高碑店污水处理厂强化硝化性能的优化控制 4页

第28巷第13期中国给水排水V0I．28No．132012年7月CHINAWATER＆WASTEWATERJu1．2012高碑店污水处理厂强化硝化性能的优化控制葛勇涛，李佟，王佳伟，高琼，蒋勇，刘呜，杜爽(北京城市排水集团有限责任公司，北100022)摘要：高碑店污水处理厂通过控制好氧泥龄和溶解氧浓度等措施来强化硝化效果，使二级出水氨氮浓度连续四年稳定达到热电厂循环冷却水水质要求(<1mg／L)。实际运行经验表明，在进行污泥龄计算时，应充分考虑污水及污泥的动态变化特征，通过物料平衡修正好氧泥龄，从而避免因泥龄过低导致的硝化不足；此外，对于来水量波动较大的大型污水厂来说，溶解氧自动控制是保障稳定的硝化效果和降低能耗的重要手段。通过对四年运行数据的统计计算，高碑店污水厂的鼓风机电耗为0．1kW·h／m，去除单位氨氮的电耗为1．95kW·h／kg，去除单位氨氮的鼓风机电耗成本约为1．487L／kg。关键词：硝化；氨氮；好氧泥龄；溶解氧；成本中图分类号：X703文献标识码：C文章编号：1000—4602(2012)13—0136—04OperationContro京lofEnhancedNitrificationPerformanceinGaobeidianWastewaterTreatmentPlantGEYong—tao，LITong，WANGJia—wei，GAOQiong，JIANGYong，LIUMing，DUShuang(BeijingDrainageGroupCo．Ltd．，Beng100022，China)Abstract：UsingthecasestudyofBeijingGaobeidianWWTP．fouryearsstabilityinwhichammo-nianitrogenwaslessthan1mg／Linthesecondaryefluentwasachieved．Therequirementsforcoolingwaterinthermalpowerplantweresatisfied．EnhancednitrificationperformanceisachievedbycontrollingaeratedsludgeretentiontimeandDO．Actualoperatingexperienceindicatesthatsludgeretentiontimees-timationshouldtakeintoaccountthedynamiccharacteristicsofwastewaterandsludge．Aeratedsludgeretentiontimecanbecorrectedbymaterialbalancecalculationinordertoavoidlackofnitrificationduetolowsludgeretentiontime．Inaddition，forlargewastewatertreatmentplantswithlargewastewaterfluctua—tion，DOautomaticcontrolisanimportantmethodtoensurethestabilityofnitrificationandlowenergyconsumption．Basedonthefour—yearstatisticaldata，theblowerenergyconsumptionis0．1kW·h／m，theenergyconsumptionforammonianitrogenremovalis1．95kW·h／kg，andtheblowerenergycostforammonianitrogenremovalisabout1．48Yuan／kg．Keywords：nitration；ammonianitrogen；aeratedsludgeretentiontime；dissolvedoxygen；cost基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07318—005)；北京市优秀人才培养项目(PYZZ090428001289)·l36·\n葛勇涛，等：高碑店污水处理厂强化硝化性能的优化控制第28卷第13期在国家“十二五”环保规划中，氨氮是水污染物传统活性污泥法二级处理工艺，按A／O除磷工艺运“实施总量控制”的新指标，其控制目标比2010年行，未设混合液内回流设施(见图1)。减少了10％。与COD指标一样，氨氮也是水体中的主要耗氧污染物，并且氨氮可被微生物氧化为亚硝酸盐氮，进而与蛋白质结合生成亚硝胺，具有致癌和致畸作用；另一方面，氨氮可为藻类生长提供营养源，增加水体富营养化发生的几率。由于硝化菌在图1高碑店污水处理厂工艺流程好氧生化系统中与异养菌的竞争处于绝对的劣势、Fig．1FlowchartoftreatmentprocessinGaobeidianW对水温及有毒物质敏感、耐工业废水冲击能力较弱高碑店污水厂从2001年开始一直向华能热电等一系列不利因素，导致现在的大型城市污水处理厂提供再生水，自2007年起，又新增了高井热电厂厂对硝化过程的控制成为难点之一_1。