利用氨氮值控制氧化溝運行項目-論文(2012年)

1、利用出水氨氮值來控制氧化溝運行的技術報告1.引言隨著社會的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，環(huán)境問題已引起社會各界的普遍關注和重視?！笆濉惫?jié)能減排綜合性工作方案政策的解讀中提到，水體中氨氮、總氮等濃度呈上升趨勢，導致部分封閉式水域富營養(yǎng)化問題突出。氮類物質(zhì)已成為了首要的污染物質(zhì)。西安創(chuàng)業(yè)水務有限公司北石橋污水處理廠工程于1992年由國家計委批復立項，1994年動工興建，1998年初投入試運行。北石橋污水處理廠的運行，解決了部分污水直接排入皂河的污染問題，改善了渭河西安段的水環(huán)境質(zhì)量，為西安市水環(huán)境治理提供了一份有力的保證。通過對北石橋污水處理廠多年運行數(shù)據(jù)的分析和研究,結果表明在傳統(tǒng)的控制

2、運行方式上，對COD、BOD、SS、TP等的去除效率高，處理水質(zhì)均穩(wěn)定達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中的一級B標準。氨氮、總氮的日均處理效果也均達到一級B標準，但是小時數(shù)據(jù)有波動，瞬時值有超標風險。（1）隨著人們生活水平的提高，飲食習慣的改善，城市污水中，氨氮等氮類指標濃度逐年提高。同時根據(jù)政府要求2013年渭河流域排放水質(zhì)要求執(zhí)行國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中的一級A標準，而一級A的氨氮出水標準為5mg/L，對于這種要求更為嚴重；（2）氨氮監(jiān)測設備通常都設置在出水口處，氧化溝出水在終沉池和接觸池有一定的停留時間，出水值存在滯后性，

3、不能及時控制氨氮指標；（3）氨氮為主要的耗氧型污染物，需曝氣設備提供溶解氧，存在電能的消耗，影響污水處理成本。北石橋污水處理廠當前還需優(yōu)化氨氮的去除。 為此北石橋污水處理廠利用DE型氧化溝，開展了利用出水氨氮控制氧化溝運行的科技項目，以試驗研究的手段和方法，進行了半年的生產(chǎn)性研究分析，已確定適合的氧化溝出水氨氮值，達到了氧化溝出水氨氮值的可控性，保證了出水水質(zhì)穩(wěn)定達標排放，在試驗研究期間氧化溝處于低氧運行狀態(tài)，降低了能耗。2.試驗設計與啟動2.1污水處理廠簡介西安創(chuàng)業(yè)水務有限公司北石橋污水處理廠，一期工程設計日處理水量15×104m3/d,服務流域面積85平方公里，匯集處理西安市南郊

4、、西南郊生活污水和工業(yè)廢水，服務區(qū)人口120萬。污水處理系統(tǒng)采用丹麥克魯格DE型氧化溝工藝，出水水質(zhì)指標執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中的一級B標準。污泥處理采用重力濃縮+機械脫水工藝。工藝流程見圖1： 圖1 北石橋污水處理廠工藝流程圖DE型氧化溝為北石橋污水處理廠核心處理構筑物，包括2格容積相等交替運行的生物池3組及選擇池、配水井和終沉池。在氧化溝中完成污水有機物的氧化和脫氮除磷。2.2現(xiàn)狀運行及控制方式西安創(chuàng)業(yè)水務有限公司北石橋污水處理廠DE型氧化溝有6條單溝，分為三組，獨立運行。溝內(nèi)設60臺曝氣轉刷、18臺推進器，轉刷曝氣充氧，提供好氧環(huán)境，并推動水流，推進

5、器推動水流，基本不充氧，提供缺氧環(huán)境。DE型氧化溝運行采用計算機自動控制，通過氧化溝實測溶解氧信號控制池中曝氣轉刷的啟停及淹沒深度，調(diào)節(jié)好氧段和缺氧段。實際運行中好氧段溶解氧控制在1.52.5mg/L，缺氧段溶解氧控制在0.5 mg/L以下。設計周期連續(xù)運行，一個周期四個小時，分四個階段，第一、三階段實現(xiàn)反硝化，第二、四階段實現(xiàn)硝化，四個階段進行好氧和缺氧交替運行。具體控制過程如表1所示。表1 DE型氧化溝的運行控制階段運轉項目運行時間/min0-6060-120120-180180-240（60）（60）（60）（60）進水1#溝2#溝2#溝1#溝出水2#溝2#溝1#溝1#溝連通方向1#2#

