城市污水处理脱氮除磷的技术解决方案770e598aa0116c175f0e48d9

施汉昌环境模拟与污染控制国家重点联合实验室清华大学环境科学与工程系城市污水处理厂脱氮除磷的若干技术问题研讨内容•技术背景•脱氮除磷工艺的氧化还原状态控制•脱氮除磷工艺的化学加药控制•膜生物反应器的脱氮除磷潜力•技术背景松花江高锰酸盐指数、石油类、BOD5辽河高锰酸盐指数、石油类、BOD5长江氨氮、石油类、BOD5黄河氨氮、石油类、BOD5珠江石油类、溶解氧、氨氮淮河高锰酸盐指数、BOD5、氨氮海河氨氮、高锰酸盐指数、BOD5浙闽区河流氨氮、石油类、BOD5西南诸河铅、高锰酸盐指数、石油类、西北诸河氨氮、高锰酸盐指数全国10大流域中除了松花江流域和西南诸河流域外氨氮都是引起水质超标的主要污染物。我国主要流域的水环境污染物湖泊的富营养化与水华太湖蓝藻爆发引起的水污染事件太湖蓝藻爆发纯净水销售一空上海支援瓶装水300万人口的无锡市停水2天技术背景2006年国家环保总局第21号公告：排入重点流域及湖泊、水库时执行一级A标准。噢噢噢全国已建成污水处理厂的工艺类型城市污水的一般水质特点TN、TP和氨氮存在一级A达标的难度脱氮除磷工艺改进运行的一般途径目前，COD达标已基本解决，多数污水处理厂主要是氮磷的达标排放问题。内容•技术背景•脱氮除磷工艺的氧化还原状态控制•脱氮除磷工艺的化学加药控制•膜生物反应器的脱氮除磷潜力•脱氮除磷工艺的氧化还原状态控制工艺设计：环形AAO+滤池出水标准：I级A12厌氧池缺氧池好氧池二沉池混合液回流污泥回流（100％）（200％）反硝化/砂滤池紫外消毒预缺氧池AAO脱氮除磷污水处理工艺进水水量水质的动态变化运行状态的动态背景氨氮沿程变化010203040500.000.330.671.00相对延程长度氨氮浓度mg/L低负荷高负荷第一廊道第二廊道第三廊道厌氧缺氧好氧正磷沿程变化051015202530350.000.330.671.00相对延程长度总磷浓度mg/L低负荷高负荷第一廊道第二廊道第三廊道厌氧缺氧好氧DO沿程变化02460.000.330.671.00相对延程长度DO浓度mg/L低负荷高负荷第一廊道第二廊道第三廊道厌氧缺氧好氧工艺参数的沿程变化工艺各段的氧化还原状态直接影响着脱氮除磷的效果：厌氧段生物释磷缺氧段反硝化脱氮好样段硝化、生物吸磷二沉池厌氧、缺氧的生物反应初沉池生化池二沉池进水水质监测厌氧缺氧区ORP好氧区DO、MLSS二沉出水水质检测深度处理技术背景氧化还原状态的可控环节出水监测曝气池供气量外回流量污泥排放量内回流量可控环节：供氧控制模式与实施条件前馈控制（较复杂）：几种监测仪器＋模型反馈控制（交简单）：较少仪器依据负荷变化以前馈调整设定值以反馈保持受控变量的控制精度0102030409-109-119-129-139-149-159-169-17TimeAerationofO7,8,9,m3/h010203040ReferencelineExperimentline总供气量减少20％曝气流量执行机构MO2DOF曝气流量配气模型处理单元过程模型溶氧仪曝气池P鼓风机目标出口压力液位计曝气头压力传感器流量计流量调节阀一种进水变化的间接跟随控制技术精确曝气控制基于DO反馈的精确曝气控制鼓风机1鼓风机iDN500流量调节阀门进水出水曝气总管DN1200350-2350-1350-3300-1300-2300-3300-4300-5250-1250-2250-3250-4250-5250-6厌氧厌氧缺氧好氧好氧好氧好氧流量计3（已有）DN500流量调节阀（加装）溶氧仪溶氧仪流量计1（已有）压力变送器热式流量计2热式流量计1曝气干管DN500DN500流量调节阀（加装）鼓风机1鼓风机iDN500流量调节阀门4进水出水曝气总管DN1200350-2350-1350-3300-1300-2300-3300-4300-5250-1250-2250-3250-4250-5250-6厌氧厌氧缺氧好氧好氧好氧好氧流量计3（已有）DN500流量调节阀门3溶氧仪3流量计1（已有）第一组第二组第四组第三组压力变送器热式流量计2热式流量计4曝气支管DN500溶氧仪1溶氧仪2bMLSS手动DN500蝶阀（常闭）手动DN500蝶阀（常闭）DN500流量调节阀门2DN500流量调节阀门1总管流量控制模式（控制曝气干管）分组流量控制模式（控制分支管）基于DO反馈的精确曝气控制优点：对好氧生物处理可以保持良好的供氧条件；在进水负荷低时可以自动减少曝气量，实现节能的目标；控制系统及仪表比较简单。