改良型多級(jí)AO脫氮工藝在提標(biāo)改造中的應(yīng)用

段凱波

(1.福建上源環(huán)保股份有限公司,福建福州 350019;2.福州創(chuàng)源同方水務(wù)有限公司, 福建福州 350018)

缺氧-好氧(AO)工藝的出現(xiàn)以脫氮工藝為發(fā)展基礎(chǔ),經(jīng)近幾十年技術(shù)的持續(xù)提升和廣泛應(yīng)用,已發(fā)展至具有常規(guī)、倒置、強(qiáng)化脫氮和強(qiáng)化除磷等多種可應(yīng)用模式。AO工藝因采用連續(xù)進(jìn)出水、具有較強(qiáng)的抗水質(zhì)水量沖擊性以及可進(jìn)行多模式調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代污水處理過程。隨著國內(nèi)眾多生活污水處理廠提標(biāo)改造的完成,尾水排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)由原來的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提高至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),提標(biāo)后關(guān)鍵污染物總氮(TN)的排放質(zhì)量濃度上限由原來的20 mg/L降低至15 mg/L,其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放成為不少污水處理廠面臨的新難題[1]。

在一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)下,一般不設(shè)置深度處理工藝段,生物反應(yīng)池可兼具脫氮和除磷功能。提標(biāo)至一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)后,生物反應(yīng)池因空間受限而難以增加池容,多數(shù)污水廠在提標(biāo)后采用普通強(qiáng)化生物脫氮工藝,這種工藝總體比較簡單,脫氮效果偏差。這種工藝結(jié)構(gòu)上僅有單一的缺氧段和好氧段,一般只對(duì)重要的影響因素(曝氣和碳源)進(jìn)行簡單調(diào)控,碳源投加方式也多采用粗放的前端單點(diǎn)投加,最大的問題是反硝化時(shí)間偏低,而硝化時(shí)間又存在富余,很難通過運(yùn)行調(diào)控滿足新標(biāo)準(zhǔn)下TN的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此,需要提供更精細(xì)的技術(shù)手段,如調(diào)節(jié)適宜的DO濃度、優(yōu)化的投加碳源方式、調(diào)節(jié)混合液回流比和選擇合適的MLSS濃度等[2],甚至進(jìn)行池容技術(shù)改造,使其轉(zhuǎn)化為更高效的脫氮方式[3]。

然而脫氮效率與污水中微生物種類[4-5]、碳源、DO、進(jìn)水TN濃度處理水量、污泥濃度、水力停留時(shí)間、pH和溫度等眾多因素有關(guān),不僅各因素之間相互影響,而且各個(gè)因素對(duì)于處理生物反應(yīng)池中不同污染物的效率也會(huì)產(chǎn)生影響,相互之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜,且反硝化作用本身為緩慢的生化過程[6]。因此,僅通過頻繁的工藝調(diào)節(jié)已經(jīng)無法穩(wěn)定滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)下TN的達(dá)標(biāo)排放,同時(shí)這也會(huì)阻礙污水處理的進(jìn)一步提標(biāo)。

本研究通過福建省沿海某城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造,將原有普通強(qiáng)化生物脫氮AO工藝改造為改良型多級(jí)AO脫氮工藝,分析了原有工藝的問題,對(duì)比了改造前后的運(yùn)行效果,總結(jié)了改良型多級(jí)AO脫氮工藝的技術(shù)方案特點(diǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),可為存在此類問題且用地緊張的污水廠升級(jí)改造提供技術(shù)參考,以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵污染物TN滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)[7]中的一級(jí)A穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

1 研究方法

1.1 工程改造方案

福建省沿海某城鎮(zhèn)污水處理廠處理水量為5萬m3/d,其進(jìn)水主要為生活污水,含少量餐飲酒店、印染等廢水。2018年—2021年平均進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為143 mg/L,平均進(jìn)水BOD5質(zhì)量濃度為56 mg/L,平均進(jìn)水TN質(zhì)量濃度為27.7 mg/L,BOD5/TN≈2.02,進(jìn)水碳源明顯不足。

