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北極星水處理網(wǎng)訊:再生水作為新型的水資源，其回收和利用日益受到重視，可廣泛應用于洗車(chē)、綠化澆水和生產(chǎn)過(guò)程中的冷卻用水等。但是,一般的活性污泥法不能有效地去除污水中氮、磷等無(wú)機污染物，需對污水處理廠(chǎng)實(shí)施改造,以達到高效除磷脫氮,并提高出水水質(zhì)。通過(guò)對污水處理廠(chǎng)的SRT和A-SRT值、MLSS濃度和循環(huán)比以及二沉池負荷等運行指標進(jìn)行設定并對部分處理設施實(shí)施改造，即可取得理想的出水水質(zhì)。在日本東京的森崎水資源再生中心等設施中導入了循環(huán)式硝化脫氮法，取得了很好的運行效果。本文通過(guò)實(shí)際案例介紹循環(huán)式硝化脫氮法的設計及運行管理，為其他類(lèi)似工程案例提供技術(shù)參考。

Part 1 循環(huán)式硝化脫氮法的原理和工藝流程

1.1 生物脫氮的原理

循環(huán)式硝化脫氮法是采用好氧缺氧的生物脫氮方法，使溶解于污水中的氮化合物width=69,height=17,dpi=110最終分解成氮氣(N2)逸出水體而得到有效處理。首先是在氧氣充足的水體中硝化，把有機氮轉化成無(wú)機氮，然后在缺氧的水體中把無(wú)機氮轉化成N2。

(1)硝化過(guò)程

在好氧池中，通過(guò)自養型菌類(lèi)的亞硝酸生成細菌(主要為Nitrosomonas)和硝酸生成細菌(主要為Nitrobacter)的作用，把有機氮width=69,height=17,dpi=110氧化成硝酸性氮width=75,height=14,dpi=110這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為硝化反應。

(2)脫氮過(guò)程

將硝化反應后含有width=79,height=14,dpi=110的硝化液循環(huán)送入缺氧池中。由于池內幾乎不存在溶解氧，在厭氧性細菌的作用下，使硝酸鹽類(lèi)氮素得到還原，把width=35,height=14,dpi=110和width=35,height=14,dpi=110還原成N2。這些厭氧性細菌統稱(chēng)為脫氮細菌[1]。脫氮過(guò)程中的H+是由污水中的有機物以及活性污泥微生物細胞內的有機物釋放的，因此，只要確保有機物濃度在一般城市污水的程度之下，就可保證脫氮效果，而不需要再從外部加入H+供應體(如甲醇、氫氧化鈉等)。

1.2 循環(huán)式硝化脫氮法的工藝特點(diǎn)

對于一般城市污水，經(jīng)一沉池沉淀后的流入水，總氮的年平均去除率可以達到60%～70%。本方法的脫氮率受流入水水溫、流入水的氮素和有機物的濃度、缺氧池和好氧池中浮游物質(zhì)的滯留時(shí)間、循環(huán)比、MLSS濃度、好氧池中溶解氧的濃度和pH等的支配和影響。因此，在決定設計目標水質(zhì)時(shí)，有必要對上述設計條件進(jìn)行考慮和研究。另外，如果希望達到更高的脫氮率，可以考慮采用消化液，使脫氮率提高10%[2]。

本處理方法和活性污泥法相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(1)脫氮率的目標值設定在60%～70%時(shí)，生物反應池的容積將大于標準活性污泥法的曝氣池。

