CN101456626A - 一种a2/o氧化沟工艺运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种A²/O氧化沟工艺运行控制方法。本发明中的污水依次流经厌氧池、缺氧池以及氧化沟曝气池，最终进入二沉池经泥水分离排出上清液，所述的氧化沟曝气池采用间歇曝气方式。传统的氧化沟曝气池采用连续曝气方式，且氧化沟中的水流流态为完全混合式，因此传统的氧化沟曝气池中的反应效率较低。由上述技术方案可知，由于本发明在氧化沟曝气池中采用间歇曝气方式，不但易于控制，还大大提高了氧化沟中的反应效率和基质浓度，从而提高了硝化阶段的硝化效率和氧利用效率，也提高了反硝化效率，同时降低了氧气的消耗，由此极大地降低了氧化沟的能耗。

Description

一种A2/O氧化沟工艺运行控制方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种A²/O氧化沟工艺运行控制方法。

背景技术

近年来，污水处理厂的出水水质标准正在逐步提高，而污水处理厂的投资和运行成本也日益得到广泛关注，因此对污水处理厂的污水处理方式进行优化控制已经势在必行。目前污水处理厂对其污水处理方式采用的控制方法主要有如下几种：1、采用设计手册中推荐的控制参数进行控制；2、采用曝气池中的DO(溶解氧浓度)作为控制参数对曝气量进行控制；3、根据实际进水负荷控制曝气量。

对于第一种控制方法，由于现有的污水处理厂大多设计负荷偏高，或者实际运行过程中处理水量较小，或者污水处理厂的大部分运行时间中污水中的实际污染物浓度小于设计值，因此若采用第一种控制方法，也即根据设计手册中推荐的控制参数对污水处理厂进行控制，必然会带来能耗较高，同时TN(总氮含量)去除率较低，污泥老化以及出水SS(悬浮固体浓度)较高等问题。

对于第二种控制方法，其对于采用氧化沟工艺的污水处理厂并不合适，因为在氧化沟工艺中，不同位置的DO是不相同的，而且由于进水情况比较复杂，同一地点不同时间的DO也是不同的，所以采用设计手册中给定的DO的范围对采用氧化沟工艺的污水处理厂的实际运行进行控制，并不完全适用。

对于第三种控制方法，其本来是一种比较理想的方法，但是由于污水处理厂的来水情况比较复杂，后一时间段的水量和水质均难以预测，尤其是水质的检测存在滞后性，所以根据实际进水负荷对污水处理厂进行控制在实际中难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其能够显著降低氧化沟运行中的能耗，易于控制且脱氮除磷效果较好。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种A²/O氧化沟工艺运行控制方法，污水依次流经厌氧池、缺氧池以及氧化沟曝气池，最终进入二沉池经泥水分离排出上清液，所述的氧化沟曝气池采用间歇曝气方式。

传统的氧化沟曝气池采用连续曝气方式，且氧化沟中的水流流态为完全混合式，因此传统的氧化沟曝气池中的反应效率较低。由上述技术方案可知，由于本发明在氧化沟曝气池中采用间歇曝气方式，不但易于控制，还大大提高了氧化沟中的反应效率和基质浓度，从而提高了硝化阶段的硝化效率和氧利用效率，也提高了反硝化效率，同时降低了氧气的消耗，由此极大地降低了氧化沟的能耗。

附图说明

图1是典型的A²/O氧化沟工艺流程图；

图2是采用本发明中的控制方法运行前后的能耗对比示意图。

具体实施方式

未经处理的污水中，含氮化合物存在的主要形式为：(1)有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物和氨基化合物类；(2)氨态氮(NH₃、NH₄ ⁺)，一般以前者为主。

传统生物脱氮是在二级生物处理中将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化菌的作用，将氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮和硝态氮，然后再利用反硝化菌将硝态氮和亚硝态氮转化为氮气并释放到大气中，从而达到从废水中脱氮的目的，因此生物脱氮主要为三种反应，即氨化反应，硝化反应和反硝化反应。

