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摘要:文章研究了氧化沟转碟曝气机工艺调试对除磷脱氮效果的影响。结果表明:合理的稳定各沟溶解氧水平,出水的氨氮与总磷合格率高且稳定;连续回流或适当提高回流比,可改善出水氨氮的异常情况;进水水质恶化,出水合格率下降。
关键词:氧化沟;除磷脱氮;转碟曝气机;处理效果;
中图分类号:X703 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)06-0133-02
污水中氮的存在形式有有机氮、氨氮、无机氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等多种形式。采用活性污泥法来除氮是应用生物脱氮的原理,即在微生物的作用下,将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程,其中包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是在好氧条件下,将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程,此作用是同亚硝酸菌和硝酸菌共同完成的。反硝化反应是指在无氧条件下,反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。
污水处理工艺中的活性污泥系统中存在一类兼性聚磷菌,当处于厌氧状态时,聚磷菌能吸收污水中极易降解的有机物质,贮存在体内作为营养源,同时将体内存贮的聚磷酸盐以PO—P形式释放出来,以便获得能量。在好氧状态下,聚磷菌将体内存贮的有机物氧化分解,产生能量,同时将污水中的PO—P超量吸收至体内,以聚磷酸盐的形式贮存起来,这样在排放剩余污泥中,便含有大量的磷,从而达到除磷的目的。
文章依据传统除磷脱氮理论,以改良ORBAL氧化沟为研究对象,探讨转碟曝气机运行情况对除磷脱氮出水合格率的影响。
1改良ORBAL氧化沟工艺
厦门集美污水处理厂采用的两座改良ORBAL氧化沟是以三沟道ORBAL氧化沟为原型,外增设一条厌氧沟,共由四条同心环形沟组成的,从外到内沟宽分别为2 m、6 m、6 m、6 m。有效水深3.8 m,总高4.5 m,单池有效容积V=10659 m3。氧化沟充氧是通过配备的表面曝气转碟机来实现的,每座氧化沟各配备8套,分布于沟道2、3、4,沟道1设2台水下推进器,以保证沟内混合液不沉淀。各沟道均设有进水口、污泥回流口(沟道4除外),沟道1、2、3、4分别占总体积的15%、38.2%、28.3%,18.5%。有机负荷FM=0.12kgBOD5/kgMLSS·d,混合液浓度:MLSS=3.5 g/l,总停留时间9.6hr(其中厌氧沟1.5 hr),污泥回流比R=100%,回流污泥浓度Co≥8 g/l,设计溶解氧控制:第1沟(厌氧沟)0 mg/l,第2沟(缺氧沟)0～0.5 mg/l,第3沟(过渡沟)0.5～1.0 mg/l,第4沟(好氧沟)≥2 mg/l。
一般情况下氧化沟主要工艺参数的控制:①溶解氧的控制范围:厌氧沟0～0.2 mg/l,缺氧沟0.2～0.5 mg/l,过渡沟0.5～1.0 mg/l,好氧沟≥2mg/l。②MLSS的控制范围:夏天1 000～1 300 mg/l,春、秋天:1 300～1 500 mg/l,冬天:1500～1800 mg/l。③泥龄的控制范围:夏天5～10 d,春、秋天10～15 d,冬天15～20 d。④回流比的控制范围:80%～120%。
2试验部分
2.1试验设备
我厂的转蝶曝气机到目前为止已经使用7年,故障频繁,年初更换了1#氧化沟的8台转碟设备生产厂家为宜兴市溢洋水工业有限公司,YBP1500-T6000和YBP1500-T(6000+6000分别为4台。新转碟机的设备技术性能如表1所示。
2.2试验状态
