利用氨氮值控制氧化沟运行项目-论文(2012年)

1、利用出水氨氮值来控制氧化沟运行的技术报告1.引言随着社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，环境问题已引起社会各界的普遍关注和重视。“十二五”节能减排综合性工作方案政策的解读中提到，水体中氨氮、总氮等浓度呈上升趋势，导致部分封闭式水域富营养化问题突出。氮类物质已成为了首要的污染物质。西安创业水务有限公司北石桥污水处理厂工程于1992年由国家计委批复立项，1994年动工兴建，1998年初投入试运行。北石桥污水处理厂的运行，解决了部分污水直接排入皂河的污染问题，改善了渭河西安段的水环境质量，为西安市水环境治理提供了一份有力的保证。通过对北石桥污水处理厂多年运行数据的分析和研究,结果表明在传统的控制

2、运行方式上，对COD、BOD、SS、TP等的去除效率高，处理水质均稳定达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级B标准。氨氮、总氮的日均处理效果也均达到一级B标准，但是小时数据有波动，瞬时值有超标风险。（1）随着人们生活水平的提高，饮食习惯的改善，城市污水中，氨氮等氮类指标浓度逐年提高。同时根据政府要求2013年渭河流域排放水质要求执行国家城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级A标准，而一级A的氨氮出水标准为5mg/L，对于这种要求更为严重；（2）氨氮监测设备通常都设置在出水口处，氧化沟出水在终沉池和接触池有一定的停留时间，出水值存在滞后性，

3、不能及时控制氨氮指标；（3）氨氮为主要的耗氧型污染物，需曝气设备提供溶解氧，存在电能的消耗，影响污水处理成本。北石桥污水处理厂当前还需优化氨氮的去除。 为此北石桥污水处理厂利用DE型氧化沟，开展了利用出水氨氮控制氧化沟运行的科技项目，以试验研究的手段和方法，进行了半年的生产性研究分析，已确定适合的氧化沟出水氨氮值，达到了氧化沟出水氨氮值的可控性，保证了出水水质稳定达标排放，在试验研究期间氧化沟处于低氧运行状态，降低了能耗。2.试验设计与启动2.1污水处理厂简介西安创业水务有限公司北石桥污水处理厂，一期工程设计日处理水量15×104m3/d,服务流域面积85平方公里，汇集处理西安市南郊

4、、西南郊生活污水和工业废水，服务区人口120万。污水处理系统采用丹麦克鲁格DE型氧化沟工艺，出水水质指标执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级B标准。污泥处理采用重力浓缩+机械脱水工艺。工艺流程见图1： 图1 北石桥污水处理厂工艺流程图DE型氧化沟为北石桥污水处理厂核心处理构筑物，包括2格容积相等交替运行的生物池3组及选择池、配水井和终沉池。在氧化沟中完成污水有机物的氧化和脱氮除磷。2.2现状运行及控制方式西安创业水务有限公司北石桥污水处理厂DE型氧化沟有6条单沟，分为三组，独立运行。沟内设60台曝气转刷、18台推进器，转刷曝气充氧，提供好氧环境，并推动水流，推进

5、器推动水流，基本不充氧，提供缺氧环境。DE型氧化沟运行采用计算机自动控制，通过氧化沟实测溶解氧信号控制池中曝气转刷的启停及淹没深度，调节好氧段和缺氧段。实际运行中好氧段溶解氧控制在1.52.5mg/L，缺氧段溶解氧控制在0.5 mg/L以下。设计周期连续运行，一个周期四个小时，分四个阶段，第一、三阶段实现反硝化，第二、四阶段实现硝化，四个阶段进行好氧和缺氧交替运行。具体控制过程如表1所示。表1 DE型氧化沟的运行控制阶段运转项目运行时间/min0-6060-120120-180180-240（60）（60）（60）（60）进水1#沟2#沟2#沟1#沟出水2#沟2#沟1#沟1#沟连通方向1#2#

