CN117263406B - 一种连续流aoa工艺曝气策略及曝气比例的选择方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种连续流AOA工艺曝气策略及曝气比例的选择方法，上述连续流AOA工艺曝气策略中，将好氧池分为三段曝气，将曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三伸入相对应的曝气段内，曝气时，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为40％‑50％、25％‑30％、25％‑30％。曝气比例的选择方法为：计算好氧区内的生化耗氧量MO1，余留氧量MO2，然后根据MO1和MO2计算总曝气量MO3，并计算实际曝气效率ηair、氨氮氧化速率μNH4，以及总氮转化率μN。本申请的AOA工艺曝气策略及曝气比例的选择方法，较贴近真实情况，使用方便，具有实用价值。
Description
技术领域
本申请涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种连续流AOA工艺曝气策略及曝气比例的选择方法。
背景技术
传统生物脱磷除氮工艺对于原水碳源有较高要求，而原水中碳源供给不足，难以满足磷和氮的去除率。而AOA工艺可在低C/N条件下运行，较传统生物脱磷除氮工艺有明显优势，不仅降低了能耗，节约了成本，而且可以得到更高的总氮去除率。
AOA工艺采用厌氧-好氧-缺氧的连接方式，好氧池中利用曝气风机提供的溶解氧实现COD去除、氨氮通过短程硝化反应变成亚硝态氮或者硝化反应变成硝态氮，以及磷的吸附，因而，好氧池的曝气方式和曝气量是AOA工艺较关键的因素，而目前污水厂仅仅依靠好氧池中检测的溶解氧量的数据来判断好氧池的曝气量是否过量或者需要优化，采用单一维度的溶解氧量作为判断依据，并不能较真实地反应好氧池的曝气效果，此外，目前的AOA工艺的运行方法尚不成熟，特别是在曝气策略上缺乏实际经验。
发明内容
为了解决上述至少一种技术问题，开发一种适用于连续流AOA工艺曝气策略及曝气比例的选择方法，本申请提供一种连续流AOA工艺曝气策略及曝气比例的选择方法。
一方面，本申请提供的一种连续流AOA工艺曝气策略，包括并排设置的曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三，所述曝气支管一的出气端位于第一好氧区内，所述曝气支管二的出气端位于第二好氧区内，所述曝气支管三的出气端位于第三好氧区内，所述第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区顺次相连，所述第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区的容积相同；曝气时，所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为40％-50％、25％-30％和25％-30％。
通过采用上述技术方案，本申请的好氧池包括依次相连的第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端伸入相对应的好氧区内，曝气时，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的气体流量占比分别为40％-50％、25％-30％和25％-30％，在输入的曝气总量相同的条件下，采用上述曝气策略，使得曝气效果较佳，即好氧池的实际曝气效率较高，氨氮氧化速率较高，总氮转化速率较高。
可选的，还包括曝气总管，所述曝气总管的进气端与曝气风机相连，所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三的进气端分别与所述曝气总管的出气端相连，所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三上均设置有电动调节阀。
通过采用上述技术方案，通过调节电动调节阀的开度，以较好地控制相对应的曝气支管输出的气体流量。
可选的，所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三上均设置有气体流量计，所述气体流量计位于相对应的所述电动调节阀的下游。
通过采用上述技术方案，气体流量计可实时监测相对应的曝气支管内的气体流量，以便精准地控制电动调节阀的开度。
第二方面，本申请提供了采用上述的连续流AOA工艺曝气策略选择曝气比例的方法，包括如下步骤：
计算每个好氧区内的生化耗氧量MO1、每个好氧区内余留氧量MO2，以及每个好氧区总曝气量MO3，所述生化耗氧量MO1的计算公式如下，
TO，好氧区内水力停留时间，单位为d，
μA，自养菌最大比生长速率，单位为d-1，取值为0.34～0.8，
YA，自养菌产率系数，单位为g细胞COD/氧化g N，取值为0.07～0.28，
好氧区内溶解氧浓度，单位为mg/L，
