氧化溝工藝脫氮分析和調(diào)控

陳彩萍

(太原市排水管理處污水凈化四廠，山西太原 030021)

氧化溝工藝脫氮分析和調(diào)控

陳彩萍

(太原市排水管理處污水凈化四廠，山西太原 030021)

通過對(duì)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的影響因素研究，針對(duì)某廠氧化溝工藝出水總氮超標(biāo)問題進(jìn)行了原因分析，并對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行了改造及工藝調(diào)整，使出水總氮由原來的25mg/L降至12 mg/L，解決了該廠出水總氮超標(biāo)問題。

硝化反應(yīng)，反硝化反應(yīng)，溶解氧，回流比

某污水處理廠采用奧貝爾氧化溝污水處理工藝，工藝流程為:總進(jìn)水→粗格柵→污水提升泵→細(xì)格柵→旋流沉砂池→厭氧池→氧化溝→二沉池→二次提升泵→隔板反應(yīng)池→濾池→總出水。設(shè)計(jì)處理量4萬t/d，實(shí)際進(jìn)水量由原來的2.5萬t/d增加到3.5萬t/d，出水指標(biāo)中除總氮、總磷外，其余指標(biāo)均能滿足GB 18918—2002出水一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，總磷通過調(diào)整PAC投藥量實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，而總氮要通過對(duì)影響因素分析，找出關(guān)鍵因素，對(duì)癥采取措施，通過工藝調(diào)整或投加碳源保證出水總氮達(dá)標(biāo)。為此，通過對(duì)內(nèi)、中、外溝溶解氧及圍繞影響和控制溶解氧的轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)和回流比進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 分析原因，找出關(guān)鍵因素

污水生物處理中氮的轉(zhuǎn)化包括同化、氨化、硝化和反硝化作用。但是從化合態(tài)氮到氣態(tài)氮進(jìn)而從根本上去除氮污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程主要通過硝化和反硝化過程起作用。硝化作用是指在好氧條件下，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的生化反應(yīng)，硝化反應(yīng)由自養(yǎng)微生物完成。反硝化作用是指在缺氧條件下，將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮或N2O，NO的作用，由異養(yǎng)微生物完成。

在該污水處理廠中，出水氨氮的月平均值為0.8 mg/L，且二沉池出水溶解氧在2.3 mg/L，分析硝化反應(yīng)比較完全，氧化溝溶解氧偏高，無明顯的厭氧、缺氧環(huán)境，造成反硝化反應(yīng)效果差，導(dǎo)致脫氮效果不佳，下面主要分析影響反硝化反應(yīng)的因素:

1)溫度。

反硝化反應(yīng)受溫度的升高影響反應(yīng)速率加快，溫度降低反應(yīng)速率減緩。該廠全年氧化溝水溫在10℃～22℃，考慮到水量增加前總氮出水達(dá)標(biāo)，且水溫在水量增加前后變化不大，因此暫不考慮此因素的影響。

2)溶解氧。

反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌，只有在無分子氧且同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。如反應(yīng)器內(nèi)溶解氧較高，將使反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，抑制反硝化菌體內(nèi)硝酸鹽還原酶的合成，或者氧成為電子受體，阻礙硝酸氮的還原。經(jīng)監(jiān)測(cè)，該廠外溝溶解氧平均值在1.2 mg/L，中溝在2.1 mg/L，內(nèi)溝在3.5 mg/L。缺氧段的溶解氧宜控制在0.5mg/L以下。從數(shù)據(jù)分析，該廠外溝溶解氧達(dá)1.2 mg/L，已處于好氧狀態(tài)，從厭氧池過來的原水直接進(jìn)入好氧狀態(tài)，中間缺失了缺氧段，而氮的脫除即反硝化反應(yīng)主要是在缺氧狀態(tài)下完成，所以該廠的溶解氧過高，曝氣量過大，直接造成了總氮指標(biāo)超標(biāo)。在本次試驗(yàn)分析中，溶解氧應(yīng)被作為關(guān)鍵因素進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)控。

3)堿度和pH。

pH值的變化對(duì)反硝化速率的影響比較敏感，經(jīng)考察，該廠的原水以生活污水為主，進(jìn)水pH值常年恒定在6.5～8.5之間，服務(wù)范圍內(nèi)也無排放酸堿廢水的污染源，在本試驗(yàn)中，不考慮此因素的影響。

