A_O工艺曝气量控制及pH和DO的变化规律.pdf

A O 工艺曝气量控制及 pH 和 DO 的变化规律 ＊ 彭 峰 深圳市水务集团有限公司, 广东 深圳 518031 彭永臻 马 勇 北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室, 北京 100022 摘要 对A O 工艺研究了不同运行条件下曝气量对硝化过程的影响, 以及好氧区 pH 和 DO 浓度的变化规律。 发现随 着曝气量的增加, 平均硝化反应速率提高, 平均 DO 浓度增加, 但增加幅度降低。 需通过控制曝气量大小, 间接的控制 硝化反应速率, 使出水达标排放。 可以应用平均溶解氧浓度和 pH 曲线上是否出现拐点, 来判断反应系统的曝气是否 过量、适量或不足。 关键词 曝气量 DO pH A O 工艺 控制 ＊国家自然科学基金项目 50478040 ; 北京市管高校学术创新团队 项目; 高等学校博士学科点专项科研基金 20060005002 0 引言 A O 生物脱氮工艺的好氧区将进行有机物的氧 化、 有机氮的氨化以及氨氮的硝化等生化反应 。硝化 反应需要严格的好氧条件 ,硝化效果的好坏直接决定 着系统总氮去除率 。而曝气是影响硝化反应的关键 因素 [ 1-6] 。曝气能耗约占城市污水处理厂所有运行费 用的 50 或更多, 由于污水处理的运行费用是庞大 的、 长期的 ,如果通过有效控制 ,能降低城市污水处理 厂的运行费用。最新颁布的城镇污水处理厂污染物 排放标准 GB18918-2002 中规定氨氮的一级排放 A 标准和 B 标准分别为5 mg L 和 8 mg L [ 7] , 远远高于 旧标准要求的 15 mg L , 所以如何提高 A O 工艺硝化 效果, 降低出水氨氮浓度 ,以满足新标准对氨氮的要 求,也具有重要的研究意义。 本研究详细研究恒定进水负荷不同曝气量对硝 化过程以及恒定曝气量不同进水负荷对硝化过程的 影响, 并研究不同运行条件下好氧区 pH 和 DO 浓度 的变化规律 ,从而最终获得曝气量的控制策略 ,并建 立了曝气量控制结构 。 1 实验材料与方法 1. 1 实验模型 试验模型如图 1 所示, 模型采用透明有机玻璃制 作,反应器总有效体积为 50 L ,其中前 2 个格室缺氧 运行 ,后 4个格室好氧运行 每个格室体积相等 , 温 度控制在 20～ 21 ℃。试验进水 、 回流污泥和硝化液 回流量采用蠕动泵控制 ,进水流量为 150 L d ,SRT 为 12～ 15 d, 反应器 MLSS 为2 400～ 2 600 mg L ,进水碱 度充足,污泥回流比为 0. 6, 内循环回流比为 2. 5。 图 1 A O 脱氮工艺试验模型 1. 2 试验用水 试验采用配制淀粉废水, 通过控制不同的淀粉投 量达到所需的 CODCr浓度 , 进水 BOD5 CODCr大约为 0. 55,投加 NaHCO3控制进水 pH 值为 7 ～ 8。人工合 成废水配方为 g L 淀粉 0. 2 ～ 0. 6 , 氯化铵 0. 1～ 0. 30 ,KH2PO4 0. 02～ 0. 033 ,NaHCO3 0. 05～ 0. 15 , MgSO47H2O 0. 09 ,CaCl22H2O 0. 03 , FeSO42H2O 0. 003 。反应器所用污泥接种于实验室其他生物脱 氮反应器排放的剩余污泥 , 反应器连续运行 2 个月 后,等系统稳定后开始取样进行测定 。 2 试验结果与讨论 2. 1 恒定进水负荷不同曝气量对硝化过程的影响 曝气量 DO 浓度 对硝化速率的影响较大, 在一 定的范围内 ,增加反应器内曝气量 DO 浓度 可以提 高系统硝化速率。维持进水 CODCr浓度为 300 mg L, 进水氨氮浓度为 57 mg L , 进水量为 170 L d, 研究曝 气量分别为 0. 9、 0. 8、 0. 6 m 3 h 时对硝化反应的影响, 包括氨氮、 硝酸氮、亚硝酸氮浓度, 以及 DO、pH 在线 信息在反应器各格室的变化。 曝气量的变化对 CODCr去除的影响较小 ,最后出 水基本 维持在 40 ～ 50 mg L 。图 2 是曝 气 量为 0. 6 m 3 h时沿反应器推流方向上各参数的变化曲线, 31 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 图3 是曝气量为 0. 8 m 3 h 时沿反应器推流方向上各 参数的变化曲线 ,图 4 是曝气量为0. 9 m 3 h 时沿反应 器推流方向上各参数的变化曲线。从图中可以看出, 曝气 量 为 0. 6 m 3 d 时, 系 统 出 水 氨 氮 浓 度 为 5. 8 mg L ,平均硝化速率为 0. 104 kg kgd ; 曝气量 为0. 8 m 3 d时,系统出水氨氮浓度为 0. 85 mg L, 平均 硝化速率为0. 114 kg kgd ; 曝气量为 0. 9 m 3 h 时, 系统 出 水 氨 氮 浓 度 0 mg L , 平 均 硝 化 速 率 为 0. 118 kg kgd 。 可见 ,在进水负荷恒定条件下 ,随着 曝气量的增加, 平均硝化反应速率提高 , 但增加幅度 降低 ,出水氨氮浓度降低 ,直至硝化完全 。 图 2 曝气量为 0. 