改良型氧化沟工艺脱氮除磷效果分析路畅

中国环境科学学会学术年会论文集(ZIX均)改良型氧化沟工艺脱氮除磷效果分析路畅广西大学环境工程系南宁35《刀M摘要本文结合某市污水处理厂工程,介绍改良型氧化沟工艺的运行特点及效果。该工艺具有占地面积小、出水水质好、运行稳定可靠、耐冲击负荷能力强、污泥产量少等特点。关镇词改良型氧化沟生活污水脱氮除磷一、引盲随着我国社会和经济的高速发展,城市环境污染特别是水污染的问题日趋严重。生活污水中含有较高的氮、磷等营养物质,未经处理直接排人江河湖海,是导致水域富营养化污染的主要原因。由于“污染性”造成的水资源短缺,已成为严重制约我国社会经济持续发展的突出间题。因此开发适合我国国情的、高效、低耗、能满足排放要求、基建和运行费用低的污水处理新技术和新工艺,具有十分重要的现实意义川。本文以某市污水处理厂使用改良型氧化沟处理生活污水为例,经处理后水质达到国家规定的排放标准,现介绍这项工业化技术。二、工程概况该市污水处理厂日处理污水为10万m3/d,远期将达到20万m3/d,建设用地l%亩,收集周边生活污水和工业废水,服务面积约27平方公里,服务人口37万。二级处理采用改良氧化沟工艺,工艺流程见图1。生豁平」1.前前前厌厌氧氧氧沉沉置置置氧氧化化化池池反反反池池沟沟沟沟硝硝硝硝硝硝硝化化化化化化化池池池池池池池回回流及剩余污泥泵房房旋沉流砂池日日曰细格栅曰目日进水泵房曰曰日格粗栅|les.州eees..水进一剩余污泥一污泥干化圈1污水处理工艺旅程其中由前置反硝化池一厌氧池一氧化沟所组成的部分被称为改良氧化沟。其设计进出水水质见表1。第二章环境污染防治技术研究与开发衰1改良权化沟工艺设计进出水水质指指标标BOD,,CODDDSSSSNH3一NNN磷酸盐盐进进水(m扩L)))220005oooo250005555444出出水(m岁L)))2000800030002555lll去去除率(%)))00.9998444888855557555三、改良型氧化沟主要工艺及特点(一)前里反消化池本工程进水氮的含量很高,仅氨氮(NH,一N)就高达55m扩L,而碳源则略显不足。在这种情况下,系统的反硝化过程不可能进行得很完全,回流污泥中硝酸盐氮含量必然较高。根据国外科研成果和国内实际运行经验,在厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段(即前置缺氧段),使回流污泥进人缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程,以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.sm岁L以下,确保系统生物除磷效果。为提供回流污泥反硝化所需碳源,10%的进水直接进人前置缺氧段。(二)厌氧池在系统前端设置厌氧段,是为了获得一个较稳定的磷去除率,为聚磷菌进行充分的磷释放提供一个必要的停留空间和适合的环境条件,从而提高系统除磷效率,同时还可以改善污泥的沉降性能,防止丝状菌的生长,提高系统的稳定性。(三)氧化沟该氧化沟水流的特性,具有完全混合式反应器兼推流式反应器的优点。污水在沟渠中循环流动,曝气装置在沟中布置的特点属于生物池内间隔布置曝气系统、这样生物池内水力流态比较好,氧化沟中的溶解氧就会呈现分区变化,使氧化沟中某一段会出现缺氧区,这样的氧化沟内溶解氧、有机物(BoD)和氨氮浓度梯度十分有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮。传统的氧’化沟曝气形式共性的缺点是动力效率较低,所以工艺能耗较高。而改良氧化沟,生物池中部分区域不设曝气器,人为的形成缺氧段,实现反硝化,而无需采用内回流。另外反硝化过程中可提供氧,减小实际中的供氧量,降低运行费用〔’]。该污水处理厂氧化沟运行效果很稳定。四、改良氧化沟工艺脱氮除磷效果分析(一)BOD/TP有试验研究表明,进水BOD,/IT,值小于20的生物除磷系统出水PT难以达到1一Zm扩L,美国采用生物除磷工艺的9个污水厂和2个中试厂的运行数据也显示了出水TP随进水的BODS/TP值而变化,当进水BOsn/,大于等于20时,出水TP可达到lm岁oL在改良氧化沟工艺设计中没有设置初沉池。