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        低碳氮比污水廠全流程脫氮優(yōu)化調(diào)控及效果

        2022-09-07 02:48:46
        山東水利 2022年8期

        王 榮

        (滕州市水庫管理服務(wù)中心,山東 滕州277599)

        目前,我國大部分城市污水廠進水水質(zhì)存在低碳氮的問題,不僅造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定,而且給污水廠運行成本帶來巨大壓力。為了保證出水穩(wěn)定達標,很多污水廠在缺氧段投加大量碳源以保障反硝化反應(yīng)的順利進行,但這會出現(xiàn)碳源投加量大于實際反硝化所需碳源量[1],造成碳源浪費,過量有機物在好氧段通過曝氣去除增加能耗,污泥產(chǎn)率增大等問題;有時還需新增反硝化深床濾池等脫氮工藝[2],會帶來新增投資、占地問題,而反硝化深床濾池往往在處理工藝的末端,有可能導(dǎo)致出水COD、BOD5波動[3]。為緩解低碳氮比污水廠上述壓力,圍繞生物脫氮的主要影響因素對污水廠進行全流程強化脫氮調(diào)控,降低污水廠運行成本具有重要意義。

        1 項目概況

        某污水處理廠2014年建成通水,設(shè)計規(guī)模為6萬m3/d。該污水廠進水碳氮比處于較低水平,無法滿足脫氮要求。為保證出水總氮達標,運行過程中,投加大量碳源,2019年碳源投加量約300 mg/L(20%乙酸鈉)。在投加大量碳源情況下,出水總氮均值12 mg/L,在冬季水溫低或進水總氮較高時,仍存在超標風(fēng)險。

        2 現(xiàn)狀運行全流程管控實踐

        在現(xiàn)狀工藝運行的基礎(chǔ)上,結(jié)合沿程數(shù)據(jù)監(jiān)測進行全流程分析,以工藝段為基礎(chǔ)進行優(yōu)化管控。

        2.1 曝氣沉砂池運行優(yōu)化

        1)曝氣沉砂池出水攜帶高溶解氧調(diào)控。沿程NO3--N、溶解氧監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1,從表1知,經(jīng)過預(yù)缺氧池NO3--N并未有去除現(xiàn)象。預(yù)缺氧池和厭氧池均具備碳源、NO3--N條件,但基本無反硝化效果,NO3--N大量進入?yún)捬醭?,?dǎo)致工藝整體的生物除磷脫氮功能紊亂。同時從表1數(shù)據(jù)可知主要是由于曝氣沉砂池出水攜帶高溶解氧進入系統(tǒng)所致,而溶解氧高主要是由于曝氣沉砂池跌水、曝氣過量以及進水攜帶造成的。根據(jù)實際運無機化問題,將目前曝氣沉砂池刮砂機運行方式由運行10 min待機20 min調(diào)整為運行10 min待機10 min,雨天調(diào)整為常開模式以增大除砂能力,防止大量泥砂進入后續(xù)生化系統(tǒng),并調(diào)整好氧池曝氣量以防過曝,2021年SVI平均值為73 mg/L較2019年提升16%。

        表1 調(diào)控前后沿程溶解氧和NO3--N數(shù)據(jù)mg/L

        2.2 缺氧池運行優(yōu)化

        1)缺氧池前端溶解氧優(yōu)化。缺氧池前端溶解氧高不僅影響脫氮效果,且會無效消耗碳源。溶解氧偏高主要是由于兩方面引起,一是內(nèi)回流液混合液攜帶溶解氧,對此在好氧池末端設(shè)置消氧區(qū)改善;二是由于內(nèi)回流混合液出口距缺氧池最高液面40 cm,跌水進入缺氧池形成空氣復(fù)氧,通過延伸內(nèi)回流出口管伸入缺氧池液面30 cm,淹沒式運行,并在內(nèi)回流管加裝閥門以防倒流。通過上述措施,缺氧池前端溶解氧濃度降至0.5 mg/L以下。

        2)缺氧池停留時間優(yōu)化。缺氧末端COD的監(jiān)測數(shù)據(jù)在15~45 mg/L,好氧池末端在15 mg/L左右,可知,缺氧池存在反硝化停留時間不足,造成碳源進入好氧池通過曝氣去除情況,如能夠延長反硝化時間,出水NO3--N濃度或者碳源投加可進一步降低,將緩解冬季水溫低或進水總氮濃度高造成出水總氮偏高。該廠日常小試監(jiān)測生化系統(tǒng)的反硝化速率在0.019 2~0.021 1(kg NO3--行情況,對跌水、曝氣強度進行了優(yōu)化,通過對曝氣沉砂池出水至預(yù)缺氧池和厭氧池閥門進行逐步微調(diào),使曝氣沉砂跌水高度由1 m左右降至0.3 m左右;在保證曝氣沉砂池正常運行的同時降低曝氣量。調(diào)控后曝氣沉砂池出水攜帶溶解氧明顯降低,且預(yù)缺氧池和厭氧池具備了一定脫氮功能,厭氧池中的NO3--N有所降低,對厭氧釋磷的競爭也將會減弱。

