城市污水常低温短程深度脱氮及过程控制_彭永臻

水工业市场2008年第3期http://www.jsbwater.com污水的脱氮问题成为当今污水处理厂亟待解决的主要难题,为进一步节省能源和碳源,对于低C/N的城市污水处理,在常温下实现短程生物脱氮具有重要意义。为此,本文探讨在常温下处理C/N平均为2.16的生活污水为主的实际城市污水时短程硝化的实现和稳定问题。氮磷污染物的过量排放是造成水体富营养化的主要原因,生物硝化反硝化是目前普遍采用的污水脱氮方法。反硝化作用是在缺氧及存在有机碳源的条件下,由反硝化菌(NOB)将亚硝酸盐转化为硝酸盐。反硝化作用在缺氧及存在有机碳源的条件下,由反硝化菌将亚硝酸盐及硝酸盐还原为氮气,但当处理低C/N比废水(如某些以居民生活污水为主的城市污水)时,由于碳源不足或水温波动等原因,脱氮效率较低。低C/N比污水的短程生物脱氮在节约曝气所需的能源及反硝化作用所需的碳源方面具有明显优势。近年来,短程脱氮技术的研究多集中于处理高氨氮废水,如污泥厌氧消化的上清液,屠宰废水及垃圾渗滤液。目前,低氨氮污水短程生物脱氮已经作了一些非常出色的工作,据报道,PH,DO,ORP可作为控制参数来指示氨氧化及反硝化作用的终点。大型中试SBR及其控制系统本中试系统监狱该城市污水处理厂初沉池附近,反应器有效容积为54m3。SBR反应器池体由钢板焊制,内部作防腐处理。进水泵设置在初沉池的排水检查井中,进水量既可通过浮球液位计来控制,也可通过时间控制,反应过程的好氧阶段采用鼓风机进行曝气,缺氧阶段启动搅拌机进行搅拌,并投加原水或乙醇补充碳源。整个反应过程中全部根据在线传感器的信息,按照实时控制策略操作运行,控制系统由传感器、现场仪表、实时过程控制器和上位机组成。在反应过程中由传感器采集的信号通过现场仪表传输至实时过程控制器进行计算,控制信号由控制器输出,送到执行机构,执行动作。整个过程均可在上位机进行监视、操作与控制。试验过程未对原污水的pH值和城市污水常低温短程深度脱氮及过程控制北京工业大学环境工程研究所所长首席教授彭永臻专题:节能减排水处理新技术、新工艺会议专辑专题SpecialTopic16水工业市场2008年第3期http://www.jsbwater.com温度进行控制。试验方案试验分为四个阶段。第一阶段主要是确定硝化及反硝化过程的控制策略。第二阶段在温度为20℃-25℃条件下应用实时控制对脱氮的效果及实现短程脱氮的可能性进行了验证。第三阶段在夏季温度为25℃±1℃条件下考虑了应用实时控制长期稳定短程硝化的可能性。在第四阶段,水温逐渐由25℃降至11.8℃,此阶段重点考察了低温对应用实时控制实现短程脱氮的稳定性及脱氮效果的影响。硝化反硝化的控制策略亚硝化反应过程与硝化反应过程的不同点是,第一,硝化作用第二个阶段的需氧量为硝化过程总需氧量的25%;第二,硝化作用的第一个阶段每氧化1molNH4+-N产生约两个电子当量的强酸,但在亚硝酸盐氧化过程,没有氢离子产生。因此,利用这两个反应的不同点,根据pH和DO的变化规律,在一定程度上可以判断硝化反应的进程。控制策略运行的主要流程分为进水、反应、沉淀、排水、闲置五个阶段,除反应过程外,其他步骤均按照预先设定的时间进行控制。在反应过程中,好氧阶段在曝气的同时读取pH值传感器采集的信号,传感器采集的电信号经A/D转换变为数字信号后,输入实时过程控制器,然后进行求导计算,得到过程实时控制变量,并根据控制策略对得到的控制变量进行比较。当pH值的一阶导数由负变正或系统达到设定的最大曝气时间时,即可判断硝化反应结束,停止曝气进入下一工序。由于采用交替进水的反应模式,在缺氧阶段系统将首先读取控制器内预先设定的交替次数,当没有达到设定的交替次数时,系统将进入加原水搅拌工序,当达到交替次数后,系统将跳出循环,进入到加碳源搅拌工序。常温短程生物脱氮的实现与稳定应用控制策略后,在第二阶段,由于实时过程控制可以准确把握硝化反硝化的结束点,使系统获得较高的TN去除率,出水TN始终小于3mg/L。同时,亚硝化率逐渐由2%增加至95%,在75天内成功实现了常温短程生物脱氮。实时控制是短程硝化得以实现的主要因素,由于NOB必须在AOB产生亚硝酸盐后方可生长,因此,如果在氨氮刚好氧化完成时或之前停止曝气,亚硝酸盐将有所累积,应用实时控制策略,既可保证氨氮被完全氧化,又防止了亚硝酸盐的进一步氧化,是短程硝化实现的必要条件,同时交替缺氧/好氧的运行模式也加快了短程硝化实现的步伐。每一个缺氧段之后的好氧段AOB总是比NOB提前恢复活性,AOB的竞争力被大大提高,并最终成为优势菌种。在第二阶段的整个试验中,系统的反应温度从17.3℃升高至25℃,系统实现短程硝化后,气候进入夏季,水温一直保持在25℃±1℃,因此在第三阶段的试验中,我们在实现短程硝化的基础上,保持试验条件