污水进水低碳氮比的总氮应急处理技改实践_刘培志.pdf

净水技术 2023,42(2):185-190Water Purification Technology刘培志,汪辉.污水进水低碳氮比的总氮应急处理技改实践J.净水技术,2023,42(2):185-190.LIU P Z,WANG H.Technical reconstruction for TN emergency removal under low C/N influentJ.Water Purification Technology,2023,42(2):185-190.污水进水低碳氮比的总氮应急处理技改实践刘培志,汪 辉(武汉新天达美环境科技股份有限公司,湖北武汉 430000)摘 要 国内早期建设的大部分城镇污水处理厂,由于资金投入相对缺乏,设计时未考虑总氮(TN)的去除,此外,其工艺设计过于简单,设备设施简陋,且投运时间久远。为满足日益严格的环境保护监管要求,部分污水厂需在有限条件下进行技术改造。针对部分污水厂水量不足、碳氮比严重失调易导致出水 TN 超标的情况,本项目通过现场技改试验,研究进一步削减 TN的措施。试验结果表明,在污水厂进水化学需氧量浓度低的情况下,增加生化系统内硝化液回流、控制反硝化过程中溶解氧浓度和投加碳源可有效增加 TN 去除量。关键词 污水处理厂 低碳氮比 总氮去除 技改中图分类号:TU992文献标识码:B文章编号:1009-0177(2023)02-0185-06DOI:10.15890/ki.jsjs.2023.02.024Technical Reconstruction for TN Emergency Removal under Low C/N InfluentLIU Peizhi,WANG Hui(Wuhan STDM Environment Technology Co.,Ltd.,Wuhan 430000,China)Abstract Most of the early-built domestic urban wastewater treatment plants(WWTPs)with simple process design,poor facilities and long operation time are not considered to remove of total nitrogen in the design for lack of investment.To meet the increasingly stringent environmental protection regulatory requirements,some WWTPs need to complete technical transformation under limited conditions.In view of the water shortage and serious imbalance of carbon-nitrogen ratio easily lead to excessive TN in some WWTPs,this project studied further measures to reduce TN through the site technical transformation test.The test results show that,under low CODCr effluent,increasing the nitrate reflux device,controlling the DO concentration during denitrification and adding external carbon are effective to raise the TN removal rate.Keywords wastewater treatment plant(WWTP)low C/N total nitrogen removal technical reconstruction收稿日期 2022-02-07作者简介 刘培志(1987),男,工程师,主要从事污水厂运营管理工作,E-mail:liupeizhigz 。通信作者 汪辉(1985),女,主要从事污水厂运营管理、供排水业务咨询管理工作,E-mail:huma1230 。水中的总氮(TN)含量是衡量水质的重要指标之一。城市污水处理厂超标问题频发,特别是 TN超标问题较为突出。该问题如不及时解决,会导致汇水区域水体富营养化,引发赤潮、水华等现象,造成生态环境破坏1-3。为保障水环境安全,2017 年,生态环境部关于加快重点行业重点地区的重点排污单位自动监控工作的通知(环办环监函201761 号)要求氮磷排放重点行业的重点排污单位应安装 TN 排放自动监测设备并与环保部门联网,对污水厂 TN 进行实时监控。TN 排放指标的监管要求上了新台阶,这也对污水厂的 TN 去除提出更严格的要求。污水厂相继提出了针对去除 TN 的相关技改措施。某县生活污水厂于 2010 年建成投运,设计规模为 1.5 万 m3/d,承担着该县主城区的污水处理任务,采用厌氧-好氧工艺(AO 工艺),污水经过处理后达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 189192002)一级 B 标准,进入后续深度处理设施。该厂 AO 工艺在低水量和低碳氮比(C/N)的情况下,TN 难以满足实时达标4。因单独 AO 工艺不581能满足 TN 去除要求5-6,本项目在资金缺乏和设备设施简陋的条件下,通过增加生化系统内硝化液回流、控制反硝化溶解氧和投加碳源的方式,增加 TN去除量,及时解除了该厂出水 TN 超标的危机。以该污水厂 TN 技改试验为例,介绍了试验过程和实际运行效果,以期为同类项目 TN 应急处理提供参考。