(2)生物反應池將被分成兩段，缺氧池需有保證維持缺氧狀態(tài)的構造。#p#分頁(yè)標題#e#

(3)需具備使硝化液進(jìn)行循環(huán)的泵設備。

(4)生物反應池內的MLSS濃度高于標準活性污泥法的值。因為提高了二沉池中流入浮游物的負荷，有必要降低設計水面負荷，并增大反應池的有效水深。

(5)循環(huán)泵和缺氧池等的設置，相應會(huì )增加運行管理項目。

(6)本處理方法不僅具有較高的脫氮率，BOD、SS的去除率也會(huì )同時(shí)提高。

1.3 循環(huán)式硝化脫氮法工藝流程

本方法的主要工藝流程為：反應池前半段缺氧池進(jìn)行脫氮，后半段通過(guò)曝氣保證溶解氧的濃度，進(jìn)行硝化反應，硝化液通過(guò)循環(huán)泵返送回缺氧池，最終達到脫氮的目的。另外，根據流入水的水質(zhì)情況，適當添加甲醇(CH3OH)或強堿(NaOH)以保證處理效果。運行初期或雨天，進(jìn)水BOD濃度偏低，可設置直接將經(jīng)沉砂池后的進(jìn)水送入生物反應池。工藝流程如圖1所示[2]。

Part 2 循環(huán)式硝化脫氮法的設計方法

2.1 設計流程

采用循環(huán)式硝化脫氮法需首先按國家污水排放標準或再生水水質(zhì)要求設計出水水質(zhì)，并根據集水區相關(guān)資料等設計水量、進(jìn)水水質(zhì)和水溫等參數，通過(guò)計算確定生物反應池、循環(huán)泵等設備的設計容量、停留時(shí)間、曝氣量等參數，設計流程如圖2所示[3]。

2.2 主要參數的設定

(1)設計水溫、水量和水質(zhì)

由于循環(huán)式硝化脫氮法的硝化細菌增殖速度和脫氮效率會(huì )隨溫度的下降而降低，為保證冬季的出水水質(zhì)，建議設計水溫為一年中月平均值的最低值，生物反應池的設計容量和水質(zhì)參數參考冬季的相關(guān)數據，其中設計水量以冬季的日進(jìn)水水量最大值為基準[4]。

(2)SRT和A-SRT

污泥停留時(shí)間(SRT)計算方法為系統中全部浮游固體質(zhì)量除以一天中從污水系統中排出的浮游固體物總質(zhì)量(包括剩余污泥量與處理水中的浮游物質(zhì)量)。分析各類(lèi)微生物的不同增殖速度來(lái)調整SRT值，可以有效控制活性污泥中的微生物，從而提高處理效果。

脫氮的硝化菌是好氧菌，應該以控制好氧的浮游固體物質(zhì)在處理系統中的滯留時(shí)間(aerobic-SRT)為準，以θXA來(lái)表示。硝化細菌的增殖速度受溫度的影響，根據試驗結果，θXA與溫度(T)的計算如式(1)[4]。

θXA=δ×20.6e(-0.062 7T)

(1)

其中：δ——進(jìn)水碳氮濃度的變動(dòng)修正系數，一般取1.2～1.5。

設計中θXA取值應大于式(1)的計算值。

(3)MLSS濃度和循環(huán)比

為了保證硝化細菌的含量，A-SRT盡可能取最大值，因此，MLSS濃度需高于標準活性污泥法。為了在減少供氣量的同時(shí)保持MLSS濃度處于低值范圍，在實(shí)際的處理運行中，夏季由于硝化細菌增殖速率較快，可以把MLSS濃度設定在較小值。

MLSS濃度是影響反應池容量的關(guān)鍵參數。根據運行經(jīng)驗，MLSS濃度為2 000～3 000 mg/L，考慮到冬季的情況，MLSS濃度的設計值建議選取3 000 mg/L[4]。#p#分頁(yè)標題#e#

(4)好氧池和缺氧池的容積

好氧池的容積VA與進(jìn)水水量Qin和污水在好氧池內的滯留時(shí)間tA有關(guān)。而tA與進(jìn)水濃度、污泥的轉換率、好氧池中的活性污泥量以及θXA有關(guān)，具體計算如式(2)。

VA=Qin×tA

tA=θXA×(a×CsBOD,in+b×Css,in)/[(1+C×θXA)×X]

(2)