KO2,A，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.3～0.5，
XA，自养菌生物质浓度，单位为mg/L，
V，好氧区的容积，单位为L；
所述余留氧量MO2的计算公式如下，
曝气头出口处溶解氧浓度，单位为mg/L，
所述总曝气量MO3的计算公式如下，
MO3＝MO1+MO2。
可选的，还包括计算每个好氧区内的实际曝气量MO4，所述实际曝气量MO4的计算公式如下，
或者，MO4＝GS*ρair*Qw*EA*TO，
KLA，氧传递系数，单位为h-1，取值为2.0～5.0，
CS，好氧区中氧饱和质量浓度，单位为mg/L，取值为1～2，
GS，曝气设备的出风量，单位为m3/h，
ρair，空气密度，单位为mg/L，取值为1.293，
QW，氧气在空气中占比，取值为0.20～0.28，
EA，曝气氧利用效率，单位为％，取值为4～10。
通过采用上述技术方案，本申请通过计算各好氧区中生化耗氧量MO1，以及余留氧量MO2，通过两者之和MO3从而可较真实地反应好氧池的曝气量，以便决策者作出较为合理的决断；生化耗氧量MO1和余留氧量MO2依据现场实测计算得到，较贴近真实情况，计算方便，而且具有实用价值。
可选的，还包括计算每个好氧区的实际曝气效率ηair，所述实际曝气效率ηair的计算公式如下：
Rair，曝气修正参数，取值为0.2～1.0。
可选的，还包括计算每个好氧区的氨氮氧化速率μNH4，所述氨氮氧化速率μNH4的计算公式如下，
ΔSNH4，单位时间内好氧区内氨氮浓度变化量，单位为mg/L，
KNH4，自养菌的氨半饱和系数，单位为g NH3-N/m3，取值为0.8～1.2。
可选的，还包括计算每个好氧区的总氮转化速率μN，总氮转化速率μN的计算公式为：
μN＝μN1+μN2
其中，有机氮转化速率μN1的计算公式为，
iXB，生物体COD的含氮比例，单位为g N/g COD，取值为0.08，
μH，异养菌最大比生长速率，单位为d-1，取值为3.0～13.2，
SCOD，好氧池中COD浓度，单位为mg/L，
KCOD，异养菌半饱和系数，单位为g COD/m3，取值为10.0～18.0，
KO2,H，异养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.1～0.3，
ηg，水解校正因子，取值为0.6～1.0，
SNO3，好氧池中硝氮浓度，单位为mg/L，
KNO3，异养菌硝氮半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.4～0.6，
XH，异养菌生物质浓度，单位为mg/L；
无机氮转化速率μN2的计算公式为，
SNH4，好氧池中氨氮浓度，单位为mg/L，
KNH4，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.8～1.2，
KO2,A，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.3～0.5。
通过采用上述技术方案，通过现场实测曝气风机参数，便可计算实际曝气效率；通过现场实测好氧区氨氮浓度和自养菌参数，便可计算出氨氮氧化速率；通过现场实测好氧区内无机氮浓度、有机氮浓度，异养菌参数和自养菌参数，便可计算出总氮转化速率,从而实现最佳曝气比例的选择。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的好氧池包括依次相连的第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端伸入相对应的好氧区内，曝气时，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为40％-50％、25％-30％、25％-30％，在输入的曝气总量相同的条件下，采用上述曝气策略，使得曝气效果较佳，即好氧池的实际曝气效率较高，氨氮氧化速率较高，总氮转化速率较高。
2.本申请通过定量计算好氧区内的生化耗氧量MO1、余留氧量MO2、总曝气量MO3、实际曝气量MO4、以及实际曝气效率ηair，从而可较真实地反映好氧池的曝气效果。
3.本申请的生化耗氧量MO1、余留氧量MO2、总曝气量MO3、实际曝气量MO4、以及实际曝气效率ηair，依据现场实测和理论计算得到，较贴近真实情况，计算方便，而且具有实用价值。
4.本申请通过计算氨氮氧化速率μNH4和总氮转化速率μN，可从更多维度反映AOA工艺好氧池的曝气效果，不但凸显了AOA工艺的特征，也改善了以往仅采用单一维度的溶解氧量作为判断依据的缺陷。
附图说明
图1是本申请提供的好氧池的结构示意图；
附图标记说明：1、好氧池；11、第一好氧区；12、第二好氧区；13、第三好氧区；2、曝气设备；21、曝气风机；22、曝气总管；23、第一气体流量计；24、曝气支管一；25、曝气支管二；26、曝气支管三；27、电动调节阀；28、第二气体流量计；29、曝气头。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