缺点：没有综合考虑生物处理系统中微生物的作用；仅考虑供气系统的节能，控制策略相对滞后。基于DO反馈的精确曝气控制基于进水负荷前馈与DO反馈的控制技术•脱氮除磷污水处理工艺的自控系统–负荷前馈-多参数反馈的综合控制系统氨氮负荷C/N比例内回流比碳源投加溶解氧设定值变频泵鼓风系统在线水质仪表、流量计外回流比污泥浓度进水特性污泥龄排泥量ORP校核流量出水正磷设定值变频加药生化单元DO控制出水正磷加药控制鼓风机风量控制碳源投加控制负荷前馈单元反馈控制•脱氮除磷污水处理工艺的自控系统基于进水负荷前馈与DO反馈的控制技术给定不同分区的DO控制值基于进水负荷前馈与DO反馈的控制技术基于进水负荷前馈与DO反馈的控制技术基于进水负荷前馈与DO反馈控制技术的应用•AAO工艺的曝气控制系统鼓风机房控制柜干管压力计在线COD、氨氮仪表干管电动球阀10个干管流量计10个溶解氧仪共6个支管电动球阀2个低温对AAO工艺硝化的影响冬季运行的温度影响•适宜温度：10-22度•生长速率恒定：30-35度•生长速率递减：35-40度•低活性区：0-10度010203040506-177-178-169-1510-1511-1412-141-132-123-13Time(2007-2008)InfluentNH3-N/(mgN/L)048121620进水氨氮出水氨氮EffluentNH3-N/(mgN/L)冲击负荷引起超标冬季低温引起超标0102030405012-181-71-272-163-83-28Time(2009)InfluentNH3-N/(mgN/L)048121620NH3-N进水NH3-N出水局部投加生物填料强化脱氮•由于硝化细菌的生长速率比一般异养微生物低，采用固定生长的方式将使硝化细菌附着生长在生物载体上是提高污水处理系统在低温条件下对氨氮去除能力的有效方法之一。填料填料截流隔栅优点：可以结合目前国内普遍采用的A2O污水处理工艺条件，在曝气池段添加悬浮生物载体，强化污水处理厂的脱氮效果，非常适用于城镇污水处理厂的升级改造。一些仍需回答的问题：1.填料上附着生物膜与曝气池内悬浮活性污泥之间的竞争关系；2.填料上附着生物膜实现同步硝化反硝化的能力;3.填料的投加位置。填料生物膜活性分析•对象：芦村污水处理厂曝气池–填料的充填率：厚5mm、直径30mm，13％，37个/L•填料生物膜对COD降解能力较差–74颗填料置于1L清水中，加入50mgCOD/L•μmX(1-Y)/Y=0.12•rBOD=0.008COD•填料生物膜的氨氮氧化能力明显–1L清水，加74个、30个填料，加入氯化铵2mgN/L–74个/L:μmX(1-Y)/Y=1.4;rBOD=2.85mgO/L–30个/L:μmX(1-Y)/Y=0.6;rBOD=1.4mgO/L•氨氮底物的最大呼吸速率：0.02mgO/L·个·min填料生物膜+活性污泥活性分析•活性污泥与填料的活性特征–碳底物：污泥rM为1.2，填料rM(30个）0.06可忽略–氨底物：污泥rM为0.3，填料rM（30个）0.6•预计混合后：碳底物1.2，氨底物0.9•实际结果：碳底物1.2，氨底物0.600.511.522.533.544.500.20.40.60.811.2CODmg/lOURexmg/(l.min)00.511.522.533.544.5500.10.20.30.40.50.6CODmg/lOURexmg/(l.min)1L污泥＋30颗填料＋50mgCOD/L1L污泥＋30颗填料＋2mgN/L表明填料上富集了自养菌。