CN110104879A - A2/o-baf亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制措施方法 - Google Patents

A2/o-baf亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制措施方法 Download PDF

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Abstract

A2/O‑BAF亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制方法属于污水脱氮除磷技术领域。本方法将短程硝化与反硝化除磷工艺的优势相结合，通过在低C/N条件下控制BAF的HRT、曝气量与间歇曝气比实现了低基质全程亚硝化，为A2/O缺氧区的反硝化除磷过程提供电子受体，实现了城镇生活污水的高效脱氮除磷。数字信号输送至实时控制系统后根据设置程序判断亚硝化进行程度控制曝气量和好氧/缺氧比，保证BAF反应器的全程亚硝化；厌氧区1设置有TP在线传感器，出水水箱设置有亚硝酸盐传感器，实时控制系统根据监测的TP与亚硝酸盐浓度，调节硝化液回流比(R)使缺氧区亚硝酸盐与TP质量浓度比值在1.6～1.8之间，保证高效的反硝化除磷脱氮效率。

Description

A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制措施方法
技术领域
A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制方法属于活性污泥法结合生物膜法的污水脱氮除磷技术领域。
背景技术
随着国家排水要求的日益严格和城镇生活污水排放量的逐年递增，我国污水处理面临着处理效率提高和运行费用增加的双重压力。传统生物脱氮除磷理论认为，厌氧微生物生长所需要的C:N:P＝200:5:1，好氧微生物增殖必须的C:N:P＝100:5:1，但我国大多数地区的生活污水C/N/P在100:25:3左右，难以满足微生物利用氮、磷所需要的碳源，即城镇生活污水低C/N、低C/P的特征造成现有污水厂的氮、磷去除效率低下。这是因为目前城镇污水处理厂普遍存在污泥龄、碳源之间的矛盾与竞争，导致氮、磷难以同步高效去除。因此，寻求低C/N生活污水的高效、低耗的脱氮除磷是我国水污染控制的重点和难点，同时在高效脱氮除磷的基础上实现节能降耗是缓解水体富营养化、保障污水处理可持续发展的重点。
传统活性污泥法是将硝化菌、反硝化菌和聚磷菌置于同一个反应器内，自养生长的硝化菌世代周期较长，因此需要长的污泥龄和适宜的溶解氧保证良好的硝化效果，实现NH4 +-N向NO2 --N或NO3 --N的转变，但异养的反硝化菌和聚磷菌利用有机底物增殖的速率较快，同时需要较短的污泥龄实现污水中磷的去除，因此难以通过控制工况调节保证活性污泥中各功能微生物处于最佳生长环境，造成氮磷难以同步高效去除。同时，反硝化和缺氧/好氧吸磷过程均需要充足的有机物作为电子受体完成生化反应，但目前城镇生活污水中的碳源十分有限，不能同时满足反硝化和吸磷的需要，造成碳源的竞争，使脱氮、除磷效率较低。
目前我国大多数污水处理厂大多采用A2/O工艺作为二级处理的主体工艺，虽然A2/O工艺存在污泥龄和碳源竞争的固有矛盾，但其具有构造简单、运行稳定、自动控制经验成熟、维护方便的优点。近些年BAF反应器被广泛应用于污水处理中，其内部填充的填料及生物膜可以同时实现物理吸附和生物代谢过程，且占地面积小、升级成本低、处理效果稳定，可以有效的提高出水水质。因此，本装置将A2/O与BAF相结合，采用短污泥龄运行的A2/O 实现聚磷菌和反硝化菌的富集，硝化菌的淘汰，在A2/O中实现高效的除磷和反硝化；BAF在长污泥龄下运行，同时逐渐缩短HRT、调节曝气量和间歇曝气比实现高效的全程亚硝化，为反硝化提供充足的电子受体。当进水C/N为 2.3～4.1时，相比传统的生物脱氮除磷工艺，本装置可以节省约25％的曝气能耗和40％的碳源，显著降低了生活污水处理的运行费用和碳源投加，出水能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。
发明内容
本发明提供一种高效生物脱氮除磷的装置及过程控制方法。一方面，在低氨氮条件下通过逐渐缩短HRT、调节曝气量和间歇曝气比实现BAF反应器内的全程亚硝化，通过亚硝化液回流为A2/O反应器缺氧段提供充足的电子受体，使反硝化聚磷菌可以利用亚硝态氮完成缺氧吸磷。另一方面，该装置集 A2/O、BAF、亚硝化及反硝化除磷的优势于一体，成功解决了传统生物脱氮除磷过程中存在的污泥龄和碳源竞争，节省硝化所需曝气能耗和反硝化过程的碳源，可高效低耗的处理低C/N生活污水，实现氮、磷的稳定达标排放。