為提升出水標(biāo)準(zhǔn)至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),該廠生化池于2018年改造為普通強(qiáng)化生物脫氮AO工藝,流程如圖1所示。該工藝取消了厭氧段而保留缺氧段+好氧段,并配置一定比例的污泥回流和混合液回流,在好氧段進(jìn)行CODCr的降解以及有機(jī)氮和氨氮的硝化,最后在缺氧段進(jìn)行反硝化作用實(shí)現(xiàn)脫氮目標(biāo),而將除磷的任務(wù)交由后端的深度處理段。六格缺氧段總水力停留時(shí)間為4.44 h,三廊道好氧段總水力停留時(shí)間為6.70 h。

圖1 常規(guī)強(qiáng)化生物脫氮AO模式Fig.1 Conventional Enhanced Biological Denitrification AO Mode

2019年該廠應(yīng)用改良型多級(jí)AO生物脫氮工藝調(diào)整生化池,并在2020年—2021年投入研究,工藝流程如圖2所示。該工藝為AOAO結(jié)構(gòu)。在原有“六格三廊道”AO結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,保持“六格”缺氧段不變,定為第一缺氧段(A1)。而將好氧段約45%的池容轉(zhuǎn)化為缺氧段,即好氧段第二廊道和第三廊道前半段改造為缺氧段,定為第二缺氧段(A2)。原好氧段被A2分隔為O1和O2兩個(gè)好氧段,A2缺氧段水力停留時(shí)間為3.01 h,加上A1的4.44 h,缺氧段總水力停留時(shí)間增至7.45 h,好氧段總水力停留時(shí)間降至3.69 h。

圖2 改良型多級(jí)AO生物脫氮工藝Fig.2 Modified Multi-Stage Biological Denitrification AO Process

1.2 改造后的技術(shù)特征

A1缺氧段中每格安裝1臺(tái)推流器。此外,在改造的A2缺氧段再增加4臺(tái)推流器,分別安裝于第二廊道的頭部、中部和尾部以及第三廊道的中部,確保生物反應(yīng)池中污水持續(xù)向前流動(dòng)而無污泥沉積。該缺氧段底部仍鋪設(shè)曝氣頭,曝氣改為可調(diào)模式,即在分支曝氣管道上安裝閥門調(diào)節(jié)開度或啟閉,可實(shí)現(xiàn)好氧和缺氧的功能切換。

該生化系統(tǒng)依據(jù)需要采用多點(diǎn)投加方式投加液態(tài)碳源乙酸鈉[8],其第1投加點(diǎn)位設(shè)于A1缺氧段第二格,第2點(diǎn)位設(shè)于A2缺氧段第一臺(tái)和第二臺(tái)推流器之間,第3點(diǎn)位設(shè)于A2缺氧段第3臺(tái)推流器附近,投加量以點(diǎn)位1為主。投加點(diǎn)位的設(shè)置同時(shí)需考慮點(diǎn)位正常運(yùn)行條件下的DO濃度不宜過高,以避免投加后碳源被化學(xué)氧化而快速消耗。

生物反應(yīng)池末端安裝硝氮監(jiān)測(cè)儀,信號(hào)連接至中控室,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本系統(tǒng)處理后的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的總濃度。經(jīng)曝氣后氨氮質(zhì)量濃度可低至約0.3 mg/L,因此,硝態(tài)氮濃度基本代表了TN濃度,可根據(jù)數(shù)值高低進(jìn)行投藥、曝氣、回流、進(jìn)水等工藝調(diào)節(jié)。