4)C/N比。

碳源的充足與否，直接關(guān)系到反硝化效果的好壞，反硝化菌以有機(jī)物為氮源和能源進(jìn)行無氧呼吸，碳源不足將導(dǎo)致反硝化反應(yīng)不充分。經(jīng)過計(jì)算，該廠進(jìn)入氧化溝的污水的BOD5/TKN為4.5，符合一般情況下4～6的范圍，分析在該廠污水處理反應(yīng)過程中碳源應(yīng)能滿足反硝化反應(yīng)的需要，因此，此因素對(duì)總氮超標(biāo)的影響可暫不考慮。

5)有毒物質(zhì)。

有毒物質(zhì)對(duì)微生物的沖擊絕大多數(shù)情況下是毀滅性的，一定要防止有毒害的廢水直接進(jìn)入氧化溝內(nèi)，有毒物質(zhì)的進(jìn)入可能會(huì)導(dǎo)致絕大多數(shù)指標(biāo)超標(biāo)。該廠為市政生活污水處理廠，經(jīng)查閱近兩年來進(jìn)水水質(zhì)未發(fā)現(xiàn)明顯異常，隨著各地環(huán)保監(jiān)督力度的加大，此因素的影響在此次分析中可以不做考慮。

綜上分析得出，該廠的出水總氮超標(biāo)主要原因在溶解氧的控制上。

2 針對(duì)溶解氧的控制展開分析，并制定相應(yīng)措施

2.1 第一階段

1)該廠外溝共有8臺(tái)轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)，設(shè)計(jì)水量為4萬t/d，實(shí)際水量目前為3.5萬t/d，因溶解氧過高，該廠已采用間隔開啟曝氣機(jī)的方法，即:現(xiàn)場外溝開4臺(tái)，停4臺(tái)。由于外溝檢測(cè)溶解氧在1.2mg/L，溶解氧偏高，采取停6臺(tái)，開2臺(tái)，對(duì)稱開啟且與推進(jìn)器位置錯(cuò)開，使曝氣機(jī)的推動(dòng)作用保持，不致影響混合液的正常流動(dòng)。

2)中、內(nèi)溝共采用4臺(tái)轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)，中間用聯(lián)軸器連接，平常4臺(tái)全部開啟，由于監(jiān)測(cè)到中溝溶解氧為 2.1 mg/L、內(nèi)溝在3.5 mg/L，采取運(yùn)轉(zhuǎn)2臺(tái)停2臺(tái)的措施后，測(cè)得內(nèi)溝溶解氧在1.2mg/L，中溝溶解氧0.2 mg/L，出水水質(zhì)發(fā)生變化，COD，NH3-N指標(biāo)急驟上升，臨近超標(biāo)。及時(shí)調(diào)整為運(yùn)轉(zhuǎn)3臺(tái)停1臺(tái)，定時(shí)監(jiān)測(cè)溶解氧。

3)小結(jié):通過采取以上措施后，在其他指標(biāo)達(dá)標(biāo)的情況下，出水總氮由原來的25 mg/L降至18 mg/L，取得了明顯的效果。但仍然不能滿足國標(biāo)一級(jí)A出水總氮不大于15mg/L的要求。

2.2 第二階段

1)該廠未設(shè)內(nèi)回流，外回流共采用了3臺(tái)潛污泵回供，目前全部開啟。經(jīng)計(jì)算，回流比為150%，二沉池出水溶解氧2.3 mg/L，回流比越大，氧化溝溶解氧會(huì)越高。控制回流比在100%，因3臺(tái)回流泵為工頻直接啟動(dòng)，無法較好地實(shí)現(xiàn)控制，開啟2臺(tái)時(shí)，回流比為85%，回流比偏小，且二沉池泥位增速較快，長期持續(xù)會(huì)造成二沉池泥位過高出水翻泥。綜合考慮后，在原有控制柜的基礎(chǔ)上，加裝了變頻控制，通過變頻實(shí)現(xiàn)對(duì)泥量的科學(xué)控制，減少設(shè)備磨損并降低能耗。

2)小結(jié):通過改變回流量的大小，對(duì)溶解氧和反硝化反應(yīng)時(shí)間的調(diào)控，出水總氮由原來的18 mg/L降至了16 mg/L，進(jìn)一步增強(qiáng)了脫氮效果，但仍然不能滿足要求。