6、兩溝獨立2#1#兩溝獨立轉刷2#溝1#溝和2#溝1#溝1#溝和2#溝攪拌器1#溝2#溝2.3試驗設計北石橋污水處理廠在實際運行中發(fā)現(xiàn)了以下問題相對突出。北石橋污水處理廠DE型氧化溝一組溝通過硝化和反硝化的交替運行，實現(xiàn)脫氮除磷去除有機物的目的。實際運行過程中采用溶解氧的控制轉刷運行時間的方式滿足硝化和反硝化階段的溶解氧，達到控制氨氮去除的目的，目前氨氮是否達標，只能通過出水在線氨氮監(jiān)測來調(diào)整，但氧化溝出水還需經(jīng)終沉池和接觸池一定的水力停留時間，致使氨氮監(jiān)測點滯后，控制和調(diào)整不及時，出水氨氮值波動較大。通過對溶解氧的監(jiān)測分析，在利用傳統(tǒng)的控制運行過程中，存在溶解氧的浪費問題。北石橋污水處理廠氧化

7、溝的主要設備有攪拌器、轉刷、出水堰板，單臺攪拌器的功率為4KW，單臺轉刷的功率為45KW，單臺出水堰板的功率為0.37KW。運行過程中，DE型氧化溝硝化階段利用硝化階段運行時間和轉刷運行時間提供硝化環(huán)境所需的溶解氧，滿足硝化菌的生長環(huán)境，達到有效控制氨氮去除的目的。因此轉刷的臺數(shù)、工作時間、功率都相對其它設備耗電量大。通過氨氮減排量與轉刷運行臺時的分析，氨氮減排量與轉刷運行臺時存在一定的正相關性，即氨氮值與能耗存在一定的相關性。為了優(yōu)化氧化溝控制運行過程，進行了利用出水氨氮值控制氧化溝運行的生產(chǎn)性試驗研究。2.4試驗方案及啟動2.4.1試驗方案為確保工藝的穩(wěn)定運行，出水水質(zhì)達標排放。本試驗采用

8、北石橋污水處理廠DE型氧化溝一組溝可實現(xiàn)獨立控制運行的特點，利用一組溝出水氨氮值控制一組氧化溝的運行，二、三組溝利用傳統(tǒng)的控制運行方式進行對比試驗分析。2.4.1.1試驗參數(shù)通過對北石橋污水處理廠進水水量的分析，結果表明，進水平均負荷率為88%，因此設計試驗進水水量為13.2×104m3/d。試驗設計進水水質(zhì)為近一年來每天進水污染物濃度的平均值，其中設計水溫為20左右；試驗設計出水水質(zhì)參考城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中的一級B排放標準執(zhí)行。確定試驗進、出水水質(zhì)如表2所示。表2 試驗設計進、出水水質(zhì) 單位：mg/L指標進水水質(zhì)出水水質(zhì)COD46060BOD5

9、22020SS26020NH3-N508TN5220TP51 2.4.1.2 DE型氧化溝運行控制參數(shù)根據(jù)北石橋污水處理廠DE型氧化溝實際運行參數(shù)，試驗設計氧化溝控制參數(shù)如表3所示。表3 DE型氧化溝運行控制參數(shù)控制參數(shù)DE型氧化溝一組氧化溝二、三組氧化溝運行控制參數(shù)水量1830m3/h溶解氧1.5mg/L2.0mg/L出水氨氮值控制4mg/L6mg/L液位86cm88cm轉刷啟動間隔時間120s轉刷關閉間隔時間180s反硝化階段（硝化階段）時間40min（80min）工藝控制參數(shù)停留時間12h污泥濃度3800mg/L4300mg/L污泥負荷0.10kgBOD5/kg(MLSS.d）污泥回流1