6、两沟独立2#1#两沟独立转刷2#沟1#沟和2#沟1#沟1#沟和2#沟搅拌器1#沟2#沟2.3试验设计北石桥污水处理厂在实际运行中发现了以下问题相对突出。北石桥污水处理厂DE型氧化沟一组沟通过硝化和反硝化的交替运行，实现脱氮除磷去除有机物的目的。实际运行过程中采用溶解氧的控制转刷运行时间的方式满足硝化和反硝化阶段的溶解氧，达到控制氨氮去除的目的，目前氨氮是否达标，只能通过出水在线氨氮监测来调整，但氧化沟出水还需经终沉池和接触池一定的水力停留时间，致使氨氮监测点滞后，控制和调整不及时，出水氨氮值波动较大。通过对溶解氧的监测分析，在利用传统的控制运行过程中，存在溶解氧的浪费问题。北石桥污水处理厂氧化

7、沟的主要设备有搅拌器、转刷、出水堰板，单台搅拌器的功率为4KW，单台转刷的功率为45KW，单台出水堰板的功率为0.37KW。运行过程中，DE型氧化沟硝化阶段利用硝化阶段运行时间和转刷运行时间提供硝化环境所需的溶解氧，满足硝化菌的生长环境，达到有效控制氨氮去除的目的。因此转刷的台数、工作时间、功率都相对其它设备耗电量大。通过氨氮减排量与转刷运行台时的分析，氨氮减排量与转刷运行台时存在一定的正相关性，即氨氮值与能耗存在一定的相关性。为了优化氧化沟控制运行过程，进行了利用出水氨氮值控制氧化沟运行的生产性试验研究。2.4试验方案及启动2.4.1试验方案为确保工艺的稳定运行，出水水质达标排放。本试验采用

8、北石桥污水处理厂DE型氧化沟一组沟可实现独立控制运行的特点，利用一组沟出水氨氮值控制一组氧化沟的运行，二、三组沟利用传统的控制运行方式进行对比试验分析。2.4.1.1试验参数通过对北石桥污水处理厂进水水量的分析，结果表明，进水平均负荷率为88%，因此设计试验进水水量为13.2×104m3/d。试验设计进水水质为近一年来每天进水污染物浓度的平均值，其中设计水温为20左右；试验设计出水水质参考城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级B排放标准执行。确定试验进、出水水质如表2所示。表2 试验设计进、出水水质 单位：mg/L指标进水水质出水水质COD46060BOD5

9、22020SS26020NH3-N508TN5220TP51 2.4.1.2 DE型氧化沟运行控制参数根据北石桥污水处理厂DE型氧化沟实际运行参数，试验设计氧化沟控制参数如表3所示。表3 DE型氧化沟运行控制参数控制参数DE型氧化沟一组氧化沟二、三组氧化沟运行控制参数水量1830m3/h溶解氧1.5mg/L2.0mg/L出水氨氮值控制4mg/L6mg/L液位86cm88cm转刷启动间隔时间120s转刷关闭间隔时间180s反硝化阶段（硝化阶段）时间40min（80min）工艺控制参数停留时间12h污泥浓度3800mg/L4300mg/L污泥负荷0.10kgBOD5/kg(MLSS.d）污泥回流1

10、00%泥龄10d12dDE型氧化沟一组沟控制方式，进入硝化阶段时，转刷初始投入台数为3台，每隔180s检测一次氧化沟出水氨氮值，如果氧化沟出水NH3N值在4mg/L以下时，关闭一台转刷，即减少转刷运行时间，直至氧化沟出水氨氮值升高至4mg/L6mg/L之间；如果NH3N值升高至6mg/L以上时，每隔120s检测一次氧化沟出水氨氮值，开启一台转刷，即增加转刷运行时间，直至氧化沟出水氨氮值控制在4mg/L6mg/L之间。二、三组沟控制方式根据传统的溶解氧控制运行方式运行。2.4.1.3仪表及控制为实现氧化沟出水氨氮值对氧化沟运行的控制，试验小组在一组氧化沟出水安装了两台WTW公司生产的氨氮仪。通过

