CN1769212A - 分段进水生物脱氮方法中采用水力控制污泥龄的方法 - Google Patents

Abstract

分段进水生物脱氮方法中采用水力控制污泥龄的方法，它涉及一种分段进水生物脱氮工艺中污泥龄的控制方法。为了解决采用测定TSS和BOD的方法控制污泥龄较繁杂而且耗时较长的缺陷，本发明的污水以分段的形式进入反应器的缺氧区中，优先供给反硝化菌进行反硝化反应，然后再进入好氧区进行有机物的降解和硝化反应，沿反应器在空间上构成了缺氧/好氧/缺氧/好氧交替运行结构，在最后一段的好氧区内的泥水混合液进入二沉池进行泥水分离，污泥回流至反应器首端，污泥龄可通过下式控制：

Description

分段进水生物脱氮方法中采用水力控制污泥龄的方法

技术领域：

本发明涉及一种分段进水生物脱氮工艺中污泥龄的控制方法。

背景技术：

分段进水生物脱氮工艺是近年来新开发的生物脱氮方法，见图1，它具有如下优点：①具有很高的总氮去除率；②无需内循环步骤，简化工艺流程；③最大程度地充分利用了进水中的有机碳源；④能够有效地抑制丝状菌的生长与繁殖，较好地防止了丝状菌污泥膨胀的发生；⑤在一定程度上缩小了供氧速率与耗氧速率之间的差距，有利于降低能耗，又能够充分发挥活性污泥微生物的降解功能；⑥提高了反应器对水质水量冲击负荷的适应能力；⑦减轻了二沉池的负荷，有利于提高二沉池的固液分离效果；⑨反硝化反应的出水直接进入硝化反应池，在一定程度上补充了硝化对碱度的要求。

近年来，污水厂出水水质要求的提高以及污水处理厂投资和运行费用的减少被日益广为关注。因此对污水处理工艺以及整个污水处理厂进行控制势在必行。其中污泥回流量和剩余污泥排放量是两个重要的控制参数。回流污泥必需保证主反应器内的污泥浓度以满足不同进水流量和水质条件下处理效果的要求。而不论从给定有机物/微生物比值(F∶M)和污泥龄还是满足沉淀池运行的稳定性角度，都需要对剩余污泥排放量进行控制。以污泥龄作为控制参数的重要性的作用在于能够同时控制比增长速率、系统中微生物的生理特性以及污泥的沉降性能。

调整剩余污泥排放量和控制污泥龄的方法主要包括以下几种：

(1)直接测定活性污泥总量以调整剩余污泥排放量；

(2)控制有机物/微生物(F∶M)比值；

(3)维持曝气池中活性污泥浓度恒定。

目前这三种方法均需在实验室中进行离心分离或在线测定总悬浮固体浓度TSS和生化需氧量BOD。分段进水活性污泥系统中污泥回流至首端而污水分段进入，产生污泥浓度的梯度分布，因此采用测定TSS和BOD的方法控制污泥龄较繁杂而且耗时较长，特别当段数较多时。在分段进水生物脱氮工艺中，每一段中的污泥浓度随进水流量的变化而变化，采用常规的控制方法显然不合适，因此需要开发一种新的控制污泥龄的方法。

发明内容：

为了解决采用测定TSS和BOD的方法控制污泥龄较繁杂而且耗时较长的缺陷，本发明开发了一种在分段进水生物脱氮工艺中采用水力控制污泥龄的方法，并采用试验进行了验证。本发明的目的是这样实现的：污水以分段的形式进入反应器的缺氧区中，优先供给反硝化菌进行反硝化反应，然后再进入好氧区进行有机物的降解和硝化反应，沿反应器在空间上构成了缺氧/好氧/缺氧/好氧交替运行结构，在最后一段的好氧区内的泥水混合液进入二沉池进行泥水分离，污泥回流至反应器首端，检测污泥回流量、进水流量和剩余污泥排放量，通过下式控制污泥龄：

