环境中国 治污方案 对活性污泥法生物池内DO的控制讨论

对活性污泥法生物池内DO的控制讨论

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污水厂利用鼓风机为生物池提供充足的溶解氧来保证微生物分解有机物和氨氮硝化所需,由于需要将空气压缩并通入到生化曝气池底部,这个过程消耗大量的能量,也是污水厂内主要的能源消耗来源,因此在很多污水厂都希望在鼓风机的控制上实现精准的控制来实现污水厂的节能降耗,但在运行中如何实现呢?

从节能角度来讲,每一位运营人员都希望能在保证出水水质稳定的的情况下得出一个最低量溶解氧的控制参数,然后根据这个最低的溶解氧控制值,来进行风机出风量的调整,从而达到节能降耗的目的。这种控制方式就是要得出一个最低溶解氧的控制值,推流式的生物曝气池对氧气的利用是沿着流程逐步上升的,理想的工况是到达最终出口的位置,微生物已经实现了对有机物的充分降解,溶解氧开始升高,为了避免过度升高造成溶解氧的浪费,生物池比较传统的数值就是在曝气池出口控制2mg/L左右,也就是既保持一定的富余量来抵抗负荷变化带来的冲击,又不至于造成过多的溶解氧的浪费。所以根据这个数值来调整曝气风量的供给,是比较传统溶解氧控制手段。

随着对氮和磷的去除的工艺要求,生物池内的溶解氧的控制愈加复杂,传统的单一DO指标控制已经不能满足在新的指标工艺要求下的鼓风机的精准管控。在A2O工艺中内回流将曝气后的硝化液回流到反硝化的缺氧区,硝化液中所带的富裕的溶解氧应避免对缺氧区所需要的缺氧环境造成影响,因此回流的硝化液要尽可能少的带回好氧区富裕的游离态的氧气。一般的硝化液的内回流点都设置在好氧区末端,因此在原有的2mg/L的好氧池的出口溶解氧控制数值也就意味着水中还有2mg/L的溶解氧剩余,这样的数值就会显得比较高,高溶解氧的硝化液回到缺氧区,在缺氧区的前端会有一个释放氧气的过程,这个过程会占据缺氧区的一部分来完成,也就减少了缺氧区的反硝化反应的空间,导致反硝化反应进行的程度下降,对总氮的去除效果变差。但是DO控制在什么值是比较合理的,而且在出口低溶氧下怎么保证曝气池内对有机物的降解和氨氮的硝化反应的彻底进行呢?

在确定出口处的溶解氧的最佳数值前,首先是要清楚在生物曝气池内溶解氧主要的作用,根据污水处理的生物降解的基本原理,溶解氧主要使用在两个反应中,一个是有机物的降解过程,是异养型细菌将污水中的有机物在有氧条件下转化成CO2的过程,另一个过程是硝化菌将污水中的氨氮在有氧条件下转化成NO3—N的过程。对应的方程式分别如下:

C5H7O2N+5O2→5CO2+2H2O+NH3+能量

NH4++2O 2→NO3+2H ++H2O

相对于异养菌来说,硝化菌的硝化能力较弱,溶解氧会先被异养菌作为降解有机污染物消耗掉,然后被硝化菌的硝化过程使用。从生物曝气池内溶解氧的利用过程我们可以得知溶解氧最终达到不再被微生物消耗的时段是氨氮转化为硝酸盐氮以后的阶段,当氨氮降为零以后,鼓风曝气产生的溶解氧就不再被消耗,生物池内的溶解氧开始上升。

在传统的活性污泥理论中,水中的有机污染物也就是碳源是被好氧的异养微生物降解完成的,因此在很多污水厂的设计中,好氧段的设计都比较大,主要也是要考虑到进水中的有机物需要进行充分的降解,以保证出水的COD达到排放的标准值以内。但是随着除磷脱氮的工艺的大规模采用,厌氧区和缺氧区的聚磷菌的释放磷过程、反硝化菌的反硝化脱氮过程都会有消耗进水中碳源,而根据传统的活性污泥法工艺设计的好氧池是根据进水中全部的碳源在好氧池内去除的,这样的设计计算忽略了厌氧缺氧所消耗的碳源。因此根据传统活性污泥法设计出来的好氧池往往大于实际所需的好氧体积,在实际应用中,很多污水厂会觉得现阶段的好氧池内溶解氧总是比较高,或者鼓风机的选型总是比较大,很难调控到实际所需的风量,无法有效调低好氧池出口处到希望控制的溶解氧。

除去这个原因以外,还有就是现阶段的进水水质受到城市管网的雨污合流制管网的雨水影响,以及污水管网经年失修,地下水位较高的地区地下水渗入严重,导致进水的BOD值远低于设计采用的城市生活污水的设计指标值,造成污水厂设计计算微生物所降解的有机物与实际进水的的有机物相差甚远,也就造成了设计采用的风量远高于实际所需的风量。因此进水水质过低,也造成了污水厂溶解氧的过剩,特别是为了满足高标准进水水质的所做的鼓风机选型,也增加了溶解氧的有效的工艺调控难度。

现阶段的风机采用空气悬浮和磁悬浮风机,有大范围的频率调整空间,似乎从运行上能够解决这个问题,但是在实际运行中,并不能真正实现降耗。主要是风机在复杂的多机工况运行下存在喘振区,为了避开喘振作用对风机造成的损坏,风机的调控区域往往缩减到很窄的一个范围,特别是即使在调控区域也无法满足低溶氧的控制,造成好氧池出口末端的溶解氧过高,为了实现更好的生物脱氮的控制,很多污水厂不得不在生物池曝气主管的末端增加放气阀门,来排放多余的供气量,与节能降耗的理念完全是背道而驰。

这些因素都导致了生物曝气池内的溶解氧过高,溶解氧过高带来的工艺运行问题也越来越凸显,生物曝气池池后段有机物和氨氮均降解完成后富裕的溶解氧造成活性污泥的老化现象严重,越来越多的污水厂出现大量的生物泡沫和污泥膨胀问题,而末端的高溶解氧造成内回流的硝化液内游离态溶解氧又会对反硝化的缺氧区造成体积缩小,反应时间缩短,消耗进水中的有效碳源,从而导致反硝化反应进行的不彻底,污水厂需要投加更多的额外碳源来保证生物脱氮的稳定运行,消耗了药剂,增加了运行成本。

从这些方面来说,生物曝气池的溶解氧的控制在现阶段新的工艺控制目标制约下,要重新进行标准的制定,特别是针对厌氧池、缺氧池的普遍使用,对生物池前段的碳源去除要进行新的核算,校核好氧池的有效容积,从曝气风量重新对系统进行确定,降低鼓风风量的选择,调低风机选型,减少能耗,同时也对缺氧区的运行提供更优化的运行保障。
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作者: 边走边看

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