其中：Qin——進(jìn)水水量，m3/d；

θXA——好氧浮游固體物的滯留時(shí)間，d；

CsBOD,in——進(jìn)水溶解性BOD濃度，mg/L；

Css,in——進(jìn)水SS濃度，mg/L；

a——溶解性BOD的污泥轉換率，單位為g MLSS/(g SS)，一般取值為0.5～0.6；

b——SS的污泥轉換率，單位為g MLSS/(g SS)，一般取值為0.9～1.0；

C——污泥的自分解系數，1/d；

X——MLSS濃度，mg/L。

缺氧池的容積VDN為反應池容量V和好氧池容量VA之差，V計算如式(3)。

V=CBOD,in×Qin/(LBOD/X×X)

(3)

其中：CBOD,in——進(jìn)水BOD濃度，mg/L；

LBOD/X——BOD-SS負荷[kg BOD/(kg MLSS·d-1)]，根據經(jīng)驗取值為0.05～0.10 kg BOD/(kg MLSS·d-1)。

(5)脫氮速度定數

脫氮速度定數KDN[mg N/(g MLSS·h)]表示單位時(shí)間內一定濃度的活性污泥去除氮素能力的定數，其計算如式(4)。

KDN=LNOX，DX×103/(24VDN×X)

(4)

其中：LNOX，DX—循環(huán)回缺氧池的硝化液中含有氮素(NOT-N)的總量，kg/d。

LNOX，DX由循環(huán)泵返送回缺氧池的量和回流污泥泵返送回的兩部分求和得出，污水廠(chǎng)流入原水中的NOT-N可忽略不計，因此，LNOX，DX計算如式(5)。

LNOX,DX=CNOX,DX×(Qr+Qc)×10-3

(5)

其中：Qr——污泥返送量，m/d；

Qc——循環(huán)水量，m/d。

CNOX,DX可以根據進(jìn)水中氮濃度CTN,in(mg/L)由式(6)求得。

CNOX,A=α×CTN,in/(1+R)

(6)

其中：α——CTN,in中將被硝化去除的氮比例，一般取0.6～0.7；

R——循環(huán)比(常數)。

(6)曝氣量

本處理方法的曝氣量需滿(mǎn)足有機物的氧化、硝化脫氮、內源呼吸需求以及維持好氧池中溶解氧的濃度。有機物的氧化需氧量DB，微生物的內生呼吸所需量DE和溶解氧濃度的維持需氧量DO的計算方法與標準活性污泥法類(lèi)似。硝化脫氮需氧量(kg/d)計算如式(7)。

DN=α×CTN,in×Qin×103×4.57

(7)

其中：α——設計全氮素CTN,in中將被硝化去除的比例，一般取0.6～0.7；

4.57——單位銨性氮素硝化時(shí)需氧量，width=126,height=17,dpi=110

總需氧量ΣD=DB+DE+DO+DN，根據ΣD可計算出曝氣量。

(7)二沉池的負荷

由于本方法需要保持MLSS在高濃度下運行，需增加二沉池中的進(jìn)水浮游固體負荷。二沉池需保持在比標準活性污泥法低的水面積負荷，按經(jīng)驗取值為15～25 m3/(m2·d)。由于細微的污泥流出會(huì )使水的氮濃度上升，為了便于運行管理，需保持一定的水量余地，二沉池的有效水深按經(jīng)驗取值為3.5～4.0 m[3]。#p#分頁(yè)標題#e#

Part 3 運行管理的注意事項

3.1 水質(zhì)管理

為了保證設施的除氮效率，運行時(shí)除了日常的水質(zhì)管理，還必須對缺氧池和好氧池內的水質(zhì)進(jìn)行定期監測，以針對水質(zhì)情況判斷設施的運行狀況并及時(shí)調整。主要測定項目和取水點(diǎn)如表1所示[5]。