$w=\frac{100}{X_{\mathrm{SRT}}}\·(\frac{V_{A1}}{Q_1+R}+\frac{V_{A2}}{Q_1+Q_2+R}+\·\·\·+\frac{V_{A(n-1)}}{Q_1+Q_2+\·\·\·+Q_{n-1}+R}+\frac{V_{\mathrm{An}}}{Q+R}+\frac{V_S}{Q+R}),$

式中：w为剩余污泥排放量，以％表示，X_SRT为污泥龄，Q₁，Q₂......Q_n分别为每一段的进水流量，V_A1，V_A2......V_An分别为每一段曝气池的容积，R为污泥回流量，n为段数。

假设一个传统的活性污泥工艺，平均进水流量为Qm³/d，平均回流污泥流量为Rm³/d，曝气池容积V_Am³，沉淀池容积V_Sm³。为了控制污泥龄为X_SRT天，系统中需要每天排出百分之100/X_SRT的活性污泥总量。但是由于污泥通过污泥回流线产生了很多分支，所以如果要排出百分之100/X_SRT的活性污泥总量，就超过了实际所要求的剩余污泥排放量。如果知道每天中污泥产生了多少分支，那么就可以计算实际应该排出的回流污泥的百分比，这个比值应该是100/X_SRT除以污泥每天中所产生的分支数。

对于任何一个污水处理工艺，污泥每天产生的分支数都可以计算求得。在传统推流式活性污泥工艺中，污泥每天的分支数等于通过工艺的流量(Q+R)除以工艺总容积(V_A+V_S)。因此，对于传统活性污泥工艺每天连续排放的剩余污泥量(W)可通过下式计算：

$W=\frac{100(V_A+V_S)}{\mathrm{SRT}(Q+R)},$ 其中W以回流污泥总量(R+W)百分比的形式表达。

上述例子说明的情况是污泥在回流污泥线中排出，如果污泥从曝气池混合液中直接排出也可采用上述公式计算，所不同之处在于W应为曝气池出水流量(Q+R)的百分比。该方法也可应用于完全混合式活性污泥工艺。由于在完全混合工艺中曝气池污泥浓度是均一的，排出的混合液的量是曝气池和沉淀池总容积除以污泥龄。该方法同样应用于SBR工艺。在计算时，只需将循环周期计算在内。

对于任何一个给定的污水厂，所服务的曝气池和沉淀池的容积是固定的。因此对于任何一个污泥龄值，对剩余污泥排放量有影响的变量只有Q和R。因此，剩余污泥排放量仅仅单纯的取决于工艺的流量(Q+R)。

在分段进水工艺中，水力控制污泥龄的方法要稍复杂于传统工艺，但也是比较容易计算的。在分段进水工艺中总共的污泥分支数等于1除以活性污泥在系统中的总停留时间之和。而总停留时间之和又等于活性污泥在每一段和在沉淀池中的停留时间的加和。在这里需要指出的是构成推流式反应器的充分必要条件为：反应器中每一流体元素的停留时间都是相等的。以分段进水生物脱氮工艺的第一段为例，在某一点上是完全混合的，即泥水完全混合；在整体上是推流式反应器，因此在第一段内固体停留时间与水力停留时间是相等的。

对于分段进水生物脱氮工艺每天连续排放的剩余污泥量可通过下式计算：

$w=\frac{100}{X_{\mathrm{SRT}}}\·(\frac{V_{A1}}{Q_1+R}+\frac{V_{A2}}{Q_1+Q_2+R}+\·\·\·+\frac{V_{A(n-1)}}{Q_1+Q_2+\·\·\·+Q_{n-1}+R}+\frac{V_{\mathrm{An}}}{Q+R}+\frac{V_S}{Q+R}),$

其中Q₁，Q₂......Q_n分别是每一段的进水流量，V_A1，V_A2......V_An分别是每一段曝气池的容积，R为污泥回流量，n为段数。

由上式可以看出，水力控制污泥龄无需测定曝气池中污泥浓度和回流污泥浓度，只需确定污泥回流量R、进水流量Q和剩余污泥排放量W三个物理量即可。

综上所述，传统的测量和控制污泥龄的方法都均需测定反应器和回流污泥中的污泥浓度，所以过于繁琐且耗时较长。因此，没有通过直接调整污泥回流量和剩余污泥排放量而达到所需污泥龄的直接方法。而采用水力控制污泥龄的方法只需要通过简单的计算剩余污泥排放量与进水流量、污泥回流量和反应器的容积间的关系即可。

