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间歇曝气氧化沟工艺处理城市污水实验 ＊ 韦彦斐 梅荣武 周 刚 杨继飞 浙江省环境保护科学设计研究院, 杭州 310007 摘要 为了提高氧化沟工艺对城市污水的脱氮能力, 对设置缺氧池和厌氧池的氧化沟工艺采用了鼓风曝气和水下搅拌 的曝气方式和连续流间歇曝气的运行方式。 研究结果表明 间歇鼓风曝气的运行方式能够提高氧化沟系统的脱氮率, 可达 43. 29～ 62. 35; 同时提高了系统的脱磷效率, 脱磷率达 40. 23～ 76. 67; 而曝气能耗比同等条件转刷曝气的 能耗降低 42. 86～ 57. 14。 关键词 间歇曝气; 氧化沟; 脱氮除磷; 城市污水 EXPERIMENT ON TREATMENT OF URBAN SEWAGE BY OXIDATION DITCH WITH INTERMITTENT AERATION Wei Yanfei Mei Rongwu Zhou Gang Yang Jifei Environmental Science Research oxidation ditch;nitrogen and phosphorus removal; urban sewage ＊浙江省科技计划项目 No. 2005F13032 。 0 引言 氧化沟工艺具有运行稳定 、操作维护方便、出水 水质优良且具有一定的脱氮除磷能力等优点 ,而成为 国内外城市常用污水处理工艺之一。但其曝气方式 多为转刷、转盘及表曝机供氧, 这些曝气方式存在充 氧效率较低,运行电耗高, 占地大等缺点 。目前汪永 红 [ 1] 等人开发出的微孔曝气器氧化沟技术能够降低 氧化沟的曝气能耗 ,并且能够加大其池体深度 ,从而 节省占地面积。 侯红勋 [ 2] 、 乔海兵 [ 3] 等人利用微孔曝气氧化沟工 艺,针对城市生活污水进行了间歇曝气的实验研究。 通过实验研究发现 ,采用间歇曝气的曝气方式 ,出水 水质均能达到国家一级标准; 并且采用间歇曝气, 能 够进一步降低微孔曝气氧化沟的曝气能耗,达到降低 氧化沟运行费用的目的 。而微孔曝气氧化沟的微孔 曝气器安装在池底 , 存在着维修困难的问题 。基于 此,本研究开发了新型的可提升曝气装置 ,并通过间 歇曝气的曝气方式探讨A 2 C 氧化沟工艺对城市污水 的处理效果 。 1 材料与方法 1. 1 实验污水 实验采用的城市污水取自某城市污水处理厂 ,具 体水质指标如表 1 所示 。 表 1 中试实验进水水质mg L pH 除外 项目范围均值 pH6. 63～ 7 . 587. 38 ρ COD132～ 358189 ρ NH 4-N 15. 5～ 39. 2928. 64 ρ TN21. 36～ 41. 8232. 12 ρ TP1. 89～ 10. 833. 94 1. 2 实验装置 实验装置由缺氧 -厌氧 -氧化沟组成 。改良型 三沟氧化沟尺寸为1 500 mm 1 500 mm 2 000 mm, 18 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 其中有效水深为1 700 mm。 三沟氧化沟前端设 2 个独 立的缺氧池和 1 个厌氧池 , 尺寸为 500 mm 500 mm 2 000 mm, 其中有效水深为1 800 mm 。 氧化沟池内 间隔排列着可提升曝气管 ,同时池底还设置了水下推 进器进行搅拌推流。三沟氧化沟的运行周期为4 h, 即边沟曝气推流 1 h ,沉淀1 h ,出水 2 h 。整个三沟氧 化沟由程序控制器控制自动运行。实验装置见图 1。 1缺氧池; 2氧化沟; 3进水蝶阀; 4可提升微孔曝气管; 5曝气控制电动阀; 6水下推进器; 7缺氧池搅拌机; 8出水电磁蝶阀; 9出水管; 10排泥管。 图 1 三沟氧化沟实验装置 1. 3 实验运行 三沟氧化沟进水水量为 200 ～ 300 L h, 污泥回流 比为 150～ 200, 氧化沟水力停留时间约为 15. 3 h ,前置缺氧池为 5. 4 h 。其中 COD 负荷为 0. 