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城市污水处理厂A2


第3卷第1期

环境工程学报

V。1.3,N。.1

城市污水处理厂A2/O工艺的 节能降耗途径研究
黄浩华1
张 杰1 文湘华h 甘一萍2 周 军2
(I.清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100084;
2.北京城市排水集团有限责任公司,北京100038)

摘蓦以北京某污水处理厂二期工程A2/O工艺为例,结合现场调查及小试试验,研究了A2/0工艺中降低供氧能 耗的可行性。研究表明,已建污水厂A2/O工艺存在2种可操作的节能方法:一是严格控制曝气池中的DO,将DO控制在2
—3

mg/L,避免过度曝气造成浪费;二是通过工艺调节。把好氧前段变成缺氧区,减少曝气段的长度,这种方式能节约
关键词 A2/0工艺

17.1%的曝气量,同时增加约13.6%的TN去除率。

节能降耗

曝气量溶解氧
文章编号 1673-9108(2009)01-0035-04

中图分类号X703.1

文献标识码A on energy

Study

saving methods for A2/O process in

wastewater treatment plants
Huang Haohual (1.State
Key Science

Zhang Jiel

Wen Xianghual

Gan Yipin92

Zhou Jun2
Environmental

Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control,Department of

and Engineering,Tsiaghua University,Beijing
Drainage

100084;

2.Beijing

Group Co.hd..Beijing 100038)

Abstract

The feasibility of saving energy for A1 f Q processes was studied in



wastewater

treatment

plant
two

loeated in Beijing by means of field investigation and lab.scale experiment.The results indicate that there operable ways tank and
to to save

are

energy

in A。/O processes.One is
to

tO

control the DO strictly within 2—3 mg/L in aeration

avoid over-aeration,the other is

shift the forepart of the aerated tank into anoxic tank,by which
rate

17.1%of aeration could be reduced and about 1 3.6%of TN removal Key words

could be increased.

A。/O process;energy saving;aeration quantity;DO

城市污水处理是高能耗行业之一。高能耗一方 面导致污水处理成本升高,另一方面也在一定程度 上加剧了我国当前的能源危机。因此,开展城市污 水处理厂节能降耗技术的研究已成为当务之急。城 市污水处理厂的能耗支出通常包括电能、燃料及药 剂等方面,其中电耗占总能耗的60%一90%…。电 能的消耗主要用于污水污泥的提升、生物处理的供 氧和推动混合、污泥的处理处置、附属建筑用电和厂 区照明等方面,其中约50%的电耗用于曝气池供 氧,以北京某污水处理厂2006年的电耗结构为例, 曝气池供氧电耗占了全厂电耗的43%一48%。因 此,节省电耗是污水处理过程节能降耗的一个重点, 降低供氧电耗则是最具节能潜力的环节。为此,国 家科技支撑计划设立了“A2/0工艺城市污水处理 厂节能降耗”研究项目,本研究内容即是该项目研 究的一部分。

去除COD和硝化是曝气池的主要功能,通常好 氧生物处理法对城市污水中的COD有良好的去除 效果,对NH4+.N的去除则因进水和操作条件的不 同而有较大差异。活性污泥的硝化性能是影响脱氮 的重要因素,良好脱氮须以较大程度的硝化为前提。 曝气池的DO和HRT影响着硝化程度,同时这2个 因素决定了能耗支出的量。因此,如何合理地控制 曝气池的DO和HRT,是污水处理厂节能降耗的重 要途径。本研究以北京某污水处理厂二期工程A。/ 0工艺为例,通过现场调查分析COD、NH:-N、TN、

基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重点项目(2006BACl9801-02) 收稿日期:2008—03—20;修订B期:2008一04—20 作者简介:黄浩华(1982一),男,硕士研究生,主要从事污水生物处 理研究工作。 ?通讯联系人。E?mail:xhwen@tsinghna.edu.on

万方数据

36

环境工程学报

第3卷

NO;-N及DO的沿程变化,并结合现场污泥的硝化

别为1.5、3、3、4.5和3 h。接种污泥取自现场回流

性能及小试试验,研究A2/O工艺中降低供氧能耗 的可行性及可操作的方法。


污泥,各池均设有搅拌器来维持污泥的悬浮状态。 主要运行参数与水厂一致,包括MLSS
2 500 2 000~

试验部分

mg/L,内回流比(300%),外回流比80%,温

度用加热棒控制在(20±1)℃。处理的污水与现场 曝气池的进水相同,均来源于现场曝气沉砂池出水, 进水水质为:
COD 300—400 mg/L,SCOD 200—270 mg/L, NH4+一N 40~50 mg/L.TN 49—55 mg/L,NO,-一N低