6 m3 h 时沿反应器推流方向上 各参数的变化曲线 图 3 曝气量为 0. 8 m3 h 时沿反应器推流方向上 各参数的变化曲线 图 4 曝气量为 0. 9 m3 h 时沿反应器推流方向上 各参数的变化曲线 由图可知, 随着曝气量的增加, 在恒定进水负荷 下, 好氧区平均 DO 浓度升高 , 分别为 1. 39、1. 75、 2. 15 mg L 。 当硝化反应结束时 , 反应系统耗氧量降 低,反应器中DO 浓度大幅度升高, 达到 3. 5 mg L 以 上。另外随着曝气量增加 ,pH 曲线也明显变化,当曝 气量充足时 pH 降低幅度较大, 硝化反应结束时 ,pH 随之升高 ,在 pH 曲线上出现“拐点” 。而曝气量不足 时,pH 降低幅度较小 ,由于硝化反应一直进行 ,pH 值 一直降低,pH 曲线上没有出现“拐点” 。因此可以通 过 pH 值的降低幅度推测曝气量是否充足, 同时可以 应用 pH 曲线上是否存在拐点来判断系统硝化过程 是否完成。可通过平均 DO 浓度推测系统的曝气量, 并通过控制反应系统平均 DO 浓度在 2. 5～ 3. 0 mg L 范围内,来优化曝气量。 2. 2 恒定曝气量不同进水负荷对硝化过程的影响 控制曝气量恒定在 0. 75 m 3 h, 进水 COD Cr浓度为 280 mg L, 研究进水氨氮负荷为 0. 074 kg kgd 图 5 、 0. 100 kg kgd 图 6 和 0. 126 kg kgd 图 7 时, 反应器不同格室氨氮 、硝酸氮、亚硝酸氮、 DO 、 pH 的变化情况 。 图5 氨氮负荷为 0 . 074 kg kgd 时沿反应器推流方向上 各参数的变化曲线 图6 氨氮负荷为 0 . 100 kg kgd 时沿反应器推流方向上 各参数的变化曲线 图7 氨氮负荷为 0 . 126 kg kgd 时沿反应器推流方向上 各参数的变化曲线 从图中可以看出, 随着进水氨氮负荷的增加, 出 水氨氮浓度升高。进水氨氮负荷为 0. 074 kg kgd 时,在好氧区第 3 格室已实现完全硝化, 此时系统曝 气 过 量, 造 成 能 耗 浪 费;而 氨 氮 负 荷 为 0. 100 kg kgd 时 , 最 后 好 氧 格 室 氨 氮 浓 度 为 32 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 0. 6 mg L ,硝化反应在反应器终点处基本完成 , 因此 这种情况曝气利用率最高, 为适量曝气 ; 如果继续增 加进水氨氮负荷 ,当氨氮负荷为 0. 126 kg kgd 时, 好氧区出水氨氮浓度为 10. 8 mg L, 出水氨氮浓度不 能满足排放标准, 硝化不完全 , 曝气不充足 。因此在 实际污水处理厂运行中, 应根据进水负荷的变化, 调 节曝气量 ,一方面使反应系统的出水氨氮满足出水水 质要求,另一方面最大程度的降低系统运行费用。随 着 进 水 氨 氮 负 荷 从 0. 074 kg kgd增 加 到 0. 126 kg kgd 的过程中, 好氧区平均溶解氧浓度逐 渐降低,分别为 3. 16、 2. 28、 1. 5 mg L ,可见 ,在恒定曝 气量下 ,随着进水负荷的增加, 系统平均溶解氧浓度 降低。对于 A O 工艺 , 反应过程连续进水 ,进水水质 水量随时间变化 ,在无调节池的情况下 , 需通过控制 曝气量大小 ,间接控制硝化反应速率, 从而充分利用 反应器容积 ,使出水达标排放。另外当硝化完成时, 在pH 曲线上会出现“拐点” 。而当硝化即将完成时, pH 值下降幅度变缓 , 而硝化远未完成时, pH 值一直 以最大速率下降。因此可以从 pH 值的变化速率来 反映硝化进行的程度 ,以及系统曝气量是否最优。 2. 3 DO 和 pH 参数变化的规律 溶解氧是生物反应过程中一个非常重要的指示 参数 ,它能直观且比较迅速地反映出整个系统的运行 状况 。在硝化反应过程中 ,反应开始阶段的耗氧速率 大于供氧速率, 表现为溶解氧浓度偏低 ; 随着反应的 进行, 反应系统的氨氮浓度逐渐降低, 微生物的耗氧 速率降低, 表现在溶解氧浓度逐渐升高 ; 当硝化反应 结束时 ,微生物的耗氧速率已经非常低 , 这时供氧速 率远远大于耗氧速率, 表现为溶解氧浓度非常高, 所 以,当处理系统曝气过量时 ,反应器好氧区的平均溶 解氧浓度较高, 因此可以用平均溶解氧浓度 ,来判断 反应系统的曝气是否过量 、 适量或不足 。 由于硝化过程中产生 H ,消耗HCO - 3和 CO2,造 成 pH 值沿好氧池推流方向上降低 。当有机物降解 和硝化反应已经基本完成时, 混合液中 CO2和 H 离 子浓度不再增加 ,重碳酸盐浓度基本不再降低 ,由于 耗氧速率很小使得气泡较大 , 过量曝气导致 CO2吹 脱,使得混合液中的 HCO - 3 CO2的比例增大 ,造成 pH 值转而上升。硝化反应过程中消耗的重碳酸盐碱度 和产生的H 离子浓度由被硝化的氨氮浓度决定, 一 般情况, 1 g 氨态氮完全硝化, 需 7. 14 g 碱度 以 CaCO3计 , 因此 pH 值的变化幅度将受到进水氨氮浓 度影响 。如果进水氨氮较高, 相应的 pH 值下降幅度 较大 ; 反之 ,如果进水氨氮较低 ,相应的 pH 值下降幅 度较小。好氧区 pH 曲线的变化是硝化反应和曝气 吹脱的共同作用。