12 kg kg d ,氨氮负荷为 0. 018 kg kgd 。氧化沟采用可 提升曝气管曝气和搅拌浆搅拌并推流, 中沟单独曝气 时曝气量为 2 m 3 h, 双沟曝气时曝气量为 4～ 4. 5 m3 h 。三沟氧化沟运行周期为 4 h, 其中中沟为连续曝 气,而边沟运行方式为曝气 1 h, 沉淀 1 h, 出水 2 h。 两个边沟交替运行 ,所采用的曝气时间 , 停曝时间分 别为 4,4; 4,3; 4,2 h,分别为阶段 Ⅰ , Ⅱ , Ⅲ 。 2 结果与分析 2. 1 特征污染物去除总体效果 在整个实验阶段中, 连续曝气以及不同间歇曝气 周期系统出水的COD、 NH 4- N、 TN 以及TP 浓度如图 2 所示。从图 2 可以看出 , 系统出水 COD 总体上维持 较低水平 60 mg L , 说明整个系统对有机污染物 具有较好的去除效果 。另外, 整个实验周期中系统的 出水NH 4-N 浓度均能够达到国家一级标准 7 mg L , 说明系统的硝化效果较好, 这主要是由于采用鼓 风曝气的方式, 能够为氨氮的硝化反应提供足够的溶 解氧 ,有利于硝化反应的进行 。而在间歇曝气的模式 下,停止曝气的时候 ,整个氧化沟系统内是缺氧状态, 此时有利于反硝化反应的进行 ,会消耗废水中的部分 碳源, 从而降低曝气阶段有机污染物对溶解氧的消 耗,有利于硝化反应的进行 [ 2] ; 同时在间歇曝气模式, 污水中存在一定浓度的 NO - 2-N, 这些 NO - 2- N 也会与 进水中的氨氮发生厌氧氨氧化反应而得以去除 [ 4] ,从 而使间歇曝气模式下 ,氧化沟对于氨氮具有较好的去 除效果。 同时从图 2 看出, 连续曝气以及阶段 Ⅰ出水氨氮 浓度低于阶段Ⅱ以及阶段 Ⅲ。这主要是因为连续鼓 风曝气过程中, 由于系统中溶解氧浓度高 ,有利于硝 化反应的进行, 硝化反应进行的程度最高 。 ◎COD; △总氮; □氨氮; 总磷。 图 2 不同间歇曝气周期出水 COD、氨氮、总氮及总磷浓度变化 从图 2 可知, 在整个实验过程中 ,阶段 Ⅰ ～ Ⅲ间 歇曝气的出水总氮浓度低于连续曝气出水的总氮浓 度。其主要原因是在间歇曝气过程中,停曝阶段中由 于存在缺氧过程, 氧化沟池内的反硝化反应得到加 强,在一定程度上有利于提高系统的脱氮效果, 降低 出水的总氮浓度 。 而整个实验过程中 ,系统中 TP 浓度平均值分别 为1. 6,1. 53,0. 98,1. 20 mg L ,说明间歇曝气由于停曝 过程中存在厌氧状态 ,有利于提高系统的脱磷效果, 但当停曝时间过长 ,会导致二次释磷, 从而降低了对 19 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 磷的去除效果。 2. 2 总循环周期 T 以及曝气率 F 对系统脱氮除磷 的影响 间隙曝气 3种模式的总循环周期 T , 分别为8,7, 6 h。通过前面的分析数据其曝气率 F 即曝气时间 与总循环周期的比值 分别为 0. 5 ,0. 57, 0. 67。三种 模式下氮磷的去除情况见表 2。 表 2 三种运行模式下氮磷的去除情况 运行 模式 TF 出水氨氮 平均浓度 mg L- 1 氨氮平 均去除 率 出水总氮 平均浓度 mg L- 1 总氮平 均去除 率 出水总磷 平均浓度 mg L- 1 总磷平 均去除 率 Ⅰ80. 51. 6793. 1615. 0143. 291. 5340. 23 Ⅱ70. 573. 389. 5515. 1862. 350. 9876. 67 Ⅲ60. 672. 5291. 4715. 1052. 051. 2068. 67 通过表 2 可以发现, 在 3 种模式下, 随着运行周 期的缩短, 曝气率的提高 ,出水的氨氮浓度会出现先 升高又降低的情况, 但出水氨氮浓度的总体趋势是升 高的, 这主要是因为随着停曝时间的缩短 ,氧化沟的 缺氧 厌氧时间也随之缩短 ,因此缺氧以及厌氧阶段 对有机污染物降解的去除效果降低 ,从而造成曝气阶 段的有机污染物负荷有所升高 , 会消耗更多的溶解 氧,从而会影响硝化反应的效果; 另外停曝时间缩短, 池内的厌氧时间也随着缩短, 这样也会降低厌氧氨氧 化反应的脱氮效果 。