11、对一组氧化沟出水氨氮值的测定，调整一组氧化沟转刷运行时间。WTW公司生产的氨氮仪的精确度高，测量范围广，维护保养方便，使用寿命长，如图2和图3所示。现场安装位置如图4所示。图2 氨氮仪的工作原理图3 氨氮仪的性能图4 氨氮仪现场安装地点氧化沟的控制方式，均由北石桥调度中心中心控制室完成。2.4.2各项检测及化验项目的设置2.4.2.1测试项目和采样点1、氧化沟出水化验项目：SS、COD、BOD5、TN、TP、氨氮。取样点：1#、2#、3#组氧化沟出水。2、氧化沟化验项目： DO、SV30、污泥浓度。取样点：氧化沟出水堰处。3、三组沟用电量：分别对三组氧化沟用电量进行统计。4、控制仪表的校准：一

12、周一次。表4 采样点及化验项目表测试项目测试点测试时间采样频率DO氧化沟出水堰处试验运行日起每日上、下午SV氧化沟出水堰处试验运行日起每日一次MLSS氧化沟出水堰处试验运行日起每日一次氨氮三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次pH三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次总氮三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次总磷三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次SS三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次COD三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次BOD三组氧化沟出水堰处试验运行日起每日六次三组沟用电量配电室试验运行日起每日一次注：表4中要求对比水样必须在同一时间采样。DO的检测每日早9:00和下午16:0

13、0各检测一次；SV30 、MLSS每日早9:00取样检测；电量每日0:00抄表。2.4.2.2各项检测及化验项目的目的1、用电量统计：根据三组氧化沟分别用电量情况，对三组氧化沟运行成本进行分析。2、氧化沟出水的检测项目：取氧化沟出水混合液，沉淀三十分钟后，取上清液测定。通过对氧化沟出水不同污染物的变化趋势，反映出每组氧化沟的运行状况，以便及时调整工艺参数。3、DO：通过便携式溶解氧仪对每组氧化沟溶解氧进行测定，进行对比分析。4、MLSS：对氧化沟混合液进行污泥浓度测定，可以分析氧化沟中的污泥浓度是否满足工艺要求。5、镜检：观察曝气池中活性污泥状态和生物相。2.4.2.3 试验时间北石桥污水处理

14、厂计划利用半年时间对本项目进行生产试验研究，实际试验运行三个月，主要集中在七月、八月、九月三个月，水温较稳定，平均在22左右，有利于微生物的代谢和生长，生化系统的抗冲击性能强。3.试验数据分析3.1三组氧化沟出水六大指标对比分析试验集中了一个月对氧化沟三组沟六大指标进行集中取样和分析。3.1.1生化需氧量（BOD5）试验期间北石桥污水处理厂三组氧化沟出水BOD5情况如图5所示。图5 试验期间三组氧化沟出水BOD5对比图由图5可以看出，北石桥污水处理厂三组氧化沟出水BOD5均达标排放，三组氧化沟出水BOD5平均值分别为13mg/L、13mg/L、12mg/L。三组沟的变化范围分别为9mg/L18

15、mg/L、8mg/L18mg/L、9mg/L18mg/L，变化范围均较大。三组氧化沟出水BOD5变化无较大区别。3.1.2化学需氧量（COD）试验期间北石桥污水处理厂三组氧化沟出水COD情况如图6所示。图6 试验期间三组氧化沟出水COD对比图由图6可见，北石桥污水处理厂三组氧化沟出水COD均达标排放，三组氧化沟出水COD平均值分别为30mg/L、31mg/L、30mg/L。三组沟的变化范围分别为24mg/L39mg/L、22mg/L37mg/L、24mg/L34mg/L，变化范围均较大。三组氧化沟出水COD变化无较大区别。3.1.3氨氮（NH3N）试验期间北石桥污水处理厂三组氧化沟出水NH3N

