發布時間：2021-10-25所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 為篩選強化脫氮工藝，利用城鎮污水處理廠不同系列的AAO-MBBR工藝、五段式多模式Bardenpho工藝、原有AAO工藝，在生物反應池中進行了比選生產性實驗。結果表明：在同工況、同時間、同負荷、不外加碳源情況下，AAO+MBBR工藝與原有AAO工藝相比，出水氨氮相
摘 要 為篩選強化脫氮工藝，利用城鎮污水處理廠不同系列的AAO-MBBR工藝、五段式多模式Bardenpho工藝、原有AAO工藝，在生物反應池中進行了比選生產性實驗。結果表明：在同工況、同時間、同負荷、不外加碳源情況下，AAO+MBBR工藝與原有AAO工藝相比，出水氨氮相近，總氮降低0.49mg·L−1，有一定除氮優勢;Bardenpho工藝與原有AAO工藝相比，出水氨氮穩定低于1.5mg·L−1，出水總氮降低1.14mg·L−1;在不投加碳源情況下，第二缺氧區出現明顯的二次反硝化過程。本研究結果可為城鎮污水處理廠提標改造工藝的路線選擇提供參考。
關鍵詞 提標改造;準IV類;MBBR工藝;Bardenpho工藝;強化脫氮;生產實驗
隨著污水廠尾水排放標準的不斷提高，化學輔助除磷、介質過濾、臭氧氧化等[1-15]技術被用在深度處理中，以進一步削減污染物，降低出水水質指標。在城鎮污水處理廠提標改造新標準要求下，氨氮和總氮的削減成為重點，強化脫氮技術也備受重視。目前普遍采取以下2種措施：一是改造生物反應池強化除氮，再增加深度處理工藝進一步降低氨氮、總氮等指標;二是依靠深度處理技術改造脫氮工藝[14-20]。而針對生物反應池不同改造工藝運行情況開展現場對比實驗的研究報道較少，以不同工藝并聯運行，進行同時間、同規模現場生產實驗的研究幾乎未見報道。
本研究在西安市第五污水處理廠進行。在該廠未滿負荷運行、先后具備多種工藝的有利條件下，分批次開展了同時間、同規模、不同工藝的現場生產性實驗，對幾種工藝的運行情況進行了對比研究。西安市第五污水處理廠總設計污水處理規模為40×104m3·d−1，設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)[21]中的一級A標準，采用“預處理+AAO(A系列生物池采用MBBR投加填料)+纖維轉盤濾池+次氯酸鈉消毒處理”工藝，現狀處理水量約30×104m3·d−1，全廠分為A、B、C、D四個系列生物反應池并聯運行，單系列設計規模10×104m3·d−1。2018年進行了B系列AAO工藝與A系列“AAO+MBBR”工藝的生產性對比實驗，2019年在A、B系列進行了準Ⅳ類提標改造后，進行了C、D系列AAO工藝與B系列五段式Bardenpho工藝的生產性對比實驗。分析比選了不同工藝在強化除氮方面的優缺點，以期為國內城鎮污水處理廠準Ⅳ類水質提標改造工程應用提供參考。
1生產性實驗方案
1.1污水處理廠工藝概況
該廠一期工程(A、B系列)AAO工藝于2010年建成投產，于2013年進行了生物池一級A水質標準提標改造。改造后A系列生物反應池采用“AAO+MBBR工藝”，即在原AAO工藝的基礎上，在好氧區中后段增加MBBR懸浮填料區，投加MBBR懸浮填料比例約17%，并增設填料專用推進器、攔網等輔助設施設備;B系列生物池沿用原有AAO工藝，并未進行改造。該廠二期工程(C、D系列)AAO工藝于2018年建成投產。A、B、C、D4個系列AAO工藝生物反應池的水力停留時間均為16.59h。
