平顶山市污水处理厂总氮去除工艺.pdf

平顶山市污水处理厂总氮去除工艺 杨 晓 1,2 周新平 1 范双艳 1 吴莹莹 1 杨家宽 1 1.华中科技大学环境科学与工程学院, 武汉 430074; 2.平顶山市污水净化公司, 河南 平顶山 467000 摘要 分析了平顶山市污水处理厂一期工程中总氮去除效率低下的原因, 介绍了平顶山市污水处理厂去除总氮的有效 措施, 包括调整进水水质和改善进水可生化性能以及改进传统 Carrousel 型氧化沟工艺为改良型氧化沟工艺等措施。 结果表明 工艺改造后的出水 TN 达到 GB18918-2002 一级城镇污水排放标准, 可以排放, 污水处理厂运行效果良好。 关键词 污水处理; Carrousel 型氧化沟; 改良型氧化沟; 总氮 THE PROCESS OF TOT AL NITROGEN REMOVAL IN PINGDINGSHAN SEW AGE TREATMENT PLANT Yang Xiao1 ,2 Zhou Xinping1 Fan Shuangyan1 Wu Yingying1 Yang Jiakuan1 1. School of Environmental Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. Pingdingshan Sewage Purification Company, Pingdingshan 467000, China Abstract The reason of low efficiency of total nitrogen TNremoval in the first phase of Pingdingshan Sewage Treatment Plant is analyzed.The effective measures are taken to tackle this problem, including adjusting the feed water quality , improving the biodegradability of sewage, changing the Carrousel oxidation ditch into a modified oxidation ditch, etc. Results show that TN in the effluent can meet the Class A of “Discharge Standard of Pollutants of Municipal Wastewater Treatment Plant” GB18918-2002 . Keywordssewage treatment;Carrousel oxidation ditch; modified oxidation ditch;total nitrogen. 0 引言 随着我国改革开放的进一步深入, 城市化建设步 伐的加快, 城市污水排放量急剧增加, 污水水质趋于 复杂。至2004 年底我国已建成污水处理厂 713 座, 污水处理率达 45. 7 [ 1] 。 氮磷污染是造成水体富营养化的主要原因,我国 早期建成的一大批污水处理厂仅对 COD、 BOD5、SS、 NH3-N 等有较好的去除效果,然而TN 及 TP 的去除效 果很不理想 。只有将 TN 及 TP 的去除率提高了, 才 能从根本上解决河流湖泊等水体的富营养化问题 [ 2] 。 河南省政府已把城镇污水处理厂 TN 去除列为 2005 年政府工作目标 ,因而 , 对采用传统型氧化沟法污水 处理厂 TN 去除的污水处理工艺进行改造 [ 3] 是保证 已建的老污水处理厂适应新排放标准, 继续发挥环保 作用 ,促进污水处理事业良性发展的重要因素 。 1 一期工程运行效果分析 1. 1 氧化沟工艺介绍 平顶山市污水处理厂采用了 Carrousel 型氧化沟 处理工艺 [ 4] , 工艺简图见图 1。 图 1 Carrousel 型氧化沟工艺 氧化沟法污水处理厂属二级处理 , 出水执行 GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准的 一级 B 标准 ,即 ρ 总氮 ≤ 20 mg L。 