分别测试转碟机在浸没深度为200 mm、300 mm、400 mm、500 mm时转速为800 rPm、900 rPm、1000 rPm、1100 rPm、1200 rPm、1300 rPm、1400 rPm时的电流、电压情况,从而找出转碟最佳浸没深度,即转蝶机在浸没深度为400 mm运行时的电流及功率较为合理。
2.3试验参数
确定氧化沟各沟的充氧量,确定碟片的数量:根据我厂目前的进水情况,确定各沟需氧量。在需氧量的计算时考虑氨氮和硝态氮对氧的供应。
①总需氧量[1]。O2=1.47QSr-1.42Xw+4.6QNr-0.124×4.6Xw-2.86Q[TN0-(NH4+-Ne)-(NO3--Ne)]=1.47×2.25×10×(200-6.58)-1.42×1754+4.6×2.25×10×(40-8)-0.124×4.6×1754-2.86×2.25×10×(40-8-5)=4481.2kg O2/d
②标准需氧量。折算为标准需氧量约为8964 kg O2/d;考虑安全系数,R0=1.2×8964=10757 kg O2/d。
③各沟标准需氧量。根据设计资料可知氧化沟沟道2:沟道3:沟道4的体积比为44.9%、33.3%、21.8%,各沟道标准充氧量分别为:
沟道2 R02=0.449×10757/0.95=5084.1kgO2/d =212kgO2/h
沟道3 R03=0.333×10757/0.84=4264.4kgO2/d =178kgO2/h
沟道4 R04=0.218×10757/0.74=3169.0kgO2/d =132kgO2/h
式中0.95、0.84、0.74分别为ORBAL氧化沟各沟道的充氧系数,因为沟道2缺氧,溶解氧梯度大,故其氧转移系数为最高。
④碟片的确定。根据转碟机的技术参数可知转碟机的单碟清水充氧能力为2.84 kg O2/h,则设备供氧能力为:
沟道2 90片×2.84=255.6 kgO2/h;
沟道3 92片×2.84=261 kgO2/h;
沟道4 46片×2.84=130.6 kgO2/h。
可见在沟道2、沟道3、沟道4的碟片数分别定在90、92、46片时基本能满足所需氧量。
2.4工艺试验
2.4.1溶解氧的控制范围
沟道2:≤0.5 mg/l
沟道3:0.5～1.5 mg/l
沟道4:≥2.0 mg/l
2.4.2控制溶解氧
通过对转碟开启台数、转速的控制及对回流比调整,将溶解氧控制在要求的范围内。
第1阶段:2月12日起,关闭在缺氧沟的2台30 kW转碟,保持6台转碟运转,溶解氧的高低通过调整转速来保持;同时开启两台回流泵提高回流比。运行一段时间后由于沟道2的溶解氧保持在较高水平,出水氨氮明显降低,而总磷却不断升高,2月16日出水总磷为1.8 mg/l。
第2阶段:2月16日,做出调整,关闭一台45kw转碟,保持5台转碟运转,同时只开启一台回流泵降低回流比。通过调整,出水总磷由1.8 mg/l降至1.4 mg/l。
第3阶段:由于恰逢春节期间,进水浓度明显下降,5台转碟运转时沟道4溶解氧不断提高,因此2月20日再关闭一台45 kW的转碟,保持4台转碟运转。此段时间进水浓度保持在较低水平,处理效果良好。
第4阶段:保持4台转碟运转时沟道2的溶解氧仍保持在0.6 mg/l左右,为了达到缺氧状态,我们又拆除了2台45 kW转碟曝气机(11#、14#)在缺氧沟碟片各2片,在保持4台转碟运转的情况下3月1日换开11#、14#两台转碟,但由于单台转碟在缺氧沟的碟片已减少至9片,碟片少转速低时氧化沟内出现部分泡沫且有污泥沉降,出水氨氮明显提高,此次调整没有达到预期效果。
第5阶段:3月2日起关闭11#、14#转碟,重开另两台45 kW转碟(12#、13#)仍就保持4台转碟运转。
第6阶段:由于温度降低且进水浓度保持在较高水平,溶解氧逐渐下降,出水氨氮始终较高,为防止出水氨氮不断升高,分别于3月7日增开一台45 kW的转碟同时增开一台回流泵;通过上述调整好氧沟的溶解氧仍未达到要求且3月15日出水氨氮达7.8 mg/l,3月15日再增开一台45 kW的转碟保持6台转碟运转,同时于3月16日再次开启全部8台转碟,但转碟全开,缺氧沟溶解氧升高,除磷效果下降,因此3月20日恢复6台转碟运转即关闭缺氧沟的两台30 kW转碟。