1 项目背景和运行问题分析1.1 项目背景(1)污水厂设计进出水水质该厂设计规模为 1.5 万 m3/d,处理工艺按照生活污水设计,设计进出水水质如表 1 所示。表 1 污水厂设计进出水水质Tab.1 Designed Water Quality of Influent and Effluent项目BOD5/(mg L-1)CODCr/(mg L-1)SS/(mg L-1)TN/(mg L-1)氨氮/(mg L-1)TP/(mg L-1)进水指标15025018030253出水指标206020208(15)1 注:括号外数值为水温12 时的控制指标,括号内数值为水温12 时的控制指标。(2)工艺流程图该厂工艺流程图如图 1 所示。图 1 工艺流程图Fig.1 Engineering Flow Sheet(3)试验期前进水水质随着县域经济发展,该污水厂收水范围内于2014 年引进一座发酵酒精厂。该酒精厂生产废水经自有废水处理设施处理至纳管标准后,排入市政管网,进入该污水厂处理。酒精废水原本只有 1 500 m3/d,因该厂效益较好,生产规模扩大,生产废水水量增加至 6 000 m3/d,导致该县污水厂进水中酒精废水占比达 40%。酒精厂废水处理设施排口仅对水量和 CODCr进行监控,氨氮、TN 等其他指标并未监控。经检测,酒精厂废水在 CODCr符合纳管标准的情况下,极易导致该生活污水处理厂进水氨氮和TN 等指标超出设计标准。该生活污水厂无法处理该部分废水,导致泵站停用一座,水量急剧降低。受外部因素影响,该污水处理厂自 2019 年以来水量急剧下降,长期处于 5 000 m3/d 左右,最低时仅 3 200 m3/d。截至试验前,该厂进水的 CODCr严重偏低,多数时间处于 50 mg/L 以内,进水 BOD5不足 20 mg/L,进水 TN 质量浓度在 2030 mg/L,严重的情况下甚至要超过 30 mg/L,超出进水设计值。进水量不足,进水 C/N 严重失调,导致出水 TN 有超标风险。(4)试验期间难点目前众多技改试验均在相对独立系统中进行,检测手段充足,数据能够获取和检测。但是该污水厂投运时间达 10 年,存在大量的内外部缺陷,导致试验推进困难。一是生化过程在线检测仪表均报废,且未更新,改造过程除水质指标可检测外,水量、风量情况均靠人工判断;二是污水厂员工整体技术水平较低,本项目需全程跟踪运行调整情况;三是外部企业排水时间不固定,试验期间受雨水影响,来水TN 相对偏低;四是污水厂来水量较少,生化系统内的停留时间过长导致进出水检测的相对滞后性;五是 4 组池体并联、共用一套配水系统和供气系统,池体间存在串水现象,导致无法对各影响因素做定量681刘培志,汪 辉.污水进水低碳氮比的总氮应急处理技改实践Vol.42,No.2,2023分析,只能进行定性判断。1.2 问题分析(1)污水中氮的去除机理污水 TN 主要由氨氮、有机氮、硝态氮、亚硝态氮以及氮氧化合物7组成。其中,氨氮主要来源于水中的无机物或者有机氮的分解。生活污水中氮的去除由氨化、硝化、反硝化反应8-9组成,以生化去除为主。氮的硝化反应和亚硝化反应是由自养菌在好氧环境下进行,不需要额外提供能量,但是反硝化菌是异养菌,需要在碳源充足的情况下进行。(2)该厂 TN 问题原因分析该厂 TN 去除困难的原因有以下几点。处理工艺先天不足。该污水处理厂主要采用厌氧-好氧工艺,以除磷为主,未考虑 TN 的去除问题,未设置缺氧段,无反硝化场所。厌氧区生物池采用生物滤池模式,好氧区生化池内采用生物接触滤池工艺,并未设置消化液回流和污泥回流工艺,好氧产生的硝态氮无法有效去除,在出水氨氮达标的情况下,TN 削减量较少。汽提回流技改不当。该厂为强化脱氮功能于 2018 年实施第一次技改。第一次技改内容为采用汽提回流方式,将好氧区末端混合液回流至最后第二级厌氧区,期望将第二级厌氧区技改为缺氧区。第一次技改并未改善系统脱氮功能,原因一方面是缺氧区有效容积较小,池内填料占用部分空间,导致缺氧水力停留时间不足 1 h10,停留时间远低于技术规范的缺氧水力停留时间(24 h);另一方面是汽提回流量不足,无法达到技术规范的硝化液回流比(100%400%)。回流液中带有大量溶解氧,回流量无法提升和控制。进水 C/N 过低。反硝化反应需要碳源参与反应,进水中的碳源不足以满足反硝化脱氮反应所需的碳源。在厌氧区,聚磷菌与反硝化菌在抢夺碳源中处于优势地位,更加容易导致无充足碳源用于去除 TN。现场好氧区在线溶解氧仪故障,其他区域未设置无溶解氧或氧化还原电位等检测设备,风机开启后无法通过各区溶解氧情况进行供气量调整,无法控制工艺参数。部分生活污水混有有机氮,但是一般的工艺无法将有机氮进行氨化,此部分 TN 无法去除。分析 TN 去除的机理和该厂 TN 问题产生的实际情况,可明确该厂在工艺先天不足的情况下,通过改造增加缺氧段的思路是正确的,导致该次技改失败的原因是汽提回流无法有效控制。同时,结合该厂进水 C/N 过低情况,本项目针对该厂回流不足、缺氧区停留时间不够和碳源不足的情况开展改造研究。2 TN 应急处理方案2.1 硝化液回流系统改造现有污水处理厂硝化液普遍采用泵或汽提方式实现回流,也有氧化沟采用内回流门方式进行硝化液回流。因该厂非氧化沟工艺,不具备内回流门改造条件。在前期也尝试汽提回流改造,因回流液含氧量过高和回流量不足问题,不再考虑。本次硝化液回流系统改造采用增加水泵提升的方式实现。该厂生化池分 4 条线,2 条线为独立一组。原设计每条线为独立单元,因工程质量和投运时间久远,组内 2 条线间有串水现象。原 2018 年汽提回流改造在 1#线和 2#线,本次对另外一组(3#、4#线)进行回流改造(图 2)。图 2 回流系统改造示意图Fig.2 Schematic Diagram of Reflux System Reconstruction(1)在 3#、4#线好氧区尾部各加设一台回流量为 150 m3/h 的潜污泵(品牌蓝深,口径为 150 mm,扬程为 4 m,功率为 4