当曝气吹脱作用导致 pH 值上升 大于硝化反应使 pH 值下降的作用会使 pH 值表现为 上升 ,相反就表现为下降 。 3 结论 1 在恒定曝气量条件下,随着进水负荷的增加, 反应系统的平均溶解氧浓度降低 , 硝化速率降低, 出 水氨氮浓度增加 。对于 A O 生物脱氮工艺 , 可以通 过调节曝气量大小间接控制硝化反应速率,充分利用 反应器容积, 使出水水质达标 。在实际污水处理厂 中,应根据进水氨氮负荷的变化,调节系统曝气量 ,降 低处理系统的运行费用。在进水负荷恒定条件下 ,随 着曝气量的增加 ,平均硝化反应速率提高 ,处理系统 的出水氨氮浓度降低 。 2 在硝化反应过程中 ,反应开始阶段的耗氧速 率大于供氧速率 ,表现为溶解氧浓度偏低 ; 随着反应 的进行 ,反应系统的氨氮浓度逐渐降低 , 微生物的耗 氧速率降低 ,溶解氧浓度逐渐升高; 当硝化反应结束 时,微生物的耗氧速率已经非常低, 这时供氧速率远 远大于耗氧速率 ,表现为溶解氧浓度非常高 ; 当硝化 反应已经结束, 反应还在继续进行, 反应系统基本不 耗氧, 所以溶解氧浓度维持在较高水平 , 因此可以用 平均溶解氧浓度 , 来判断反应系统的曝气是否过量、 适量或不足 。 3 可以通过 pH 的变化判断处理系统曝气量过 量与否 ,在曝气过量和适量的情况下,pH 值沿反应器 推流方向上出现一个最低点, 通过这个最低点可以判 断硝化反应的结束点 。在曝气不充足的情况下, pH 值沿反应器推流方向一直下降 ,无法通过 pH 值的变 化判断硝化反应的结束。 参考文献 [ 1] 郑义, 孟祥荣, 武剑,曹晓梅. A O 生物脱氮回流液中溶解氧影响 因素的研究. 燃料与化工, 2003, 34 5 263-265. [ 2] J. Ferrer. Energy Saving in the Aeration Process by Fuzzy Logic Control. Wat . Sci . Tech. , 1998, 38 3 209 -217. [ 3] Serralta, J. , Ribes, J. , Seco , A. and Ferrer. J. . A supervisory control system for optimizing nitrogen removal and aeration energy consumption in wastewater treatment plants.Wat.Sci . Tech. , 2002, 45 4 -5 309 -316. [ 4] J. Serralta, J. Ribes,A . Seco and J. Ferrer. A Supervisory Control System 下转第 37 页 33 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 图 15 圆形粉饼向下游的位移量 明,由于接地芒刺的存在 ,使沉积在接地收尘极板上 比电阻高达2. 4 10 14 Ψ cm 的硅微粉没有反电晕。 4 结论 1 实验研究表明, 沉积粉尘层越厚 , 越易反电 晕。如果在接地极加反电晕放电极 ,其长度超过沉积 层厚度就能消除高比电阻粉尘层的反电晕。 2 加反电晕放电极虽然使火花电压下降 ,但却 大幅度提高了电晕电流 , 增强了荷电效果和电场 强度 。 3 采用双极芒刺放电极 ,充分发挥了离子风的 捕尘作用, 使高压极板也变为有效收尘面积 ,从而实 现了对高比电阻微尘的高效收集。 参考文献 [ 1] McDonald J K . Electrostatic Precipitator Manual. New York Noyes, 1982 215 -237. [ 2] Oglesby S ,Nichols G B. Electrostatic Precipitation. New York Marcel Dekker, Inc . ,1978 120 -155. 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Keywords hydrolysis acidification, sequencing batch reactor andmultiple pharmacy wastewater ADVANCED PROCESS FOR TREATING DE -INKING WASTEWATER IN PAPERMAKING PROCESSYu Guanlong Yang Chunping Ma Shuguang et al 28 Abstract An advanced process for treating de -inking wastewater is described. The principles, schematic flow diagram, and major structures of this advanced treatment process are presented, and the effects of parameters of design and operation of this process are discussed. A de -inking wastewater