下面分别对这三种反应进行简要介绍：

(一)氨化反应

有机氮化合物，在氨化细菌的作用下，将有机氮化合物脱氨基转化为NH3，以氨基酸为例，其反应式为(1)：

氨化作用无论是在好氧还是在厌氧条件下，在酸性、中性还是在碱性条件下均能够进行，只是作用的微生物的种类和作用的强弱不一。

(二)硝化反应

在硝化菌的作用下，氨态氮进一步氧化，分两阶段进行，首先在亚硝化菌的作用下，氨态氮转化为亚硝态氮。反应式为(2)：

随后，亚硝酸在硝化菌的作用下，进一步转化为硝酸盐氮，其反应式为(3)：

硝化反应的总反应式为(4)：

NH₄ ⁺+2O₂→NO₃ ^-+2H⁺+H₂O+(307.1～438.9)kJ                   (4)

不考虑细胞合成，硝化过程所需要的碱度可通过式(5)计算：

NH₄ ⁺+2HCO₃ ^-+2O₂→NO₃ ^-+2CO₂+3H₂O+(307.1～438.9)kJ          (5)

从硝化反应总反应式可以看出，硝化作用需要大量的氧，同时消耗一定的碱度，会导致环境中pH值下降。

考虑细胞的合成利用一部分NH4+，则氨氮硝化过程用式(6)表示：

NH₄ ⁺+0.098CO₂+1.863O₂→0.0196C₅H₇NO₂+0.98NO₃ ^-+1.98H⁺+0.0941H₂O   (6)

根据公式(6)可知，转化每克氨氮，需要利用4.25克氧气，合成0.16克的新细胞，需要消耗7.07克碱度，同时利用0.08克无机碳源合成新细胞。

(三)反硝化反应

反硝化反应是指硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化菌的作用下被还原为气态氮和氧化亚氮的过程。大多数反硝化菌是异养的兼性厌氧细菌，它能利用各种各样的有机物作为反硝化作用的电子供体，从而反硝化作用既能够将硝氮和亚硝氮还原为氮气，进行脱氮；又能够氧化分解废水中的有机物进行脱碳，反应式如(7)：

5C(有机碳)+2H₂O+4NO₃ ^-→2N₂+4OH^-+5CO₂           (7)

综上所述，传统生物脱氮一般主要包括硝化过程和反硝化过程两个阶段，由于硝化作用和反硝化作用分别由硝化菌和反硝化菌来完成，而且上述两类细菌对于环境条件的要求是不同的，因此硝化过程和反硝化过程无法同时进行。所述的硝化菌为好氧自养菌，硝化反应在BOD₅较低的好氧条件下才能够顺利进行，而反硝化菌为兼性厌氧异养菌，只能以有机物为作为碳源，所以只能在有一定有机物浓度且在缺氧的环境下方可顺利进行。在上述思想指导下的生物脱氮工艺，大多将缺氧区与好氧区分开，形成分级的硝化—反硝化工艺，创造硝化菌和反硝化菌生长的适宜环境条件，以便硝化作用和反硝化作用均能够独立进行。

城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)对城市污水处理厂出水中的氨氮和总氮排放提出了较高的要求，其中一级A规定出水氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L。氨氮的达标往往比较容易，通过延时曝气或增大曝气量即可实现完全硝化谱。总氮的达标则相对不易，部分污水中碳氮含量比较低而造成反硝化过程中碳源不足，而且污水处理中除磷也需要消耗部分碳源，因此致使总氮去除率较低；同时若好氧区过量曝气，则也会造成碳源不足，从而导致总氮去除效率不高。

如图1所示，一种A²/O氧化沟工艺运行控制方法，污水依次流经厌氧池10、缺氧池20以及氧化沟曝气池30，最终进入二沉池40经泥水分离排出上清液，所述的氧化沟曝气池30采用间歇曝气方式。