2.3 第三階段

1)轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)的開啟臺(tái)數(shù)均已達(dá)到最小開啟臺(tái)數(shù)，且回流泵的開啟控制為2臺(tái)工頻，1臺(tái)變頻控制在33 Hz，也已達(dá)到最低控制，此段時(shí)間，外溝、中溝、內(nèi)溝溶解氧平均值為 0.5 mg/L，1.3 mg/L，2.4mg/L，中、內(nèi)溝DO值略偏高。由于該廠的氧化溝出口處堰板已損壞，無法用調(diào)整堰板的高低來控制曝氣機(jī)的浸沒深度。且維修費(fèi)用高、難度大，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，采取了曝氣機(jī)加變頻控制的措施，另考慮到曝氣機(jī)電機(jī)為非變頻電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速過慢會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱、對(duì)電機(jī)造成損害，于是取了一組作為試驗(yàn)，且變頻控制不低于45 Hz，經(jīng)過改造后實(shí)驗(yàn)測(cè)得，中、內(nèi)溝DO值分別為0.8 mg/L，1.5 mg/L，電機(jī)溫度略有所升高，但不影響正常使用。

2)小結(jié):通過加裝變頻降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速來降低溶解氧，經(jīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)一周出水總氮平均值為12 mg/L，滿足了出水一級(jí)A的要求。

3 結(jié)論

1)脫氮效果的好壞主要取決于硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，溶解氧過高，雖然硝化反應(yīng)完全，出水NH3-N極低，但同時(shí)過高的DO值抑制了反硝化反應(yīng)，導(dǎo)致出水總氮偏高，且造成了能源消耗高，加大了處理成本。

2)針對(duì)該廠反硝化效果差的情況，分析反硝化反應(yīng)的影響因素，逐一進(jìn)行分析比較，最終確定溶解氧的控制為此次調(diào)控的關(guān)鍵因素，圍繞此因素相關(guān)設(shè)備的控制和改造分階段進(jìn)行實(shí)施，并比較出水總氮的值的變化以及能否滿足出水要求。

3)在目前3.5萬t/d處理量的情況下，氧化溝中、內(nèi)溝轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)開3臺(tái)，其中2臺(tái)工頻，1臺(tái)變頻45 Hz運(yùn)轉(zhuǎn)，外溝8臺(tái)轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)，停運(yùn)6臺(tái)，開2臺(tái)，且要對(duì)稱開啟并與推進(jìn)器位置錯(cuò)開，外回流泵3臺(tái)，2臺(tái)工頻運(yùn)行，1臺(tái)變頻33 Hz運(yùn)行。出水總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，平均值在12mg/L。

4 建議

1)本次試驗(yàn)在7月～8月進(jìn)行，溫度較高，在冬季溫度較低時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)控污泥濃度值及溶解氧值，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)值調(diào)整設(shè)備開啟狀態(tài)，以確保出水總氮及其他各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。今后的試驗(yàn)應(yīng)增加此種情況下的內(nèi)容研究。

2)在脫氮工藝調(diào)控過程中，要做到既要保證出水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)，又要節(jié)約成本，減少不必要的浪費(fèi)和資源消耗。

［1］ 張 波，高廷耀.生物脫氮除磷工藝厭氧/缺氧環(huán)境倒置效應(yīng)［J］.中國給水排水，1997，13(3):7-10.

［2］ 王曉蓮，彭永臻.A2/O法污水生物脫氮除磷處理技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

［3］ 張自杰.排水工程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

The denitrification analysis and control of oxidation ditch process

Chen Caiping

(Taiyuan DrainageManagement Sewage Purification Fourth Plant，Taiyuan 030021，China)

Through the research on the influence factors of nitrification and denitrification reaction，this paper analyzed the causes ofwater total nitrogen excess problem of oxidation ditch process in a factory，and mademodification and process adjustment to equipment，made the water total nitrogen from 25 mg/L to 12 mg/L，solved the problems ofwater total nitrogen problem of the plant.

nitrification，denitrification reaction，dissolved oxygen，reflux ratio

X131.2

A

1009-6825(2015)29-0139-03

2015-08-10

陳彩萍(1974-)，女，工程師