我国污水除磷3种工艺的比较

我国污水除磷3种工艺的比较

4放置a2和o工艺4.1对磷、氮的要求上述三个过程是在同时消除氮的要求下开发的。脱氮率越高，废水中的硝氮越少，污水中的硝氮越少，这越有利于去除磷。我国的情况有所不同,国家《污水综合排放标准》(GB8978-96)对磷的排放要求很高,一、二级标准分别为磷酸盐(以P计)≤0.5mg/L及≤1.0mg/L,而对氮的排放要求则较低,只要求NH3-N≤15mg/L及NH3-N≤25mg/L,对总氮指标没有限制,换句话说,并不要求脱氮,只要求硝化和除磷。如果采用上述3种工艺,就意味着提高处理标准,出水水质当然更好,但投资费用都要增加。由于这种情况国外很少有,也未见这方面的文献资料,国内一般仍采用普通A2/O工艺,其结果往往是脱氮超过了要求的标准,除磷则往往达不到要求,显然这并不是一种好的解决办法。为此,国内有人提出倒置A2/O工艺。4.2次插装式“点”工艺倒置A2/O工艺流程及氮的物料平衡见图4。图中Qα——原污水分流直接进入厌氧池的水量;Qβ——原污水分流直接进入缺氧池的水量;NHch——出水中氨氮浓度。有人推荐Qβ=0.1Q,工程上可灵活调节。一般的A2/O工艺都是厌氧池在前,缺氧池在后,便于聚磷菌优先利用污水中的易生物降解有机物,实现生物除磷,而反硝化菌可以利用更多形态的碳源,缺氧池在后也不会影响脱氮。当要求硝化、除磷而不要求脱氮时,没有必要对全部污水进行脱氮处理,只需对回流污泥脱氮,其目的是为了消除回流污泥中硝态氮对除磷的不利影响,提高除磷效率。回流污泥是返回厌氧池的,需要在进入厌氧池前脱氮,厌氧池后边并不要求脱氮,也就是说缺氧池理应设在厌氧池前而不是在厌氧池后,对比一般A2/O工艺其位置是倒置的。倒置缺氧池带来的主要问题是对碳源的争夺。原污水先进入缺氧池再进入厌氧池,污水中的易生物降解有机物将优先被反硝化菌利用,聚磷菌将得不到足够碳源,达不到除磷的目的,因此,必须将原污水分配给缺氧池和厌氧池,直接进入厌氧池的污水Qα为聚磷菌提供碳源,进入缺氧池的污水Qβ则为反硝化菌提供碳源,其目的都是为了提高除磷效率。倒置A2/O工艺主要存在两个问题:(1)本工艺是针对我国只要求硝化除磷而不要求脱氮提出的,它对出水中的硝态氮不作限制,可以达到十几mg/L甚至几十mg/L,而除磷脱氮工艺对出水中硝态氮(或总氮)都严加限制,一般只有几个mg/L,显然,在本工艺中,高浓度硝态氮的回流污泥对生物除磷是致命的,要在倒置缺氧池中去掉这样多的硝态氮,必须有大量的碳源和相当大的缺氧池容积,这两个条件都很难满足。(2)缺氧池在厌氧池前面会优先利用污水中的易生物降解有机物,与聚磷菌争夺碳源,为了解决这个矛盾,工艺设计者将原污水分配给缺氧池和厌氧池,分别为脱氮和除磷提供碳源,这导致进入缺氧池和厌氧池的可利用碳源都比一般A2/O工艺要少。由于倒置缺氧池的氮负荷很高,提供的碳源又少,其脱氮效率很难保证,而厌氧池中的聚磷菌则只用了易生物降解的碳源,其余的含碳有机物却得不到利用,白白“浪费”掉了。4.3缺氧池容积的确定:kn+cbb4.3.1倒置缺氧池设计本工艺中的倒置缺氧池与A/O脱氮工艺中的缺氧池作用机理是一样的,其容积根据池中的反硝化率KDN决定。德国ATV标准对A/O脱氮工艺中反硝化率KDN与反硝化池容VD的关系提出了一个经验关系如表1所示。从表1看出,当KDN=0.14时,缺氧池的容积等于好氧池容积,达到了最大值,如果KDN>0.14,缺氧池容积也不再增加,只是脱氮效率要降低。KDN是缺氧池中硝态氮总量与碳源BOD总量的比值,即缺氧池中的N/C比,由于本工艺出水的硝态氮浓度很高,而分配给缺氧池的污水却只是一部分,BOD总量减少,因而对于一般的城市污水,本工艺中缺氧池的N/C比都远大于0.14,即使把缺氧池容积设计到最大,仍然不能把回流污泥中的硝态氮完全去除,还会有相当数量的硝态氮进入厌氧池,干扰生物除磷。