第7阶段:由于出水氨氮逐渐下降总磷逐渐升高,3月26日起关闭一台回流泵,同时由于昼夜温差较大,夜晚溶解氧较低,缺氧沟的2台30 kW转碟在每日20:00～8:00开启。
第8阶段:随着温度的提高,4月3日起至今,关闭缺氧沟的2台30 kW转碟仍保持6台运转。
第9阶段:为防止污泥沉降,4台45 kW转碟只开启2台时保证对角开启,未开启全部转碟时每日至少开启缺氧沟的2台30 kW转碟1 h。
2.4.3改变回流方式
2月25日将部分的回流污泥引入缺氧沟,减弱反硝化细菌对聚磷菌所需碳源的竞争,从而提高除磷效率。但运行一段时间后效果并不明显且由于出水氨氮始终保持在较高水平,3月6日起采用原回流方式将全部回流污泥回流至缺氧沟。
3结语
①采用变频24 h连续进水。②根据溶解氧的控制范围,转碟曝气机6、7为常开;5、8每日至少开启1 h;1、2、3、4至少开启2台(对角)。③主要由1沟进水和回流,一般开1台回流泵24 h连续回流,每周更换1次回流泵。如遇降雨水量加大时或出水氨氮异常时适当增开回流,提高回流比。④目前泥龄控制在8～12 d。⑤除磷脱氮是一对较难调和的矛盾[2],如出水TP下降则出水氨氮上升,反之亦然。我厂改良型ORBAL氧化沟只是简单的在外圈增设一厌氧沟,并没有从根本上解决除磷脱氮的矛盾。而且现场转碟设置存在一些不合理的地方,缺氧沟的转蝶机比较多,导致该沟的溶解氧比较高,无法达到缺氧的状态。在同时将4台45kW转碟曝气机在缺氧沟碟片各减少2片的情况下,在进水浓度较高的情况下,为使沟道4达到好氧状态,势必增开转碟,导致了缺氧沟无法达到缺氧状态。而一旦再多拆除沟道2的碟片,则会出现污泥沉降的情况。在进水水质较好的情况下,比较容易保证出水的合格率。但如果出现进水水质恶化,营养比例失调,进水总磷氨氮波动就会变得比较大,合格率下降。
参考文献:
[1] 邓荣森.氧化沟污水处理理论与技术[M].北京:化学工业出 版社,2006.
[2] 王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理[M].北京:科 学出版社,1999.
关键词:氧化沟;除磷脱氮;转碟曝气机;处理效果;
中图分类号:X703 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)06-0133-02
污水中氮的存在形式有有机氮、氨氮、无机氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等多种形式。采用活性污泥法来除氮是应用生物脱氮的原理,即在微生物的作用下,将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程,其中包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是在好氧条件下,将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程,此作用是同亚硝酸菌和硝酸菌共同完成的。反硝化反应是指在无氧条件下,反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。
污水处理工艺中的活性污泥系统中存在一类兼性聚磷菌,当处于厌氧状态时,聚磷菌能吸收污水中极易降解的有机物质,贮存在体内作为营养源,同时将体内存贮的聚磷酸盐以PO—P形式释放出来,以便获得能量。在好氧状态下,聚磷菌将体内存贮的有机物氧化分解,产生能量,同时将污水中的PO—P超量吸收至体内,以聚磷酸盐的形式贮存起来,这样在排放剩余污泥中,便含有大量的磷,从而达到除磷的目的。
文章依据传统除磷脱氮理论,以改良ORBAL氧化沟为研究对象,探讨转碟曝气机运行情况对除磷脱氮出水合格率的影响。
1改良ORBAL氧化沟工艺