采用水力控制的方法反应器污泥浓度也会随着进水COD浓度的变化而变化。如果进水COD浓度升高，混合液污泥浓度也随之升高。因此，即使剩余污泥排放量不变的条件下，更多的污泥也会被排放掉。同样如果进水中COD浓度降低，混合液中污泥生长速率也较慢，污泥浓度也随之降低。因此，在剩余污泥排放量不变的条件下，污泥排出量也要减少。这也是水力控制方法对比其他控制方法的优势之一。当采用其他控制方法时，均需要考虑COD负荷的变化。当采用恒定污泥浓度的控制方法时，由于污泥浓度水平的变化需要进行调整污泥排放量。如果采用控制曝气池污泥浓度恒定的方法时，大约需要1天时间调整污泥浓度水平以达到某一恒定的F/M比值。如果利用BOD去确定F/M比值，那么需要5天甚至一周时间来调整污泥浓度水平。当调整工作进行完成时，COD负荷已经随时间的变化而达到另一值。而采用水力控制方法，污泥浓度水平随着进水COD浓度的变化而自动调节，污泥浓度水平始终在维持恒定的F/M比值的方向上进行变化。

在长达六个月的实施研究过程中，无论是三段、四段、五段工艺，还是在不同的运行条件下，分段进水生物脱氮工艺的污泥龄均保持在18±0.25天。对于四段工艺，平均出水氨氮浓度从2.75mg/L降为1.00mg/L。随着硝化反应效率的提高，平均出水总氮浓度从13.5mg/L降为7.55mg/L，相应的总氮去除率从70％上升为85％，如图2所示。对于三段(图3)和五段(图4)工艺，在不同运行条件下，分别得到了高于80％和95％的总氮去除率，且保持稳定，为本发明方法的实施与应用提供有力的证明。

本发明的方法无需测定反应器和回流污泥中的污泥浓度，只通过简单的计算剩余污泥排放量与进水流量、污泥回流量和反应器的容积间的关系，即可达到控制污泥龄恒定的目的，简单易行，便于操作，是一种值得大力推广的控制污泥龄的方法。

附图说明：

图1为典型分段进水生物脱氮工艺流程图，其中AX-缺氧池，OX-好氧池，SC-二沉池；图2为四段进水工艺应用水力的方法控制污泥龄后出水总氮浓度和去除率在不同运行条件下的变化关系图，其中▲-总氮去除率，△-出水总氮浓度；图3为三段进水工艺应用水力的方法控制污泥龄后出水总氮浓度和去除率在不同运行条件下的变化关系图，其中▲-总氮去除率，△-出水总氮浓度；图4为五段进水工艺应用水力的方法控制污泥龄后出水总氮浓度和去除率在不同运行条件下的变化关系图，其中▲-总氮去除率，△-出水总氮浓度。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式是这样实现的：污水以分段的形式进入反应器的缺氧区中，优先供给反硝化菌进行反硝化反应，然后再进入好氧区进行有机物的降解和硝化反应，沿反应器在空间上构成了缺氧/好氧/缺氧/好氧交替运行结构，在最后一段的好氧区内的泥水混合液进入二沉池进行泥水分离，污泥回流至反应器首端，检测污泥回流量、进水流量和剩余污泥排放量，通过下式控制污泥龄：

$w=\frac{100}{X_{\mathrm{SRT}}}\·(\frac{V_{A1}}{Q_1+R}+\frac{V_{A2}}{Q_1+Q_2+R}+\·\·\·+\frac{V_{A(n-1)}}{Q_1+Q_2+\·\·\·+Q_{n-1}+R}+\frac{V_{\mathrm{An}}}{Q+R}+\frac{V_S}{Q+R}),$

