分段进水的生物除磷脱氮工艺

2003Vo1．19中国给水排水CHINAWATER&WAWATERNO．4分段进水的生物除磷脱氮工艺邱慎初，丁堂堂(1．国家城市给水排水工程技术研究中心，天津300074；2．中国给水排水编辑部，天津300074)摘要：系统阐述了分段进水的生物除磷脱氮新工艺的发展情况、工艺特性和应用前景，结合工程实例介绍了该工艺的处理效果并对一些问题作了探讨。关键词：分段进水；硝化／反硝化；除磷脱氮中图分类号：X703．1文献标识码：B文章编号：1000—4602(2003)04—0032—051发展概况鉴于除磷脱氮的需要，众多的二级污水处理厂工艺需要更新改造。近年来国外加速开发分段进水生物除磷脱氮(BNR)新工艺，并在试验研究基础上开始将此项技术应用于生产实践。传统的活性污泥除磷脱氮系统通常采用进水与回流污泥进入池首的推流式系统，其中前置反硝化系统已在国内外广泛应用，但需设置相应的内回流设施，且池容也较大。近年来这种传统的推流式系统已被逐步改建为分段进水方式，1991年纽约市的Tallman岛水污染控制厂将原有传统的阶段曝气系统中的每一段都设置了缺氧区和好氧区，进行了分段进水的硝化／反硝化可行性示范研究。这种系统的优点是所需池容较小、脱氮效率高、运行管理方便。示范结果和其他一些污水处理厂的实例研究表明，由于采用分段进水，提高了前面几段的MLSS浓度，可减少池容。此后Fil等人又在示范工程中观察、研究了好氧区中明显存在的同时硝化／反硝化现象uJ。从20世纪90年代初期开始，Nalasco和Daig—ger等人在Lethbridge污水处理厂进行了将分段进水与生物除磷脱氮技术相结合的试验，并将UCT和VIP技术用于分段进水工艺。采用该工艺的Le—thbridge生产性厂的规模为49000m3／d，经改造后已于1998年投入运行J。我国从上世纪90年代末开始关注分段进水的BNR新工艺的开发应用，至今尚处于起步阶段。2分段进水生物脱氮工艺2．1基本原理由于进水沿池分段投配而回流污泥在第一段的首端进入，系统的SRT比相同池容的推流系统长，可见分段进水系统在不增加反应池出流MLSS浓度的情况下使污泥龄得以增加，而终沉池的水力负荷与固体负荷均没有变化。因此这一工艺不论对污水处理厂的扩建改造和新建都甚为适用。各段的缺氧池与好氧池连接成为一个单元(段)，通常每个系列分为2～4个单元(见图1)，各池均采用完全混合式。回流污泥一沉池出水进终沉池混合液图1分段进水的缺氧／好氧生物脱氯系统示意该工艺的硝化液系从各段的好氧区直接流入下一段的缺氧区，一般不设内回流系统，从而简化了工艺流程uJ。一沉池出水按同一比例均匀分配至各段的缺氧池，这样进入各段的BOD和氮的负荷量虽然相同，但前面几段的MLSS浓度提高，导致泥龄增加、污泥负荷变小。为便于和常规前置反硝化系统所需池容进行比较，需使分段进水的各段池容大小能满足具有相同的污泥储量；好氧池(硝化池)池·32·维普资讯http://www.cqvip.com2003Vo1．19中国给水排水NO．4容的确定需考虑满足在设计水温下足以完成硝化作用所需的好氧泥龄。2．2主要特点2．2．1除氮效率高分段进水生物脱氮工艺由于强化了硝酸盐氮反硝化，对氮的去除率较高。鉴于式(1)中的氮去除率系针对硝酸盐氮的反硝化程度，因此对剩余污泥和出水中所去除的凯氏氮在计算中加以扣除。氮的去除率=(1一葡)×100％(1)式中TN．m——进水总氮含量TN——出水总氮含量TN——剩余污泥总氮含量TKN——出水凯氏氮含量根据分段进水脱氮工艺的检测运行结果，通过式(1)进行数据的整理分析，可获得该工艺的实际反硝化率。当池子各段的反应过程达到完全硝化和反硝化时，根据硝酸盐氮物料平衡关系，工艺过程中氮的最高理论去除率可由下式确定：最高理论脱氮率=(1一1×l_)×100％(2)式中N——段数r——污泥回流比R——系统最后一段的内回流比根据式(2)可获得1～4段工艺的总回流比与最大理论脱氮率的关系(见图2)。10o8O冰604O|霹【20O1234总回流比(r+R)圈2总回流比与最大理论脱氮率的关系污泥回流比为50％(无内回流)的三段工艺的脱氮率为78％，而采用常规前置反硝化工艺时，除50％回流污泥外尚需300％的内回流。因此，根据进水水质和出水要求，运用式(2)可估测分段进水生物脱氮工艺的最大理论脱氮率以及能否达到预期的脱氮目标。另外通过式(2)的去除率估测并结合式(1)的具体结果计算，可以评估和检验新工艺在实施过程中的工作性能和脱氮效果。日本下水道事业团技术开发部于1996年开始进行了历时一年的三段式分段进水生物脱氮新工艺的中间试验，曾运用以上公式来分析探讨新工艺的脱氮率。试验结果表明，用式(1)计算所得的脱氮率与式(2)估测的最高理论脱氮率基本吻合，从而证实