CN112794444B - 一种a2o生物脱氮除磷回流比的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，包括如下步骤：(1)根据生物脱氮除磷系统前的上清液总氮浓度确定总氮去除率和内回流比；(2)优化好氧池到缺氧池的内回流，确保缺氧池的缺氧环境以促进总氮去除、提高碳源利用效率和出水总氮达标；(3)优化生物除磷中缺氧池或二沉池到厌氧池的回流比后即成。本发明所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法不仅可以指导水厂优化生物脱氮除磷的处理效果，也可以指导污水厂通过优化内回流比减少碳源被内回流带回来的高DO浓度消耗而浪费，优化好氧池曝气风机和回流泵的电耗，通过优化到厌氧池的回流比提高生物除磷效果也可以降低后续深度化学除磷药剂的药耗，最终实现电耗和药耗的节省。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，尤其是涉及一种A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法。
背景技术
污水中的生物脱氮主要在好氧池通过硝化反应把氨氮氧化成硝态氮或者亚硝态氮，再在缺氧池或者厌氧池通过反硝化反应把硝态氮或者亚硝态氮转变成氮气从而实现总氮TN去除。其中，反硝化反应过程需要提供足够的碳源才能保证总氮的有效去除和达标排放。生物除磷主要是聚磷菌在厌氧池通过利用容易生化COD合成PHA同时释放出无机磷酸根，接着在好氧池聚磷菌利用氧化PHA的能量吸附无机磷最后通过排泥实现总磷的去除。生物脱氮除磷都需要可生化COD作为碳源，为了实现有效的生物脱氮，一般建议进水COD/TN不要低于6，而为了有效的生物除磷，一般建议进水容易生化COD(rCOD)/TP不要小于18。污水厂的进水中会含有可生化的COD，这些可生化COD可以在反硝化反应中被利用作为碳源，在实际运营中，由于进水可生化 COD不足，很多时候，污水厂需要补充碳源来保证有效的生物脱氮和除磷。
A2O(厌氧、缺氧、好氧)工艺已经被广泛应用于生物脱氮除磷， A2O可以后接二沉池或者膜池。生物脱氮的时候，需要利用内回流把在好氧池生成的硝态氮通过内回流泵把泥水混合液回流到前端的缺氧池，接着在缺氧池利用进水可生化COD或者加上额外投加的碳源实现反硝化生成氮气而去除硝态氮。理论上而言，为了保证有效的脱氮效果，需要把好氧池中的全部硝态氮通过内回流回到前端的缺氧池通过反硝化实现脱氮效果，这样就意味着需要尽可能大的内回流比，可是内回流好氧池混合液到缺氧池除了带回来硝态氮的同时也会带回好氧池的溶解氧，而过多的溶解氧回流到缺氧池不仅会破坏缺氧池的缺氧环境而抑制反硝化的进行，也会消耗大量的碳源造成碳源药耗的增加，所以内回流比不能太大以避免过多的溶解氧回流到缺氧池浪费碳源甚至破坏缺氧池环境。可是，如果运行太低的内回流比，无法保证把足够的好氧池的硝态氮回流到回缺氧池进行反硝化，这样就会影响总氮去除效果甚至造成出水总氮浓度超标。所以，精确优化内回流比对于高效而又降耗的生物脱氮至关重要。另外，生物除磷中厌氧池主要是实现生物释磷，生物释磷过程需要利用碳源合成PHA。而为了保持厌氧池合适的污泥浓度，一般需要从缺氧池(A2O+MBR)或者二沉池(A2O+二沉池)回流污泥到厌氧池，这种情况下，回流回来的泥水混合液会带有硝态氮(NO3 -)，而硝态氮进入厌氧池会和聚磷菌竞争碳源，反硝化菌对碳源的竞争优势远远强于聚磷菌，这种情况下，一旦厌氧池的碳源无法保证同时满足反硝化菌的脱氮和聚磷菌的释磷，那么，聚磷菌的生物释磷就会因为碳源不足被抑制而造成后续的生物除磷效果不佳。