具体实施例
实施例1～20为连续流AOA工艺的曝气比例的选择方法
实施例1
计算好氧区内的生化耗氧量MO1、好氧区内余留氧量MO2，以及好氧区总曝气量MO3，所述生化耗氧量MO1的计算公式如下，
TO，好氧区内水力停留时间，单位为d，
μA，自养菌最大比生长速率，单位为d-1，取值为0.34，
YA，自养菌产率系数，单位为g细胞COD/氧化g N，取值为0.12，
好氧区内溶解氧浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
KO2,A，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.3，
XA，自养菌生物质浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
V，好氧区的容积，单位为L；
所述余留氧量MO2的计算公式为，
曝气头出口处溶解氧浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
所述总曝气量MO3的计算公式为，
MO3＝MO1+MO2。
实施例2～5与实施例1的区别在于参数的取值不同，如下表1所示，其中，表1中只显示了参数的取值，参数的单位参考实施例1。
表1实施例2～5中参数的取值
| μA | YA | KO2,A | |
| 实施例1 | 0.34 | 0.12 | 0.3 |
| 实施例2 | 0.50 | 0.24 | 0.4 |
| 实施例3 | 0.42 | 0.07 | 0.35 |
| 实施例4 | 0.80 | 0.28 | 0.5 |
| 实施例5 | 0.69 | 0.16 | 0.45 |
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于：实施例6中，还包括计算好氧区内的实际曝气量MO4以及实际曝气效率ηair，所述实际曝气量MO4的计算公式如下，
KLA，氧传递系数，单位为h-1，取值为3.0，
CS，好氧区中氧饱和质量浓度，单位为mg/L，取值为2，
GS，曝气风机的出风量，单位为m3/h。
所述实际曝气效率ηair的计算公式如下：
Rair，曝气修正参数，取值为1.0。
实施例7～10
实施例7～10与实施例6的区别在于参数的取值不同，如下表2所示，其中，表2中只显示了参数的取值，参数的单位参考实施例6。
表2实施例7～10中参数的取值
| KLA | CS | QW | EA | Rair | |
| 实施例6 | 3.0 | 2 | 0.20 | 5 | 1.0 |
| 实施例7 | 2.0 | 1 | 0.28 | 4 | 0.8 |
| 实施例8 | 5.0 | 2 | 0.22 | 8 | 0.2 |
| 实施例9 | 4.0 | 1.3 | 0.25 | 10 | 0.4 |
| 实施例10 | 2.8 | 1.7 | 0.26 | 6 | 0.3 |
实施例11
实施例11与实施例6的区别在于：实施例11中，还包括计算好氧区的氨氮氧化速率μNH4，所述氨氮氧化速率μNH4的计算公式如下，
ΔSNH4，单位时间内好氧区中氨氮浓度变化量，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
KNH4，自养菌的氨半饱和系数，单位为g NH3-N/m3，取值为1.0。
实施例12～15
实施例12～15与实施例11的区别在于参数的取值不同，如下表3所示，其中，表3中只显示了参数的取值，参数的单位参考实施例11。
表3实施例12～15中参数的取值
| KNH4 | |
| 实施例11 | 1.0 |
| 实施例12 | 0.8 |
| 实施例13 | 1.0 |
| 实施例14 | 1.2 |
| 实施例15 | 1.1 |
实施例16
实施例16与实施例11的区别在于：实施例16中，还包括计算有机氮转化速率μN1、无机氮转化速率μN2，以及总氮转化速率μN，所述有机氮转化速率μN1的计算公式为，
iXB，生物体COD的含氮比例，单位为g N/g COD，取值为0.08，
μH，异养菌最大比生长速率，单位为d-1，取值为5.0，
SCOD，好氧区中COD浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
KCOD，异养菌半饱和系数，单位为g COD/m3，取值为10.0，
好氧池中溶解氧浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
KO2,H，异养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.3，
ηg，水解校正因子，取值为0.8，
SNO3，好氧池中硝氮浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得
