摘要:脱氮除磷通常情况下是污水处理厂升级改造的难点之一也是其关键组成部分。而本文就在总结前人经验和教训的基础上,构思了一种可以初步综合考虑脱氮和除磷需求的评价方法,换句话说就会使构建一种同步评估污水处理厂脱氮除磷难度(DNR)的方法,同时还对我们得到的19座城镇污水处理厂的实际运行数据进行了应用分析。结果表明本文构思的DNR评价方法,在理论上是可以科学客观的来反映相应的污水处理厂的脱氮除磷难度的。所以本文希望该方法可以为我国污水处理厂脱氮除磷潜力分析评价体系的应用提供一些有价值的参考。
关键词:污水处理厂;脱氮除磷;评价体系;应用
前言
在2015年,中国的《水污染防治行动计划》中明确指出:我国要对各水体中总氮、总磷等污染物含量实施总量控制。所以为了满足这一规划要求,像我国广东的许多城镇污水处理厂都需升级改造。在我国,污水处理厂一般情况下都是在缺氧条件下利用反硝化菌将硝酸盐还原以实现脱氮的,同时,又利用聚磷菌的超量吸磷能力来实现除磷的。但是由于这两种菌在对污水进行处理时均需要碳源,所以污水中的碳源供给就可以作为我们污水处理厂脱氮除磷潜力分析评价体系的一个重要评价指标。
一、应用背景
当前,我国最常用的污水碳源评价指标是碳氮比以及碳磷比。在污水厂脱氮时,通常要求其BOD5和TKN的比值要大于四,但是,有时因为进水的硝酸盐和亚硝酸盐浓度较低,其比值大于三就可以了。当然,进水中其碳氮比过低会影响我们脱氮的效率,而且还会干扰污水下一步厌氧释磷的过程。在我们生物除磷时,该过程需易生物降解的碳源才能合成β-羟基烷酸,这时的BOD5/TP 要大于 17。所以,我们可以利用污水中的碳氮比以及碳磷比来评估其脱氮除磷潜力。
因为我们在处理污水时,其脱氮过程和除磷过程之间是需要竞争碳源的,所以我们的碳源供给要满足二者的双重需求,所以单纯的碳氮比以及碳磷比是很难满足我们的实际需求的,也很难帮助我们判断污水中总氮以及总磷的协同达标能力。在这种背景下,本文就在综合考虑这些需求的基础上,初步设想了一种同步评估污水处理厂脱氮除磷潜力的体系。并且通过对19座城镇污水处理厂的实际运行数据的实际制表对比研究,检验了其可行性的大小。
二、基本原理与方法
污水厂生物脱氮除磷的效率其影响因素较多,但是其主要是受进水水质、处理工艺以及运行参数三方面数据的影响。在进行反硝化和厌氧释磷时碳源是必不可少的电子供体,所以在进水时,我们可以将碳源的浓度作为其脱氮除磷潜力分析的主要依据。在污水中的碳源其主要来源方式有:第一,污水中的COD;第二,进水中COD水解后的BSCOD;第三,甲醇、乙酸等。而本文就是在假设这些碳源都可以完全被利用于脱氮除磷,同时,反硝化菌以及厌氧释磷菌二者不存在竞争的条件下进行的。
(一)反硝化的理论碳源需求量
根据相关数据,硝态氮还原为氮气的需氧量大约为2.86 g。与此同时,其实际值还受其操作条件以及电子供体类型的影响,而BSCOD 硝酸根-N的值又和该微生物的产率有关。所以,本文设计的反硝化脱氮的CSRN计量方程可以如下:
(二)除磷的理沦碳源需求量
因为BSCOD在厌氧的情况下其在较短的时间内就会转化为乙酸,所以我们可以利用污水中BSCOD的量来准确估计生物储存的磷去除量。当然我们还需要结合生物除磷化学计量学,并且假设其附加条件都是最佳条件的前提下,来估计生物除磷的化学计量学公式,其假设的基本条件为:第一,其大部分COD都会被利用而转化为脂肪酸,不存在剩余的可能性;第二,其细胞产率大概在0.3 gVSS/g乙酸,当然这是假设值;第三,胞内磷含量假设在0. 3 gP/gVSS左右。在这一前提下,我们在生物储存除磷机理的前提下设计出的理论碳源需求量(CSRp)公式如下:
(三)构建理论脱氮除磷潜力评估体系
因为城镇污水大多数是生活污水,所以其水体中绝大部分的氮都是有机氮或氨氮,如果我们想要处理它们,首先就要将其氧化成为硝酸盐,之后反硝化就可以轻易的去除这些物质了。在这个前提下,我们的式(1)中的硝酸根-N其实已经无限的接近于总氮量了,而且我们在除磷时,聚磷菌的超量吸磷能力是起主要作用的。所以,我们在进行生物脱氮除磷时,其理论的碳源需求量(CSTF)如下:
(3)
但是因为BCOD和BSCOD中并不都是可以快速溶解的,其有慢速水解有机物,所以我们在利用生物处理系统处理污水时,其HRT以及SRT的时间会被延长,但是像胶体、颗粒状态的BCOD其实也是可以转化为BSCOD的。但我们为了方便实际监测其难度,引入了CSTR /BUD体系。所以简化后的脱氮除磷难度(DNR)可以表述为:
这时如果DNR的值越大,那我们在理论上的脱氮除磷难度就会越大。如果DNR的值大于1时,则就意味着污水中的碳源的供给难以满足微生物的需求。当然我们也可以将DNR指数细分为两部分,也就是脱氮DNR(DNRN)、除磷DNR(DNRP),其公式可以演变为:
三、分析评价体系的理论应用
本次理论的应用对象主要是广州省内的19座城镇污水处理厂,这些处理厂每天可以处理517.8 *104 m3的污水。我们的对比表对各厂的 AAO、OD、AO、SBR等系列工艺都进行了相关的对比,从而来评价他们的处理能力。
根据我么能收集到的这19座城镇污水处理厂的基本运行数据来看,当我们采用式(3)来计算CST时。其各厂的DNR指数如图一所示。这时我们就可以利用其DNR值与出水TN,TP浓度的相关性分析来确定其脱氮除磷能力的高低了。
图一 19座污水厂的DNR指数
总结
我们通过这次的污水厂脱氮除磷评价体系的理论应用,我们可以发现广州的大部分污水处理厂在其脱氮除磷时,其碳源的需求量还是很大的。并且通过这次理论的实际应用,我们发现相比于碳氮比和碳磷比,本文的DNR指数其反映的脱氮除磷难度更实际也更科学,这可以为下一步的污水分级处理,以及碳源供给分析优化提供了一定的参考。
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论文作者:杜国彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签:碳源论文; 污水论文; 脱氮论文; 污水处理论文; 潜力论文; 城镇论文; 理论论文; 《基层建设》2019年第13期论文;