        2)曝氣沉砂池運行方式調(diào)整。2019年運行SVI值為63 mg/L,低于生活污水為主的污水廠正常水平,可知系統(tǒng)污泥無機化嚴重。針對污泥N)/(kg MLSS·d),根據(jù)目前運行條件,進水水量以6萬m3/d計,缺氧池污泥濃度取6 000 mg/L,總氮按設(shè)計值45 mg/L,出水總氮13 mg/L,出水氨氮以0.5 mg/L計,不考慮剩余污泥所帶氮元素及預(yù)缺氧去除NO3--N,反硝化速率取0.019 2(kg NO3--N)/(kg MLSS·d),核算缺氧反硝化所需停留時間為6.5 h,而設(shè)計停留時間為3.8 h,在冬季水溫低或者進水總氮高時,需投加大量碳源彌補停留時間上的不足,但仍存在水質(zhì)風(fēng)險。

        2.3 好氧池優(yōu)化為AOA模式運行

        好氧池主要功能為氧化去除COD、好氧吸磷、將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。好氧池停留時間為厭氧池停留時間的2~3倍即可滿足好氧吸磷功能的實現(xiàn)[4],也即停留時間需有3~4.5 h。該廠日常小試監(jiān)測的生化系統(tǒng)硝化速率在0.018 1~0.035 8(kg NH3-N)/(kg MLSS·d),根據(jù)目前運行條件按最不利情況核算硝化所需停留時間為7.6 h。

        為補償缺氧池在現(xiàn)有運行條件下停留時間不足和改善內(nèi)回流攜帶溶解氧等不利條件,將原好氧池進行功能重新分配。滿足硝化功能實現(xiàn)需要7.6 h前提下,將好氧池前端2 h作為缺氧區(qū)使用,增加缺氧停留時間,提高脫氮效率[5],將末端0.2 h作為消氧區(qū),即AOA模式。AOA模式前后兩個A段運行的實現(xiàn),主要靠調(diào)節(jié)風(fēng)機和曝氣管各閥門,將溶解氧控制在0.5 mg/L以下通過微曝氣起到攪拌作用保證污泥不沉積。另在保證對溶解氧變化比較敏感的氨氮指標穩(wěn)定情況下,同時對好氧段溶解氧逐步由3 mg/L以上調(diào)整為1.5 mg/L,以防在雨季進水負荷相對較低的情況下出現(xiàn)過曝現(xiàn)象。

        2.4 碳源投加精細化管控

        污水廠進水水質(zhì)、水量時刻在變化,根據(jù)進水水質(zhì)精準投加碳源比較困難。一般根據(jù)出水總氮的反饋調(diào)節(jié)投加量,而碳源投加點距出水口停留時間有18 h,存在明顯滯后效應(yīng)。為保障碳源的精準投加,加裝過程儀表,缺氧末端加裝在線硝氮儀并將數(shù)據(jù)實時反饋至中控界面,及時反饋缺氧脫氮情況,從而將滯后調(diào)節(jié)時間縮短至3.8 h,并探索出該廠根據(jù)缺氧池末端硝氮的反饋與碳源投加的對應(yīng)數(shù)據(jù),如表2所示。從而將碳源投加調(diào)控變被動調(diào)整為主動預(yù)判調(diào)控,節(jié)約碳源投加量。

        表2 缺氧池末端硝氮數(shù)據(jù)與對應(yīng)的碳源投加量mg/L

        3 碳源投加量

        碳源投加量如圖1所示。

        圖1 碳源投加量

        2019年進水TN全年平均值為35.4 mg/L,出水TN全年平均值為12.2 mg/L,去除率為65.5%。調(diào)整運行后2020年進水TN全年平均值為32.8 mg/L,出水TN全年平均值為10.0 mg/L,去除率為69.5%。從11月和12月數(shù)據(jù)可明顯看出,在冬季低溫,2020年進水COD濃度下降,TN升高,乙酸鈉投加降低情況下,出水總氮反而出現(xiàn)下降,主要是因為缺氧停留時間延長、溶解氧調(diào)控、反硝化細菌比例提高等使脫氮效果得到了強化,有效保障了出水總氮的穩(wěn)定達標。2020年乙酸鈉整體投加量較2019年下降51.8%。

        4 技術(shù)經(jīng)濟分析

        通過上述全流程組合措施的調(diào)控運行,2020年在保證水質(zhì)穩(wěn)定達標的前提下,藥耗能耗也均較2019年下降明顯。2020年碳源投加量為146 mg/L較2019年303 mg/L下降51.8%;污泥產(chǎn)量降幅35.2%;2020年電單耗每噸水0.319 kWh同比2019年每噸水電單耗0.365 kWh下降12.6%。

        5 結(jié)論

        1)針對低碳氮比污水廠通圍繞影響生物脫氮的主要因素對曝氣沉砂池、內(nèi)回流、好氧池處的高溶解氧問題進行了優(yōu)化,將進水碳源和外加碳源充分利用在反硝化脫氮,從而節(jié)省碳源并可節(jié)約能耗。

        2)通過對現(xiàn)有運行數(shù)據(jù)核算,將好氧池合理調(diào)整為AOA模式運行,延長反硝化時間,極大的保障了冬季低溫或者進水總氮高時出水總氮的穩(wěn)定達標,并可節(jié)省碳源。

        3)在不新增工藝、投資、占地等情況下,對低碳氮比污水廠進行全流程診斷優(yōu)化調(diào)控,不僅可以保障污水廠的穩(wěn)定達標,還可以促進節(jié)能降耗,污水廠整體運行效能出現(xiàn)了協(xié)同提升,具有一定的借鑒意義。

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