改良型多級(jí)AO工藝實(shí)質(zhì)上仍為強(qiáng)化生物除氮技術(shù),但相比傳統(tǒng)的普通強(qiáng)化脫氮AO工藝,其技術(shù)改進(jìn)之處主要表現(xiàn)為:①生物反應(yīng)池總池容保持不變,45%好氧段池容改造為缺氧段,使得缺氧段總水力停留時(shí)間大幅增加至7.45 h,提高了約67.8%。同時(shí)新增缺氧段曝氣可靈活調(diào)控,推流器可保證泥水混合;②碳源投加點(diǎn)由原來的1處增加至3處,提升碳源使用效率;③實(shí)現(xiàn)多個(gè)缺氧段的DO質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè),并將其控制在0.2～0.5 mg/L,滿足缺氧環(huán)境需要;④在生物反應(yīng)池末端增設(shè)硝氮在線監(jiān)測(cè)儀,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出水TN濃度變化,為運(yùn)行參數(shù)地調(diào)節(jié)作參考。

1.3 調(diào)控方法

研究時(shí)間為2018年—2021年,幾個(gè)重要的時(shí)間階段如下:①2018年持續(xù)采用普通強(qiáng)化生物脫氮工藝;② 2019年實(shí)施并完成改良型多級(jí)AO工藝技術(shù)提升;③2020年—2021年對(duì)改良型多級(jí)AO脫氮工藝開展運(yùn)行調(diào)控。2018年—2021年的3月—4月連續(xù)兩月檢測(cè)每日生化處理段進(jìn)、出水TN和氨氮濃度,開展兩種工藝下TN去除效果對(duì)比。

2019年改造為多級(jí)AO工藝后,加強(qiáng)了對(duì)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)控。正常運(yùn)行時(shí),進(jìn)水總量的80%從第1格進(jìn)入,其余從第2格進(jìn)入;A2缺氧段底部曝氣關(guān)閉,同時(shí)所有推流器開啟,O1和O2好氧段曝氣開啟;內(nèi)回流比調(diào)節(jié)為100%～200%,初始控制在150%,混合液回流全部進(jìn)入第1格;外回流比為50%～100%,初始控制為50%;運(yùn)行調(diào)控水溫為14～20 ℃;缺氧段氧化還原電位(ORP)為-200～-50 mV;pH值為6～8;通過加大或減小剩余污泥排量以及調(diào)控外回流比實(shí)現(xiàn)MLSS在4 000～5 500 mg/L;通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)頻率及氣閥開度調(diào)控曝氣量實(shí)現(xiàn)好氧段DO質(zhì)量濃度在2.0～5.0 mg/L;缺氧段DO質(zhì)量濃度控制在0.1 mg/L以上,若低于0.08 mg/L,則加大內(nèi)回流工作頻率以提高混合液回流比,確保DO質(zhì)量濃度不超過0.5 mg/L;在生物反應(yīng)池末端安裝的DO儀可實(shí)現(xiàn)對(duì)好氧段DO濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),同時(shí)根據(jù)需要利用便攜式DO儀跟蹤,控制池上各段位保持合適DO濃度。

依據(jù)硝氮儀監(jiān)測(cè)的濃度決定是否投加碳源及其他工藝調(diào)控。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)硝態(tài)氮質(zhì)量濃度大于13 mg/L時(shí),液態(tài)乙酸鈉總閥開度調(diào)為50%;當(dāng)硝態(tài)氮質(zhì)量濃度大于14 mg/L時(shí),說明存在出水TN超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn),碳源總閥開度調(diào)至80%以上,同時(shí)混合液回流比需調(diào)至200%;若硝態(tài)氮質(zhì)量濃度高于15 mg/L,需降低進(jìn)水量;當(dāng)硝態(tài)氮質(zhì)量濃度低于12 mg/L時(shí),可停止加藥,維持混合液回流比為150%即可。若要投加碳源,60%藥量從第1點(diǎn)位加入,其余均勻分配至第2、第3點(diǎn)位。

調(diào)控中更注重DO濃度、碳源、水力停留時(shí)間、MLSS、混合液回流比等重要的脫氮影響因素,在實(shí)際運(yùn)行中,分析各因素對(duì)脫氮的影響,參數(shù)盡可能向著有利于提升脫氮效率的理論值設(shè)置。