1.1现场调查

该污水处理厂二期工程的设计处理能力为20 万m3/d,采用具有脱氮除磷的A2/0工艺。其生化 池共有4组,每组5廊道,每廊道有效尺寸113 In×
9.5 m×6 m,厌氧段长56.5 m,缺氧段长113

in,其

于0.1 mg/L。

余为好氧段,为了便于分析各项指标的沿程变化,将 好氧段分为前、中、后三段,各段长度分别为113 169.5 in和1 13 m,即分别为1、1.5和1个廊道。厌 氧段、缺氧段、好氧前段、中段和后段的HRT分别为
1.5、3、3、4.5和3 h。
113、

在小试反应器运行中,设计了控制DO的3种 工况(表1)。工况1模拟了现场工艺中曝气段实际 采用的DO值;工况2降低了好氧后段的DO,这是 现场可能实现的节能方案之一;工况3则是将好氧 段前部改为缺氧段,也是可能的节能方案。各段 DO通过气体流量计控制曝气量来实现,曝气头为 圆柱状微孔曝气头。
表1 3种工况下曝气段的DO控制
D0 control of aerated tank (me/L)

分别于生化池进水端、厌氧池前端、厌氧池末 端、缺氧池前端、缺氧池末端、好氧池前段末端、中段 末端和后段末端处进行采样,共设8个采样点,水样 经过定性滤纸过滤处理,分析指标包括DO(现场测 定)、SCOD、NH;一N、TN、NO;.N、NO;-N及MLSS 等,其中DO用便携式溶解氧仪测定,其他指标均采 用国家标准方法,2007年12月一2008年1月共采
样3次。 1.2污泥硝化性能测定 测定污泥的硝化性能,可以有效地判断硝化完

Table l

under three conditions

注:厌氧段和缺氧段DO控制在0.2 me/L之_F

成的终点,从而有助于合理地控制曝气池的DO及 HRT,防止过度曝气。活性污泥硝化性能用比硝化 速率(SNR)来反映。比硝化速率的测定参考文献 [2],具体的测定方法如下:取约500 mL的现场回 流污泥放入1 L的烧杯中,再加入约0.1 moL/L的
NH4+一N约500 mL,分别将DO控制在2—3、4~5和
7—8

2结果与分析
2.1污水厂A2/O工艺中COD、NHf-N和TN的
沿程变化

3次现场采样的分析结果表明,该厂的A2/0工 艺对SCOD、NH4+-N和TN有良好的去除效果,其去 除率分别为65%~85%、95%一100%和61%一
71%。

mg/L的水平,持续曝气,用电磁搅拌器维持烧

杯内的良好混合状态,温度维持在(20±1)℃。在
0、0.5、1、1.5、2、3和4 h取样,测定NH4+一N、NO,-?N

图l反映了NH:-N的沿程变化情况,进出水的 NH;-N浓度为38—44和0—1.5 mg/L。在厌氧段 和缺氧段由于外回流和内回流的稀释,缺氧后端的 NH4*一N浓度降到了6—9 mg/L,在HRT为10.5


的含量,试验完毕后取水样测定MLSS,根据测定结 果计算现场污泥的比硝化速率。
1.3小试验证试验

结合现场调查及硝化性能测定的结果而提出的 曝气池节能方案,需要通过小试试验来验证方案的
可行性。小试反应器模拟了现场的A2/O工艺,反

的曝气段中,NH4-N浓度降到了0—1.5 mg/L,完全 达到了现行的一级A排放标准。其中,在HRT为


h的好氧前段末,NH;一N浓度已降低到5 mg/L以

应器总有效体积为60 L,其中厌氧池、缺氧池和好 氧池的体积分别为6、12和42 L,好氧池用隔板分隔 成前、中、后3段,各段的体积分别为12、18和12
L;