所以造成出水氨氮浓度有所升 高。而模式 Ⅲ的由于曝气率提高 , 曝气时间延长, 硝 化反应效果好于模式 Ⅱ的硝化反应效果 ,所以出水氨 氮浓度比模式Ⅱ的出水氨氮浓度低 。 在3 种模式下, 随着运行周期的缩短, 曝气率的 提高, 出水总氮的平均浓度变化不大, 均可以满足国 家一级标准。但是模式Ⅱ中的平均去除率最高,说明 该运行模式的总氮去除效果相对其余两者比较稳定, 并且对污水中总氮浓度的变化有一定的抗冲击作用。 模式 I 中 ,停曝时间长,污水中缺氧环境比较好, 但是 由于长时间停曝 ,中沟在进行反硝化过程中会快速消 耗进水中的易降解有机物 ,而造成停曝的后期阶段中 沟内以及边沟内的易降解的有机碳源相对较少,从而 在一定程度上抑制了边沟的反硝化反应 ,限制了其脱 氮效果。而模式 Ⅱ、Ⅲ中 ,曝气频率不断增大 ,这样在 曝气过程中能够快速降解难降解有机物 ,为边沟的反 硝化反应提供较多的易降解有机碳源, 因此脱氮效果 有所增强 。而在模式 Ⅲ, 运行周期最短 ,曝气率最高, 这就导致系统内缺氧 厌氧反应时间缩短, 从而缩短 了反硝化反应进行的时间, 影响反硝化反应的效果, 因而使总氮的去除率有所降低 。 而三种模式对于总磷的去除呈现出基本相同的 情况 ,总运行周期 T 7 h,曝气率为 F 0. 57 的模式 Ⅱ处理效果最好 。这是因为曝气率增大 ,有利于微生 物好氧吸磷 。 综上所述,针对特定的水质, 保持合适的循环周 期 T 和曝气率F 是提高生物脱氮除磷效率的重要影 响因素。 2. 3 不同曝气方式的能耗分析 以某城市污水处理厂的旋流沉砂池出水为例 ,该 污水处理的生化工艺采用的是三沟氧化沟,曝气方式 为转刷曝气 ,由于该厂的氧化沟进水水质与中试实验 进水水质基本相同, 且生化工艺和工艺参数基本类 似,因此参考该厂的曝气能耗, 考察中试实验的曝气 能耗 。 该城市污水处理厂的转刷曝气能耗经计算约为 0. 28 kWh m 3 。而中试实验中连续鼓风曝气的能耗 为0. 24 kW h m 3 。与转刷曝气的能耗相比降低 15 左右, 并且充氧效率大大提高, 溶解氧浓度也能得到 提高 ,且污水处理效果也得到很大程度的改善 。曝气 能耗比较如表 3 所示。 表 3 各种运行方式的曝气能耗比较 曝气方式 曝气能耗指标 kWhm- 3降低百分数 转刷曝气0. 28 连续鼓风曝气0. 2414. 29 间歇曝气模式Ⅰ0. 1257. 14 间歇曝气模式Ⅱ0. 13751. 07 间歇曝气模式Ⅲ0. 16042. 86 由表 3 可知 ,间隙曝气不同模式 Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ的曝气 能耗分别为 0. 12, 0. 137,0. 160 kWh m 3 ,分别是连续 曝气能耗的 50、57. 17、66. 67。而与转刷曝气 相比能耗分别降低 57. 14、51. 07、 42. 86。本实 验中由于采用可提升微孔曝气管,氧气在水中所经过 的历程延长 ; 同时微孔曝气氧化沟在曝气时能够使氧 在水中的溶解度与其在水中浓度的差值最大 ,从而提 高了氧传质总量 、 加大了传质效率 双膜理论 , 进而 使总氧转移量增大, 污水的氧利用率较转刷曝气的氧 利用率高, 因此鼓风曝气能耗会低于转刷等机械曝气 的能耗 [ 1,5] 。同时在间歇曝气过程中, 随着池内好 氧、 兼氧、 厌氧环境的不断交替 ,氧气在污水中的传质 效率较高, 比连续曝气相比能够提高氧利用率; 同时 20 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 在停曝阶段NO - 3-N 以及 NO - 2- N 能够代替分子 O2作 电子受体, 继续氧化污水有机污染物, 因此能够降低 好氧阶段的有机负荷 [ 6] ,所以在能够基本满足处理要 求的前提下,间歇曝气的运行方式能够进一步降低污 水处理的曝气能耗。 