另外，国和石景山热电厂等工业用户，对再生水的供水数量、内缺少大型污水处理厂强化硝化性能的稳定运行经质量和稳定性都有更严格的要求，其中要求氨氮浓验和成本的相关报道。北京市高碑店污水处理厂二度低于1mg／L，以满足《城市污水再生利用工业用级出水氨氮浓度连续四年稳定达到热电厂循环冷却水水质》(GB／T19923-2005)中“当敞开式循环冷水水质要求(<1mg／L)，笔者根据其运行经验，重却水系统换热器为铜质时，循环冷却系统中循环水点探讨了现有污水处理厂通过控制泥龄和溶解氧浓的氨氮指标应小于1mg／L”的要求。度等措施实现强化硝化性能的方法，并分析了去除高碑店污水厂一期工艺设计时尚无出水氨氮指氨氮的电耗和成本。标，二期设计考虑到北京的水资源缺乏，二级出水水1高碑店污水处理厂硝化单元简介质要利于后续的深度处理和消毒等问题，因此出水高碑店污水处理厂承担着北京市中心区及东郊氨氮限值为3mg／L，一期和二期设计均不能满足再地区总计9661hm流域范围内的污水处理，规划生水用户对氨氮指标的要求。服务人口为240×10人，占地为68hm，分两期建2硝化效果与过程控制措施设，总设计规模为i00X10m／d。由于历史原因，2。1硝化效果设计出水水质执行《污水综合排放标准》(GB在不改变工艺和处理设施的情况下，高碑店污8978-1996)的二级标准。高碑店污水处理厂分为水厂采用控制好氧泥龄和溶解氧水平等措施来实现四个系列，每系列设计规模为25×10m／d，一、二强化硝化效果，使出水氨氮浓度降至1mg／L以下。系列属于一期工程，三、四系列为二期工程，均采用2008年—2011年的运行数据见图2。鲫加∞如∞如图22008年_2011年生物反应池进水TKN和出水氨氮浓度变化Fig．2VariationofinfluentⅡandefluentNH3一Ninbiologicalreactorfrom2008to2001由图2可知，高碑店污水厂初沉出水的TKN大部分在40～60mg／L之间，二沉出水氨氮年均值在·137·\n第28卷第13期中国给水排水0．3～0．5mg／L之间，对氨氮的平均去除率在99％对物料平衡所涉及的每个计量环节做单独分以上，出水氨氮达标率在98％以上，仅在每年冬季析。①进水量：巴氏计量槽为污水厂重点计量设备，和人春时的少数时段出水氨氮浓度略有超标。需定期检验，监测的进水量不会有很大误差；②排泥2．2好氧泥龄控制量：排泥量由剩余污泥泵流量和运行台时确定，每个泥龄是保证生物污泥中细菌存在的条件，硝化系列的排泥总量约为10～15t干泥／d；③回流量：回n●0●6【)0菌只能在有氧条件下才能繁殖，从而提高其在微生流量由回流泵和运行台时确定，基本为固定值，将回0●0_【●0(}z物菌群中的比例。因此，以好氧池中的污泥龄为基流泵的流量做±20％的误差假设，计算后每系列进础计算得到的好氧泥龄是保证生物污泥中硝化菌存出干泥的变化量为±70t。可见，进水量、排泥量和在的条件，好氧泥龄通常采用如下方法计算：回流量的计量都不会造成较大的误差。好氧泥龄=对曝气池和回流污泥的MLSS值监测发现，一MLSS曝气池×曝气池容积天内曝气池MLSS浓度变化较小，而回流污泥浓度(MLSS回流污泥X剩余污泥量)+(进水量X出水SS)存在较大波动(见图4)。回流污泥浓度从早上5点(1)开始下降，最低点出现在8点一10点，随后增加，至一般情况下，对好氧泥龄的取值至少应为硝化13点后开始稳定。这是由于采取恒定污泥回流量菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数大于2；要的控制方式，当夜间水量较少、而回流量和白天一样得到理想的硝化效果，好氧泥龄至少应在8d以上。时，使污泥从二沉池向曝气池转移，．二沉池泥位不断而且，硝化反应还受到温度的影响，硝化反应的适宜降低，回流污泥浓度的日变化量达到30％以上。温度是2O～30℃，硝化比增长速率与温度的关系遵从Arrhenius方程，温度每升高10℃，硝化比增长速率增加1倍J。高碑店污水厂曝气池最低水温时期∽为12月末一2月，基本维持在l5℃左右，最高水温在24℃左右。因此，高碑店污水厂冬、春季好氧泥龄的控制范围为15～21d，夏、秋季为13～17d，平均好氧泥龄为15d(见图3)。30图4回流污泥浓度的变化25Fig．4Variationofreturnedsludgeconcentrationinoneday蠢2015～通常污水厂的采样时间为早晨8点，正处于较婪·低的回流污泥浓度时段。可见，目前检测的回流污O泥浓度由于采样的原因小于实际的平均排泥浓度。n∞C,I00IIllI0∞利用式(2)通过物料平衡反推的全天实际回流污泥0一葛00IIl1I02浓度为7000mL，比检测的回流污泥浓度平均值g8000日期(5800mg／L)高出20％。以调整后的回流污泥浓度重新计算好氧泥龄，2009年春季的实际平均好氧图32008年_2011年的好氧泥龄变化Fig．3VariationofaerobicSRTfrom2008to2001泥龄为12d，部分时段甚至低于10d。因此，在实际尽管计算所得好氧泥龄略高于理论所需的好工艺调控中，应通过物料平衡修正好氧泥龄，从而避氧泥龄，但是仍然存在超标现象。利用式(2)进行免因泥龄过低导致的硝化不足。