本发明的机理为：生活污水经蠕动泵进入A2/O反应器的厌氧区，同时进入厌氧区的还有二沉池的回流污泥，反硝化聚磷菌(DPAOs)利用原污水中的挥发性脂肪酸(VFAs)合成聚羟基链烷酸脂(PHAs)，同时将体内储存的多聚磷酸盐(Poly-P)水解为正磷酸盐(PO4 3--P)；厌氧区末端的泥水混合液进入缺氧区，同时进入缺氧区的还有来自亚硝化型BAF反应器回流的硝化液，反硝化聚磷菌(DPAOs)在缺氧区以NO2 --N为电子受体，利用体内储存的PHAs作为电子供体完成反硝化除磷过程，同步去除PO4 3--P和NO2 --N；缺氧末端的泥水混合液进入好氧区，聚磷菌利用PHAs和O2实现PO4 3--P的进一步去除和氮气吹脱；好氧区末端的混合液进入沉淀池完成泥水分离过程，上清液经中间水箱通过蠕动泵以上流形式进入亚硝化型BAF反应器，完成全程亚硝化，使NH4 +-N转化为NO2 --N；亚硝化型BAF反应器的出水大部分回流到A2/O 缺氧区保证反硝化除磷的进行，少量外排。沉淀池的活性污泥经过重力沉淀，大部分回流到A2/O厌氧区，保证系统内稳定的污泥浓度，少量排出。
1. A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置，其特征在于：包括由原水水箱(1)、 A2/O反应器(2)、二沉池(3)、亚硝化型BAF(4)、出水水箱(5)和实时控制系统(6)；
(1)A2/O反应器(2)顺序设置的厌氧区(7)、缺氧区(8)和好氧区(9)，亚硝化型BAF(4)由下至上设置有承托层(10)、填料层(11)和清水层(12)，承托层上部设置曝气装置；
(2)亚硝化型BAF反应器的承托层(10)内部铺设15～20mm的鹅卵石；填料层(11)设置有聚乙烯填料，比表面积为400～800m2/m3，密度为 0.96～0.98g/cm3，孔隙率92％～94％，填充率为60～70％；
(3)储存于原水水箱(1)中的污水经蠕动泵(13)进入A2/O反应器(2) 的厌氧区(7)，同步进入的还有来自二沉池(3)底部经污泥回流泵(16) 输送的回流污泥；
(4)混合液从厌氧区(7)进入缺氧区(8)，同时进入的还有来自亚硝化型 BAF反应器(4)的硝化液；
(5)混合液由好氧区(9)经溢流管进入二沉池(3)，重力沉淀后上清液经提升泵(14)进入亚硝化型BAF(4)，亚硝化型BAF(4)顶部的溢流槽出水进入出水箱(5)；
(6)缺氧区1设置有亚硝酸盐传感器(24)和TP传感器(25)，亚硝化型 BAF反应器中部设置DO在线传感器(26)、氨氮在线传感器(27)和亚硝酸盐在线传感器(28)，出水水箱设置氨氮在线传感器(29)、亚硝酸盐传感器(30)、硝酸盐传感器(31)和TP在线传感器(32)，上述传感器均与实时控制系统(6)连接；
(7)实时控制系统(6)由计算机(33)、过程控制器(34)、信号转换器(35)、第一变频调速器(21)、第二变频调速器(22)和第三变频调速器(23) 构成；第一变频调速器(21)与气泵(15)连接，第二变频调速器(22) 与亚硝化液回流泵(17)相连，第三变频调速器(23)与电磁阀(20) 连接。
2. A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷过程控制方法
(1)利用亚硝化型BAF反应器中部的氨氮传感器在线采集氨氮浓度，通过计算机(33)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(34)控制第一变频调速器(21)，调整气泵(15)的曝气量，当氨氮浓度≥5mg/L时，加大曝气量；当氨氮浓度≤2mg/L时，减少曝气量；同时也可借助DO传感器(26) 控制亚硝化型BAF反应器内DO浓度，用过程控制器(34)控制第三变频调速器(23)，调节电磁阀启动/停止时间比，当DO≥2.0mg/L时，减少电磁阀的启动/停止时间比；当DO≤1.5mg/L时，增大电磁阀的启动/停止时间比。
(2)利用出水水箱中的亚硝态氮传感器(30)在线监测出水亚硝态氮浓度，通过计算机(33)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(34)控制第二变频调速器(22)，调整亚硝化液回流泵(17)的回流比，当亚硝态氮浓度≥13mg/L时，加大亚硝化型BAF(4)回流至A2/O缺氧区(8)第一格室的回流比至250％～300％；当亚硝态氮浓度≤6.0mg/L时，减少回流比至 150～200％。
(3)利用A2/O反应器缺氧区1中的TP传感器(25)在线采集缺氧区(8) 第一个格室中的TP浓度，通过计算机(33)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(34)控制第二变频调速器(22)，调整亚硝化液回流泵(17)的回流比，使缺氧区1的亚硝酸盐:TP质量浓度保持在1.6～1.8，当两者比例≥1.8，加大亚硝化型BAF(4)回流至A2/O缺氧1区(8)的回流比，当两者比例≤1.6 时，减少回流比。