通过以上能耗分析发现 连续鼓风曝气以及间隙 鼓风曝气氧化沟技术的曝气能耗比转刷曝气等机械 曝气方式的能耗大大降低 ,有利于污水处理厂降低能 耗,减少运行费用。 3 结论 1 连续流间歇曝气氧化沟工艺实验结果表明 ,该 工艺对于生活污水具有较好的去除效果 ,间歇曝气出 水除总磷浓度以外, 其他各项指标均达国家一级 标准 。 2 在本实验中, 模式 Ⅰ中停曝时间较长 ,污水中 的厌氧程度最高 ,有利于 Sharon -Anammox 反应的进行 和提高硝化反应的氧利用程度 ,因此出水 NH 4-N 浓 度比较低; 而模式 Ⅱ , Ⅲ中由于曝气率 F 值较高, 系 统硝化反应进行的程度相对较高, 因此具有较好的去 除效果。 3 间歇曝气氧化沟由于氧化沟内存在停曝缺氧 厌氧的过程 ,因此对比连续鼓风曝气氧化沟而言, 能 够提高系统的脱氮除磷效率。 4 间歇曝气氧化沟工艺能够降低运行成本 ,在模 式Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ状态下,1 个周期内曝气能耗分别为连续 鼓风曝气能耗的 50、57. 17、66. 67。而与同等 条件 下 转 刷 曝 气 相 比 能 耗 分 别 降 低 57. 14、 51. 07,42. 86。 参考文献 [ 1] 汪永红, 何睦盈, 区岳州. 采用微孔曝气的氧化沟实例分析[ J] . 中国给水排水, 2003, 19 2 75-76. [ 2] 侯红勋, 彭永臻, 叶柳, 等. 间歇曝气A2 C 氧化沟工艺处理城市 污水中试研究[ J] . 环境科学学报,2006, 26 5 740 -744. [ 3] 乔海兵, 王淑莹, 李桂荣, 等. 连续流间歇曝气氧化沟处理生活 污水脱氮除磷研究[ J] . 环境污染治理技术与设备, 2006, 7 7 11 -14. [ 4] 朱静平, 胡勇有. 厌氧氨氧化工艺研究进展[ J] . 水处理技术, 2006,32 8 1 -4. [ 5] 区岳州, 胡勇有. 氧化沟污水处理技术及工程实例[ J] . 化学工 业出版社, 2005. [ 6] 罗固源, 周健, 吉方英, 等. 城市污水间歇曝气生物处理实验研 究[ J] . 重庆环境科学, 1995, 17 4 9 -13. 作者通信处 梅荣武 310007 杭州市天目山路 109 号 浙江省环境 保护科学设计研究院 E -mail mrw0518 sina. com 2008- 11-24 收稿 简 讯 第十一届全国噪声与振动控制工程学术会议在京召开 由中国环保产业协会噪声与振动控制委员会牵头并联合中国声学学会环境声学分会等全国九大学会 协 会主办的第十一届全国噪声与振动控制工程学术会议于 2009 年 6 月 57 日在北京举行 。出席会议的有来自 全国 24个省市 、 168个单位的 243 名正式代表, 累计 286人参加本次会议, 其中香港 5 人、台湾 2 人 、 日本 2 人, 这次会议是自 20世纪八十年代在黄山举行的首届会议以来人数最多的一次。国家环保部和中国环保产业协 会领导出席会议并讲话。会议的主题是“改善声学环境 ,共建宁静生活” ,大会出版了论文集和纪念册 , 共收录 论文 157 篇 。大会采用视频直播技术 ,特邀在美国的方丹群教授作了题为噪声控制工程学的诞生和发展报 告,大会特邀报告还有程明昆教授的环境噪声控制的发展方向 、 章奎生教授的演艺建筑工程与建筑声学专 业的发展与思考 、 张斌所长的噪声地图开发及应用研究 、 吕玉恒副秘书长的噪声控制工程三十年 第一 届至第十届全国噪声与振动控制工程学术会议回顾、应怀樵教授的中国数据采集和虚拟仪器 30 周年及在振 动与噪声领域的应用 、 姜鹏明教授的噪声与振动控制工程学的发展环境与趋势 。大会还发出了由行业内 相关企业事业单位共同创建第三方联合声学实验室的倡议书 。会议体现了我国近期噪声控制工程的前沿水 平,通过交流提高了技术 ,沟通了信息, 交流了经验 ,增进了友谊 。 中船第九设计研究院工程有限公司 21 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期