1.4 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

水質(zhì)TN的測(cè)定采用《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》(HJ 636—2012)[9];氨氮的測(cè)定采用《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535—2009)[10];CODCr的測(cè)定采用《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》(HJ 828—2017)[11];BOD5的測(cè)定采用《水質(zhì) 五日生化需氧量(BOD5)的測(cè)定 稀釋與接種法》(HJ 505—2009)[12];DO、MLSS、ORP和硝氮儀采用德國WTW在線監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)檢測(cè);生物反應(yīng)池各段位DO濃度采用美國哈希HQ30d便攜式DO儀測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 普通強(qiáng)化脫氮AO與改良型多級(jí)AO脫氮效果比較

在2019年完成從普通強(qiáng)化脫氮AO工藝到改良型多級(jí)AO脫氮工藝的技術(shù)改造,選取2018年技改前與2020年—2021年改造后3月—4月的水質(zhì)進(jìn)行TN去除效果對(duì)比。水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn),2018年普通強(qiáng)化脫氮工藝下TN平均去除率約為48.9%,與朱開貞等[13]報(bào)道的(AO)2-SBR工藝下的TN去除率(47.03%)相當(dāng)。經(jīng)改造后,2020年和2021年多級(jí)AO工藝平均出水TN質(zhì)量濃度分別為10.9 mg/L和12.6 mg/L,TN平均去除率分別提升至57.4%和63.0%,最高達(dá)77.8%,2021年脫氮率比2018年提高了約28.8%。另外,出水氨氮質(zhì)量濃度為0.3～0.5 mg/L,低于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的5 mg/L,可實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表1 多級(jí)AO和普通強(qiáng)化脫氮AO的脫氮效果對(duì)比Tab.1 Denitrification Comparison of Multi-Stage AO and Conventional Enhanced Denitrification AO

分析全年平均TN去除率,數(shù)據(jù)如表2所示,2018年TN平均去除率為47.6%,而2020年和2021年分別為58.2%和61.5%,平均出水TN質(zhì)量濃度分別為11.4 mg/L和11.9 mg/L,2021年多級(jí)AO工藝穩(wěn)定運(yùn)行階段平均TN去除率比2018年提高了約29.2%。

總體來說,通過提標(biāo)改造,脫氮效率大幅提升,達(dá)到了預(yù)期效果,氨氮與TN均能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。這主要得益于池容重新分配后,缺氧段池容大幅增加了67.8%,極大地延長了反硝化作用時(shí)間。另外,缺氧段DO濃度均調(diào)控在了合理的范圍內(nèi),以及依據(jù)硝態(tài)氮在線監(jiān)測(cè)濃度實(shí)時(shí)指導(dǎo)碳源投加,均有利于提高反硝化效率。

表2 2018年—2021年平均TN去除率統(tǒng)計(jì)Tab.2 Average Removal Rate of TN Statistics from 2018 to 2021

2.2 改良型多級(jí)AO脫氮分析

2.2.1 普通強(qiáng)化脫氮AO工藝脫氮效率提升空間分析

一級(jí)A提標(biāo)改造后,最初采用的普通強(qiáng)化生物脫氮AO工藝存在的問題以及可進(jìn)行脫氮效率提升的空間,可從以下幾個(gè)方面分析。

(1) DO濃度需更精準(zhǔn)地調(diào)控。生物反應(yīng)池脫氮效果首先取決于缺氧段DO,理論上0.2～0.5 mg/L為理想的脫氮環(huán)境,偏高和偏低都會(huì)影響反硝化效率,且過高會(huì)直接化學(xué)消耗部分碳源[14]。然而普通強(qiáng)化脫氮AO模式實(shí)際運(yùn)行過程中DO質(zhì)量濃度往往會(huì)低至0.05～0.1 mg/L[15],這在一定程度上會(huì)降低反硝化反應(yīng)速率。如圖3所示,2018年8月某次檢測(cè)生物反應(yīng)池各段DO濃度結(jié)果顯示,缺氧段第1～第6格DO質(zhì)量濃度均低于0.2 mg/L,第2、第3和第5格在0.05～0.1 mg/L,第6格甚至低至0.04 mg/L,結(jié)果當(dāng)月出水TN質(zhì)量濃度高達(dá)13 mg/L,2018年其他多個(gè)月份也出現(xiàn)出水TN質(zhì)量濃度高于13 mg/L。對(duì)比進(jìn)水TN濃度相當(dāng)?shù)?020年,因?qū)θ毖醵蜠O濃度基本調(diào)控為理論值,各月平均出水TN質(zhì)量濃度則低至11 mg/L。因此,加強(qiáng)對(duì)DO的監(jiān)測(cè)并精準(zhǔn)控制在合理范圍內(nèi)還能提高脫氮效率[16]。