以平顶山市污水处理厂为例, 对 Carrousel 型氧化 沟工艺的运行效果进行了分析。在不同MLSS 、 pH 、 温 度条件下,好氧区与厌氧区的实际运行参数见表 1。 11 环 境 工 程 2009年 2 月第27 卷第1 期 表 1 一期工程氧化沟运行参数监测数据 项目 ρ MLSS mgL- 1 ρ DO mgL - 1 好氧区厌氧区 T ℃pH时刻 A1 5 0201 0311. 3125 . 87 . 88 30 A24 8200 . 540. 5426 . 3 B15 1500 . 540. 5425 . 9 B2 5 5602 . 752. 7526 . 0 C1 5 5400 . 020. 0226 . 0 C25 7601 . 541. 5426 . 1 A1 5 1001 . 481. 4825 . 98 . 110 30 A24 7200 . 470. 4726 . 0 B15 3002 . 202. 2026 . 4 B25 4641 . 921. 9225 . 8 C1 5 4300 . 920. 9226 . 0 C2 5 8201 . 731. 7326 . 1 A15 0001 . 671. 6726 . 37 . 711 00 A24 7400 . 010. 0126 . 6 B15 2002 . 152. 1526 . 4 B2 5 5300 . 470. 4726 . 2 C1 5 5000 . 020. 0226 . 6 C25 4200 . 040. 0426 . 3 注 日期 2005- 09- 16。 由表 1 可知 , 平顶山 市污 水 处理 厂采 用的 Carrousel 型 氧 化 沟 工 艺 , 很 难 保 证 厌 氧 区 DO 值 0. 5 mg L 。 为了保证厌氧区的形成 , 运行中采用 了提高氧化沟污泥浓度, 降低好氧区曝气设备的曝气 量等措施, 但厌氧区 DO 值仍难保证 0. 5 mg L ,同时 污泥浓度过高, 也造成了曝气设备超负荷运行 ,损坏 严重 ,电耗大等问题 。 1. 2 进出水水质分析 平顶山市污水处理厂一期工程进出水设计标准 见表 2。 表 2 平顶山市污水处理厂一期工程 进出水设计标准mg L 项目ρ CODρ BOD5ρ SSρ TNρ NH3-Nρ TP 进水30019019035252 出水70202020151 平顶山污水处理厂 20012005年的近 5 年进出 水水质年平均值对比见表 3 和表 4。 由表 3 可知, 一期工程投入运行后 20012005 年连续 5 年的大部分时段进水水质中 ρ BOD5 ρ COD 0. 25, 属于不易生化污水, 而且 ρ BOD5 ρ TN 1. 5,TN 偏高, 碳氮比严重失衡 。 表 3 20012005 年进水水质年均值mg L pH 除外 时间 年ρ BOD5ρ CODρ SSρ NH3-Nρ TN ρ TP pH 2001651871533144 . 52 . 08. 02 20028824522427. 650 . 91 . 09 7. 82 20036223516633. 549 . 51 . 13 7. 87 20047033027337. 663 . 71 . 54 8. 12 20058742139538. 865 . 62 . 54 7. 95 平均值74. 4283 . 6242. 233. 754 . 81 . 66 7. 96 表 4 20012005 年出水水质年均值mg L pH 除外 时间 年ρ BOD5ρ COD ρ SSρ NH3- Nρ TN ρ TPpH 200113. 233. 614. 59. 3731 . 741 . 197. 25 200212. 434. 614. 84. 9046 . 500 . 397. 30 20039. 542. 411. 511. 4038 . 000 . 567. 26 20041143. 313. 010. 5047 . 600 . 697. 50 20059. 842. 712. 012. 8946 . 430 . 777. 35 平均值11. 239. 3213. 29. 8142 . 050 . 727. 33 由表 4可知 ,一期工程出水水质 BOD5、 COD、 SS、 NH3-N、 TP 平均去除率分别为 85,85,90,70, 55,均可达标排放。