3.2 反應池進(jìn)水水質(zhì)的調整

反應池的進(jìn)水有機物濃度偏低時(shí)，會(huì )造成缺氧池內的脫氮效率低下。因此，必須對反應池的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行調整，方法主要有兩種：減少初沉池的使用數，降低初沉池內的有機物去除率；沉砂池出水直接送入生物反應池[5]。

3.3 缺氧池的氧化還原電位

測定池內的氧化還原電位(ORP)可以準確把握反應池的缺氧狀況，保證脫氮反應的正常進(jìn)行。ORP越低，表明缺氧池中的溶解氧濃度越小，利于脫氮反應的進(jìn)行，ORP偏高，可以采取如下對策。

(1)調整好氧池的供氧量，使其末端的溶解氧濃度(MLDO)不會(huì )處于較大值。

(2)在攪拌缺氧池內的脫氮液時(shí)，避免采用把大量空氣帶入水中的機械。

(3)減少循環(huán)比，盡量減少從循環(huán)回流的硝化液中帶入缺氧池的溶解氧。

3.4 好氧池的溶解氧濃度

好氧池內溶解氧濃度過(guò)低，會(huì )減慢硝化反應的速度，過(guò)高又會(huì )影響缺氧池脫氮的效果，并增加污水的處理成本。根據運行管理經(jīng)驗，好氧池末端的合理溶解氧濃度為1.5 mg/L。

3.5 二沉池的管理

二沉池的管理應注意盡量降低二沉池污泥的含水率，以減少污泥的回流量；同時(shí)，密切注意污泥的沉淀狀況，避免污泥上浮現象的發(fā)生。

本工藝生物反應池內MLSS濃度處于較高值，要求高濃度的回流污泥，以減少污泥回流量，維持缺氧池的缺氧狀態(tài)。過(guò)高的污泥濃度會(huì )降低二沉池內的污泥沉降性能，因此，需嚴格管理二沉池泥水界面，防止水質(zhì)惡化。

3.6 現有活性污泥法處理設施的改造

針對現有活性污泥法處理設施的改造，需要注意以下幾點(diǎn)。

(1)為實(shí)現快速、穩定的脫氮，需在缺氧池內安裝機械攪拌裝置。

(2)為防止空氣帶入水中，硝化液循環(huán)裝置出口應安裝于水面之下，并采用水頭損失小的配管方式。

(3)原曝氣池改為生物反應池，需在池內造一層隔墻。

(4)為應對二沉池和生物反應池內浮渣等問(wèn)題，需增設去浮渣設備，防止淤積。

(5)設置初沉池的短路水路。

(6)除了在適當位置設置DO計、MLSS計、ORP計和回流污泥濃度計等外，為了提高硝化效率，并減少能源浪費，需把DO計和ORP計的信息直接反饋到曝氣裝置的控制系統。

(7)與標準活性污泥法相比，單位處理水量的需氧量會(huì )相應增加，因此，要求增大空氣供應量。在不改變散氣裝置的前提下，需重新考慮增加供氣裝置(鼓風(fēng)機等)的能力。#p#分頁(yè)標題#e#

Part 4 結論

本文介紹了循環(huán)式硝化脫氮法的工藝流程，歸納總結了循環(huán)式硝化脫氮法的設計程序以及運行管理的注意事項等，并討論了主要參數的設定方法。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和各種產(chǎn)業(yè)的不斷擴大，水環(huán)境的污染將日趨嚴重，需采用有效的處理方式達到高效脫氮、再生利用的目的。

參考文獻

[1] 日本下水道協(xié)會(huì ). 下水道維護管理指針[Z].

[2] 井出哲夫. 水處理工學(xué)[Z].

[3] 日本下水道協(xié)會(huì ). 高度處理設施設計[Z].

[4] 日本建設省土木研究所. 生物學(xué)的硝化脫氮處理[Z].

[5] 活性污泥循環(huán)變法研究會(huì ). 循環(huán)式氮素除去的運行管理[Z].

原標題:設計案例 | 污水處理廠(chǎng)循環(huán)式硝化脫氮法設計與運行管理

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