注:單位為mg/L。圖3 2018年8月生物反應(yīng)池各段的DO水平檢測(cè)結(jié)果Fig.3 Test Results of DO Levels in Different Sections of Biological Reaction Tank in August 2018

(2) 碳源投加方案需進(jìn)一步優(yōu)化。理論上BOD5/TN>2.86時(shí),可進(jìn)行反硝化,該值越大,反硝化越徹底[17]。南方城市常存在部分雨水混進(jìn)污水而導(dǎo)致進(jìn)水BOD5偏低的問題[18],因此,需要補(bǔ)充碳源。普通強(qiáng)化脫氮AO工藝相對(duì)比較簡單,僅有一段缺氧段。因此,一般僅在缺氧段前端單點(diǎn)一次性投加以補(bǔ)充碳源,但可能出現(xiàn)的問題包括:① 高DO濃度的回流混合液化學(xué)消耗了部分碳源;② 在缺氧段后段仍會(huì)出現(xiàn)碳源不足,從而對(duì)反硝化作用產(chǎn)生負(fù)面影響[19]。因此,在改造為多級(jí)AO工藝時(shí),根據(jù)其工況,可在A1和A2兩個(gè)缺氧段分別設(shè)置碳源投加點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)投加,且均有充足的硝化液補(bǔ)充作為反硝化的物質(zhì)基礎(chǔ)。另外,A1作為主要的反硝化工藝段應(yīng)分配更多的藥量,以實(shí)現(xiàn)更佳的碳源利用效率。

(3) 好氧段水力停留時(shí)間(TO)和缺氧段水力停留時(shí)間(TA)的調(diào)整。TA越大,越有利于脫氮,提高混合液回流和增大缺氧段池容均會(huì)增大TA,但混合液回流過高會(huì)影響處理能力。國內(nèi)提標(biāo)前建設(shè)投產(chǎn)的AAO工藝污水廠,一般好氧段比缺氧段水力停留時(shí)間長,TA/TO多在40%～70%,如本研究中原有普通強(qiáng)化脫氮AO工藝TA/TO為66.3%。其原因是以往生物反應(yīng)池削減的污染物以氨氮和CODCr為主,這兩種污染物主要在好氧段處理,且可將其濃度控制得遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn),例如氨氮質(zhì)量濃度可低至0.5 mg/L以下[20],CODCr質(zhì)量濃度可低至10～20 mg/L。然而,提標(biāo)至一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)后,生物反應(yīng)池總池容未變,原有的工藝處理后,出水TN質(zhì)量濃度常為13.0～15.0 mg/L,甚至存在超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn),TN去除率一般低至50%以下。因此,原工藝設(shè)置已經(jīng)無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)下TN出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的要求,繼續(xù)維持原有的TO/TA值,氨氮和CODCr處理后濃度仍遠(yuǎn)低于一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn),而出水TN濃度卻處于較高的水平。因此,完全可將部分好氧段改造為缺氧段,以減小好氧段水力停留時(shí)間,并增大缺氧段水力停留時(shí)間以保障反硝化作用更充分進(jìn)行,進(jìn)一步降低TN濃度。因此,本次技改至多級(jí)AO工藝,將部分好氧段池容分配給了缺氧段,TA/TO為201.9%,TN去除率從原工藝的47.6%提高至現(xiàn)工藝的60%以上,平均出水TN質(zhì)量濃度維持在11.7 mg/L,且出水氨氮和CODCr質(zhì)量濃度分別仍控制在0.5 mg/L以下和20 mg/L左右,穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)這些關(guān)鍵污染物的一級(jí)A達(dá)標(biāo)排放。