16、情况如图7所示。图7 试验期间三组氧化沟出水NH3N对比图由图7可以看出，北石桥污水处理厂三组氧化沟出水NH3N均达标排放，三组氧化沟出水NH3N平均值分别为5.00mg/L、4.79mg/L、4.66mg/L。但根据曲线变化，一组氧化沟出水NH3N变化范围在4 mg/L6 mg/L之间，波动较小；二、三组氧化沟出水NH3N变化较大，二组氧化沟出水NH3N变化范围为1.54 mg/L7.45 mg/L，三组氧化沟出水NH3N变化范围为1.06 mg/L7.45 mg/L，波动较大。总之，一组氧化沟出水NH3N较平稳，波动小，二、三组氧化沟出水NH3N变化较大。3.1.4总氮（TN）试验期间北石

17、桥污水处理厂三组氧化沟出水TN情况如图8所示。图8 试验期间三组氧化沟出水TN对比图由图8可以看出，北石桥污水处理厂三组氧化沟出水TN均达标排放，三组氧化沟出水TN平均值分别为9.95mg/L、9.52mg/L、10.10mg/L。三组沟的变化范围分别为8.41mg/L11.02mg/L、5.23mg/L16.17mg/L、5.13mg/L17.24mg/L，总之，一组氧化沟出水TN较平稳，波动小，二、三组氧化沟出水TN变化较大。3.1.5总磷（TP）试验期间北石桥污水处理厂三组氧化沟出水TP情况如图9所示。图9 试验期间三组氧化沟出水TP对比图由图9可以看出，北石桥污水处理厂三组氧化沟出水T

18、P均未达到排放标准。三组氧化沟出水TP平均值分别为2.64mg/L、2.66mg/L、2.51mg/L。三组沟的变化范围分别为1.77mg/L3.64mg/L、1.73mg/L3.67mg/L、1.34mg/L3.44mg/L，三组沟出水TP无较大区别。3.1.6悬浮物（SS）试验期间北石桥污水处理厂三组氧化沟出水SS情况如图10所示。图10 试验期间三组氧化沟出水SS对比图由SS的变化曲线图可以看出，三组氧化沟出水SS平均值均为20mg/L，北石桥污水处理厂三组氧化沟出水SS值在15mg/L24mg/L之间波动，三组沟的变化范围分别为16mg/L24mg/L、15mg/L24mg/L、16m

19、g/L23mg/L，三组沟SS无较大区别。3.1.7小结通过上述分析，北石桥污水处理厂试验期间，三组沟出水BOD5、COD、TN、NH3N均达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002的一级B排放标准执行。同时一组氧化沟在试验运行过程中，有效的控制了出水氨氮值。但氧化沟出水TP均未达到排放标准，SS有35.6%为达到排放标准，但氧化沟出水还要经终沉池泥水分离，再经接触池消毒后出水，因此为保证TP、SS达标排放，就要对终沉池的去除效果进行研究。3.2污泥性能3.2.1沉降性能在活性污泥法处理城市污水的过程中，为了保证较好的泥水分离和提供较高的污泥回流浓度，活性污泥需保持良好的沉降浓缩

20、性能，从而确保出水水质达标排放。通常采用污泥沉降比SV（）和污泥体积指数SVI（mL/g）来反应活性污泥的沉降性能。污泥沉降比SV30为曝气池混合液静置沉淀30min后，沉淀活性污泥体积分数，通常采用1L的量筒进行测定，SV30形象的反映了终沉池的沉淀过程；污泥体积指数SVI为混合液沉淀30min后每克干污泥原所具有的湿泥体积毫升数。北石桥污水处理厂试验期间，DE型氧化沟三组沟日平均SV30和SVI变化值如图11所示。图11 试验期间污泥沉降性能历时变化从图11可以看出，试验期间污泥沉降性能较好，DE型氧化沟三组沟SV30无较大差别，且每组沟的波动较小，三组沟SV30和SVI值差别在正负5%之

