污水同步脱氮除磷技术及运行控制要点_王晓玲

污水同步脱氮除磷技术及运行控制要点王晓玲1,2,尹军1,2,吴磊2,吴相会2(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090;2.吉林建筑工程学院市政与环境工程学院,长春130021)摘要:以污水脱氮除磷机理为基础,从反应动力学和过程动力学角度对同步脱氮除磷的主要影响因素:溶解氧DO浓度、有机负荷、亚硝酸盐和硝酸盐浓度、污泥龄θC、流态和回流比进行了分析,指出通过模拟试验来确定运行控制参数并对其进行智能控制(IC),可保证系统稳定、高效、节能运行。关键词:同步脱氮除磷;反应动力学;过程动力学;智能控制中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1003-6504(2007)12-0113-04为防止传统二级污水生物处理工艺系统出水中氮磷等营养元素造成受纳水体富营养化污染,同时考虑废水回用以削减污水排放量并减缓水资源的短缺问题,世界各国正在广泛而深入地开展废水生物脱氮除磷技术(BNR)的研究,开发了多种各具特色的工艺,如A/O、A2/O、Bardenpho、Phostrip、UCT、VIP、JHB、Phoredox等[1]。许多国家相继制定了更为严格的处理要求或出水标准,如欧共体城市污水处理指南UWWTID要求排入“敏感水体”的废水需达到70%～80%的TN去除率、80%的TP去除率;德国和奥地利等国颁布的“污水排放法”要求出水中的NH4+-N和TP浓度分别低于5.0mg/L和1.0mg/L,使得采用具有BNR功能的废水处理工艺成为国外许多污水厂建设和改造过程中的普遍发展趋势[2-3]。同步脱氮除磷技术具有以下优点:(1)污水、废水经BNR工艺技术处理后,能同时去除有机碳化物、N、P等污染物,出水水质可达三级处理标准。(2)产生的剩余污泥量较一般活性污泥处理系统少,且污泥沉降性能好,易于脱水。(3)与传统二级生物处理加脱氮除磷深度处理工艺系统相比,基建投资少、能耗低、用药少、占地面积小。(4)能提高难生物降解有机物的去除率,并能抑制丝状菌生长繁殖,利于运行和管理。(5)设计规模可大可小,进水浓度可高可低,并能移植或推广到已建二级污水处理厂的改建与扩建上。我国的污水处理尚处于发展阶段,有关污水脱氮除磷的研究工作较少,而且应用也没有实现规模化、系统化。本文以生物脱氮除磷机理为基础,从反应动力学和过程动力学角度探讨了同步脱氮除磷的主要影响因素,以供有关研究和设计参考。1污水生物脱氮除磷机理1.1生物脱氮机理有机氮化合物在氨化菌的作用下,分解转化为氨态氮;氨态氮在硝化菌的作用下进一步分解转化,首先在亚硝化菌的作用下转化为亚硝酸氮,继之亚硝酸氮在硝化菌的作用下,转化为硝酸氮。在缺氧条件下,硝酸氮在反硝化菌的代谢作用下,通过两种途径转化:一是同化反硝化(合成),最终形成有机氮化合物,成为菌体的一部分;二是异化反硝化(分解),最终产物为气态氮。生物脱氮过程如图1所示。1.2生物除磷机理废水生物除磷机理为,在厌氧条件下(氧化还原电位ORP在-200~-300mv),聚磷菌将其细胞内的有机态磷转化为无机态磷加以释放,并利用此过程中产生的能量吸收废水中的溶解性有机基质合成聚-β-羟基丁酸盐(PHB)颗粒;而在好氧条件下,聚磷菌则将PHB降解以提供其从废水中吸磷所需要能量,从而完成聚磷的过程。图2所示为上述除磷机制的作用过程。基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2004601020-03)作者简介:王晓玲(1977-),女,在读博士研究生,主要研究方向为污水脱氮除磷技术,(手机)13756688245(电子信箱)smile_xl@tom.com。污水同步脱氮除磷技术及运行控制要点王晓玲,等113··DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2007.12.036第30卷第12期2007年12月2污水脱氮除磷影响因素及运行控制要点2.1溶解氧DO浓度对脱氮的影响硝化反应必须在好氧条件下进行。硝化反应中DO对硝化菌比增长速率UN的影响用式(1)表示。Un=Un,maxDODO+K0(1)式(1)中:Un-硝化菌比增殖速率(d-1);Un,max-硝化菌最大比增殖速率(d-1);K0-溶解氧饱和常数,一般取值0.5~1.0(mg/LO2)。在硝化系统中,硝化菌在活性污泥中约占5%,大部分硝化菌处于活性污泥絮体内部。因此,DO增加将提高其对絮体的穿透力,提高硝化反应速率。曝气池中氧的转移速率用式(2)表示。dcdt=KLa(CS-CL)(2)式(2)中:dc/dt-单位容积内氧的转移速率(mg/L·h);CS-混合液的饱和溶解氧浓度(mg/L);CL-混合液的实际溶解氧浓度(mg/L);KLa-氧的总转移系数(h-1)。氧的最大转移速率发生在混合液中溶解氧浓度为零时,即CL=0,此时氧的转移具有最大推动力。如果一味增加D