厦门集美污水处理厂采用的两座改良ORBAL氧化沟是以三沟道ORBAL氧化沟为原型,外增设一条厌氧沟,共由四条同心环形沟组成的,从外到内沟宽分别为2 m、6 m、6 m、6 m。有效水深3.8 m,总高4.5 m,单池有效容积V=10659 m3。氧化沟充氧是通过配备的表面曝气转碟机来实现的,每座氧化沟各配备8套,分布于沟道2、3、4,沟道1设2台水下推进器,以保证沟内混合液不沉淀。各沟道均设有进水口、污泥回流口(沟道4除外),沟道1、2、3、4分别占总体积的15%、38.2%、28.3%,18.5%。有机负荷FM=0.12kgBOD5/kgMLSS·d,混合液浓度:MLSS=3.5 g/l,总停留时间9.6hr(其中厌氧沟1.5 hr),污泥回流比R=100%,回流污泥浓度Co≥8 g/l,设计溶解氧控制:第1沟(厌氧沟)0 mg/l,第2沟(缺氧沟)0～0.5 mg/l,第3沟(过渡沟)0.5～1.0 mg/l,第4沟(好氧沟)≥2 mg/l。
一般情况下氧化沟主要工艺参数的控制:①溶解氧的控制范围:厌氧沟0～0.2 mg/l,缺氧沟0.2～0.5 mg/l,过渡沟0.5～1.0 mg/l,好氧沟≥2mg/l。②MLSS的控制范围:夏天1 000～1 300 mg/l,春、秋天:1 300～1 500 mg/l,冬天:1500～1800 mg/l。③泥龄的控制范围:夏天5～10 d,春、秋天10～15 d,冬天15～20 d。④回流比的控制范围:80%～120%。
2试验部分
2.1试验设备
我厂的转蝶曝气机到目前为止已经使用7年,故障频繁,年初更换了1#氧化沟的8台转碟设备生产厂家为宜兴市溢洋水工业有限公司,YBP1500-T6000和YBP1500-T(6000+6000分别为4台。新转碟机的设备技术性能如表1所示。
2.2试验状态
分别测试转碟机在浸没深度为200 mm、300 mm、400 mm、500 mm时转速为800 rPm、900 rPm、1000 rPm、1100 rPm、1200 rPm、1300 rPm、1400 rPm时的电流、电压情况,从而找出转碟最佳浸没深度,即转蝶机在浸没深度为400 mm运行时的电流及功率较为合理。
2.3试验参数
确定氧化沟各沟的充氧量,确定碟片的数量:根据我厂目前的进水情况,确定各沟需氧量。在需氧量的计算时考虑氨氮和硝态氮对氧的供应。
①总需氧量[1]。O2=1.47QSr-1.42Xw+4.6QNr-0.124×4.6Xw-2.86Q[TN0-(NH4+-Ne)-(NO3--Ne)]=1.47×2.25×10×(200-6.58)-1.42×1754+4.6×2.25×10×(40-8)-0.124×4.6×1754-2.86×2.25×10×(40-8-5)=4481.2kg O2/d
②标准需氧量。折算为标准需氧量约为8964 kg O2/d;考虑安全系数,R0=1.2×8964=10757 kg O2/d。
③各沟标准需氧量。根据设计资料可知氧化沟沟道2:沟道3:沟道4的体积比为44.9%、33.3%、21.8%,各沟道标准充氧量分别为:
沟道2 R02=0.449×10757/0.95=5084.1kgO2/d =212kgO2/h
沟道3 R03=0.333×10757/0.84=4264.4kgO2/d =178kgO2/h
沟道4 R04=0.218×10757/0.74=3169.0kgO2/d =132kgO2/h
式中0.95、0.84、0.74分别为ORBAL氧化沟各沟道的充氧系数,因为沟道2缺氧,溶解氧梯度大,故其氧转移系数为最高。
④碟片的确定。根据转碟机的技术参数可知转碟机的单碟清水充氧能力为2.84 kg O2/h,则设备供氧能力为:
沟道2 90片×2.84=255.6 kgO2/h;
沟道3 92片×2.84=261 kgO2/h;
沟道4 46片×2.84=130.6 kgO2/h。
可见在沟道2、沟道3、沟道4的碟片数分别定在90、92、46片时基本能满足所需氧量。
2.4工艺试验
2.4.1溶解氧的控制范围
沟道2:≤0.5 mg/l
沟道3:0.5～1.5 mg/l
沟道4:≥2.0 mg/l