21、内。三组沟日平均SV30为45%，SVI为110mL/g，说明试验期间活性污泥的絮凝、沉降性能较好。3.2.2生物相在试验期间，利用电子显微镜，观察活性污泥中的菌胶团、丝状菌、原生动物、后生动物等反映整个系统的活性污泥状况，判断系统是否正常运行。从镜检观察，试验运行期间，DE型氧化沟三组沟镜检无较大差别。菌胶团颜色呈黄褐色，絮体大小正常，絮体之间清晰，丝状菌丰度较小；主要以原生动物为主，包括：大量钟虫属，累枝虫、等枝虫、漫游虫属、鞭毛虫属、楯纤虫等；少量后生动物，主要是轮虫。说明活性污泥状态良好，处理水质清澈，工艺运行稳定。镜检如图9、图10所示。图9 累枝虫 图10 钟虫和轮虫3.3经济对比

22、分析3.3.1溶解氧对比分析北石桥污水处理厂在实际运行中主要采用转刷提供硝化阶段的溶解氧，一般将硝化阶段溶解氧控制在1.5mg/L2.5mg/L之间，通过溶解氧的大小来控制转刷的运行时间。试验期间在手动调节的情况下，通过保证氧化沟出水氨氮值达标的情况下，手动控制转刷运行时间。试验运行期间一组氧化沟溶解氧值在1.0mg/L左右波动，二、三组沟溶解氧在1.5mg/L2.5mg/L控制范围内，因此一组氧化沟溶解氧较二、三组沟溶解值低。实验期间一组氧化沟，在满足了硝化和反硝化的条件下，降低了溶解氧，保证了出水水质达标排放。3.3.2三组沟转刷运行台时分析通过对试验数据进行分析，在试验运行期间，工艺运行

23、稳定，出水水质均达标排放。下面将从经济角度对其运行情况进行对比。三组沟转刷运行台时统计如表5所示。 表5 三组沟转刷运行台时统计 单位：min日期一组沟二组沟三组沟113794 16474 16099 213504 15553 15647 313939 15974 16474 413147 16817 15959 514230 15366 15616 613028 16988 16255 713504 16942 16583 813174 15569 15678 913540 16210 16039 1012804 17346 16277 1114538 17254 16938 1213536

24、 16068 16452 1313860 17191 17217 1413160 16926 15942 1513517 16302 17418 1613362 15918 16803 1713002 16474 17122 1813794 17222 16580 1914136 15475 17552 2013335 14446 17070 2113160 16817 16548 2213536 17129 16883 2312870 16006 17958 2413794 16957 16524 2514546 16302 16890 2613504 17191 15894 2714154

25、 16470 17568 2813662 15974 17297 2912822 16302 16659 3013649 17940 17632 最大值14546 17940 17958 最小值12804 14446 15616 平均值13553 16453 16652 表5可以看出，一组沟转刷运行台时较二、三组沟运行台时少，平均每天减少了3000min的运行时间，台时减少18.1%。一组沟每日平均用电量为6712Kw.h，二、三组沟用电量每日平均用电量分别为8164 Kw.h、8172 Kw.h，一组沟较二、三组沟平均每日用电量降低了17.8%。同时也证明氧化沟用电量与转刷运行台时密切相关，相关系数达到98.3%。4.终沉池去除效果分析根据上述氧化沟出水六大污染物浓度的分析，氧化沟出水TP、SS未达到排放标准，因此需试验研究分析终沉池对TP、SS的去除效果。北石桥污水处理厂终沉池主要是进行泥水分离，设计水力停留时间