UniFed SBR工藝脫氮除磷特性及其自動控制研究.pdf

1、水體“富營養(yǎng)化”是當今世界面臨的最主要的水污染問題之一。污水處理技術(shù)已逐漸從以單一去除有機物為目的的階段進入既要去除有機物又要脫氮除磷的深度處理階段,以控制富營養(yǎng)化為目的的脫氮除磷己成為當今污水處理領(lǐng)域的研究熱點之一。UniFed SBR工藝是近年來澳大利亞開發(fā)出的一種新型脫氮除磷工藝,與復(fù)雜的連續(xù)流生物脫氮除磷工藝相比,該工藝采用單池運行,不需物理分區(qū)和污泥回流,即可達到較高的除磷脫氮效率,還可減少基建投資。 UniFed

2、SBR工藝在進水方式和運行方式上不同于傳統(tǒng)SBR工藝,一個運行周期包括進水/排水、曝氣和沉淀3個階段。UniFed SBR工藝的進水是從反應(yīng)池底部污泥層中緩慢、均勻引入,采用進水頂出水的排水方式,在SBR池頂部設(shè)置溢流堰或潷水器排水,在底部進水的同時,上層澄清出水被排出系統(tǒng)。UniFedSBR反應(yīng)池底部進水布水器的設(shè)計非常關(guān)鍵,該布水器需實現(xiàn)均勻布水,即當廢水通過該布水器進入反應(yīng)池時,泥和水不產(chǎn)生大的機械混合,保證上層澄清出水不受底部進

3、水的干擾,實現(xiàn)底部進水和上層出水的良好分離,這是實現(xiàn)UniFeASBR工藝成功運行的基礎(chǔ)。進水/排水階段結(jié)束后,依次進入曝氣、沉淀階段。在進水/排水階段,在池底污泥層中先后發(fā)生了反硝化作用和厭氧釋磷,在后續(xù)曝氣階段,發(fā)生了硝化作用和好氧吸磷。因此,通過一個UniFed SBR周期的運行,可實現(xiàn)同步脫氮除磷。 為促進UniFed SBR新工藝的研究發(fā)展和未來在實際工程中的應(yīng)用,本課題在國外對UniFed SBR工藝基本理論研究基

4、礎(chǔ)之上,建立了UniFeD SBR工藝實驗室小試模型,并采用空氣堰排水方式,摸索出實現(xiàn)工藝正常運行的關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)了帶空氣堰排水的UniFed SBR工藝的計算機自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了工藝運行的自動化。采用有效容積為40L的UniFed SBR反應(yīng)器,并以實際生活污水為處理對象,考察了UniFed SBR工藝對污水的脫氮和除磷特性,分析了進水C/N比、C/P比和充水比等參數(shù)對工藝氮、磷和有機物去除的影響及其影響機理?？疾炝似貧怆A段DO、p

5、H和ORP的變化規(guī)律,并對DO、pH和ORP能否作為該階段的實時控制參數(shù)進行了探討。 本研究對UniFed SBR工藝采用了一種新穎的排水方式,即采用空氣堰代替潷水器排水,避免了采用普通溢流堰排水曝氣時混合液溢流至出水堰而影響出水水質(zhì)。采用空氣堰排水后,使工藝的運行操作變得更為復(fù)雜,僅通過手動操作基本無法實現(xiàn)工藝的正常運行,必須設(shè)自動控制系統(tǒng)。 以Visual C++語言作為開發(fā)工具,以計算機、I/O卡(輸入/輸出接

6、口卡)等作為主要硬件設(shè)備,成功地研制開發(fā)出一套用于控制小試規(guī)模的、帶空氣堰排水的UniFed SBR工藝計算機自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了對該工藝各設(shè)備的時序控制。 在UniFed SBR工藝中TN的去除主要發(fā)生在兩個階段,即進水/排水階段和曝氣階段。曝氣階段TN的損失主要是由于在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了同步硝化反硝化。UniFed SBR工藝的除磷機理為強化生物除磷機理。 UniFed SBR工藝處理生活污水,對有機物和氨氮有非常好

7、的去除,出水中檢測不到氨氮,有機物濃度也在30mg/L以下,基本為難生物降解COD,對總氮和磷的去除效果主要取決于進水C/N比?？刂瞥渌葹?5％,當C/N比低于5.7時,TN去除率隨C/N比的升高而快速大幅度提高,從2.75時的43.6％升至5.7時的80.84％,當C/N比達到5.7時,進水/排水階段的脫氮率已達到最大值,之后繼續(xù)提高C/N比,只能提高曝氣階段由于同步硝化反硝化產(chǎn)生的脫氮率,所以TN去除率的提高變得緩慢。隨著進水C/

8、N比的增加,聚磷菌可從進水中獲得更多的有機碳源,進行PHB的合成和PO43-的釋放,同時避免了NOx-對釋磷產(chǎn)生的抑制作用,因而磷的去除率隨C/N比的增加而提高,且C/N比越高,PAOs的釋磷量和吸磷量越多,好氧吸磷速率越快,除磷效果越好。進水C/N比的變化對COD的去除沒有顯著影響,平均去除率為93.15％。當C/N比大于6.97、有機負荷高于0.38 kg/(kg·d)時,污泥容積指數(shù)隨C/N比的增加而大幅度提高,產(chǎn)生由于低溶解氧和

9、高負荷帶來的非絲狀菌污泥膨脹。 進水C/P比是影響UniFedSBR工藝磷去除的重要因子?？刂瞥渌葹?3％、進水C/N比為6,當C/P≥33時,可以實現(xiàn)磷的100％去除,當C/P<33時,磷的去除率隨C/P比的增加而線性提高。進水C/P比的變化,對總氮和COD的去除沒有影響,平均去除率分別為84％和94.5％。 UniFed SBR工藝一個周期的TN去除率η為進水/排水階段在池底部污泥層中發(fā)生的反硝化作用產(chǎn)生的脫氮

10、率η 1和曝氣階段由于微生物的同化作用及同步硝化反硝化作用產(chǎn)生的脫氮率η 2二者之和。改變充水比會對進水/排水階段TN的去除率η 1和曝氣階段TN的去除率η 2產(chǎn)生截然相反的影響。在相同的進水水質(zhì)條件下,提高充水比,η 1降低,而η 2升高,由于進水/排水階段對UniFed SBR工藝TN的去除貢獻更大,因此充水比越大,TN去除效果越差。UniFed SBR工藝在相同的進水水質(zhì)條件下,充水比越大,除磷效果越好。 在UniFed

11、 SBR工藝的進水/排水階段,污泥層中的pH、DO和ORP值隨時間的變化曲線上沒有特征點,表明pH、DO和ORP值的變化基本沒有規(guī)律,無法指示該階段污泥層中發(fā)生的反硝化和釋磷等生化反應(yīng)進程。因此,進水/排水階段利用pH、DO和ORP作為實時控制參數(shù)是不可行的。 在UniFed SBR工藝的曝氣階段,混合液的pH、DO和ORP曲線可以反映該階段的生化反應(yīng)進程。在硝化過程結(jié)束時,在pH、DO和ORP曲線上均出現(xiàn)特征點,pH由下降轉(zhuǎn)