A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制方法，与传统A2/O工艺相比，具有以下优势：
(1)节省约25％的曝气量，传统A2/O工艺的去除1gNH4 +-N理论上需要 4.57gO2，本工艺理论上需要3.43g O2，明显降低了曝气所需能耗；
(2)节省约60％的外碳源投加，传统A2/O工艺的去除1g NH4 +-N理论上需要2.86gCOD(以CaCO3计)，本工艺通过BAF反应器的全程亚硝化，使本工艺去除1g NH4 +-N理论上仅需要1.14g COD，极大减小了外碳源投加量。
本发明的有益效果：
以兰州某大学教工住宅生活区化粪池的实际生活污水为原水，水质特点见表1。
表1进水水质特点
试验条件为：A2/O反应器的进水流量为160L/d，HRT为9.0h(其中厌氧区1.8h，缺氧区5.4h，好氧区1.8h)，SRT控制在15d，MLSS为3000～3500 mg/L；曝气生物滤池的HRT为1.5h，DO维持在1.5～2.5mg/L，曝气量、好氧/缺氧曝气比和硝化液回流比根据实时控制系统调节。
在亚硝化型BAF的HRT为1.5h、曝气量为100L/h(DO为2.5mg/L)、缺氧/好氧曝气比为40min：20min、硝化液回流比为300％时，出水中NH4 +-N、 NO2 －-N、TN和TP等技术指标分别为1.5、10.3、12.1和0.1mg/L；在亚硝化型BAF的HRT为1.5h、曝气量为80L/h(DO为2.0mg/L)、好氧/缺氧曝气比为50min:10min、硝化液回流比为300％时，出水中NH4 +-N、NO2 －-N、TN 和TP等技术指标分别为0.9、8.2、9.3和0.1mg/L，以上出水指标均达到国家一级A标准。
附图说明
图1为A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置示意图。
图1中，1-原水水箱；2-A2/O反应器；3-二沉池；4-亚硝化型BAF反应器；5-出水水箱；6-实时控制系统；7-厌氧区；8-缺氧区；9-好氧区；10-承托层；11-填料层；12-清水层；13-进水蠕动泵；14-提升泵；15-气泵；16-污泥回流泵；17-亚硝化液回流泵；18-第一气体转子流量计；19-第二气体转子流量计；20-电磁阀；21-第一变频调速器；22-第二变频调速器；23-第三变频调速器；24-A2/O反应器缺氧区第一格室的亚硝酸盐传感器；25-A2/O反应器缺氧区第一格室的TP传感器；26-亚硝化型BAF反应器中部DO在线传感器； 27-亚硝化型BAF反应器中部氨氮传感器；28-亚硝化型BAF反应器中部亚硝酸盐在线传感器；29-出水水箱氨氮在线传感器；30-出水水箱亚硝酸盐传感器； 31-出水水箱硝酸盐传感器；32-出水水箱TP传感器；33-计算机；34-过程控制器；35-信号转换器；
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的运行程序：A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置及过程控制方法主要由原水水箱(1)、A2/O反应器(2)、二沉池(3)、亚硝化型BAF反应器(4)、出水水箱(5)和实时控制系统(6)构成。具体实施方式为
(1)储存于原水水箱(1)中的污水经蠕动泵(13)进入A2/O反应器(2) 的厌氧区(7)，同步进入的还有来自二沉池(3)底部经污泥回流泵(16) 输送的回流污泥；
(2)混合液从厌氧区(7)进入缺氧区(8)，同时进入还有来自亚硝化型BAF 反应器(4)的亚硝化液；
(3)混合液由好氧区(9)经溢流管进入二沉池(3)，重力沉淀后上清液经提升泵(14)进入亚硝化型BAF(4)，亚硝化型BAF(4)顶部的溢流槽出水进入出水箱(5)；
(4)缺氧区1设置有亚硝酸盐传感器(24)和TP传感器(25)，亚硝化型 BAF反应器中部设置DO在线传感器(26)、氨氮在线传感器(27)和亚硝酸盐在线传感器(28)，出水水箱设置氨氮在线传感器(29)、亚硝酸盐传感器(30)、硝酸盐传感器(31)和TP在线传感器(32)，上述传感器均与实时控制系统(6)连接；
(5)实时控制系统(6)由计算机(33)、过程控制器(34)、信号转换器(35)、第一变频调速器(21)、第二变频调速器(22)和第三变频调速器(23) 构成；第一变频调速器(21)与气泵(15)连接，第二变频调速器(22) 与亚硝化液回流泵(17)相连，第三变频调速器(23)与电磁阀(20) 连接。