TN 全部不能达标排放 ,5 年平 均去除率约 20 ; 出水 pH 比进水 pH 减小, 出水 pH 5 年平均值比进水 5 年平均值 pH 减小 0. 63, 出水碱 度降低。 氧化沟池型采用传统 Carrousel 氧化沟,在污水处 理厂现有进水水质条件下存在一定缺陷 ,造成 TN 去 除效果较差 ,一直不能达标排放。 2 总氮达标有效措施 针对进水 TN 偏高, 碳氮比严重失调 , 以及传统 Carrousel 氧化沟在现有进水水质条件下处理 TN 能力 低下等缺陷 ,拟采取控制进水水质, 改进传统氧化沟 工艺等措施改善出水水质 ,使出水 TN 达标排放 。 2. 1 污水收集系统改造 近年来 ,平顶山市污水处理厂展开了对市区工业 废水水量及水质的普查 。通过对主要企业工业废水 的监测分析发现 ,工业废水 C N 低, 可生化性差及污 水排放量超过污水处理厂日处理污水量 。 因此从以下两方面采取治理措施 a . 对可生化性 差和 C N 比小的工业废水禁止或限量进入污水处理 厂干管 ,各企业处理后直接排放; b. 对市区污水管网 进行了完善 、改造。通过新修 5 条排污管道 , 整治 8 处排污口, 实现雨污分流, 确保可生化性好、C N 比值 大的工业废水全部接收到污水处理厂; 同时将城市污 水输水主管道附近生活污水一级生化池 ,即住宅楼化 12 环 境 工 程 2009年 2 月第27 卷第1 期 粪池取消, 截流高浓度的生活污水, 使之进入污水处 理厂主管道。 2. 2 Carrousel 型氧化沟工艺改造 2. 2. 1 改良型氧化沟工艺出水总氮控制及脱氮功 能区 按照工艺技改后的功能区域划分 ,缺氧区体积、 厌氧区体积、 好氧区体积分别占总容积的1 12、 1 4 和 2 3。厌氧区是主要的反硝化生化反应区, 主要的微 生物释放磷和脱氮反应在此功能区完成 ,缺氧区和厌 氧区同时也具有对有机物的降解能力。 在不改变已建成氧化沟工艺构筑物的前提下 ,将 好氧段出水堰之后的末段改变为缺氧段 ,降低好氧段 回流液中 DO 浓度 , 并初步启动反硝化反应, 去除好 氧段硝化产生的 NO - 3- N; 原污水与回流污泥混合后, 与 ρ DO ≤ 0. 5 mg L的大量回流液在厌氧段充分混 匀,污水中 DO 值得到降低 , 在厌氧段开始进行反硝 化,完成混合液中NO - 3的去除及聚磷菌释磷反应 ,提 高氧化沟工艺 TN、 TP 的去除效率 , 充分保证污水中 TN 、 TP 的去除 。改良型氧化沟工艺 TN、 TP 去除的工 艺路线见图2。 图 2 改良型氧化沟工艺流程 2. 2. 2 改良型氧化沟工艺的技改措施 平顶山污水处理厂依据生物脱氮除磷工艺技术要 求及改良型氧化沟处理工艺模型, 结合氧化沟法处理 工艺的现状 ,在不改变或扩建构筑物的前提下, 通过近 5 年来的运行管理实践经验和一年来的反复实验 ,并且 通过将 M471B30 和 M471B36 单速转刷分别调换成 M471A5 和M471A6双速转刷,并增配潜水推进器,将原 M471A5 和M471A6双速转刷处改装为潜水推进器,同 时增装溶解氧仪表,实时监测确保经过此处的混流污 水中DO 值0. 5 mg L。 通过此种工艺的改进, 氧化沟 法污水处理工艺发生了根本改变, 原污水与回流污泥 混合后与经过缺氧区的大量内回流混合液一起进入厌 氧区。由于内回流混合液经过缺氧区初步反硝化处 理,DO 值降到0. 5 mg L ,且内回流量是原污水的 3. 25 倍,即便原污水中含有一定量的 DO 值, 通过充分混合 到达厌氧区时DO 值也就降到了0. 5 mg L以下,反硝化 也能得以快速起动,使聚磷菌顺利实现释磷过程,从而 从根本上解决 TN、 TP 去除效率偏低的症结, 确保了处 理后出水水质达到 GB18918-2002 的一级 B 标准,改 进后的工艺示意图见图 3。 图 3 改进后具有脱氮除磷效果的氧化沟工艺 对比图 1 和图3 可以看出 改进后的 Carrousel 型 氧化沟工艺中增加了缺氧段, 对氧化沟中高浓度 DO 值混合液进入厌氧区起着过渡作用 ,通过增进设备的 作用, 使氧化沟混合液 DO 值降低到0. 5 mg L以下时 才流入厌氧区, 确保了厌氧区的顺利实现 。 