2019年，該廠以準Ⅳ類水質標準提標改造為目的，改造為多模式五段式Bardenpho工藝。具體實施內容包括：對A、B系列生物反應池先后進行了工程改造，同時去除A系列MBBR填料;在生物池缺氧區中后段增加隔墻，在好氧區增加2道隔墻;將A、B系列生物反應池均改造為5個區域，即厭氧區、缺氧區、好氧區、第二缺氧區、第二好氧區;C、D系列未進行改造。
1.2水樣的采集
1)實驗進水。即廠區進水原水。進水采樣使用自動采樣器(sigma900型，哈希公司)，每2h進行自動取樣。取樣點位于第五污水處理廠進廠市政管網末端10#井。
2)實驗出水。即對應實驗系列二沉池出水匯流井內或總出水口水樣。采樣使用取樣桶(1000mL塑料桶)。取樣點位于水下30cm。每日上午10點取樣。
3)MBBR工藝實驗用水。該組實驗的樣品包括A、B系列生物池厭氧區進、出口處混合液，A、B系列生物池缺氧區進、出口處混合液，A、B系列生物池好氧區中段處混合液，以及A、B系列生物池好氧區出口處混合液。采樣使用取樣桶(1000mL塑料桶)，取樣點位于液面下方1m處，每日上午10點取樣。所有過程樣品均使用定量濾紙過濾后，取清液進行檢測。
4)Bardenpho工藝實驗用水。該組實驗的樣品包括B系列生物池厭氧區進、出口處混合液，B系列生物池缺氧區進、出口處混合液，B系列生物池好氧區出口處混合液，B系列生物池第二缺氧區出口處混合液，以及B系列生物池第二好氧區出口處混合液。采樣使用取樣桶(1000mL塑料桶)，取樣點位于液面下方1m處，每日上午10點取樣。所有過程樣品均使用定量濾紙過濾后，取清液進行檢測。C、D系列未取過程樣。NO−3PO3−4
5)分析指標：COD(HJ828-2017重鉻酸鉀法)、NH3-N(HJ535-2009納氏試劑分光光度法)、-N(HJ/T346-2007紫外分光光度法)TN(HJ636-2012堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法)、-P(鉬銻抗分光光度法(A))[22]、TP(GB11893-1989鉬酸銨分光光度法)、MLSS(CJ/T221-2005重量法)、DO(HJ506-2009電化學探頭法)。
1.3運行方案及參數
1.3.1MBBR生產性實驗運行方案及參數
MBBR生產性比選實驗在A、B系列同等工況下進行。不投加碳源，在生物池混合液出水口投加除磷藥劑。實驗的檢測日期安排在2018年6月至10月。在這段時間內，隨機抽取連續穩定運行11d的數據。A、B系列工藝流程如圖1和圖2所示。實驗期間運行水量均為7.5×104m3·d−1。A、B系列生物池的MLSS控制在5~6g·L−1;生物池末端DO遠程控制在1.0mg·L−1;污泥回流比為80%;內回流比為200%;除磷藥劑的投加量為100mg·L−1。
A系列生物反應池為“MBBR+AAO工藝”，總水力停留時間16.59h。其中，厭氧區2.02h，缺氧區5.53h，好氧區9.04h。好氧區MBBR填料區位于好氧段中后段，為循環跑道式填料。填料區的停留時間1.74h，由4臺潛水推流攪拌器進行攪拌及循環推流。B系列生物反應池為AAO工藝，總水力停留時間16.59h，其中厭氧區2.02h，缺氧區5.53h，好氧區9.04h。
1.3.2Bardenpho生產性實驗運行方案及參數
2019年，該廠進行準Ⅳ類提標改造，在B系列生物反應池中開展Bardenpho工藝的生產性實驗，對比B系列Bardenpho生物反應池與C、D系列生物反應池的污水處理情況。實驗在同等工況下進行，不投加碳源，在生物池混合液出水口投加除磷藥劑。實驗的檢測日期安排在2019年11月至12月。在這段時間內，隨機抽取連續穩定運行9d的數據進行分析。實驗期間，B、C、D系列均保持連續穩定運行，工藝流程如圖3所示。