10、00%泥齡10d12dDE型氧化溝一組溝控制方式，進入硝化階段時，轉刷初始投入臺數(shù)為3臺，每隔180s檢測一次氧化溝出水氨氮值，如果氧化溝出水NH3N值在4mg/L以下時，關閉一臺轉刷，即減少轉刷運行時間，直至氧化溝出水氨氮值升高至4mg/L6mg/L之間；如果NH3N值升高至6mg/L以上時，每隔120s檢測一次氧化溝出水氨氮值，開啟一臺轉刷，即增加轉刷運行時間，直至氧化溝出水氨氮值控制在4mg/L6mg/L之間。二、三組溝控制方式根據(jù)傳統(tǒng)的溶解氧控制運行方式運行。2.4.1.3儀表及控制為實現(xiàn)氧化溝出水氨氮值對氧化溝運行的控制，試驗小組在一組氧化溝出水安裝了兩臺WTW公司生產(chǎn)的氨氮儀。通過

11、對一組氧化溝出水氨氮值的測定，調(diào)整一組氧化溝轉刷運行時間。WTW公司生產(chǎn)的氨氮儀的精確度高，測量范圍廣，維護保養(yǎng)方便，使用壽命長，如圖2和圖3所示?，F(xiàn)場安裝位置如圖4所示。圖2 氨氮儀的工作原理圖3 氨氮儀的性能圖4 氨氮儀現(xiàn)場安裝地點氧化溝的控制方式，均由北石橋調(diào)度中心中心控制室完成。2.4.2各項檢測及化驗項目的設置2.4.2.1測試項目和采樣點1、氧化溝出水化驗項目：SS、COD、BOD5、TN、TP、氨氮。取樣點：1#、2#、3#組氧化溝出水。2、氧化溝化驗項目： DO、SV30、污泥濃度。取樣點：氧化溝出水堰處。3、三組溝用電量：分別對三組氧化溝用電量進行統(tǒng)計。4、控制儀表的校準：一

12、周一次。表4 采樣點及化驗項目表測試項目測試點測試時間采樣頻率DO氧化溝出水堰處試驗運行日起每日上、下午SV氧化溝出水堰處試驗運行日起每日一次MLSS氧化溝出水堰處試驗運行日起每日一次氨氮三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次pH三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次總氮三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次總磷三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次SS三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次COD三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次BOD三組氧化溝出水堰處試驗運行日起每日六次三組溝用電量配電室試驗運行日起每日一次注：表4中要求對比水樣必須在同一時間采樣。DO的檢測每日早9:00和下午16:0

13、0各檢測一次；SV30 、MLSS每日早9:00取樣檢測；電量每日0:00抄表。2.4.2.2各項檢測及化驗項目的目的1、用電量統(tǒng)計：根據(jù)三組氧化溝分別用電量情況，對三組氧化溝運行成本進行分析。2、氧化溝出水的檢測項目：取氧化溝出水混合液，沉淀三十分鐘后，取上清液測定。通過對氧化溝出水不同污染物的變化趨勢，反映出每組氧化溝的運行狀況，以便及時調(diào)整工藝參數(shù)。3、DO：通過便攜式溶解氧儀對每組氧化溝溶解氧進行測定，進行對比分析。4、MLSS：對氧化溝混合液進行污泥濃度測定，可以分析氧化溝中的污泥濃度是否滿足工藝要求。5、鏡檢：觀察曝氣池中活性污泥狀態(tài)和生物相。2.4.2.3 試驗時間北石橋污水處理

14、廠計劃利用半年時間對本項目進行生產(chǎn)試驗研究，實際試驗運行三個月，主要集中在七月、八月、九月三個月，水溫較穩(wěn)定，平均在22左右，有利于微生物的代謝和生長，生化系統(tǒng)的抗沖擊性能強。3.試驗數(shù)據(jù)分析3.1三組氧化溝出水六大指標對比分析試驗集中了一個月對氧化溝三組溝六大指標進行集中取樣和分析。3.1.1生化需氧量（BOD5）試驗期間北石橋污水處理廠三組氧化溝出水BOD5情況如圖5所示。圖5 試驗期間三組氧化溝出水BOD5對比圖由圖5可以看出，北石橋污水處理廠三組氧化溝出水BOD5均達標排放，三組氧化溝出水BOD5平均值分別為13mg/L、13mg/L、12mg/L。三組溝的變化范圍分別為9mg/L18