所以，运营中，一般建议厌氧池中要保持较低的硝态氮的浓度以避免反硝化脱氮竞争碳源，这种可以通过优化生物脱氮的效果和降低到厌氧池的回流比实现。可是，如果回流到厌氧池的回流比过低，也会造成厌氧池的污泥浓度逐渐流失最终也影响了生物除磷的效果。所以，如何精确优化到厌氧池的回流比以促进厌氧池的生物释磷是一个比较迫切而又现实的问题。另外，如果准确评估和优化厌氧池的生物释磷效果也是运营中的一个挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，包括如下步骤：
(1)根据生物脱氮除磷系统前的上清液总氮浓度确定总氮去除率和内回流比；
(2)优化好氧池到缺氧池的内回流，确保缺氧池的缺氧环境以促进总氮去除、碳源的有效利用率和出水总氮达标；
(3)优化生物除磷中缺氧池或二沉池到厌氧池的回流比后即成。
进一步，所述的步骤(1)中的总氮去除率和内回流比通过如下公式计算得出：
X＝(TN1-TN2)/TN1*100％ (1)
Y＝X-K1 (2)
R1＝Y/(1-Y)*100％ (3)
R2＝R1+K2 (4)
Q2＝R2*Q1 (5)
其中，
TN1为生物脱氮除磷系统前检测的上清液TN浓度，单位为mg N/L；
TN2为出水要求的TN浓度，单位为mg N/L，TN2比TN浓度出水排放标准低2-3mg N/L；
X为保证出水TN浓度稳定达标的生化系统的总氮去除率，单位为％；
Y为反硝化反应脱氮需要达到的去除率，单位为％；
K1为总氮被生化系统的自我利用而去除的部分，K1为3-15％；
R1为好氧池到缺氧池的理论计算内回流比，单位为％；
R2为好氧池到缺氧池采用的内回流比，单位为％；
K2为安全区间增加的回流比，单位为％，K2为0-100％；
Q1为进水流量，单位为m3/h；
Q2为内回流泵设定的流量，单位为m3/h。
优选的，所述的K1为5-10％；所述的K2为20-50％。
污水厂需要根据生物脱氮除磷系统前的上清液总氮浓度确定污水厂需要满足的总氮去除率。在生物脱氮除磷生化系统前取样检测上清液TN浓度、TP浓度、PO4 3-浓度；厌氧池末端取样测定上清液TP浓度、PO4 3-浓度和厌氧池中端取样测污泥浓度(MLSS)；在缺氧池末端 (A2O+MBR)取样测上清液总氮浓度和硝态氮浓度或二沉池出水(A2O+ 二沉池)取样测总氮浓度和硝态氮浓度。上述参数的数值可以根据取样后人工检测，也可以在对应的位置安装在线仪器检测后回馈到自控 PLC系统，PLC系统可以联动回流泵、风机、化学除磷药剂加药泵实现智能化优化管理。
确定内回流比和内回流流量后，接着进一步优化内回流DO浓度对缺氧池的不利影响，为了减少内回流的DO浓度的不利影响和更好地促进总氮去除,好氧池到缺氧池的内回流需要进一步优化，要避免内回流带来太多好氧池的DO浓度来消耗缺氧池的碳源甚至破坏缺氧池的缺氧环境，必须要保证缺氧池的缺氧环境以促进总氮去除和出水总氮达标，同时又实现碳源的最佳利用。
进一步，所述的步骤(2)中优化好氧池到缺氧池的内回流的具体步骤如下：
a)、将内回流泵设置于好氧池末端，内回流泵回流的混合液的 DO浓度市政废水控制在0.5-2mg/L，非市政废水的DO浓度控制在 0.5-4mg/L；
b)、调低好氧池风机风量，减少内回流比至接近理论计算回流比，加大缺氧池的碳源投加量，靠碳源来消耗内回流带回来的溶解氧以维持缺氧池的缺氧环境；
c)、检测缺氧池内的内回流进水口的DO浓度，DO浓度为0-0.9 mg/L。