Claims (2)

1.A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷装置，其特征在于：包括原水水箱(1)、A2/O反应器(2)、二沉池(3)、亚硝化型BAF反应器(4)、出水水箱(5)和实时控制系统(6)；
1)A2/O反应器(2)顺序设置厌氧区(7)、缺氧区(8)和好氧区(9)，亚硝化型BAF反应器(4)由下至上设置有承托层(10)、填料层(11)和清水层(12)，承托层上部设置曝气装置；
2)亚硝化型BAF反应器的承托层内部铺设15～20mm的鹅卵石；填料层设置有聚乙烯填料，比表面积为400～800m2/m3，密度为0.96～0.98g/cm3，孔隙率92％～94％，填充率为60～70％；
3)原水水箱(1)中经蠕动泵(13)连接A2/O反应器(2)的厌氧区，二沉池(3)底部经污泥回流泵(16)连接A2/O反应器(2)的厌氧区；
4)亚硝化型BAF反应器(4)通过管路连接缺氧区(8)；
混合液从厌氧区(7)进入缺氧区(8)，同时进入的还有来自亚硝化型BAF反应器(4)的硝化液；
5)好氧区(9)经溢流管连接到二沉池(3)，二沉池(3)经提升泵(14)进入亚硝化型BAF反应器(4)，亚硝化型BAF反应器(4)顶部的溢流槽通过管路连接进入出水箱(5)；
混合液由好氧区(9)经溢流管进入二沉池(3)，重力沉淀后上清液经提升泵(14)进入亚硝化型BAF反应器(4)，亚硝化型BAF反应器(4)顶部的溢流槽出水进入出水箱(5)；
6)缺氧区设置有亚硝酸盐传感器(24)和TP传感器(25)，亚硝化型BAF反应器设置DO在线传感器(26)、氨氮在线传感器(27)和亚硝酸盐在线传感器(28)，出水水箱设置氨氮在线传感器(29)、亚硝酸盐传感器(30)、硝酸盐传感器(31)和TP在线传感器(32)，上述传感器均与实时控制系统(6)连接；
(7)实时控制系统(6)由计算机(33)、过程控制器(34)、信号转换器(35)、第一变频调速器(21)、第二变频调速器(22)和第三变频调速器(23)构成；第一变频调速器(21)与气泵(15)连接，第二变频调速器(22)与亚硝化液回流泵(17)相连，第三变频调速器(23)与电磁阀(20)连接。
2.应用如权利要求1所述装置进行A2/O-BAF亚硝化型反硝化除磷过程控制方法，其特征在于：
(1)利用亚硝化型BAF反应器中部的氨氮传感器在线采集氨氮浓度，通过计算机(33)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(34)控制第一变频调速器(21)，调整气泵(15)的曝气量，当氨氮浓度≥5mg/L时，加大曝气量；当氨氮浓度≤2mg/L时，减少曝气量；同时借助DO传感器(26)控制亚硝化型BAF反应器内DO浓度，用过程控制器(34)控制第三变频调速器(23)，调节电磁阀启动/停止时间比，当DO≥2.0mg/L时，减少电磁阀的启动/停止时间比；当DO≤1.5mg/L时，增大电磁阀的启动/停止时间比；
(2)利用出水水箱中的亚硝态氮传感器(30)在线监测出水亚硝态氮浓度，通过计算机(33)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(34)控制第二变频调速器(22)，调整亚硝化液回流泵(17)的回流比，当亚硝态氮浓度≥13mg/L时，加大亚硝化型BAF反应器(4)回流至缺氧区(8)第一格室的回流比至250％～300％；当亚硝态氮浓度≤6.0mg/L时，减少回流比至150～200％；
(3)利用A2/O反应器缺氧区中的TP传感器(25)在线采集缺氧区(8)第一个格室中的TP浓度，通过计算机(33)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(34)控制第二变频调速器(22)，调整亚硝化液回流泵(17)的回流比，使缺氧区的亚硝酸盐:TP质量浓度保持在1.6～1.8，当两者比例≥1.8，加大亚亚硝化型BAF反应器(4)回流至A2/O缺氧区(8)的回流比，当两者比例≤1.6时，减少回流比。
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