多段多级AO除磷脱氮工艺研究

多段多级AO除磷脱氮工艺研究studyonanaerobicmultilevelanoxic-oxicnitrogenandphosphorusremovalprocess主讲人：马炳勇主要内容前言AMAO除磷脱氮工艺发展背景AMAO除磷脱氮工艺流程及基本原理AMAO除磷脱氮工艺主要特点AMAO除磷脱氮工艺设计参数AMAO除磷脱氮工艺工程应用实例结语前言多段多级AO（AnaerobicMultilevelAnoxic-oxic，AMAO）除磷脱氮工艺，是一种污水生物处理高效除磷脱氮技术，特别适用于城市污水处理的新建和改造项目。该工艺是由中国市政工程西北设计研究院有限公司研究开发的，它采用分段进水技术将原污水分配到生物池中，使其形成交替的多级缺氧/好氧环境，强化了生物脱氮除磷效果。并在生物池首端设置厌氧区，创造良好的厌氧释磷环境，有效的保证了去除污水中的总磷。1.AMAO除磷脱氮工艺发展背景国内外目前广泛采用的污水除磷脱氮工艺效果是比较好的，但为达到较高的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和加大硝化液的内回流，往往还需要外加碳源和补充碱度，工艺流程较长，占地面积大，基建投资和运行费用高等。这些缺点制约了目前采用的污水除磷脱氮处理工艺的广泛应用。国内外的工艺试验研究和工程应用结果表明，分段进水多级AO工艺具有除磷脱氮效率高、基建投资和运行费用省、运行管理方便等优点。适用于各种规模污水厂的改造和新厂建设，是一种很有发展前途的污水处理新工艺。市政西北院近几年对AMAO工艺的研究和开发做了大量工作，取得了较多成果，于2009年8月向国家知识产权局申请了《多段多级AO除磷脱氮工艺》发明专利和实用新型专利，并于2010年5月26日获得实用新型专利证书（专利号：ZL20169187.2）。近两年我院天津分院在云南曲靖市、山东潍坊市、安徽阜阳市、天津宁河县等城市的污水处理厂新建和改造项目中采用AMAO工艺，取得了良好的效果。2.AMAO除磷脱氮工艺流程及基本原理AMAO除磷脱氮工艺流程图工艺流程进水出水剩余污泥回流污泥厌氧区好氧区好氧区二沉池缺氧区缺氧区缺氧区好氧区好氧区AMAO工艺采用分段进水技术将原污水分配到生物池中，使其形成交替的多级缺氧/好氧环境，强化了生物脱氮除磷效果。并在生物池首端设置厌氧区，创造良好的厌氧释磷环境，有效的保证了去除污水中的总磷。（1）、硝化菌和聚磷菌存在着基质竞争和泥龄的矛盾污水除磷脱氮过程中，存在着生物脱氮与生物除磷过程在水力停留时间和污泥龄的相互矛盾。在碳源方面，反硝化菌的增殖很明显与聚磷菌的增殖发生竞争。工艺基本原理（2）、培养弱势菌群硝化菌和聚磷菌成为优势菌群提高活性污泥法除磷脱氮效率的实质就是通过一系列工程技术方法，将弱势菌群硝化菌和聚磷菌培养成为优势菌群。在硝化反硝化过程中，硝化菌与脱碳菌相比是弱势群体。在厌氧区往往同时存在聚磷菌和反硝化菌，这两者中聚磷菌是弱势群体。要提高生物除磷脱氮效果，应提高硝化菌和聚磷菌在活性污泥系统中的比例，改变弱势菌群的现状。（3）、高污泥浓度、低BOD5及NH4+-N浓度，可使硝化菌和聚磷菌成为优势菌群根据实验数据，当生物反应池中污泥浓度MLSS大于5000mg/L后，硝化菌和聚磷菌的比增殖速度加快，这两种菌群在活性污泥总量中的比例增大，从而提高硝化速度和厌氧释磷速度。此外，当生物反应池中BOD5及NH4+-N浓度较低时，硝化菌和聚磷菌的比增殖速度加快，这两类菌群在活性污泥总量中的比例增大，从而提高硝化速度和厌氧释磷速度，进而提高脱氮除磷效果。（4）、AMAO工艺生物池内污泥浓度高，BOD5及NH4+-N浓度低，可提高除磷脱氮效果AMAO除磷脱氮工艺，生物池内形成一个高污泥浓度梯度，在不增加生物池出流MLSS质量浓度情况下，生物池内平均污泥浓度及污泥龄增加。此外，污水分多段进水，使生物池各段处于低营养状态，生物池各段的BOD5、NH4+-N处于低浓度状态。