优选的，所述的步骤a)中的内回流泵回流的混合液的DO浓度非市政废水控制在1-2mg/L和市政废水控制在0.6-1.5mg/L。
优选的，所述的步骤c)中的DO浓度为0-0.5mg/L；如果内回流进水口的DO浓度大于等于0.5mg/L以上，则监控缺氧池DO浓度大于0.5mg/L的占有区域，该区域小于缺氧池总体积的15％；优选的，所述的区域小于缺氧池总体积的10％；如果在缺氧池投加碳源，碳源投加点为缺氧池沿着内回流水流方向最早出现DO浓度小于0.5 mg/L的地方。
为了维持生物除磷中的厌氧池的污泥浓度和生物释磷的效果，需要从缺氧池回流泥水混合液到厌氧池或二沉池回流沉降污泥到厌氧池。
进一步，所述的步骤(3)中的优化生物除磷中缺氧池或二沉池到厌氧池的回流比的具体步骤如下：
a)、如果二沉池工艺中二沉池出水或者MBR工艺中缺氧池末端上清液的TN浓度超过TN浓度出水排放标准且硝态氮浓度高于10mg N/L，现场必须利用厌氧池进一步反硝化以降低硝态氮和总氮的浓度，二沉池工艺中二沉池到厌氧池回流比为100-150％或MBR工艺中缺氧池到厌氧池的回流比为100-250％，碳源需要投加在厌氧池或同时投加在厌氧池和缺氧池；
b)、如果二沉池工艺中二沉池出水或者MBR工艺中的缺氧池末端上清液的TN浓度低于TN浓度出水排放标准，二沉池到厌氧池的回流比为50-150％或缺氧池到厌氧池的回流比为70-150％；
c)、分别检测厌氧池前水样和厌氧池末端靠近出水口水样上清液的TP浓度和PO4 3-浓度，厌氧池末端的PO4 3-浓度大于厌氧池前水样的PO4 3-浓度，同时厌氧池末端的PO4 3-与TP的浓度比大于厌氧池前水样的PO4 3-与TP的浓度比，厌氧池末端靠近出口水样的PO4 3-与TP的浓度比大于0.85。
优选的，所述的步骤a)中二沉池工艺中二沉池出水或者MBR工艺中缺氧池末端上清液的TN浓度超过TN浓度出水排放标准且硝态氮浓度高于5mg N/L，二沉池到厌氧池回流比为120-150％或缺氧池到厌氧池的回流比为120-200％。
优选的，所述的步骤b)中二沉池工艺中的二沉池出水或者MBR 工艺中的缺氧池末端上清液的TN浓度低于TN浓度出水排放标准，二沉池到厌氧池的回流比为60-100％或缺氧池到厌氧池的回流比为 80-130％。主要的目的就是尽量减少回流带回来硝态氮到厌氧池竞争碳源影响生物释磷的同时要保证厌氧池污泥浓度(MLSS)不能流失或 MLSS污泥浓度可以维持稳定。现场可以取样测定厌氧池前端的上清液硝态氮浓度和中端的MLSS浓度，也可以在厌氧池最前端安装在线硝态氮仪器和中端安装在线MLSS浓度仪器，测的数据自动回馈到自控系统实现智能化管理和优化。
优选的，所述的步骤c)中的厌氧池末端靠近出口水样上清液的PO4 3-与TP的浓度比大于0.9。为了评估厌氧池的生物除磷的效果，可以取样检测厌氧池前水样和厌氧池末端靠近出水口水样测上清液TP 浓度和PO4 3-浓度，厌氧池末端上清液的PO4 3-浓度要大于厌氧池前的水样的上清液PO4 3-浓度，同时厌氧池末端的PO4 3-与TP的浓度比要大于厌氧池前的水样的PO4 3-与TP的浓度比，上述参数的浓度可以取样人工检测，也可以在相应的位置安装在线仪器检测后回馈到自控系统进行评估和优化。
本发明公开的方法中的上清液浓度在检测的时候需要避免污泥干扰而造成测试误差，对于一些污泥无法有效沉降的污水厂，可以用溶解性浓度代替上清液浓度。
本发明提出测定生物脱氮前水样上清液的TN1浓度和根据TN浓度出水排放标准设定的要求达到的出水TN2浓度，接着计算出反硝化脱氮需要达到的去除率Y，再利用去除率计算出理论内回流比R1，这样就可以指导污水厂根据总氮去除要求设定相应的内回流比R2和内回流流量Q2。