15、mg/L、8mg/L18mg/L、9mg/L18mg/L，變化范圍均較大。三組氧化溝出水BOD5變化無較大區(qū)別。3.1.2化學需氧量（COD）試驗期間北石橋污水處理廠三組氧化溝出水COD情況如圖6所示。圖6 試驗期間三組氧化溝出水COD對比圖由圖6可見，北石橋污水處理廠三組氧化溝出水COD均達標排放，三組氧化溝出水COD平均值分別為30mg/L、31mg/L、30mg/L。三組溝的變化范圍分別為24mg/L39mg/L、22mg/L37mg/L、24mg/L34mg/L，變化范圍均較大。三組氧化溝出水COD變化無較大區(qū)別。3.1.3氨氮（NH3N）試驗期間北石橋污水處理廠三組氧化溝出水NH3N

16、情況如圖7所示。圖7 試驗期間三組氧化溝出水NH3N對比圖由圖7可以看出，北石橋污水處理廠三組氧化溝出水NH3N均達標排放，三組氧化溝出水NH3N平均值分別為5.00mg/L、4.79mg/L、4.66mg/L。但根據(jù)曲線變化，一組氧化溝出水NH3N變化范圍在4 mg/L6 mg/L之間，波動較??；二、三組氧化溝出水NH3N變化較大，二組氧化溝出水NH3N變化范圍為1.54 mg/L7.45 mg/L，三組氧化溝出水NH3N變化范圍為1.06 mg/L7.45 mg/L，波動較大?？傊?，一組氧化溝出水NH3N較平穩(wěn)，波動小，二、三組氧化溝出水NH3N變化較大。3.1.4總氮（TN）試驗期間北石

17、橋污水處理廠三組氧化溝出水TN情況如圖8所示。圖8 試驗期間三組氧化溝出水TN對比圖由圖8可以看出，北石橋污水處理廠三組氧化溝出水TN均達標排放，三組氧化溝出水TN平均值分別為9.95mg/L、9.52mg/L、10.10mg/L。三組溝的變化范圍分別為8.41mg/L11.02mg/L、5.23mg/L16.17mg/L、5.13mg/L17.24mg/L，總之，一組氧化溝出水TN較平穩(wěn)，波動小，二、三組氧化溝出水TN變化較大。3.1.5總磷（TP）試驗期間北石橋污水處理廠三組氧化溝出水TP情況如圖9所示。圖9 試驗期間三組氧化溝出水TP對比圖由圖9可以看出，北石橋污水處理廠三組氧化溝出水T

18、P均未達到排放標準。三組氧化溝出水TP平均值分別為2.64mg/L、2.66mg/L、2.51mg/L。三組溝的變化范圍分別為1.77mg/L3.64mg/L、1.73mg/L3.67mg/L、1.34mg/L3.44mg/L，三組溝出水TP無較大區(qū)別。3.1.6懸浮物（SS）試驗期間北石橋污水處理廠三組氧化溝出水SS情況如圖10所示。圖10 試驗期間三組氧化溝出水SS對比圖由SS的變化曲線圖可以看出，三組氧化溝出水SS平均值均為20mg/L，北石橋污水處理廠三組氧化溝出水SS值在15mg/L24mg/L之間波動，三組溝的變化范圍分別為16mg/L24mg/L、15mg/L24mg/L、16m

19、g/L23mg/L，三組溝SS無較大區(qū)別。3.1.7小結通過上述分析，北石橋污水處理廠試驗期間，三組溝出水BOD5、COD、TN、NH3N均達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002的一級B排放標準執(zhí)行。同時一組氧化溝在試驗運行過程中，有效的控制了出水氨氮值。但氧化溝出水TP均未達到排放標準，SS有35.6%為達到排放標準，但氧化溝出水還要經(jīng)終沉池泥水分離，再經(jīng)接觸池消毒后出水，因此為保證TP、SS達標排放，就要對終沉池的去除效果進行研究。3.2污泥性能3.2.1沉降性能在活性污泥法處理城市污水的過程中，為了保證較好的泥水分離和提供較高的污泥回流濃度，活性污泥需保持良好的沉降濃縮

20、性能，從而確保出水水質(zhì)達標排放。通常采用污泥沉降比SV（）和污泥體積指數(shù)SVI（mL/g）來反應活性污泥的沉降性能。污泥沉降比SV30為曝氣池混合液靜置沉淀30min后，沉淀活性污泥體積分數(shù)，通常采用1L的量筒進行測定，SV30形象的反映了終沉池的沉淀過程；污泥體積指數(shù)SVI為混合液沉淀30min后每克干污泥原所具有的濕泥體積毫升數(shù)。北石橋污水處理廠試驗期間，DE型氧化溝三組溝日平均SV30和SVI變化值如圖11所示。圖11 試驗期間污泥沉降性能歷時變化從圖11可以看出，試驗期間污泥沉降性能較好，DE型氧化溝三組溝SV30無較大差別，且每組溝的波動較小，三組溝SV30和SVI值差別在正負5%之