因此,计算没有任何实际意义。在一般A2/O工艺中,缺氧池与厌氧池容积之和不宜大于好氧池,这限制了缺氧池的最大容积。另一方面,缺氧池过小起不到多大作用,可以考虑不小于厌氧池容积。在这个范围内可以选定一个缺氧池容积。4.3.2确定进入缺氧池的污水分量β按下式计算(详见下面多点进出水倒置A2/O工艺计算):式中Pch——出水总磷浓度,mg/L。工程上设置可调堰门,根据现场情况可以调节β值使除磷效率最佳。4.3.3其余均按普通A2/O工艺计算5取下阿什块，再次注入水中5.1回泥工艺加以改进和完善倒置A2/O工艺只考虑去除回流污泥中的硝态氮以达到提高除磷效果的思路对硝化除磷工艺是适合的,但由于回流污泥中硝态氮量过多,加之供给反硝化的碳源不足,很难达到理想的反硝化效果,致使除磷效率难以保证。为了提高处理效果,必须对工艺加以改进和完善。笔者根据我国规定的排放标准,提出多点进出水倒置A2/O工艺。5.2硝化除磷工艺多点进出水倒置A2/O工艺流程和氮物料平衡见图5。从图5中看出,缺氧池的氮负荷是R1QNOch,为了降低缺氧池的氮负荷,有两条途径:①减少污泥回流比R1,②减少污泥回流液中的硝态氮浓度NOch。本工艺的主要改进就是设法降低R1和NOch。(1)减少R1。污泥回流是为了向反应池提供活性污泥,总回流比R是根据好氧池中污泥浓度NW计算出来的,为了维持设定的NW,R值不能随意减小。污泥回流分量R1是为了向厌氧池提供聚磷菌,应根据厌氧池的要求确定。厌氧池的设计有两个基本要求:①实际停留时间TA≥0.75h;②厌氧污泥量占反应池总污泥量的比值不小于10%,对于硝化除磷工艺,一般情况下满足了TA≥0.75h时,污泥回流R并不需要全部返回厌氧池而只需返回一部分R1就能满足厌氧污泥量比值的要求,因此可将回流污泥R分为两部分:一部分R1回流厌氧池(缺氧池),另一部分R2直接回流好氧池,这样既可满足厌氧池的要求,又可满足好氧池的要求,还能降低缺氧池的氮负荷,一举三得。(2)减小NOch。《污水综合排放标准》要求出水NH3-N分别小于15mg/L和25mg/L,并未要求全部去除NH3-N,因此,只需部分硝化而不必完全硝化就能达到排放要求。但由于硝化反应主要取决于泥龄,在泥龄足够长时硝化反应就会发生,这时要控制硝化的程度却比较困难,所以一般不是按完全硝化设计,就是按不硝化设计。如果按完全硝化设计,出水中(回流污泥中)的硝态氮含量会很高,增大了缺氧池的氮负荷。对除磷反而不利,如果是部分硝化,既能达到排放标准,又可降低缺氧池的氮负荷,为此,建议对好氧池进行改造,从好氧池中部引出一条出流管,与从好氧池末端出流液汇合进入二沉池,从池中部流出的混合液Qb在好氧池中停留时间较短,泥龄较短,没有发生硝化,从池末端流出的混合液Qa在好氧池中停留时间较长,泥龄较长,达到完全硝化,Qa和Qb混合在一起,就实现了部分硝化。通过这种改造,可以减少好氧池和缺氧池的容积,降低工程费用,还有利于提高除磷效率。5.3缺氧池和好氧池的配比确定(1)缺氧池和厌氧池倒置。一般A2/O工艺厌氧池在前,本工艺将缺氧池放在厌氧池前面,部分回流污泥和部分污水先进入缺氧池,回流污泥中的硝态氮在此反硝化,确保后边的厌氧池处于绝对厌氧状态,对提高除磷效率十分有利。(2)回流污泥分别进入缺氧池和好氧池,以降低缺氧池的氮负荷,减少缺氧池容积。分配系数R1和R2根据厌氧池的要求计算确定。(3)部分污水完全硝化,部分污水不硝化,使混合出水水质达到氨氮出水指标。为了实现部分硝化,好氧池按部分污水(Qa)完全硝化,部分污水(Qb)不硝化设计,分配系数a和b根据进水水质和出水氨氮指标计算确定,污水Qa经过完全硝化从池末端流出,污水Qb未经硝化从池中部流出,混合后成为氨氮指标合格的部分硝化的出水。