本次改造后，B生物池系統總停留時間為16.59h。其中，厭氧區2.02h，缺氧區4.10h，好氧區7.30h(可調節區好氧運行)，第二缺氧區1.92h，第二好氧區1.25h。為增強攪拌效果，加強反硝化速率，基于原有攪拌器，在厭氧區、缺氧區、第二缺氧區增加雙曲面攪拌器。另外，將生物池混合液回流泵由原好氧區末端移動至第二缺氧區前端，新增回流泵安裝隔墻，走道板、回流管道等。
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Bardenpho生產性比選實驗在B、C、D系列同等工況下運行，不投加碳源，期間一期A系列全部停運。B系列按照Bardenpho模式運行，以區別于C、D系列原有AAO工藝的出水水質。實驗期間，B系列與C、D系列均滿負荷運行，即B系列運行水量為10×104m3·d−1，C、D系列運行水量為20×104m3·d−1。B系列及C、D系列生物池的污泥濃度均控制在5~6g·L−1;生物池末端的DO遠程控制在1.0mg·L−1;外回流比為70%;內回流比為200%;使用廠家專利除磷藥劑，投加量穩定為100mg·L−1。同時，加強對好氧段末端DO的控制，確保第二缺氧段缺氧狀態。
2結果與討論
2.1MBBR工藝生產實驗結果
實驗中進出水水質見表1和表2。A系列的出水平均COD較B系列略低，平均值相差不大。計算COD數據的方差，得到A系列方差為6.611，B系列方差為14.049，說明A系列出水的COD指標更穩定。A系列出水平均NH3-N較B系列略高。除10月19日，由于當天控制DO偏低，導致NH3-N升高，其余樣品的出水NH3-N均穩定在1.5mg·L−1以下。計算NH3-N數據的方差，得到A系列方差為0.252，B系列方差為0.772，說明A系列出水的NH3-N指標更穩定。A系列的出水平均TN較B系列低，A系列的TN去除率略高于B系列，去除效果較好。計算TN數據的方差，得到A系列方差為5.796，B系列方差為6.651，說明A系列出水的TN指標更穩定。在除磷藥劑投加量相同的情況下，A系列的出水平均-P值較B系列高0.814mg·L−1，A系列的去除率明顯低于B系列，除磷效果無明顯優勢。通過計算方差，發現A系列方差為1.554，B系列方差為0.453，說明B系列出水的-P指標更穩定。NO−3
2.2MBBR生產實驗中-N的過程樣分析
NO−3NO−3NO−3NO−3NO−3由于A、B系列工藝的除氮效果存在差異，因此，通過A、B系列-N過程樣數據(見圖4和5)來分析存在差異的原因。A、B系列的缺氧段均發生了反硝化過程，使得-N的質量濃度降低。其中，A系列缺氧段-N平均質量濃度降低了2.020mg·L−1，B系列缺氧段-N平均質量濃度降低了1.136mg·L−1。A系列好氧段中段到末段，部分-N的質量濃度有所下降，這可能是好氧區中后段MBBR填料中同步脫氮反硝化反應的體現[23]。并且，A系列缺氧段反硝化效果更佳，可能是由于MBBR工藝懸浮填料中脫落的反硝化細菌等長泥齡微生物部分附著在活性污泥中，經混合液回流至缺氧區，提高了反硝化速率，致使A系列出水硝氮更低。
2.3Bardenpho生產實驗的結果