因此AMAO除磷脱氮工艺中的硝化菌和聚磷菌比增殖速度加快，在活性污泥总量中的比例增大，从而提高除磷脱氮效果。（5）、AMAO工艺生物池各级好氧区硝化液直接进入下一级反硝化区有利提高除磷脱氮效果AMAO除磷脱氮工艺，由于采用分段进水，生物池中每一级好氧区进行硝化菌的硝化反应和聚磷菌的生物吸磷反应，产生的硝化液直接进入下一级的反硝化区进行反硝化，这样就无需设硝化液内回流设施，且在反硝化区可以充分利用污水中的有机物作为碳源，一般可以在较低碳源条件下达到较高的反硝化效率。3.AMAO除磷脱氮工艺主要特点生物池内平均污泥浓度高AMAO除磷脱氮工艺，回流污泥全部进入生物池前端厌氧区，污水分多段进入生物池厌氧区和缺氧区，这样在生物池内形成由高到低的污泥浓度梯度，在不增加生物池出流MLSS的质量浓度下，生物池内平均污泥浓度增加，终沉池的水力负荷和固体负荷均没有变化。使得聚磷菌和硝化菌比增殖速度加快，在活性污泥总量中的比例增大，从而提高除磷脱氮效果，提高出水水质。对AMAO工艺生物池中生物量物料平衡计算可得下列方程式：121......1nini111()iimrmimmxrxrx111imrmiimmxrxxr（3-1）（3-2）式中：n―进水段数αi―每段进水流量分配比例（%）r―污泥回流比xr―回流污泥浓度（mg/L）xi―每段生物池的污泥浓度（mg/L）xl―原污水污泥浓度（mg/L）对常规活性污泥生物池中生物量平衡计算可得下列方程：11'1imrmxrxxr（3-3）式中：x＇－常规活性污泥法生物池中的污泥浓度假设多段多级AO生物池中各级池容相等，则可得到下列方程式：11111nimrnmiimmXrXXr平均（3-4）式中：x平均－生物池平均污泥浓度（mg/L）假设原污水浓度300mg/L，回流污泥浓度9000mg/L，多段多级AO生物池分段数为4，各段流量分配比均为25%，则当回流比分别为50%、60%、70%、80%、90%、100%时，据方程（3-4）可计算各级污泥浓度值如下表。表中第四级的污泥浓度值与常规活性污泥法生物池中的污泥浓度相等，显然多段多级AO生物池内的平均污泥浓度比常规活性污泥法生物池污泥浓度高很多，两者比值大约为1.25~1.39。生物池各级有机物分布均匀，处于低碳源状态污水分多段进入生物池的厌氧区和缺氧区，生物池各级有机物分布均匀，BOD5及NH4+-N负荷均衡，这种状态能促使硝化菌和聚磷菌比增殖速度加快，处于生长优势，增大这两类菌群在活性污泥总量中的比例，提高脱氮除磷效果。此外，BOD5及NH4+-N负荷均衡，一定程度上缩小了供氧速率与好氧速率之间的差距，可降低能耗。各段缺氧区只进入部分原水，反硝化菌优先利用原污水中易降解有机物进行反硝化反应，减少了好氧区异养菌对有机物的竞争，因此可以最大程度的利用原污水中的碳源进行反硝化，尤其适用于碳源不足的城市污水生物处理。脱氮效率高多段多级AO除磷脱氮工艺，对氮的去除包括两部分：一是由硝化反硝化反应去除的氮，一是通过剩余污泥排放去除的氮，根据物料平衡可得到下列方程式：110nnnsrnQCQCQXAQC0111nsrnnnCQXACQC（3-5）式中：Q—进入生物池总流量（m3/d）Qs—剩余污泥排放量（m3/d）ηn—通过硝化反硝化氮去除率（%）Cn1—进入生物池总氮的质量浓度（g/m3）Xr—剩余污泥的质量浓度（g/m3）A—剩余污泥中的含氮量（g[n]/g[ss]）脱氮物料平衡图假设生物池内各级好氧区已完全进行硝化反应，各级缺氧区已完全进行反硝化反应，则生物池出水的氮物料平衡可得下列方程式：10(1)nnnQCrQC011nnnCCr（3-6）式中：r―污泥回流比αn―生物池最后一段进水流量分配比例（%）通过剩余污泥排放去除的氮，根据物料平衡可得下列方程式：1srnSQXAQC1srSnQXAQC（3-7）式中：ηs—通过剩余污泥排放氮去除率（%）将方程式(3-6)、(3-7)代入(3-5)得：11nnSr（3-8）若生物池各段进水流量分配比例相同，则可得111nSnr（3-9）式中：n—生物池进水分段数由方程(3-8)和(3-9)可以看出，多段多级AO除磷脱氮工艺由硝化、反硝化反应去除的脱氮率，与生物池进水段数和污泥回流比呈正相关，与生物池最后一段的进水流量分配比例呈负相关，最后一段进水量比例越少，理论上脱氮率越高。