KNO3，异养菌硝氮半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.4，
XH，异养菌生物质浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得；
所述无机氮转化速率μN2的计算公式为，
SNH4，好氧池中氨氮浓度，单位为mg/L，其值为现场实测所得，
KNH4，自养菌(N)的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为1.2，
KO2,A，自养菌(COD)的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.4；
所述总氮转化速率μN的计算公式为：
μN＝μN1+μN2
实施例17～20与实施例16的区别在于参数的取值不同，如下表4所示，其中，表4中只显示了参数的取值，参数的单位参考实施例16。
表4实施例17～20中参数的取值
实施例21～23为连续流AOA工艺曝气策略
实施例21
好氧池1的结构示意图如图1所示，好氧池1包括依次相连的第一好氧区11、第二好氧区12和第三好氧区13，第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区的容积相同，第一好氧区与第二好氧区之间通过管道一相连通，管道一上设置有控制阀一，同理，第二好氧区和第三好氧区之间通过管道二相连通，管道二上设置有控制阀二；曝气设备2包括曝气风机21、曝气总管22和曝气支管。
曝气总管22的进气端与曝气风机21相连，曝气总管22上设置有第一气体流量计23，曝气支管包括并排设置的曝气支管一24、曝气支管二25和曝气支管三26，曝气支管一24、曝气支管二25和曝气支管三26的进气端分别与曝气总管22的出气端相连，曝气支管一24的出气端位于第一好氧区11内，曝气支管二25的出气端位于第二好氧区12内，曝气支管三26的出气端位于第三好氧区13内，曝气支管一24、曝气支管二25以及曝气支管三26上均设置有电动调节阀27和第二气体流量计28，第二气体流量计28位于相对应的电动调节阀27的下游，曝气支管一24、曝气支管二25以及曝气支管三26的出气端均设置有曝气头29。
第二气体流量计28可实时监测相对应的曝气支管输出的气体流量，以便精准地控制相对应的电动调节阀的开度。
曝气时，曝气支管一、曝气支管二以及曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为50％、25％和25％。
实施例22
实施例22与实施例21的区别在于：曝气时，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为40％、30％和30％。
实施例23
实施例23与实施例21的区别在于：曝气时，曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为45％、27.5％和27.5％。
实施例21～23曝气策略的曝气效果实验
取三个相同的好氧池1，每个好氧区的容积为20m3，每个好氧池的容积为60m3；每个好氧区内培养有相同的悬浮生长的活性污泥，且活性污泥的浓度均为4g/L，各好氧池输入相同量的待处理污水11m3，污水在第一好氧区处理后，开启控制阀一，第一好氧区内的污水流至相对应的第二好氧区内，污水在第二好氧区处理后，开启控制阀二，第二好氧区内的污水流至相对应的第三好氧区内。其中，待处理污水的COD浓度为180mg/L，TN浓度为35mg N/L，TP浓度为4mg P/L，各好氧区内水力停留时间为8h。
第一个好氧池采用实施例21的曝气策略进行曝气，第二个好氧池采用实施例22的曝气策略进行曝气，第三个好氧池采用实施例23的曝气策略进行曝气，曝气风机的出风量为75m3/h，控制各好氧池输入的曝气总量相同。
采用实施例16的曝气比例选择方法分别计算各好氧池的每个好氧区的生化耗氧量MO1、实际曝气量MO2、实际曝气效率ηair、氨氮氧化速率μNH4以及总氮转化速率μN，将各好氧池对应的三个好氧区的检测结果求和并取平均值即可得各好氧池的生化耗氧量MO1、实际曝气量MO2、实际曝气效率ηair、氨氮氧化速率μNH4以及总氮转化速率μN，所测得的结果如下表5所示，具体的单位可由公式得出，在此省略。
表5实施例21～23的曝气效果
| 实施例21 | 实施例22 | 实施例23 | |
| 生化耗氧量 | 78.92 | 82.52 | 92.48 |
| 实际曝气量 | 475.13 | 473.38 | 461.13 |
| 实际曝气效率 | 0.83 | 0.83 | 0.80 |
| 氨氮氧化速率 | 20.43 | 16.17 | 19.18 |
| 总氮转化速率 | 25.89 | 21.34 | 23.20 |
