城市污水处理厂曝气阶段的节能降耗研究

城市污水处理厂曝气阶段的节能降耗研究

作者：李亚静 郑淑平

来源：《科技创新导报》2012年第27期

摘要：以天津某污水处理厂A2/O工艺为例，结合现场调查及小试试验，研究了A2/O工艺中降低供氧能耗的可行性。通过现场调查，考察了现有工艺条件下COD、氨氮、TN、TP和DO的变化规律。结果表明，系统现有工艺中好氧池的DO在2～3mg/L左右，系统对COD、氨氮和TP的去除效果稳定，但对TN的去除效果较差。本研究通过小试试验，控制曝气段的DO在1.5mg/L左右，避免过度曝气造成浪费，同时系统内形成了稳定的同步硝化反硝化（SND），增加约6.6%的TN去除率。

关键词：A2/O工艺 节能降耗 曝气量 溶解氧 同步硝化反硝化 TN

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（c）-0149-02 典型的二级城市污水处理厂电耗中，污水提升占10%～20%，污水生物处理（主要用于曝气供氧）占50%～70%，污泥处理占10%～25%，三者能耗之和占总直接能耗的70%以上[1]。 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。

曝气是维持曝气池内DO浓度的直接手段，通过控制曝气强度来控制DO浓度。而曝气池内DO浓度对微生物活动的影响很大，进而影响整个污水处理进程。因此，如何合理地控制曝气池的DO，在保证出水水质的同时最大限度地降低供氧电耗是污水处理厂节能降耗的重要途径。

本研究以天津某污水处理厂A2/O工艺为例，通过现场调查分析COD、NH4+-N、TN、TP及DO的沿程变化，并结合小试试验，研究A2/O工艺中降低供氧能耗的可行性及可操作的方法。

1 试验部分 1.1 现场调查

该污水处理厂处理能力为54万m3/d，污水处理采用A2/O工艺。共有2座A2/O生物池，其设计最大处理水量为8.5万m3/d。单座A2/O生物池为 54.7m×80.7m×6.3m。2座A2/O生物池中的厌氧段为2个廊道容积为5880m3；缺氧段为6个廊道容积为17640m3；好氧段为6个廊道容积为17640m3。A2/O生物池各段参数为： ①厌氧段：理论停留时间为1.78 h；

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

②缺氧段：池容积为17640 m3；污泥浓度为3.3 g/L；泥龄为10.9 d；

③好氧段：池容积为17640 m3；污泥浓度为3.3 g/L；泥龄为10.9 d；空气量为 15200 m3/h。

COD采用HACH COD快速测定仪[2]；PO43--P采用钼锑抗分光光度法[2]；MLSS采用滤纸重量法[2]；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法[2]；TN采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法[2]；DO采用YSI5000型溶解氧仪[2]。 1.2 小试试验

根据现场调查的结果，通过小试试验来考察曝气段通过降低DO来达到节能目的的可行性。小试反应器模拟了现场的A2/O工艺，接种污泥取自此污水处理厂二沉池污泥，采用SBR反应器来运行，有效容积为4.5L，充水比为0.7。本试验安排一天3个周期，一个周期8h，其中：厌氧1.5h（包括进水5min），缺氧2.5h，好氧3h，沉淀30min，排水20min，闲置10min。SBR系统通过微电脑定时控制器和电磁阀实现进水、搅拌、曝气、沉降、排水的自动控制。其中主要运行参数与水厂一致，包括：污泥浓度维持在3000mg/L左右，泥龄控制在15d左右；处理的污水与现场曝气池的进水相同，进水水质为：COD浓度为300～400mg/L，PO43--P浓度为4～5mgP/L，NH4+-N浓度为30～40mgN/L，TN浓度为40～50mgN/L。 为了考察 DO对污水出水水质的影响，通过转子流量计控制曝气量，实现在小试反应器运行中3个不同的DO浓度水平。其中一个DO浓度模拟了现场工艺中曝气段实际采用的DO值；其余两个DO浓度均不同程度的降低了好氧段的DO值。 2 结果与分析