treatment project has been set up using this process in a big papermaking factory. The effluent water from this process meets the limits of the class two in the National Comprehensive Wastewater Discharge Standards GB8979 -1996. Measureshave been proposed to troubleshoot the problems in the oepration of this process. Keywords de -inking wasterwater, organic compounds, activated sludge process, advanced oxidation technology andwasterwater treatment THE CONTROL OF AERATION RATE AND THE VARIATION RULES OF PH AND DO IN A O PROCESSPeng Feng Peng Yongzhen Ma Yong 31 Abstract The effect of aeration rate on nitrification, and the variation rules of DO and pH in aerobic zones, were studied at different operational conditions. It is found that the average nitrification rate and DO concentration were gradually increased, but the increased range was reduced. The nitrification rate could be indirectly controlledby aeration rate, so as to meet the effluent standard. The average DO concentrationand the type of pH profiles could be used to determine the aeration if excessive, sufficient or insufficient. Keywords aeration rate, DO , pH, A O process and control EXPERIMENT ONTHE COLLECTION OF FINE DUST WITH HIGH RESISTIVITY BY A BIPOLAR DISCHARGING ESPChen Ling Xia Liangjian Shen Gaopeng et al 34 Abstract A new electrostatic precipitator ESPfor avoiding the back corona of the high resistivity dust layer is developed by fixing the barb nail discharging electrodes on the grounded plate electrodesbased on the analysis of the phenomenonof the back corona of the high resistivity dust layer deposited on the grounded plate electrodes. Therefore, this ESP becomes a bipolar discharging ESP because the negative and positive ions are generated simultaneously by the high voltage discharging electrodes and the grounded barb nail discharging electrodes respectively. The ionic wind is measured by a particle image velocimetry PIV because the ionic wind plays an important role in collecting the fine dust with high resistivity. The positive and the negative ion wind velocities in core area are about 2m swhen the distance between the opposite electrodes is 100 mm at the voltage of 3. 4kV. In our comparison experiments, the overall efficiency of the bipolar discharging ESP for collecting the silica flour with 0. 