二沉池物料平衡计算后发现，进入二沉池的干物质2．3溶解氧控制量高出排出量30％左右，相当于每天每系列进出干溶解氧是影响硝化反应的重要因素之一。在一泥(含水率以80％计，下同)量相差500t以上。般的活性污泥微生物菌群中，异养菌占95％，自养(进水量+回流量)XMLSS曝气池=出水量×菌仅占5％，但自养菌中的硝化菌的耗氧系数却是SS二沉+(回流量+排泥量)XMLSS回流污泥异养菌的5倍J。在常规的A／O工艺中，用于硝化(2)反应的耗氧量占总耗氧量的65％，硝化反应正常进·138·\n葛勇涛，等：高碑店污水处理厂强化硝化性能的优化控制第28卷第13期行的最低溶解氧浓度不得低于1mg／Ll6J。高碑店具有很好的代表性。以此时的DO值作为调整供气污水厂好氧段末端溶解氧平均值通常在6mg／L左量和气量分布的参考标准，会造成夜问溶解氧处于右，即使在近三年中发生氨氮超标的时期，曝气池末较低水平，使硝化效果不稳定，导致一天内的出水氨端溶解氧也在2～6mg／L之间。氮浓度变化幅度较大。因此，溶解氧自动控制是保通过计算得出，维持高碑店污水厂出水氨氮<1障稳定的硝化效果和降低能耗的重要手段。mg／L所需的最小供气量约为16m／s。其中，硝化3去除氨氮的运行电耗与成本菌的耗氧系数即硝化需氧量取4．57，异养菌的好氧通过对四年运行数据的统计计算，高碑店污水系数取1．0，实际氧利用率取32％，进水BOD和厂的鼓风机电耗为0．1kW·h／m，去除单位氨氮的TKN分别取150和50mg／L。因此，为满足硝化需鼓风机电耗约为1．95kW·h／kg，电费按0．763要，2008年一期供气量从2007年的8m／s逐步调(kW·h)计，则去除单位氨氮的鼓风机电耗成本约高到12m／s，在3月份之前可以满足硝化率98％为1．48kg。的需要。但是随着第一场春雨的到来，3月5日氨4结论氮浓度超标，之后的几天内氨氮浓度持续上升，硝化高碑店污水处理厂二级出水氨氮浓度连续四年效果不见好转。3月8日将供气量从12m／s提升稳定达到热电厂循环冷却水水质要求(<1mg／L)。到18m／s，氨氮浓度立刻有所降低，但在之后的一运行结果表明，鼓风机电耗为0．1kW·h／m，去除个月内，硝化仍很不稳定，氨氮在1～2mg／L之间波单位氨氮的鼓风机电耗约为1．95kW·h／kg，去除动。然而在整个运行期间，曝气池末端溶解氧一直单位氨氮的鼓风机电耗成本约为1．48元／kg。控制维持在8mg／L的高值，与供气量和氨氮浓度的变化好氧泥龄和溶解氧浓度等措施是实现污水处理厂强并无太大关系。由此可知，提高溶解氧水平一定程化硝化性能的重要保障，在运行管理中需要进一步度上提高了硝化速率，降低了出水氨氮浓度，但由于提高泥龄计算的精确性和溶解氧控制的稳定性。好氧泥龄不足，出水氨氮浓度不稳定。因此，充足的供气量和好氧泥龄均是保证硝化效果的必要条件。参考文献：出现这种末端溶解氧浓度较高但硝化不充分的[1]王海东，王淑莹，彭永臻，等．进水负荷对硝化菌与异现象，还应考虑到水量波动对溶解氧浓度测量和判养菌竞争关系的影响[J]．中国给水排水，2006，22(23)：26—29．定的影响。图5是单系列瞬时进水量与曝气池溶解[2]刘礼祥，刘芳佞，夏永生，等．城市污水厂夏季出水氨氧浓度的监测数据。氮超标突发事件的调查与分析[J]．中国给水排水，2010，26(6)：24—26．皿唧一磐f-[3]HiroseK，IgarashiT，OchiaiE，eta1．ImprovementofwastewatertreatmentperformanceoftheFukashibatreat—螫、酸mentplant[J]．WaterSciTechnol，2006，53(11)：127～133．[4]杨庆，彭永臻．中试规模的城市污水常、低温短程硝化反硝化[J]．中国给水排水，2007，23(15)：1—3．[5]RuizG，JeisonD，RubilarO，eta1．Nitrification—denitrifi—cationvianitriteaccumulationfornitrogenremov~from图5瞬时进水量与曝气池D0浓度的关系wastewaters[J]．BioresourTechnol，2006，97(2)：330～Hg：5RelationshipbetweeninstantaneousinflowandDO335．concentrationinaerationtank[6]WuChangyong，ChenZhiqiang，LiuXiuhong，eta1．Nitri—由图5可见，24h内的瞬时进水量在1．2～2．8fication—denitrificationvianitriteinSBRusingreal—timem／s之间大幅度波动，导致曝气池的DO浓度波动controlstrategywhentreatingdomesticwastewater[J]．非常明显，DO浓度在6：00～18：00期间为高峰期，BiochemEngJ，2007，36(2)：87—92．而在夜间为低谷期。由于高碑店污水厂目前未安装在线DO仪，仍采用人工上池检测的方式，检测时间E—mail：wangjiawei@bdc．en基本在9：00—11：00，该时段是溶解氧的峰值段，不收稿日期：2011—11—28·l39·