2.1 污水厂A2/O工艺中COD、NH4+-N、TN和TP的变化规律

通过现场采样的分析结果表明，该厂的A2/O工艺对COD、NH4+-N和TP有良好的去除效果，其去除率分别为87%～94%、83%～95%和75%～85%，然而脱氮效率即TN去除率只在45%～55%之间，很难进一步提高，见图1～4。

现场运行结果表明，好氧池溶解氧长期徘徊在2～3mg/L，A2/O对总氮的去除率并不高，一个关键因素在于好氧段的溶解氧值偏高。传统的水处理理论认为，氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的。然而，近年来国内外有不少试验和报道证明有同步硝化反硝化（SND）现象，尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统[3-7]。因此，可以看出控制溶解氧值，是良性运行的一个关键要素。如何有效提高A2/O工艺脱氮效率，降低出水氨氮和总氮质量浓度以及系统运行费用，具有重要的意义。在下面的内容中将考察通过采用A2/O工艺小试控制DO水平是否能既减少了曝气量又提高了氨氮和总氮的去除率。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

2.2 小试结果与分析

通过控制曝气强度使整个曝气过程中混合液的DO浓度控制在1.0、1.5和2.0 mg/L （误差±0.2 mg/L）来考察3种DO浓度下COD、NH4+-N、TN和TP浓度变化情况，见表1。 由表1可见，不同DO浓度下，COD和磷酸盐的去除率变化不明显，但是氨氮、总氮去除率却有较大差别。当DO为1.0mg/L时，由于DO浓度过低限制了硝化反应，使用于反硝化的NO3-和NO2-供给不足而成为系统TN去除的限制因素；而当DO为2.0mg/L时，由于DO浓度相对较高，一方面使得氧的穿透能力增强，使活性污泥内部形成的缺氧区较小，反硝化能力较弱，从而降低了系统的SND脱氮能力；DO为1.5mg/L左右时TN去除率最高，达到了56.3%。分析其原因：

在SND过程中，硝化菌和反硝化菌对DO需求不同，存在一个最佳范围。因此，将DO浓度控制在适当范围内，使硝化过程与反硝化过程的动力学达到基本平衡，将会得到更加理想的脱氮效果。 3 结论与建议

（1）污水厂生物处理中曝气阶段的供氧电耗是最具节能潜力的环节。通过控制曝气强度来控制DO浓度，使其在保证出水水质的同时最大限度地降低供氧电耗是污水处理厂节能降耗的重要途径。

（2）小试结果表明，对A2/O工艺采用较低的曝气量，将好氧段DO从2～3mg/L降低到1.5mg/L左右，既可以降低曝气量减少能耗，同时又可促成同步硝化反硝化作用的发生。使TN的去除率提高约6.6%，是一种处理效果更好、更节能的运行方式。

（3）把小试的结果推广到现场的A2/O工艺，须严格控制曝气段的DO，防止过度曝气，是节约能耗的一种途径。 参考文献

[1] 高旭，龙腾锐，郭劲松.城市污水处理能耗能效研究进展[J].重庆大学学报（自然科学版），2002，25（6）：143-148.

[2] 国家环保局.水和废水监测分析方法[M].3版.北京：中国环境科学出版社，1989：248-250.

[3] Bruce E，Rittm ann，Wayne E L.Simultaneous denitrification with nitrification in single-channel oxidation ditches Journa[J].WPCF，1985，57（4）：300-308.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[4] Pochana K，Keller J.Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification （SND）[J].Wat Sci Tech，1999，39（6）：61-68.

[5] Pochana K，Keller J，Lant P.Model development for simultaneous nitrification and denitrification[J].Watsci Tech，1999，26（3/4）：511-522.

[6] Robertson L A.Simultaneous nitrification and denitrification in aerobic chemostat cultures of thiosphaera pantotropha [J].Applied and Environmental Microbiology，1998，54（11）：2812-2818.