159μ m mass median diameter is higher than that of the unipolar discharging ESP at the mean electric field of 3. 4 kV cm at the room temperature and pressure. The experimental observation shows that the there is no back corona in the bipolar discharging ESP even when the very high resistivity silica flour 2. 4104Ψ cmis used. Keywords ESP, bipolar discharging, dust resistivity, ionwind and collection efficiency NUMERICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL STUDY ON GAS FLOW DISTRIBUTION OF STRAIGHT-THROUGH FLOW BAGHOUSEDang Xiaoqing Gao Ruifang Ma Guangda et al 38 Abstract By using computational fluid dynamics CFD , the gas flow distribution of a large straight through baghouse in the coal- boiler power plantwas analyzed numerically. Through numerically analyzing gas flow distribution in the tank body, air volume of every filter bag cell, head-on gas flow velocity distribution of filter bag were demonstrated. The calculated results were better consistent with the model experiment and the measured results in the field. And the results can be as the basis for optimizing structure design of baghouse. Keywords coal-boiler power plant, baghouse, CFD and gas flow distribution EXPERIMENT ON DESULFURIZATION OF SINTERED FUME WITH WASTEWATER FROM CONVERTERLu Gang Xu Bing Xing Yi et al 41 Abstract A simulation experiment was carried out on desulfurization of fume by waste water from converter. Factors as gas speed, start SO2 concentration, ratio of liquid and gas, reaction duration, temperature are studied to find the impacts on desulfurization. Under the designed experiment situation, good deculfurization result was got through controlling the experimental parameters. Keywords waste water from converter, fume from sinter and desulfurization STUDY ONDYNAMIC ADSORPTION OF CHLORO BY ACTIVATED CARBON FIBRE TaoYangyu Kang Juan Xu Zelin et al 44 Abstract In order to study dynamic adsorption of chloro organic waste gas by using activated carbon fiber ACFas adsorption material, the influence of chloro inlet concentration, gas flow rate, temperature, the times of regeneration on adsorption efficiency and the 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007