(4)不需要混合液内回流。混合液内回流是为了提高污水反硝化效率,当出水指标不要求TN时并不需要脱氮,因此内回流没有必要。(5)污水部分(Qα)直接进入厌氧池,部分(Qβ)进入缺氧池,分别为生物除磷和反硝化提供碳源。污水分配系数α和β根据水质条件计算确定,基本原则是使除磷效果最佳。5.4计算工艺5.4.1保鲜池和叶片的计算多点进出水倒置A2/O工艺是一种新工艺,设计计算中要解决一些新的问题,主要有:(1)在好氧池计算中,需先确定硝化的污水比值a和不硝化的污水比值b,才能算出好氧池的泥龄和容积。(2)在厌氧池计算中,需先确定回流污泥分量R1,才能计算厌氧池的实际停留时间和厌氧污泥量比值,从而算出池容。(3)在缺氧池计算中,需先确定进入缺氧池的污水量比值β和回流污泥分量R1,才能算出缺氧池的氮负荷与池容。(4)回流污泥比值R1影响厌氧池和缺氧池的池容,厌氧池和缺氧池的容积又反过来影响R1的取值,因此R1要通过试算确定。(5)作为一种新工艺,其设计计算方法还不够完善,有待在实践中进一步改进。5.4.2好氧池和缺氧池的计算基本计算公式见式(2),式中的泥龄θc,污泥产率系数Y和混合液浓度NW根据本工艺的特点确定。5.4.2.出水氨氮浓度水质要求根据要求,出水分量Qa达到硝化,Qb不硝化,可以计算出它们各自的出水氨氮浓度。分量Qa的氨氮浓度(NHch)a按零考虑,分量Qb的氨氮浓度(NHch)b:式中右端的2mg/L是出水中残留的有机氮浓度。为保证出水氨氮达标,需满足下列方程:式中NHch为要求的出水氨氮浓度,mg/L;3为保证出水达标的安全量,mg/L。整理得:5.4.2.2.确定实际控制的废水氨氮浓度为nhch，计算废水中的亚硝酸盐浓度为noch5.4.2.3.计算氧池固结期co式中θCA——硝化所需泥龄,d,为达到完全硝化,取值应偏于安全;θCB——只去除有机物所需泥龄,d。5.4.2.4.确定氧池的mlssnw按A/O脱氮工艺的设计方法确定,并算出R(详见参考文献)。5.4.2.氧化池的设定R1需要通过试算确定。为简化计算,根据经验可先设定R1=0.5R,然后按此计算缺氧池和校核厌氧池,如果不满足要求,再重新设定R1,直到满足要求为止。5.4.2.污水分配及整理根据国内外污水生物除磷的理论和实践,为了有效除磷,厌氧区的碳磷比不应低于20,因此在确定污水分配系数时,根据C/P≥20的要求,优先确定进入厌氧池的污水分量α:整理得:5.4.2.材料中碳氮比c/n0的关系缺氧池泥龄取决于缺氧池内的碳氮比,碳氮比越大,反硝化速率越快,所需泥龄越短,参照德国ATV标准,倒置A2/O工艺中缺氧池泥龄θCD与缺氧池内碳氮比C/N0的关系列于表2。进入缺氧池的C(BOD总量)为:进入缺氧池的N(硝态氮)从图5中可得:则:CN0=βQLjR1QNOch=βLjR1NOch(11)CΝ0=βQLjR1QΝΟch=βLjR1ΝΟch(11)由此可确定缺氧池泥龄θCD。5.4.2.8好氧池和缺氧池总面积c5.4.2.9.计算污泥产率的y按A/O脱氮工艺的计算公式计算(详见参考文献)。5.4.2.10.计算新生儿池中的污泥浓度为nwd在本工艺中,缺氧池的进水量和回流污泥量都与好氧池不同,因而其污泥浓度NWD与好氧池污泥浓度NW也不同,其值按下式计算:5.4.2.11.计算氧和缺氧池vo和vd的体积将θCO,NW和θCD,NWD分别代入式(2)可计算出好氧池和缺氧池容积VO和VD。5.4.3计算和修正厌氧池5.4.3.1.厌氧池的计算按实际水力停留时间TA=0.75h计算厌氧池容积。厌氧池污泥浓度NWA按下式计算:5.4.3.应池总污泥量的调整校核厌氧污泥比值是否大于0.1,如不满足,需增大厌氧池容积或增大回流污泥分量R1。好氧污泥量SO=VONW缺氧污泥量SD