从表5的结果可知，在输入的曝气总量相同的条件下，采用实施例21的曝气策略的曝气效果较好，即曝气支管一、曝气支管二以及曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为50％、25％和25％时，氨氮氧化速率以及总氮转化速率均较高。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种连续流AOA工艺选择曝气比例的方法，其特征在于，所述连续流AOA工艺中的好氧池包括依次相连的第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区，曝气设备包括并排设置的曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三，所述曝气支管一的出气端位于第一好氧区内，所述曝气支管二的出气端位于第二好氧区内，所述曝气支管三的出气端位于第三好氧区内，所述第一好氧区、第二好氧区和第三好氧区的容积相同；还包括曝气总管，所述曝气总管的进气端与曝气风机相连，所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三的进气端分别与所述曝气总管的出气端相连，所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三上均设置有电动调节阀；所述曝气支管一、所述曝气支管二和所述曝气支管三上均设置有气体流量计，所述气体流量计位于相对应的所述电动调节阀的下游；
所述选择曝气比例的方法包括如下步骤：
计算每个好氧区内的生化耗氧量MO1、每个好氧区内余留氧量MO2、每个好氧区总曝气量MO3、每个好氧区内的实际曝气量MO4、每个好氧区的实际曝气效率ηair、每个好氧区的氨氮氧化速率μNH4和每个好氧区的总氮转化速率μN，所述生化耗氧量MO1的计算公式如下，
TO，好氧区内水力停留时间，单位为h，
μA，自养菌最大比生长速率，单位为d-1，取值为0.34～0.8，
YA，自养菌产率系数，单位为g细胞COD/氧化g N，取值为0.07～0.28，好氧区内溶解氧浓度，单位为mg/L，
KO2,A，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.3～0.5，
XA，自养菌生物质浓度，单位为mg/L，
V，好氧区的容积，单位为L；
所述余留氧量MO2的计算公式如下，
曝气头出口处溶解氧浓度，单位为mg/L；
所述总曝气量MO3的计算公式如下，
MO3＝MO1+MO2；
所述实际曝气量MO4的计算公式如下，
或者，MO4＝GS*ρair*Qw*EA*TO，
KLA，氧传递系数，单位为h-1，取值为2.0～5.0，
CS，好氧区中氧饱和质量浓度，单位为mg/L，取值为1～2，
GS，曝气风机的出风量，单位为m3/h，
ρair，空气密度，单位为mg/L，取值为1.293，
QW，氧气在空气中占比，取值为0.20～0.28，
EA，曝气氧利用效率，单位为％，取值为4～10；
所述实际曝气效率ηair的计算公式如下：
Rair，曝气修正参数，取值为0.2～1.0；
所述氨氮氧化速率μNH4的计算公式如下，
ΔSNH4，单位时间内好氧区中氨氮浓度变化量，单位为mg/L，
KNH4，自养菌的氨半饱和系数，单位为g NH3-N/m3，取值为0.8～1.2；
总氮转化速率μN的计算公式为：
μN＝μN1+μN2
其中，有机氮转化速率μN1的计算公式为，
iXB，生物体COD的含氮比例，单位为g N/g COD，取值为0.08，μH，异养菌最大比生长速率，单位为d-1，取值为3.0～13.2，
SCOD，好氧区中COD浓度，单位为mg/L，
KCOD，异养菌半饱和系数，单位为g COD/m3，取值为10.0～18.0，
KO2,H，异养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.1～0.3，
ηg，水解校正因子，取值为0.6～1.0，
SNO3，好氧池中硝氮浓度，单位为mg/L，
KNO3，异养菌硝氮半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.4～0.6，
XH，异养菌生物质浓度，单位为mg/L；
无机氮转化速率μN2的计算公式为，
SNH4，好氧池中氨氮浓度，单位为mg/L，
KNH4，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.8～1.2，
KO2,A，自养菌的氧半饱和系数，单位为g/m3，取值为0.3～0.5；
曝气时，所述曝气支管一、曝气支管二和曝气支管三的出气端的气体流量占比分别为40％-50％、25％-30％和25％-30％；计算得到每个好氧区内的生化耗氧量MO1、实际曝气量MO2、实际曝气效率ηair、氨氮氧化速率μNH4和总氮转化速率μN，并对上述各值分别求和并取平均值，得到好氧池的生化耗氧量、实际曝气量、实际曝气效率、氨氮氧化速率和总氮转化速率，从而选择出最佳的曝气比例。
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