下,达到了一级A的排放标准,而在之后的好氧中 段和后段,NH4一N浓度进一步降低到1.5 mg/L之 下。可以看出,曝气长度有进一步缩短的潜力。另 外通过计算发现,有11.2%一21.9%的NH;.N在 缺氧段转化为NO,-一N,这可能是由于内回流带入一

有效水深为20 cm。进水量设定为4 L/h。厌氧池、

缺氧池、好氧前段、好氧中段和好氧后段的HRT分

万方数据

第1期

黄浩华等;城市污水处理厂A2/0工艺的节能降耗途径研究

37

定量的DO所致。

墨s

一笼

越6

誊4:


图1
Fig.1

NH??N的沿程变化
Fig.3

图3

DO的沿程变化

Variation of NH4"?N along the bio—reactor

Variation of DO along the bio-reactor

图2反映了TN的沿程变化情况,进出水的TN 浓度分别为41—49和14—17 mg/L。到厌氧段末, 由于外回流的稀释及反硝化作用,TN浓度下降到了
24—3l mg/L;到缺氧段末,由于内回流的稀释及反

2.2不同DO水平下的污泥硝化性能及NH4+?N 去除效果

表2总结了现场污泥在3种DO水平下的比硝 化速率。
表2现场污泥的比硝化速率(SNR)
Table 2 The SNR of the field sludge

硝化,TN浓度下降到14—17 mg/L;在曝气段,TN 没有明显的变化。通过计算发现,厌氧段和缺氧段 去除的’rN量分别占总去除量的37%一50%和50%
一63%。

从图l的NH4+一N沿程图可以看出,由于内外回 流的稀释作用,缺氧末端的NH4+一N浓度降为5.87
—9.19

mg/L,在DO为7—8 mg/L的水平下,MLSS

以2 000 mg/L计,根据表2给出的硝化速率计算,

在好氧前段、中段和后段NH;一N的浓度理论上可 分别降低5.12、7.68和5.12 mg/L,可使出水的实
图2
Fig.2

TN的沿程变化

际NH;一N浓度降低到0—0.3 mg/L,远远低于一级
A(夏季5 mg/L,冬季8
8 mg/L,冬季15 3

Variation of TN along the bio?reactor

ing/L)和一级B(夏季

图3反映了DO的沿程变化。厌氧段和缺氧段 保持了良好的厌氧和缺氧状态,两段的DO基本上 低于0.20 mg/L;通常认为,曝气池中DO值维持在 2—3 mg/L就可以取得良好的COD去除和硝化效 果,然而调查发现,曝气池中某些曝气段存在过度曝 气的现象,这使得部分好氧段的DO值过高,如前段 末端和中段末段的DO值高达6.3—9.7 mg/L,这在 一定程度上造成了能量的浪费。另外,从图3中还 可看出,若出水中DO值过高,会使内回流携带大量 的DO进入缺氧池,使缺氧池的DO过高,从而影响 缺氧池的反硝化效果。需要提到的是,好氧后段末 的DO值低于好氧前段和中段,原因在于好氧池中 并非均匀曝气,水厂技术人员通过曝气管网的阀门 控制,降低了好氧后段的曝气量,因而好氧后段的 DO值相对较低。

mg/L)的标准。在DO为2—

mg/L的水平下,好氧前段、中段和后段NH.-N的
mg/L,

浓度理论上可分别降低3.76、5.62和3.76

出水的NH;.N浓度可以降低到0—2.6 mg/L,仍远 低于一级A和一级B的标准。如果仅从达标的角 度考虑,在DO为2—3 mg/L的水平下,好氧中段和 后段的持续曝气可使出水的NH;?N达到一级A的 标准,即便只靠好氧后段曝气也可使出水的NH;一N 达一级B标准。因此提出了通过缩短曝气段、减少 曝气池HRT的节能方案,并通过小试试验来验证方
案的可行性。 2.3小试结果与分析

根据现场调查及硝化性能测定的结果而提出的 节能方案在小试中进行了验证。小试反应器在3种 不同的运行工况下对污水的处理效果如图4所示。

万方数据

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环境工程学报
∞ ∞ ∞ (%一哥篷悄 ∞ 如

第3卷

;酌
Fig.4 Removal

Ⅺ嗽 9V
/一

流入好氧前段的DO值更低,从而使得维持好氧前 段2—3 mg/L的DO需要略多一些的曝气鼍;尽管 工况2的总曝气量增加了5.7%,但是通过调整,系 统对TN的去除率提高了约7.7%。工况3与工况1 相比,总曝气量减少了17.1%,系统对TN的去除率 提高了约13.6%,既改善了处理效果,又降低了曝 气量,是一种处理效果更好、更节能的运行方式。
表3
Table 3

~ —N

◇∥∥◇,∥∥∥∥∥
日期

3种工况下好氧段的曝气量
Aeration quantity of the aerobic (m3/h)

+coD—SCOD+氨氮一TN
图4

3种工况下COD、SCOD、NH;-N和TN的去除率
rates

tank under three conditions

of COD,SCOD.