由上述可知，由于本发明在氧化沟曝气池30中采用间歇曝气方式，因此大大提高了氧化沟中的反应效率和基质浓度，从而提高了硝化阶段的硝化效率和氧利用效率，也提高了反硝化效率，同时降低了氧气的消耗，由此极大地降低了氧化沟的能耗。

作为本发明的优选方案，所述的间歇曝气方式包括如下两个过程：

(1)硝化过程：开启氧化沟曝气池30中的曝气设备，向曝气池中供氧，进行有机物降解和有机氮的氨化作用，氨氮的硝化作用以及聚磷菌的吸磷作用，当氨氮含量降低至<1.5mg/L时，则关闭曝气装置，硝化阶段结束；

(2)反硝化过程：开启氧化沟曝气池30中的推流器，使氧化沟内的活性污泥处于流动状态，此时氧化沟中的氨氮含量升高，硝态氮则被还原为氮气而降低，当氨氮含量升高至>3mg/L时，则开启曝气装置，反硝化阶段结束；

所述的硝化过程与反硝化过程在氧化沟曝气池30中交替进行。

作为本发明进一步的优选方案，在硝化过程中，当氨氮含量降低至≤1mg/L时，关闭曝气装置，硝化阶段结束；在反硝化过程中，当氨氮含量升高至≥4mg/L时，则开启曝气装置，反硝化阶段终止。

由上所述，本发明根据氧化沟曝气池30中氨氮(NH4+-N)的浓度控制硝化过程和反硝化过程中曝气装置的启闭。与传统的连续曝气方式相比，该方法极大地缓解了氧化沟曝气池30中反应效率较低的缺陷。在曝气阶段，本发明提高了曝气阶段的基质浓度，从而提高了硝化阶段的硝化效率和氧的利用效率，降低了对氧的消耗；同时本发明有效地利用了氧化沟的较大的缓冲能力，充分利用了化合态氧—NO₃ ^-N，提高了反硝化效率；而在停止曝气阶段，化合态氧作为电子受体氧化了有机物，降低了曝气阶段的需氧量。

本发明的控制方式还使一部分反硝化反应在曝气池中进行，反硝化过程产生的碱度补偿了硝化过程所需的一半的碱度，减少了硝化过程对碱度的需求；同时在反硝化过程中，经缺氧池20处理后的污水仍然不断地流至氧化沟曝气池30中，也即一部分碳源在反硝化过程直接进入曝气池，该过程中由于氧化沟曝气池30维持在缺氧状态，这部分碳源作为反硝化碳源进行反硝化反应，由此节约了反硝化过程所需的碳源，因此本发明的控制方式对低碳氮比的城市污水的处理更具有适应性。

作为本发明的优选方案，所述的污水在厌氧池10、缺氧池20以及氧化沟曝气池30的水力停留时间分别为0.6～1.0h、1.2～2.0h以及8～11h。

在上述停留时间内，本发明的脱氮除磷效果较好，出水水质也较为稳定。

作为本发明进一步的优选方案，所述的污水在厌氧池10、缺氧池20以及氧化沟曝气池30的水力停留时间分别为0.7～0.9h、1.5～1.8h以及9～10h，这样可以获得更好的处理效果，且节能降耗的效果也较为显著。

作为本发明的优选方案，所述的二沉池40中的活性污泥的回流比为50～70％，其余活性污泥排出系统，这样可以获得较佳的处理效果，且有利于节能降耗。

下面结合实施例对本发明作进一步的介绍：

合肥市某氧化沟工艺污水处理厂，进水COD、氨氮和总磷的范围分别为157～320mg/L，15.6～27.0mg/L和1.7～5.1mg/L，平均为235mg/L，21mg/L和3.3mg/L。厌氧区、缺氧区和氧化沟设计水力停留时间(HRT)分别为0.8h、1.5h和9.6h，回流比为50-70％。污水和回流污泥连续进入厌氧池中，聚磷菌在厌氧区进行释磷反应；然后进入缺氧区进行反硝化反应；随后进入曝气池，在曝气池中根据需要控制为好氧硝化过程和缺氧反硝化过程；好氧过程主要进行的反应有：有机物氧化反应，硝化反应和聚磷菌的吸磷反应；缺氧反硝化过程进行的主要反应为反硝化反应。