21、內(nèi)。三組溝日平均SV30為45%，SVI為110mL/g，說明試驗期間活性污泥的絮凝、沉降性能較好。3.2.2生物相在試驗期間，利用電子顯微鏡，觀察活性污泥中的菌膠團、絲狀菌、原生動物、后生動物等反映整個系統(tǒng)的活性污泥狀況，判斷系統(tǒng)是否正常運行。從鏡檢觀察，試驗運行期間，DE型氧化溝三組溝鏡檢無較大差別。菌膠團顏色呈黃褐色，絮體大小正常，絮體之間清晰，絲狀菌豐度較小；主要以原生動物為主，包括：大量鐘蟲屬，累枝蟲、等枝蟲、漫游蟲屬、鞭毛蟲屬、楯纖蟲等；少量后生動物，主要是輪蟲。說明活性污泥狀態(tài)良好，處理水質(zhì)清澈，工藝運行穩(wěn)定。鏡檢如圖9、圖10所示。圖9 累枝蟲 圖10 鐘蟲和輪蟲3.3經(jīng)濟對比

22、分析3.3.1溶解氧對比分析北石橋污水處理廠在實際運行中主要采用轉刷提供硝化階段的溶解氧，一般將硝化階段溶解氧控制在1.5mg/L2.5mg/L之間，通過溶解氧的大小來控制轉刷的運行時間。試驗期間在手動調(diào)節(jié)的情況下，通過保證氧化溝出水氨氮值達標的情況下，手動控制轉刷運行時間。試驗運行期間一組氧化溝溶解氧值在1.0mg/L左右波動，二、三組溝溶解氧在1.5mg/L2.5mg/L控制范圍內(nèi)，因此一組氧化溝溶解氧較二、三組溝溶解值低。實驗期間一組氧化溝，在滿足了硝化和反硝化的條件下，降低了溶解氧，保證了出水水質(zhì)達標排放。3.3.2三組溝轉刷運行臺時分析通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析，在試驗運行期間，工藝運行

23、穩(wěn)定，出水水質(zhì)均達標排放。下面將從經(jīng)濟角度對其運行情況進行對比。三組溝轉刷運行臺時統(tǒng)計如表5所示。 表5 三組溝轉刷運行臺時統(tǒng)計 單位：min日期一組溝二組溝三組溝113794 16474 16099 213504 15553 15647 313939 15974 16474 413147 16817 15959 514230 15366 15616 613028 16988 16255 713504 16942 16583 813174 15569 15678 913540 16210 16039 1012804 17346 16277 1114538 17254 16938 1213536

24、 16068 16452 1313860 17191 17217 1413160 16926 15942 1513517 16302 17418 1613362 15918 16803 1713002 16474 17122 1813794 17222 16580 1914136 15475 17552 2013335 14446 17070 2113160 16817 16548 2213536 17129 16883 2312870 16006 17958 2413794 16957 16524 2514546 16302 16890 2613504 17191 15894 2714154

25、 16470 17568 2813662 15974 17297 2912822 16302 16659 3013649 17940 17632 最大值14546 17940 17958 最小值12804 14446 15616 平均值13553 16453 16652 表5可以看出，一組溝轉刷運行臺時較二、三組溝運行臺時少，平均每天減少了3000min的運行時間，臺時減少18.1%。一組溝每日平均用電量為6712Kw.h，二、三組溝用電量每日平均用電量分別為8164 Kw.h、8172 Kw.h，一組溝較二、三組溝平均每日用電量降低了17.8%。同時也證明氧化溝用電量與轉刷運行臺時密切相關，相關系數(shù)達到98.3%。4.終沉池去除效果分析根據(jù)上述氧化溝出水六大污染物濃度的分析，氧化溝出水TP、SS未達到排放標準，因此需試驗研究分析終沉池對TP、SS的去除效果。北石橋污水處理廠終沉池主要是進行泥水分離，設計水力停留時間