本发明提出了控制和优化内回流带回来的DO浓度到缺氧池的方法，通过降低内回流混合液的DO浓度市政废水到0.6-1.5mg/L或者非市政废水到1-2mg/L，实现较低的DO回流量以减少DO在缺氧池对碳源的消耗；如果风机的风量已经无法调低而无法降低回流附近区域的DO浓度，就把内回流比设为理论计算值R1，同时在缺氧池适当加大碳源投加利用碳源消耗溶解氧以维持缺氧池的缺氧环境，这就为污水厂提供了优化内回流比促进缺氧池生物脱氮的同时也优化碳源剂量的方法。
本发明对于生物除磷工艺也提出了优化回流到厌氧池R3的方法，如果二沉池出水总氮(A2O+二沉池)或者缺氧池末端(A2O+MBR) 上清液总氮浓度超过TN浓度出水排放标准而且硝态氮浓度高于5mg N/L，运行二沉池回流比120-150％(A2O+二沉池)到厌氧池或缺氧池回流比120-200％(A2O+MBR)到厌氧池；同时有必要的话需要在厌氧池加碳源以实现厌氧池同步生物释磷和反硝化脱氮。而如果二沉池出水(A2O+二沉池)总氮或者缺氧池末端(A2O+MBR)上清液总氮浓度已经低于TN浓度出水排放标准，二沉池(A2O+二沉池)到厌氧池的回流比60-100％，或缺氧池(A2O+MBR)到厌氧池回流比80-130％，以维持厌氧池污泥浓度MLSS不会流失和保持厌氧池生物释磷的稳定效果。这个方法可以指导水厂优化从缺氧池或者二沉池到厌氧池的回流比R3以优化生物除磷。
最后，本发明提出了评估厌氧池生物释磷的方法，分别在生物脱氮除磷系统前的水样和厌氧池末端的水样测上清液TP浓度和PO4 3-浓度，厌氧池末端上清液的PO4 3-浓度要大于厌氧池前的水样上清液的 PO4 3-浓度，同时厌氧池末端上清液的PO4 3-与TP的浓度比要大于0.85，优选大于0.9。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法不仅可以指导水厂优化生物脱氮除磷处理效果，也可以指导污水厂通过优化内回流比减少碳源被内回流带回来的高DO浓度浪费，优化好氧池风机和回流泵的电耗，通过优化到厌氧池的回流比提高生物除磷效果也可以降低后续深度化学除磷药剂的药耗，最终实现电耗和药耗的节省。
附图说明
图1为本发明实施例所述的内回流比R2和二沉池到厌氧池的回流比R3的流程图；
图2为本发明实施例所述的内回流比R2和缺氧池到厌氧池的回流比R3流程图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
某屠宰污水厂处理水量15000m3/d或者625m3/h，工艺是厌氧、缺氧和好氧A2O工艺后接二沉池和高效斜板沉淀池，为了实现有效的生物脱氮除磷，根据本发明的方法，取样测厌氧池进水上清液的TN 浓度为80mg N/L，TP浓度为27mg P/L，PO4 3-浓度为17mg/L，总氮浓度出水排放标准为15mg N/L，总磷浓度出水排放标准为0.5mg P/L。按照本发明方法的计算公式，要求反硝化总氮去除率为75％，计算出内回流比R2为340％，所以设定内回流泵流量为2125m3/h；内回流泵的内回流混合液的DO浓度控制为1.5mg/L，内回流到缺氧池后内回流进水口DO浓度为0.6mg/L，缺氧池内DO浓度大于0.5 mg/L所占的区域不到整个缺氧池体积的5％。碳源投加在缺氧池DO 浓度最早出现0.5mg/L的地方。取样检测二沉池出水TN浓度是13 mg N/L。NO3 -浓度是5mg N/L，所以二沉池到厌氧池的回流比R3是 80％，回流到厌氧池的流量是500m3/h。运行稳定后马上取样测厌氧池出水口上清液的PO4 3-浓度44mg P/L，TP浓度45mg P/L，同时厌氧池污泥浓度MLSS维持在3500mg/L左右,厌氧池出水口 PO4 3-/TP＝0.98，证明了厌氧池的生物释磷很稳定高效,通过生物除磷好氧池末端的TP浓度降低到1.5mg P/L，到了斜板沉淀池再补充一点PAC去除到0.4mg P/L稳定达标。