通过计算得四段多级AO除磷脱氮工艺的理论脱氮率可达85.3%。而要达到相同的脱氮率，常规单级AO工艺除了70%的污泥回流外，至少还需300%的混合液回流。由此可见，AMAO工艺在脱氮方面具有明显的优势。好氧区硝化液直接进入缺氧区生物池各级好氧区硝化液直接进入下一级缺氧区，不需要设置硝化液内回流设施，仅需50%-70%的污泥回流。而对于传统AO工艺，除50%-100%污泥回流外，还需200%-300%的硝化液内回流，因此简化了工艺流程，节省了动力费用，回流系统能耗降低70%左右。生物池池容小在保持两者泥龄相同情况下，两种工艺所需生物池池容比较如下：假设原污水中SS浓度忽略不计，污水分4段进入生物池，回流污泥比50%，各段流量分配比均为25%，回流污泥浓度9000mg/l,最后一级生物池可得方程式：1nrrxxr(3-10)式中：xn——最后一级生物池的MLSS质量浓度，mg/lxr——回流污泥质量浓度，mg/l;同理，对生物池各级可得出其混合液浓度方程式：1irimmrxxQrQ(3-11)式中：xi―第i级生物池的MLSS质量浓度，mg/lQm―流入第m级生物池的污水量，m3/d根据（3-10）、（3-11）方程计算得的数值见下表常规除磷脱氮工艺与AMAO工艺生物池池容比较表由上表可知，AMAO工艺生物池容积仅为常规工艺生物池容积的75%，可节省工程投资。节省工程投资降低运行费用如前所述，AMAO工艺与常规工艺相比，在生物池出水MLSS浓度相同情况下，AMAO工艺的生物池平均MLSS浓度较高，所需生物池容积可减少25%左右。生物池各级好氧区硝化液直接进入下一级缺氧区，不需设置硝化液内回流设施。不仅省去了内回流泵并节省了动力费用，因此AMAO工艺可节省工程投资，并降低运行费用约为回流系统能耗的70%左右。减少碱度物质投加量AMAO工艺由于硝化反硝化交替进行，在硝化过程中被消耗的碱度，在反硝化过程中可以得到一定程度的补偿，这样在生物处理系统中，碱度不会发生很大的变化，PH值基本上能维持在7-8之间，一般不需要再补充碱度，若需补充碱度则可大大减少碱度物质投加量。减少污泥膨胀污水处理厂运行中通常发生的污泥膨胀绝大多数为丝状菌污泥膨胀。AMAO工艺缺氧好氧环境交替存在，使其生态环境有利于菌胶团细菌生长，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖，将丝状菌控制在合理的范围内，从而减少丝状菌污泥膨胀的发生。有利于实现短程硝化反硝化和同步硝化反硝化AMAO工艺由于生物池内硝化反硝化交替进行，PH值一般能维持在较高值（7.4-8.3）。较高的PH值使亚硝酸盐积累率达到很高，有利于实现短程硝化反硝化。另外，AMAO工艺在同一时间内有多个区域同时发生硝化和反硝化反应，这非常接近于同步硝化反硝化，其特征基本相似于同步硝化反硝化。污水厂升级改造较简单采用常规的生物处理工艺往往需要增加生物池容积，新征土地等，而采用AMAO工艺，一般不需要增加生物池容积，只需将污水改为分多段进入生物池，部分生物池改为缺氧区，使生物池改造成污水多段进入多级缺氧好氧串联运行，取消内回流系统，适当调整生物池曝气系统。这样使污水厂升级改造比较简单，而且可大大减少升级改造投资，升级改造后，还可减少运行费用。抗冲击负荷能力强如前所述，AMAO除磷脱氮工艺生物池各级污染物分布均匀处于较低浓度状态，同时处在高污泥浓度下运行，因此提高了生物池对水质水量变化冲击负荷的适应能力，使处理效果稳定。4、AM