Bardenpho生產實驗的進出水水質見表3和表4。B系列的出水平均COD較C、D系列略低，去除率相近。計算COD數據的方差，得到B系列方差為8.599，C、D系列方差為22.122，說明Bardenpho工藝中B系列出水的COD指標更穩定。B系列的出水平均NH3-N較C、D系列略高，B系列NH3-N去除率較低。計算NH3-N數據的方差，得到B系列方差為0.1647，C、D系列方差為0.0437。就去除效果而言，C、D系列具有微弱優勢，且出水NH3-N指標更穩定，但B系列出水NH3-N穩定低于1.5mg·L−1。B系列的出水平均TN與C、D系列相比略低，且B系列TN去除率較高。計算TN數據的方差，得到B系列方差為1.369，C、D系列方差為0.599。就去除效果而言，B系列具有一定優勢，但C、D系列出水的TN指標更穩定。在除磷藥劑投加量相同的情況下，B系列出水的平均-P較C、D系列略高，去除率接近。計算-P數據的方差，得到發現B系列方差為0.0062，C、D系列方差為0.0004，說明B系列與C、D系列出水水質指標-P的穩定性接近。
2.4Bardenpho生產實驗中脫氮過程分析
NO−3NO−3NO−3由于Bardenpho工藝第二缺氧區停留時間較短，B系列好氧區與第二好氧區的曝氣會影響第二缺氧區的缺氧狀態，進而影響第二缺氧區的反硝化效果。為確保實驗效果，Bardenpho生產性實驗中加強了DO控制，以確保第二缺氧段處于缺氧狀態。結果亦表明污水處理過程中TN明顯降低。在前文關于MBBR實驗部分，已對原有AAO工藝中NH3-N、-N的過程樣數據進行分析，且Bardenpho工藝比AAO工藝分段多(AAO為3段，Bardenpho為5段)，不具備全流程橫向比較條件，因此，后面重點分析B系列的NH3-N、-N、DO過程樣。B系列Bardenpho實驗期間NH3-N、-N、DO過程樣如圖6~圖8所示。
分析Bardenpho生產性實驗期間B系列生物池過程樣的檢測結果，發現厭氧區進口至厭氧區出口水樣指標NH3-N的平均值下降了2.078mg·L−1;缺氧區進口至缺氧區出口(剔除11月19日的異常數據)NH3-N的平均值下降了0.327mg·L−1;缺氧區進口至缺氧區出口-N平均值下降了2.274mg·L−1，但缺氧區進口水樣指標-N的平均值僅為3.295mg·L−1。這說明，系統通過反硝化過程轉化了69.01%的-N，效果良好，在部分缺氧區出口的樣品中已檢測不到-N。由此可判斷，厭氧區和缺氧區的厭氧、缺氧狀態良好，處理效果明顯。NO−
好氧區出口至第二缺氧區出口平均3-NNO−3NO−3下降了2.882mg·L−1，說明第二缺氧段存在明顯的反硝化過程;第一段好氧區出口水樣NH3-N指標的平均值為2.106mg·L−1，而第二缺氧區出口水樣比第二好氧區出口水樣的-N指標有所上升，這可能是由于采集個別樣品時第二缺氧區出口水樣中DO高于0.5mg·L−1，此時部分NH3-N在第二好氧區發生了硝化反應。然而，即使考慮該原因的影響，好氧區出口水樣比第二好氧區出口水樣中平均N仍下降了0.836mg·L−1，故可確定在未投加碳源的情況下，第二缺氧區仍存在一定的反硝化反應。
2.5Bardenpho生產實驗運行參數分析
與原有C、D系列AAO工藝相比，B系列Bardenpho工藝的NH3-N去除效果略差，去除率略降低。進一步分析設計參數后發現，B系列Bardenpho工藝好氧區總水力停留時間較C、D系列AAO工藝減少了0.49h;同時，由于B系列一段、二段好氧區末端的DO明顯低于C、D系列AAO工藝好氧區末端的DO，因此，DO可能對出水的NH3-N指標產生較大影響，具體數據如表5所示。對比原有AAO工藝與Bardenpho工藝，結合實驗數據和過程分析，采用硝化、反硝化動力學計算缺氧區容積計算公式(1)進行計算，以核算AAO工藝與Bardenpho工藝的反硝化速率是否符合設計要求。——論文作者：張緯堯1，2，袁宏林2，*，盧金鎖2，王兵3，孫紅芳3，劉小鵬3，馬明華3，盧迪3，石鑫3，劉珣4
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