初沉池虽然可以去除原污水中30%的BOD,,但只能去除5%一10%左右的磷,因此,不设初沉池后,能提高进水BODS的绝对值,也提高了BoD,/PT的比值。(二)ESS根据对一些主要的生物处理工艺的MSLS分析显示,M巧S的含磷量为2.3%一7.0%。对于具有生物除磷功效的工艺,污泥中因有过量聚磷微生物存在,含磷量可占污泥干重的6%左右,所以如果想要降低出水的含磷两就要降低Ess。改良氧化沟工艺自运行以来,由于设备等方面的原因,发生过几次污泥异常现象。主要是由中国环境科学学会学术年会论丈集(2X(拍)于排泥泵发生故障,系统内污泥无法及时排出,泥龄过高,有机负荷过低,造成二沉池反硝化浮泥和老化澡泥。为降低ESS,我们可以针对各种污泥异常现象产生的条件,采取相应措施加以预防,比如可以将二沉池底部的泥层控制低一些,防止污泥停留时间过长,这样一方面可防止污泥的厌氧放磷作用,提高除磷效果;另一方面可防止污泥因厌氧反硝化,产生氮气泡集结于污泥絮粒上,使污泥上浮、跑泥而使ESS升高。(三)污泥龄在生物脱氮除磷系统中,脱氮和除磷在对泥龄的要求上存在矛盾。作为硝化过程主体的硝化细菌属于自养型专性好氧菌,这类微生物的一个突出特点是繁殖速度慢,世代时间长,因而生物脱氮要求较长的泥龄。而聚磷菌则是一类异养型微生物,世代时间短,在较短的泥龄下就能在系统内存在。生物除磷主要通过排放富磷污泥使磷排出系统,在聚磷菌世代周期以上,泥龄越短,污泥含磷量越高,污泥的产率也越高,通过剩余污泥排出的磷越多,除磷效果就越好。在生物脱氮工艺中,一般取系统的污泥龄为硝化菌最小世代时间的三倍以上,并不得小于3一5d,为保证硝化反应的顺利进行,污泥龄应大于10d。而在以除磷为目的的生物处理工艺中,污泥龄一般控制在3.5一7d。在兼顾生物脱氮和除磷的系统内,就需要通过选择适当的泥龄,泥龄至少长至足以确保出现硝化。所以改良氧化沟设计污泥龄为13.ld,这是一个兼顾脱氮和除磷的泥龄值。有改良氧化沟的类似工艺根据运行实践提出,污泥龄需控制在8一10d,否则除磷效果不稳定。在本工艺中,鉴于进水中氨氮含量较高,建议将污泥龄控制在10一1d5范围内。(四)硝态氮前已述及,若大量硝态氮随回流污泥进人厌氧池,将优先夺取污水中的生物降解有机物,使聚磷菌缺少碳源失去竞争优势,降低除磷效果。厌氧区中的NO3一和NO:一主要来自回流的混合液或污泥。在本工艺中反硝化主要发生在氧化沟的缺氧区,如果过量硝态氮随回流污泥进人厌氧池,就是因为缺乏缺氧区。本工艺对氨氮的去除率常在95%以上,大量氨氮转化为硝态氮。此时,若氧化沟有足够的缺氧区,将硝态氮转化为氮气排除系统,就不会有污泥在二沉池停留时间稍长,反硝化浮泥就出现的情况了。但事实是,基本上每次排泥设备出现故障不久后,都会出现反硝化浮泥。这从另一个角度说明,氧化沟缺乏足够的缺氧区。从上述两点可以得出氧化沟在现有的运行状态下缺乏缺氧区,但氧化沟内的混合液又进行了较充分的硝化反应,氨氮基本上全部转化为硝态氮。再加上回流污泥反硝化池的设计池容较小,设计停留时间只有0.4h,且分配给缺氧池的碳源仅有总进水量的or%,这是在氧化沟存在较好的反硝化的条件下,仅对回流污泥中的硝态氮进行反硝化所设计的,从反应时间和碳源上都不够将这么多的硝态氮去除。因此,造成大量硝态氮进人厌氧池,降低系统的除磷效果。针对这些分析可以采取以下一些方法来进行改善:(l)降低曝气量;(2)降低回流量;(3)设置缺氧段。此外,为常年保持生物除磷系统出水总磷达标,最好增设化学除磷作为后备措施以便必要时投加药剂。当生物除磷无法满足出水TPlm岁L的目标时,可启用化学除磷系统〔卜,]。五、活性污泥异常问题及处理在世界各地采用活性污泥法及其变形工艺的污水处理厂中,污泥异常现象是运行中很普遍的问题。在实际运行中各个污水厂常出现的污泥异常问题所属的类型和产生原因常不相同,并有各自的规律。该市污水厂出现过的主要问题有以下几点。