微电极测试系统氧微电极尖端(~10µm)填料生物膜内氧浓度的分布•对象：某污水处理厂曝气池；•研究手段：溶解氧微电极•填料生物膜十个随机取样点的厚度分布024681002004006008001000Depth[micron]Position107-1-5107-1-6107-2-5107-2-6—填料上生物膜厚度差异很大。厚度最小低于100µm，厚度最高大于800µm，平均值在300µm左右。填料生物膜内氧浓度的分布•不同DO浓度下的生物膜内氧浓度分布0200400600800012345Oxygenconcentration[mg/L]Depth[micron]BulksolutionBiofilm—外环境溶解氧浓度分别控制在5~6mg/L，3mg/L，1.5mg/L和0.5mg/L，基质条件不变；—当外环境溶解氧浓度在0.5mg/L时，生物膜内部能够形成缺氧环境，为实现同步硝化反硝化提供条件。-1000100200300400500600700800900012345Oxygenconcentration[mg/L]Depth[micron]BulksolutionBiofilm填料投加的位置分析•为避免与异养菌竞争DO，富集自养菌，填料宜投加在好氧池中后部；填料•为形成缺氧条件，帮助实现同步硝化反硝化，填料宜投加在好氧池中前部。促进反硝化促进硝化内容•技术背景•脱氮除磷工艺的氧化还原状态控制•脱氮除磷工艺的化学加药控制•膜生物反应器的脱氮除磷潜力•脱氮除磷工艺的化学加药控制化学除磷可显著提高出水磷稳定达标情况－在国外广泛使用：英国、美国、丹麦、瑞典将生物除磷与化学除磷相结合,可以充分利用生物除磷费用低、化学除磷出水磷浓度低且比较稳定的优点。若完全依靠化学除磷：－药剂用量大，费用很高－药剂长期累积对生物反应系统影响－化学污泥产生化学除磷的控制化学除磷的控制在线磷酸仪预处理装置化学除磷加药点在线数据传至中控室化学强化除磷的工程示范调频加药泵化学除磷的控制与定量投加相比动态控制可节省加药量18.9%，并能将出水OP稳定控制在0.2mg/L以下。AAO化学除磷效果比较定量投加动态控制动态控制应用效果比较曝气池磷浓度（mg/L）除磷药剂类别药剂投加量β（等效Al离子浓度mg/L）磷达标所需费用(元/t)动态控制可节约成本0.8mg/L0.5mg/L0.8mg/L0.5mg/L2.0聚合铝铁（液）6（10.5）7(12.2)0.0890.10320%1.54（5.2）6（7.8）0.0440.06715%1.02（1.7）5（4.4）0.0150.03710%0.803（2.1）-0.0185%芦村四期除磷加药控制系统化学除磷的动态控制采用前馈-反馈结合的控制策略，根据加药前的流量和OP浓度，以及出水TP浓度控制加药量。化学除磷的控制效果00.10.20.30.40.50.60.70.811-111-611-1111-1611-2111-2612-112-612-11曝气池末端OP(mg/L)00.10.20.30.40.50.60.70.811-111-611-1111-1611-2111-2612-112-612-11出水TP(mg/L)加药前OP出水TP人工加药时出水TP波动较大，有较长时间小于0.1mg/L。采用自动控制后，出水TP基本在0.2-0.3mg/L范围内波动。自动控制后药剂投加量较为合理，加药前的OP浓度逐渐升高，基本稳定在0.6mg/L左右。11月份（11.1-11.25）日均加药量6.28m3/d，控制后平均加药量（11.26-12.10）为4.6m3/d，可节约药剂量26.7%，但目前控制系统运行时间尚短，还不具备代表性。化学除磷对活性污泥系统影响加药后污泥沉降性能得到一定改善，但存在使沉降性能改善的最大加药量值（比例0.15mL/L），