式中：w为剩余污泥排放量，以％表示，X_SRT为污泥龄，Q₁，Q₂......Q_n分别为每一段的进水流量，V_A1，V_A2......V_An分别为每一段曝气池的容积，R为污泥回流量，n为段数。

本实施方式中，当污泥从最后一段曝气池混合液中直接排出时，剩余污泥排放量为w(Q+R)，其中，R为控制污泥龄前的污泥回流量，Q为控制污泥龄前的总进水流量。

当污泥从污泥回流线中排出时，剩余污泥排放量为w(W+R)，其中，R为控制污泥龄前的污泥回流量，W为控制污泥龄前的剩余污泥排放量。

具体实施方式二：采用水力的方法控制污泥龄无需测定反应器和回流污泥中的污泥浓度，只通过简单的计算剩余污泥排放量与进水流量、污泥回流量和反应器的容积间的关系即可。本实施方式以哈尔滨工业大学二校区生活小区的污水为研究对象，对分段进水生物脱氮工艺水力控制污泥龄的方法进行了试验验证与实施研究。试验所用模型反应器主体容积为80L，二沉池容积为30L。

试验完成了分段进水工艺在不同段数、不同进水流量分配、不同进水量、不同进水浓度、不同缺氧与好氧区的容积比等的条件下，采用水力的方法控制污泥龄的应用情况。

试验结果表明，在不同进水量(120L/d至320L/d)和不同进水浓度(氨氮浓度和COD浓度)条件下，采用水力控制的方法，污泥龄均维持在目标值18天。在不同运行条件下的试验安排见表1，试验结果见图2。在较长污泥龄条件下，进水流量对污泥龄的影响非常小。在进水流量从120L/d(低)变为320L/d(高)，污泥龄仅仅从18.18天变为18.03天。这表明仅仅通过保持沉淀池污泥回流量和剩余污泥排放比值恒定的条件下就可获得恒定的污泥龄。

表1

试验安排	段数	进水流量(占总进水量的百分比)	容积(占总容积的百分比)	每段中缺氧区与好氧区的容积比
					A	123	25％45％30％	35％40％25％	1∶51∶41∶3
B	1234	15％45％25％15％	10％40％30％20％	1∶61∶2.51∶3.51∶3
					C	12345	15％40％25％12％8％	8％35％25％18％14％	1∶71∶51∶41∶3.51∶3

Claims (3)

1、分段进水生物脱氮方法中采用水力控制污泥龄的方法，污水以分段的形式进入反应器的缺氧区中，优先供给反硝化菌进行反硝化反应，然后再进入好氧区进行有机物的降解和硝化反应，沿反应器在空间上构成了缺氧/好氧/缺氧/好氧交替运行结构，在最后一段的好氧区内的泥水混合液进入二沉池进行泥水分离，污泥回流至反应器首端，其特征在于通过下式控制污泥龄：

$w=\frac{100}{X_{\mathrm{SRT}}}\·(\frac{V_{A1}}{Q_1+R}+\frac{V_{A2}}{Q_1+Q_2+R}+\·\·\·+\frac{V_{A(n-1)}}{Q_1+Q_2+\·\·\·+Q_{n-1}+R}+\frac{V_{\mathrm{An}}}{Q+R}+\frac{V_S}{Q+R}),$

式中：w为剩余污泥排放量，以％表示，X_SRT为污泥龄，Q₁，Q₂……Q_n分别为每一段的进水流量，V_A1，V_A2……V_An分别为每一段曝气池的容积，R为污泥回流量，n为段数。

2、根据权利要求1所述的分段进水生物脱氮方法中采用水力控制污泥龄的方法，其特征在于当污泥从最后一段曝气池混合液中直接排出时，剩余污泥排放量为w(Q+R)，其中，R为控制污泥龄前的污泥回流量，Q为控制污泥龄前的总进水流量。

3、根据权利要求1所述的分段进水生物脱氮方法中采用水力控制污泥龄的方法，其特征在于当污泥从污泥回流线中排出时，剩余污泥排放量为w(W+R)，其中，R为控制污泥龄前的污泥回流量，W为控制污泥龄前的剩余污泥排放量。

Images