(一)化学池沫该污水处理厂污泥培养过程中,在污泥浓度增长到soom梦L一llXX)m岁L之间的1一2周时间内,出现了明显的化学泡沫。泡沫呈白色,细小丰富,严重时曾漫到氧化沟上的巡检通道上。活性污泥培养初期的化学泡沫现象,主要是因为初期活性污泥尚未形成,污水中的洗涤剂以及一些第二章环境污染防治技术研究与开发工业用表面活性物质在曝气的搅拌和吹脱作用下形成了泡沫。针对这些泡沫,可以采取投加消泡剂的方法,使泡沫现象得到短期的控制。随着污泥浓度的增高,泡沫现象逐渐消失。(二)反峭化浮泥和老化漂泥1.反硝化浮泥现象这一现象是改良氧化沟在运行中最容易出现的一个问题。在活性污泥培养驯化结束,二沉池出水各项指标均达到设计值后不久,二沉池开始出现大块污泥上浮现象,并日益严重。浮泥呈土黄色,打碎后泥粒较粗且比重较大,碎后泥粒下沉,无明显臭味,出水SS迅速升高,最高时达到236m扩L,SVI无明显变化,仍在日常的50mFg以下范围内。在30min沉降试验的测定时间内沉淀良好,并进行压缩,又过40min后已压缩的污泥再次上浮,并伴随有气泡冒出,用棒搅拌后浮起的污泥再次沉淀。由上述现象,在排除了各种问题因素之后证明,这是污泥在二沉池底发生反硝化引起的浮泥现象。由于本工艺氨氮去除的要求较高,表2为该污水厂调试运行正常了的一次进出水氨氮统计,在硝化后有大量的硝酸氮和亚硝酸氮产生。在工艺正常运行后的初期,为实现并保证良好因此的脱氮效果,排泥量一直偏少,污泥龄较长时间处于20d以上,高的时候甚至达到30d以上,硝化菌逐渐成为系统内的优势菌群,系统硝化效果良好,出水NH3一N经常处于lm扩L以下,在对氧化沟内的设计缺氧段,即曝气区上游的溶解氧进行的日常检测中发现,该区溶解氧保持在lm岁L左右,表明曝气量过大,缺氧段溶解氧含量偏高,即氧化沟内没有明显的缺氧段。若经过充分硝化、含有大量硝态氮的混合液在氧化沟内得不到足够反硝化,就会导致大量硝态氮进人二沉池。这为污泥在二沉池内发生反硝化上浮埋下了隐患,含大量硝酸盐的混合液进人二沉池后,停留时间稍长,溶解氧被耗尽,就会发生反硝化,产生的N:在沉淀污泥中积累。经过一段时间的积累,就会在水力扰动或刮泥板的机械扰动下,上浮池面形成浮泥。衰2该厂6月份进出水橄氮情况日日期期NH3一N(m岁L)))日期期NH,一N(m岁L)))进进进水水出水水去除率(%)))))进水水出水水去除率(%)))0005一6一11193.5550.577799.399905一6一!444124.44440.411199.67770005一6一222203.6660.744499.研研05一6一155527.4440.422298.47770005一6一33330.72221.522295.055505一6一166625.06660.533397.89990005一6一66632.12220.344498.944405一6一20001肠.84442.088898.05550005一6一77724.02220.466698.088805一6一222249.5550.177799.66660005一6一88878.88880.66699.244405一6一244453.56668.522284.0000仍仍一6一999135.3222.0877799.366605一6一277748.666.0199999.61110005一6一1000228.56660.344499.855505一6一288815.74440.399997.52220005一6一1333163.18880.477799.711105二6一2999137.36660.577799.59992.漂泥现象在发生反硝化浮泥的同时,二沉池又伴随出现了污泥老化引起的飘泥现象,并随着对反硝化浮泥的控制,逐渐取而代之成为浮泥的主体。浮泥呈细分散状均匀悬浮在沉淀池水中,用量筒取二沉池出水堰板附近的水进行观察,发现浮泥色浅黄,质轻薄,直径在1一Zmm左右,在量筒内沉降迅速,在上清液中有少量乳白色的小絮状物长时间悬浮不沉,飘泥严重时sv由原来的18%一22%