(4) 在TN處理過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),作為多級(jí)AO工藝的配套技術(shù),以指導(dǎo)工藝調(diào)整。污水處理廠一般僅在末端出水處安裝總氮在線監(jiān)測(cè)儀,監(jiān)測(cè)尾水TN排放濃度,而在生化反應(yīng)段安裝TN監(jiān)測(cè)儀的情況鮮見。因此,當(dāng)發(fā)現(xiàn)出水TN濃度偏高或面臨超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)再對(duì)生物反應(yīng)池工藝進(jìn)行調(diào)整具有滯后性,常無能為力。因此,有必要在多級(jí)AO工藝中O2好氧段增設(shè)TN在線監(jiān)測(cè)儀,在處理過程中實(shí)時(shí)跟蹤TN濃度,并依據(jù)TN濃度高低指導(dǎo)碳源投加、回流比調(diào)節(jié)、進(jìn)水量控制等工藝調(diào)整,會(huì)更加快速和準(zhǔn)確地做出對(duì)策響應(yīng)。例如,當(dāng)監(jiān)測(cè)的TN質(zhì)量濃度高于14 mg/L時(shí),應(yīng)立即采取提高內(nèi)回流比、調(diào)大碳源開度等措施,必要時(shí)還需調(diào)小進(jìn)水堰門開度,降低生物反應(yīng)池進(jìn)水量。因此,在生化反應(yīng)段就能跟蹤TN處理的達(dá)標(biāo)情況。

2.2.2 改良型多級(jí)AO工藝脫氮優(yōu)勢(shì)

改良型多級(jí)AO工藝有利于提高脫氮效果的主要原因如下。

一是缺氧段水力停留時(shí)間得到大幅增加,反硝化進(jìn)行更充分,TN去除率高,同時(shí)也不影響氨氮處理效果。

二是建立在DO濃度基礎(chǔ)上碳源多投加點(diǎn)位的設(shè)計(jì),使得碳源的投加更精準(zhǔn),利用更高效,減少了聚磷菌和其他微生物對(duì)碳源的攝取以及化學(xué)消解。

三是兩缺氧段拉開一定間距,回流的硝化液和O1好氧段產(chǎn)生的硝化液分別為A1缺氧段和A2缺氧段的反硝化作用提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ),且分配均衡,相比普通強(qiáng)化脫氮AO模式下僅依賴內(nèi)回流補(bǔ)充硝化液更合理。

四是依據(jù)硝氮儀反饋的濃度數(shù)值,更易于指導(dǎo)朝著有利于脫氮效果提升的方向進(jìn)行工藝調(diào)節(jié)。

2.2.3 多級(jí)AO工藝的節(jié)能降耗效應(yīng)

(1) 多級(jí)AO工藝實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中具有較好的節(jié)能效果。從理論和實(shí)際運(yùn)行分析來看,多級(jí)AO工藝比普通強(qiáng)化脫氮AO工藝更節(jié)約電耗。一是通過池容重新分配,好氧段池容減少了,對(duì)應(yīng)的好氧段曝氣區(qū)域也減少了,理論上曝氣范圍降低了45%,曝氣更集中和有效[21];二是O1好氧段產(chǎn)生部分硝化液補(bǔ)給A2缺氧段,可在一定程度上減輕A1缺氧段前端混合液回流壓力,由原工藝通常設(shè)置的回流比200%調(diào)低至多級(jí)AO工藝的150%。污水廠這兩種大功率設(shè)備工作負(fù)荷的降低可減少一定的電耗。本研究中2018年—2021年各年平均噸水電耗如表3所示,噸水電耗呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì),從2018年的0.239 kW·h/m3降至2021年的0.197 kW·h/m3,總降幅約為17.6%,表明技術(shù)改造為多級(jí)AO工藝起到了較好的節(jié)能效果。

表3 2018年—2021年各年平均噸水電耗Tab.3 Average Power Consumption per Cubic Meter Wastewater from 2018 to 2021