实施例2
某市政水厂处理水量30000m3/d或者1250m3/h，工艺路线是工艺是厌氧、缺氧和好氧A2O+MBR.现场运行好氧池到缺氧池内回流比 350％，缺氧池到厌氧池回流比150％，同时靠近内回流泵区域的泥水混合液的DO浓度高达3.5mg/L，现场需要投加50mg/L葡萄糖才能保证总氮稳点达标。根据本发明的方法，取厌氧池进水水样测上清液的TN浓度为30mg N/L、PO4 3-浓度为1.0mg P/L、TP浓度为2.0mg P/L；总氮浓度出水排放标准为15mg N/L，总磷浓度出水排放标准为0.5mg P/L。按照本发明方法的计算公式，要求反硝化总氮去除率为55％，计算出内回流比R2 150％，所以设定内回流泵流量为1875 m3/h；内回流混合液的DO浓度控制为0.7mg/L，内回流到缺氧池后内回流进水口DO浓度为0.5mg/L，碳源葡萄糖投加38mg/L在缺氧池内回流进水口。取样检测缺氧池末端上清液的TN浓度是12.5mg N/L，NO3 -浓度是3mg N/L，所以缺氧池到厌氧池的回流比R3是100％，回流到厌氧池的流量是1250m3/h。运行稳定后马上取样测厌氧池出水口上清液的PO4 3-浓度3.6mg P/L，TP浓度3.8mg P/L，厌氧池污泥浓度MLSS维持在4000mg/L左右,厌氧池出水口PO4 3-/TP＝0.95, 证明了厌氧池的生物释磷效果高效；通过生物除磷好氧池末端的TP 浓度降低到0.3mg P/L直接达标。另外，由于优化了内回流比减少回流回来DO浓度对碳源的消耗、同时减少风量节省风机电耗、好氧池到缺氧池内回流流量和缺氧池到厌氧池的回流量都减少，造成回流泵的电耗也减少，一共节省电耗0.028元/吨水，葡萄糖剂量从50mg/L 降低到38mg/L，节省葡萄糖药耗0.036元/吨水，所以月均节省电耗和药耗5.7万元/月。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）根据生物脱氮除磷系统前的上清液总氮浓度确定总氮去除率和内回流比；
（2）优化好氧池到缺氧池的内回流，确保缺氧池的缺氧环境以促进总氮去除、碳源的有效利用率和出水总氮达标；
（3）优化生物除磷中缺氧池或二沉池到厌氧池的回流比后即成；
所述的步骤（1）中的总氮去除率和内回流比通过如下公式计算得出：
X=(TN1-TN2)/TN1*100% （1）
Y=X-K1 （2）
R1=Y/(1-Y)*100% （3）
R2=R1+K2 （4）
Q2=R2*Q1 （5）
其中，
TN1为生物脱氮除磷系统前检测的上清液TN 浓度，单位为 mg N/L；
TN2 为出水要求的TN 浓度，单位为 mg N/L，TN2比TN浓度出水排放标准低2-3 mg N/L；
X为保证出水TN浓度稳定达标的生化系统的总氮去除率，单位为%；
Y为反硝化反应脱氮需要达到的去除率，单位为%；
K1为总氮被生化系统的自我利用而去除的部分，K1为3-15%；
R1为好氧池到缺氧池的理论计算内回流比，单位为%；
R2为好氧池到缺氧池采用的内回流比，单位为%；
K2 为安全区间增加的回流比，单位为%，K2为0-100%；