NH;一N

and TN under three conditions

对于COD和SCOD的去除,3种工况没有明显 的差别,出水中的COD、SCOD浓度在30一60 mg/L
和25—50 mg/L的范围,均可达80%一93%的去除

从以上的分析可以看出,现场A2/0工艺存在2 条节能途径:一是通过良好的自控手段严格控制曝 气池中的DO,将DO控制在2—3 mg/L,避免过度曝 气造成浪费;二是通过工艺调节,把好氧前段变成缺 氧区,在不影响硝化效果的前提下,减少曝气段的长 度,来达到降低能耗的目的。

率。对NH;?N的去除效果3种工况亦没有明显差 别,出水的NH;-N浓度为0一l mg/L,去除率达 99%以上,因此,工况的改变,缺氧段的延长及曝气 段的减短不影响硝化效果。对于TN的去除,工况1 出水中的TN浓度为26—33 mg/L,去除率为41%一 58%(平均去除率为48.6%),可能因为出水中的 DO值(2—3 mg/L)偏高,使得内回流带入较大量的 DO进入缺氧池,从而在一定程度上影响了反硝化 效果,使得TN去除率比现场的TN去除率约低15% 一20%。工况2对好氧后段的DO调整为0.5一
1.5

3结论与建议
(1)现有污水处理厂曝气池停留时间较长,并 存在过度曝气的现象。 (2)现场污泥的比硝化速率随着DO的增加而
增加,在DO为2~3 mg/L的情况下,出水NH;一N

mg/L,系统对TN的去除效果有了一定的提高,

可降低到2.6 mg/L之下,达到一级A的排放标准。 因此,严格控制曝气量,防止过度曝气而出现DO过 高的现象,是节约能耗的一种途径。 (3)小试的结果表明,将好氧前段变成缺氧段, 使缺氧段的HRT由3 h变为6 h,既不影响硝化效 果,又可使TN的去除率提高约13.6%,同时减少 17.1%的曝气量,是一种处理效果更好、更节能的运 行方式。 (4)把小试的结果推广到现场的A2/O工艺,一 方面可通过减少曝气段长度,即把前1个曝气廊道 (好氧前段)停止曝气变为缺氧段,来降低能耗,另 一方面,须严格控制曝气段的DO,防止过度曝气。 参考文献
[1]朱五星,舒锦琼.城市污水处理厂能量优化策略研究. 给水排水,2005,31(12):31—33 [2]丁永伟,王琳,王宝贞.悬浮态污泥的SRT对复合式
A2/O工艺性能的影响.环境科学学报,2005,25(12):
1608—1614

出水中TN浓度为19~25 mg/L,去除率为51%一 63%(平均去除率为56.3%),比工况1的TN去除 率提高了约7.7%。工况3与工况1的不同在于将 好氧前段变为缺氧段,使得缺氧池的HRT由原来的
3 h变成6

h,而曝气段的HRT由原来的10.5 h变

为7.5 h,经过运行条件的调整,系统对TN的去除效

果有了迸一步的改善,出水的TN浓度降低到16—
21

mg/L,基本达到一级B的排放要求,去除率为59%

一70%(平均去除率为62.2%),比工况1的TN去除率 提高了约13.6%,与现场的TN去除效果相近。 3种工况下好氧段的曝气量见表3。在工况1 中,尽管好氧前、中、后3段控制的DO范围相同,但 是曝气量却沿程递减,主要的原因是随着耗氧物质 的降解,沿程负荷递减,因此维持同一水平DO所需 要的曝气量逐渐减少。与工况l相比,工况2的好 氧前段曝气量有所增加,可能是由于降低了后段的 DO值,使得外内回流带入厌氧、缺氧段的DO减少,

万方数据


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