(2) 多級(jí)AO工藝實(shí)際運(yùn)行過程中藥劑消耗分析。污水處理中影響碳源用量的因素眾多,包括:① 進(jìn)出水TN濃度;② 實(shí)際處理水量;③進(jìn)出水BOD5濃度;④ 每批次碳源有效成分含量;⑤ 不同時(shí)期MLSS濃度差異;⑥ 其他微生物對(duì)碳源的消耗;⑦ 不同人員加藥操作的精細(xì)控制程度。因此,難以全面考慮這些因素構(gòu)建一個(gè)藥劑使用的綜合考核指標(biāo),從技術(shù)層面評(píng)價(jià)藥劑的節(jié)省效應(yīng)。本研究提出“噸氮藥耗”指標(biāo),即每削減1 t TN需要的碳源有效成分,綜合考慮了進(jìn)出水TN濃度、實(shí)際處理水量、碳源定為液態(tài)乙酸鈉、碳源有效成分含量等主要因素,比較適用于強(qiáng)化脫氮工藝,可粗略評(píng)價(jià)多級(jí)AO工藝藥劑節(jié)省效應(yīng)。通過計(jì)算,2018年—2021年各年平均噸氮藥耗分別為654.28、627.85、633.80 kg和611.39 kg,2021年比2018年降低了約6.6%。表明改造為多級(jí)AO工藝,具有一定的降低藥耗效果,但不太明顯,有待進(jìn)一步提高。

綜上,改良型多級(jí)AO工藝脫氮效率明顯優(yōu)于普通強(qiáng)化生物脫氮AO工藝。同時(shí),曝氣和內(nèi)回流的減少也起到了降低電耗作用。另外,在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),多級(jí)AO工藝具有更強(qiáng)的抗水量和高TN濃度進(jìn)水的沖擊性,可較好地實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷甚至略超負(fù)荷運(yùn)行,也能對(duì)較高TN濃度的進(jìn)水起到更好的脫氮效果。例如,當(dāng)2021年度偶爾出現(xiàn)進(jìn)水TN接近或者超過設(shè)計(jì)質(zhì)量濃度闕值(40 mg/L)時(shí),該工藝也能實(shí)現(xiàn)TN有效處理至達(dá)標(biāo)排放要求。

3 結(jié)論

(1) 本研究的多級(jí)AO工藝布局為AOAO結(jié)構(gòu),通過池容重新分配,缺氧段水力停留時(shí)間從4.44 h提高至7.45 h,比普通強(qiáng)化脫氮AO工藝提高了67.8%,為好氧段水力停留時(shí)間的201.9%。該工藝穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)平均出水TN質(zhì)量濃度為11.9 mg/L,平均出水氨氮質(zhì)量濃度為0.3～0.5 mg/L,較好地滿足了一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。TN最高去除率達(dá)77.8%,2021全年平均去除率為61.5%,比普通強(qiáng)化脫氮AO工藝的47.6%(2018年),提高了約29.2%,表明多級(jí)AO工藝具有更佳的脫氮效果。

(2) 多級(jí)AO工藝新增缺氧段底部采用曝氣可調(diào)和推流攪拌配套技術(shù),確保污水正常流動(dòng);依據(jù)池上各段DO濃度布設(shè)碳源投加點(diǎn)位,穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)藥耗比普通強(qiáng)化脫氮工藝降低了約6.6%,碳源利用相對(duì)更高效,且有進(jìn)一步提升的空間;生物反應(yīng)池末端安裝的硝氮監(jiān)測(cè)儀可指導(dǎo)對(duì)該系統(tǒng)朝著理想的脫氮效果進(jìn)行工藝調(diào)控。

(3) 該多級(jí)AO工藝具有較好的節(jié)能效果,噸水電耗呈逐年下降趨勢(shì),2021年穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)噸水電耗僅0.197 kW·h,比普通強(qiáng)化脫氮工藝降低了約17.6%。

該工藝進(jìn)一步研究可朝著提高反硝化碳源利用效率、降低單位電耗等方向進(jìn)行。