Q1为进水流量，单位为m3/h；
Q2为内回流泵设定的流量，单位为m3/h；
所述的步骤（2）中优化好氧池到缺氧池的内回流的具体步骤如下：
a）、将内回流泵设置于好氧池末端，内回流泵回流的混合液的DO浓度市政废水控制在0.5-2 mg/L，非市政废水的DO浓度控制在0.5-4 mg/L；
b）、调低好氧池风机风量，减少内回流比至接近理论计算回流比，加大缺氧池的碳源投加量，靠碳源来消耗内回流带回来的溶解氧以维持缺氧池的缺氧环境；
c）、检测缺氧池内的内回流进水口的DO浓度，DO浓度为0-0.9 mg/L；
所述的步骤（3）中的优化生物除磷中缺氧池或二沉池到厌氧池的回流比的具体步骤如下：
a）、如果二沉池工艺中二沉池出水或者MBR工艺中缺氧池末端上清液的TN浓度超过TN浓度出水排放标准且硝态氮浓度高于10 mg N/L，二沉池工艺中二沉池到厌氧池回流比为100-150%或MBR工艺中缺氧池到厌氧池的回流比为100-250%，碳源需要投加在厌氧池或同时投加在厌氧池和缺氧池；
b）、如果二沉池工艺中二沉池出水或者MBR工艺中的缺氧池末端上清液的TN浓度低于TN浓度出水排放标准，二沉池到厌氧池的回流比为50-150%或缺氧池到厌氧池的回流比为70-150%；
c）、分别检测厌氧池前水样和厌氧池末端靠近出水口水样上清液的TP 浓度和PO4 3-浓度，厌氧池末端的PO4 3-浓度大于厌氧池前水样的PO4 3-浓度，同时厌氧池末端的PO4 3-与TP的浓度比大于厌氧池前水样的PO4 3-与TP的浓度比，厌氧池末端靠近出口水样的PO4 3-与TP的浓度比大于0.85。
2.根据权利要求1所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：所述的K1为5-10%；所述的K2为20-50%。
3.根据权利要求1所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：所述的步骤（2）的步骤a）中的内回流泵回流的混合液的DO浓度非市政废水控制在1-2 mg/L和市政废水控制在0.6-1.5 mg/L。
4.根据权利要求1所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：所述的步骤（2）的步骤c）中的DO浓度为0-0.5 mg/L；如果内回流进水口的DO 浓度大于等于0.5 mg/L以上，则监控缺氧池DO浓度大于0.5 mg/L 的占有区域，该区域小于缺氧池总体积的15%；如果在缺氧池投加碳源，碳源投加点为缺氧池沿着内回流水流方向最早出现DO浓度小于0.5mg/L的地方。
5.根据权利要求4所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：所述的区域小于缺氧池总体积的10%。
6.根据权利要求1所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：所述的步骤（3）的步骤b）中二沉池工艺中的二沉池出水或者MBR工艺中的缺氧池末端上清液的TN浓度低于TN浓度出水排放标准，二沉池到厌氧池的回流比为60-100%或缺氧池到厌氧池的回流比为80-130%。
7.根据权利要求1所述的A2O生物脱氮除磷回流比的优化方法，其特征在于：所述的步骤（3）的步骤c）中的厌氧池末端靠近出口水样上清液的PO4 3-与TP的浓度比大于0.9。
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