在曝气池中的曝气装置采用间歇曝气的控制方式，间歇曝气包括硝化阶段和反硝化两个阶段。硝化阶段：开启曝气设备，向废水中供氧，进行有机物降解和有机氮的氨化作用，氨氮的硝化作用和聚磷菌的吸磷作用，当氨氮降低至1mg/L以下时，则认为硝化阶段接近结束，关闭曝气装置；随后进入反硝化阶段：开启推流器，使氧化沟内的活性污泥处于流动状态，该阶段氨氮升高，硝态氮则被还原为氮气而降低，当氨氮升高至4mg/L时，则开启曝气装置，反硝化阶段终止。如此在氧化沟中交替进行好氧硝化阶段和缺氧反硝化阶段，连续进、出水，同时排放剩余污泥。

采用本发明技术前一个月，该水厂出水COD，NH₄ ⁺-N，TP(总磷)平均浓度为42mg/L，1.0mg/L和1.3mg/L，平均去除率为82％，96％和61％，每吨水的电耗为0.30KW·h/m³。

采用本发明中的间歇曝气控制方法运行后一个多月，出水COD，NH₄ ⁺-N，TP的平均浓度分别为39mg/L，1.7mg/L和0.8mg/L，平均去除率分别为83％，92％和76.0％，每吨水的电耗为0.22KW·h/m³，较之改造前每吨水的电耗降低了26.7％，改造前后污水处理厂运行的电单耗如附图2所示。

因此本发明较好地实现了A²/O氧化沟工艺污水处理厂的节能降耗问题，并且实现了处理水质的稳定达标(GB18918-2002一级B)。

Claims (6)

1、一种A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其特征在于：污水依次流经厌氧池、缺氧池以及氧化沟曝气池，最终进入二沉池经泥水分离排出上清液，所述的氧化沟曝气池采用间歇曝气方式。

2、根据权利要求1所述的A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其特征在于：所述的污水在厌氧池、缺氧池以及氧化沟曝气池的水力停留时间分别为0.6～1.0h、1.2～2.0h以及8～11h。

3、根据权利要求1所述的A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其特征在于：所述的二沉池中的活性污泥的回流比为50～70％，其余活性污泥排出系统。

4、根据权利要求1所述的A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其特征在于：所述的间歇曝气方式包括如下两个过程：

(1)硝化过程：开启氧化沟曝气池中的曝气设备，向曝气池中供氧，进行有机物降解和有机氮的氨化作用，氨氮的硝化作用以及聚磷菌的吸磷作用，当氨氮含量降低至<1.5mg/L时，则关闭曝气装置，硝化阶段结束；

(2)反硝化过程：开启氧化沟曝气池中的推流器，使氧化沟内的活性污泥处于流动状态，此时氧化沟中的氨氮含量升高，硝态氮则被还原为氮气而降低，当氨氮含量升高至>3mg/L时，则开启曝气装置，反硝化阶段结束；

所述的硝化过程与反硝化过程在氧化沟曝气池中交替进行。

5、根据权利要求2所述的A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其特征在于：所述的污水在厌氧池、缺氧池以及氧化沟曝气池的水力停留时间分别为0.7～0.9h、1.5～1.8h以及9～10h。

6、根据权利要求4所述的A²/O氧化沟工艺运行控制方法，其特征在于：在硝化过程中，当氨氮含量降低至≤1mg/L时，关闭曝气装置，硝化阶段结束；在反硝化过程中，当氨氮含量升高至≥4mg/L时，则开启曝气装置，反硝化阶段终止。

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