通过以上的设备布局调整和部分设备的增装 ,氧 化沟中的功能区域发生了变化 ,但总的生化反应时间 没有改变 , 仍为14. 5 h。 缺氧区、厌氧段 、好氧段的生 化反应时间分别为 1. 2, 3. 8,9. 5 h 。 根据平顶山污水 处理厂多年来的实际运行情况来看 ,一般情况下, 厌 氧反硝化时间只要不少于3. 0 h , 好氧硝化时间只要 不少于6. 0 h,完全能满足各种污水的处理要求。 2. 2. 3 混合液搅拌均匀的措施 Carrousel 型氧化沟工艺按改良型氧化沟工艺技 术改造后, 每单沟氧化沟处理单元中要增装 4 台潜水 推进器 ,既提供了足够混合液稳定流速的动力, 又保 证活性污泥絮体呈悬浮均匀分布状态。 2. 2. 4 好氧段 DO 值的控制 根据改良型氧化沟工艺运行示意图 ,氧化沟内的 混合液首先进入缺氧段, 使好氧段状态下的 DO 浓度 2. 0 mg L左右 开始降低 ,然后与原污水和回流活性 污泥混合后进入厌氧段, 此部位 DO 值 0. 5 mg L; DO 值 0. 5 mg L的混合液进入好氧段后 , 曝气装置 开始向混合液充氧, DO 值要快速提高到2. 0 mg L左 右,以保证硝化生化反应的快速进行, 因而厌氧段与 13 环 境 工 程 2009年 2 月第27 卷第1 期 好氧段分界处曝气设备必须运行良好。 2. 2. 5 异常状态下运行参数的控制 1 原污水浓度过高或原污水浓度偏低时, 要增加 回流活性污泥量 ,反之要减少 ; 2 水温低于15 ℃时, 回流活性污泥要增加 ,即氧 化沟污泥浓度 MLSS 比正常运行值提高 20左右; 当水温高于30 ℃时,回流活性污泥量要减少, 即氧化 沟污泥浓度降低 20左右 ; 3 原污水可生化比 0. 5 mg L时 , 回流活性污泥量 要增加 ,关闭好氧段末端的曝气装置, 同时启动搅拌 混合装置 ; 5 原污水 pH 值偏高或偏低时, 回流活性污泥量 要增加 ,以提高微生物的抗逆性, 同时增大好氧段曝 气量 ; 6 搅拌混匀装置的调控。在保证混合液流速不 变的情况下 ,加大搅拌能力 ,使生化反应池内的活性 污泥处于悬浮状态, 并保持分布均匀; 7 回流污泥量的增加, 势必提高好氧硝化反应区 的污泥浓度 , 生化反应消耗的 DO 量增大, 因而要提 高好氧区的曝气量或曝气强度 ; 8 由于城镇污水处理厂每日各时段接收污水量是 不稳定的,在原污水量减少时要相应降低回流污泥量 , 好氧硝化反应消耗 DO 量会降低, 曝气量也降低, 可减 少曝气装置开启数或降低氧化沟出水堰板,同时为保 持污泥絮体不发生沉积,应相应增开潜水推进器。 3 工艺改造后效果分析 3. 1 污水收集系统改造后进水水质分析 通过对平顶山市排污企业工业废水的水质调查分 析,市区排污管网的改造完善,平顶山市污水处理厂收 集的污水水质发生了明显的变化 污水可生化比与C N 比值得到了提高, 基本满足氧化沟生物脱氮的水质要 求,水质监测结果详见表 5 2006年 12月份报表 。 表 5 平顶山市污水净化公司水质监测数据mg L 日 期 ρ BOD5ρ CODρ SSρ NH3- Nρ TN ρ TP pHT ℃ρ DO 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 进 水 出 水 1 月135 12. 6 347 43. 2 324 12. 927. 78. 4035. 818. 02. 020. 74 7. 90 7. 50 9. 9 9. 0 2. 133. 37 2 月152 11. 3 372 32. 9 331 11. 627. 87. 3738. 915. 52. 360. 82 7. 76 7. 58 11. 3 10. 0 2. 023. 46 从表 5 分析可得出 , 2006 年 1 月进水水质 ρ BOD5 ρ COD ≈0. 39, ρ C ρ N≈3. 8; 2006 年 2 月进水水质 ρ BOD5 ρ COD ≈0. 41, ρ C ρ N ≈ 3. 9。收集处理的污水可化生性较好, C N 比值完全 满足生物脱氮需要。 3. 2 氧化沟工艺改造后出水水质分析 改良型氧化沟中高浓度 DO 值混合液首先进入 缺氧段 ,在增装设备的作用下 , 混合液 DO 值得到降 低后 DO 值 0. 