèi)DO濃度對微生物活動(dòng)的影響很大，進(jìn)而影響整個(gè)污水處理進(jìn)程。因此，如何合理地控制曝氣池的DO，在保證出水水質(zhì)的同時(shí)最大限度地降低供氧電耗是污水處理廠節(jié)能降耗的重要途徑。

本研究以天津某污水處理廠A2/O工藝為例，通過現(xiàn)場調(diào)查分析COD、NH4+-N、TN、TP及DO的沿程變化，并結(jié)合小試試驗(yàn)，研究A2/O工藝中降低供氧能耗的可行性及可操作的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 現(xiàn)場調(diào)查

該污水處理廠處理能力為54萬m3/d，污水處理采用A2/O工藝。共有2座A2/O生物池，其設(shè)計(jì)最大處理水量為8.5萬m3/d。單座A2/O生物池為 54.7m×80.7m×6.3m。2座A2/O生物池中的厭氧段為2個(gè)廊道容積為5880m3；缺氧段為6個(gè)廊道容積為17640m3；好氧段為6個(gè)廊道容積為17640m3。A2/O生物池各段參數(shù)為：

①厭氧段：理論停留時(shí)間為1.78 h；

②缺氧段：池容積為17640 m3；污泥濃度為3.3 g/L；泥齡為10.9 d；

③好氧段：池容積為17640 m3；污泥濃度為3.3 g/L；泥齡為10.9 d；空氣量為 15200 m3/h。

COD采用HACH COD快速測定儀[2]；PO43--P采用鉬銻抗分光光度法[2]；MLSS采用濾紙重量法[2]；NH4+-N采用納氏試劑分光光度法[2]；TN采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法[2]；DO采用YSI5000型溶解氧儀[2]。

1.2 小試試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果，通過小試試驗(yàn)來考察曝氣段通過降低DO來達(dá)到節(jié)能目的的可行性。小試反應(yīng)器模擬了現(xiàn)場的A2/O工藝，接種污泥取自此污水處理廠二沉池污泥，采用SBR反應(yīng)器來運(yùn)行，有效容積為4.5L，充水比為0.7。本試驗(yàn)安排一天3個(gè)周期，一個(gè)周期8h，其中：厭氧1.5h（包括進(jìn)水5min），缺氧2.5h，好氧3h，沉淀30min，排水20min，閑置10min。SBR系統(tǒng)通過微電腦定時(shí)控制器和電磁閥實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、攪拌、曝氣、沉降、排水的自動(dòng)控制。其中主要運(yùn)行參數(shù)與水廠一致，包括：污泥濃度維持在3000mg/L左右，泥齡控制在15d左右；處理的污水與現(xiàn)場曝氣池的進(jìn)水相同，進(jìn)水水質(zhì)為：COD濃度為300～400mg/L，PO43--P濃度為4～5mgP/L，NH4+-N濃度為30～40mgN/L，TN濃度為40～50mgN/L。

為了考察 DO對污水出水水質(zhì)的影響，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量，實(shí)現(xiàn)在小試反應(yīng)器運(yùn)行中3個(gè)不同的DO濃度水平。其中一個(gè)DO濃度模擬了現(xiàn)場工藝中曝氣段實(shí)際采用的DO值；其余兩個(gè)DO濃度均不同程度的降低了好氧段的DO值。

2 結(jié)果與分析

2.1 污水廠A2/O工藝中COD、NH4+-N、TN和TP的變化規(guī)律

通過現(xiàn)場采樣的分析結(jié)果表明，該廠的A2/O工藝對COD、NH4+-N和TP有良好的去除效果，其去除率分別為87%～94%、83%～95%和75%～85%，然而脫氮效率即TN去除率只在45%～55%之間，很難進(jìn)一步提高，見圖1～4。

現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果表明，好氧池溶解氧長期徘徊在2～3mg/L，A2/O對總氮的去除率并不高，一個(gè)關(guān)鍵因素在于好氧段的溶解氧值偏高。傳統(tǒng)的水處理理論認(rèn)為，氨氮的去除是通過硝化和反硝化兩個(gè)相互獨(dú)立的過程實(shí)現(xiàn)的。然而，近年來國內(nèi)外有不少試驗(yàn)和報(bào)道證明有同步硝化反硝化（SND）現(xiàn)象，尤其是有氧條件下的反硝化現(xiàn)象確實(shí)存在于各種不同的生物處理系統(tǒng)[3-7]。因此，可以看出控制溶解氧值，是良性運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵要素。如何有效提高A2/O工藝脫氮效率，降低出水氨氮和總氮質(zhì)量濃度以及系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，具有重要的意義。在下面的內(nèi)容中將考察通過采用A2/O工藝小試控制DO水平是否能既減少了曝氣量又提高了氨氮和總氮的去除率。

2.2 小試結(jié)果與分析

通過控制曝氣強(qiáng)度使整個(gè)曝氣過程中混合液的DO濃度控制在1.0、1.5和2.0 mg/L （誤差±0.2 mg/L）來考察3種DO濃度下COD、NH4+-N、TN和TP濃度變化情況，見表1。

由表1可見，不同DO濃度下，COD和磷酸鹽的去除率變化不明顯，但是氨氮、總氮去除率卻有較大差別。當(dāng)DO為1.0mg/L時(shí)，由于DO濃度過低限制了硝化反應(yīng)，使用于反硝化的NO3-和NO2-供給不足而成為系統(tǒng)TN去除的限制因素；而當(dāng)DO為2.0mg/L時(shí)，由于DO濃度相對較高，一方面使得氧的穿透能力增強(qiáng)，使活性污泥內(nèi)部形成的缺氧區(qū)較小，反硝化能力較弱，從而降低了系統(tǒng)的SND脫氮能力；DO為1.5mg/L左右時(shí)TN去除率最高，達(dá)到了56.3%。分析其原因：

在SND過程中，硝化菌和反硝化菌對DO需求不同，存在一個(gè)最佳范圍。因此，將DO濃度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，使硝化過程與反硝化過程的動(dòng)力學(xué)達(dá)到基本平衡，將會(huì)得到更加理想的脫氮效果。

3 結(jié)論與建議

（1）污水廠生物處理中曝氣階段的供氧電耗是最具節(jié)能潛力的環(huán)節(jié)。通過控制曝氣強(qiáng)度來控制DO濃度，使其在保證出水水質(zhì)的同時(shí)最大限度地降低供氧電耗是污水處理廠節(jié)能降耗的重要途徑。

（2）小試結(jié)果表明，對A2/O工藝采用較低的曝氣量，將好氧段DO從2～3mg/L降低到1.5mg/L左右，既可以降低曝氣量減少能耗，同時(shí)又可促成同步硝化反硝化作用的發(fā)生。使TN的去除率提高約6.6%，是一種處理效果更好、更節(jié)能的運(yùn)行方式。

（3）把小試的結(jié)果推廣到現(xiàn)場的A2/O工藝，須嚴(yán)格控制曝氣段的DO，防止過度曝氣，是節(jié)約能耗的一種途徑。

參考文獻(xiàn)

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