2.4.2控制溶解氧
通过对转碟开启台数、转速的控制及对回流比调整,将溶解氧控制在要求的范围内。
第1阶段:2月12日起,关闭在缺氧沟的2台30 kW转碟,保持6台转碟运转,溶解氧的高低通过调整转速来保持;同时开启两台回流泵提高回流比。运行一段时间后由于沟道2的溶解氧保持在较高水平,出水氨氮明显降低,而总磷却不断升高,2月16日出水总磷为1.8 mg/l。
第2阶段:2月16日,做出调整,关闭一台45kw转碟,保持5台转碟运转,同时只开启一台回流泵降低回流比。通过调整,出水总磷由1.8 mg/l降至1.4 mg/l。
第3阶段:由于恰逢春节期间,进水浓度明显下降,5台转碟运转时沟道4溶解氧不断提高,因此2月20日再关闭一台45 kW的转碟,保持4台转碟运转。此段时间进水浓度保持在较低水平,处理效果良好。
第4阶段:保持4台转碟运转时沟道2的溶解氧仍保持在0.6 mg/l左右,为了达到缺氧状态,我们又拆除了2台45 kW转碟曝气机(11#、14#)在缺氧沟碟片各2片,在保持4台转碟运转的情况下3月1日换开11#、14#两台转碟,但由于单台转碟在缺氧沟的碟片已减少至9片,碟片少转速低时氧化沟内出现部分泡沫且有污泥沉降,出水氨氮明显提高,此次调整没有达到预期效果。
第5阶段:3月2日起关闭11#、14#转碟,重开另两台45 kW转碟(12#、13#)仍就保持4台转碟运转。
第6阶段:由于温度降低且进水浓度保持在较高水平,溶解氧逐渐下降,出水氨氮始终较高,为防止出水氨氮不断升高,分别于3月7日增开一台45 kW的转碟同时增开一台回流泵;通过上述调整好氧沟的溶解氧仍未达到要求且3月15日出水氨氮达7.8 mg/l,3月15日再增开一台45 kW的转碟保持6台转碟运转,同时于3月16日再次开启全部8台转碟,但转碟全开,缺氧沟溶解氧升高,除磷效果下降,因此3月20日恢复6台转碟运转即关闭缺氧沟的两台30 kW转碟。
第7阶段:由于出水氨氮逐渐下降总磷逐渐升高,3月26日起关闭一台回流泵,同时由于昼夜温差较大,夜晚溶解氧较低,缺氧沟的2台30 kW转碟在每日20:00～8:00开启。
第8阶段:随着温度的提高,4月3日起至今,关闭缺氧沟的2台30 kW转碟仍保持6台运转。
第9阶段:为防止污泥沉降,4台45 kW转碟只开启2台时保证对角开启,未开启全部转碟时每日至少开启缺氧沟的2台30 kW转碟1 h。
2.4.3改变回流方式
2月25日将部分的回流污泥引入缺氧沟,减弱反硝化细菌对聚磷菌所需碳源的竞争,从而提高除磷效率。但运行一段时间后效果并不明显且由于出水氨氮始终保持在较高水平,3月6日起采用原回流方式将全部回流污泥回流至缺氧沟。
3结语
①采用变频24 h连续进水。②根据溶解氧的控制范围,转碟曝气机6、7为常开;5、8每日至少开启1 h;1、2、3、4至少开启2台(对角)。③主要由1沟进水和回流,一般开1台回流泵24 h连续回流,每周更换1次回流泵。如遇降雨水量加大时或出水氨氮异常时适当增开回流,提高回流比。④目前泥龄控制在8～12 d。⑤除磷脱氮是一对较难调和的矛盾[2],如出水TP下降则出水氨氮上升,反之亦然。我厂改良型ORBAL氧化沟只是简单的在外圈增设一厌氧沟,并没有从根本上解决除磷脱氮的矛盾。而且现场转碟设置存在一些不合理的地方,缺氧沟的转蝶机比较多,导致该沟的溶解氧比较高,无法达到缺氧的状态。在同时将4台45kW转碟曝气机在缺氧沟碟片各减少2片的情况下,在进水浓度较高的情况下,为使沟道4达到好氧状态,势必增开转碟,导致了缺氧沟无法达到缺氧状态。而一旦再多拆除沟道2的碟片,则会出现污泥沉降的情况。在进水水质较好的情况下,比较容易保证出水的合格率。但如果出现进水水质恶化,营养比例失调,进水总磷氨氮波动就会变得比较大,合格率下降。
参考文献:
[1] 邓荣森.氧化沟污水处理理论与技术[M].北京:化学工业出 版社,2006.
[2] 王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理[M].北京:科 学出版社,1999.