5 mg L , 与回流污泥 、 原污水混合后 流入厌氧段 ,进行反硝化, 以脱除氮。从表 5 可以看 出,污水处理厂出水 TN 达到 GB18918 -2002 一级城 镇污水排放标准 ,运行效果良好。 综合以上分析, 该改良型氧化沟新工艺具有很大 的优越性, 有效解决了其他氧化沟工艺运行中的不足 之处, 在不改变已建氧化沟沟型的基础上 ,从根本上 解决了TN 、 TP 去除的问题, 同时又能高效、快速地解 决改良型氧化沟 、 A O 法氧化沟的工艺改进问题 。 3. 3 改造工程的效益分析 该项工程的实施进一步提高平顶山市污水处理 一期工程出水达标率, 特别是降低出水 TN 浓度。对 进一步消除湛河水污染状况, 减轻城市污水对湛河及 下游水体的污染 ,改善城市的环境卫生面貌 ,提高人 民生活及健康水平起到积极作用,有利于城市经济持 续、 稳定、 协调发展 ,因此 ,该项工程具有明显的社会 效益及环境效益 。 改造工程完成后, 出水 TN 将进一步降低。以降 低出水 TN 5～ 10 mg L计算 ,预计本工程每年可减少 TN 排放量 273. 75～ 547. 5 t 。 4 结论 1 结合硝化 -反硝化的生物除氮原理及影响因 素的系统分析 ,结果表明 传统的 Carrousel 型氧化沟 法处理工艺, 氧化沟内理论上划分有缺氧段和好氧 段,但在运行中由于采用了完全混合式 , 缺氧段很难 形成 ,这是造成 TN 去除率偏低的另一个原因。 2 针对一期工程的现状及问题 , 采取了改造管 网、 限制排污等一系列源头控制策略, 提高污水处理 厂进水水质的 BOD5 TN 比值 , 改善污水可生化性。 通过更换双速转刷, 并增配潜水推进器和溶解氧仪表 等工艺改造措施 ,使好氧区混合液全部先经过缺氧区 后再与原污水混合一起进入厌氧区 ,形成了改良型氧 化沟新工艺 ,有效的控制了厌氧区 DO 低于0. 5 mg L, 下转第 54 页 14 环 境 工 程 2009年 2 月第27 卷第1 期 开启 ,不会因净化系统故障而影响车间的正常生产 。 2 系统运行费用节省。吸附材料采用蜂窝状活 性炭和活性炭纤维两种材料组合, 并将活性炭纤维置 于蜂窝状活性炭前。利用活性炭纤维吸附容量大 、 阻 力小和吸附速度 、 脱附速度快的特点, 以减小系统运 行阻力,缩短脱附时间,节省运行费用, 拦截透过滤器 的微小颗粒 ,防止污染蜂窝活性炭吸附材料 ,降低吸 附材料的更换费用。 3 系统吸附功能得到最大程度的发挥。在吸附 床出口管内设置有废气浓度监测装置, 当废气出口浓 度因吸附床达到饱和即将超标排放时 ,系统报警, 确 保废气达标排放 , 以充分发挥吸附材料的吸附功能, 避免脱附时间的盲目性。 4 处理效果 4. 1 系统运行稳定 经过调试运行, 各处理单元运行稳定。系统运行 效果见表 3。 表 3 运行效果 指标进气口排放口总去除率 ρ NOx mgm- 350625. 694. 9 ρ 三乙胺 mgm- 3880. 998. 9 ρ 酚类 mgm- 335 ρ 颗粒物 gm- 30. 2≤ 0. 05≥ 75 注 表 3 中数据为运行监测数据的平均值。 4. 2 处理工艺经济技术指标分析 主要经济技术指标见表 4。 表 4 主要经济技术指标 项目指标值 处理能力 m3h- 113 000 使用功率 kW11. 5 工程造价 万元24. 5 运行成本 元h-16 . 35 占地面积 m290 注 表 4 中使用功率是指工程实际运转电机功率; 工程造价是指 工程总投资; 运行成本包括电费、药剂费、人工费, 不包括设备 维修和折旧费。 5 结论 1 本工艺对于覆膜旧砂再生废气污染控制技术 上可行, 经济上合理 , 各项指标符合 GB16297 -1996 大气污染物综合排放标准排放标准的要求 。 2 将 HAC 吸附技术应用于在本工程中取得良好 的效果 ,其对颗粒污染物 、 气味和有机污染物的去除 作用明显, 而且运行成本低。 参考文献 [ 1] 孙清洲, 刘青峰, 王庆军, 等. 树脂旧砂的热法再生[ J] . 铸造, 2006, 55 6 646 -648. 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