CN110723819A - 一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法。针对现阶段高海拔地区生活污水处理***溶解氧未合理控制导致脱氮除磷效果差的问题，本方法采用厌氧/好氧SBR反应器，通过优化控制曝气流量，使反应器内溶解氧(DO)浓度在0mg/L～2.5mg/L，保障反应器在低压低氧环境下稳定运行，实现高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。本方法使厌氧/好氧SBR反应器在运行中降低了***对溶解氧的需求，且通过优化控制曝气流量，实现溶解氧浓度的合理控制，与纯氧曝气、高压曝气及长时间高功率的曝气方式相比，本方法更为科学节能。

Description

一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除 磷的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法。

背景技术

近年来由于经济发展和区域开发，西藏等高海拔地区的环境保护问题也日益突出，尤其是城镇生活污水治理工作尚在起步阶段。高海拔地区最为显著的外部客观环境因素即为高海拔及由高海拔引起的大温差、强紫外线、低气压三个方面。

由于海拔高、气压低、温差大、年平均气温低，因此这些地区建设污水处理厂对污水处理技术有特殊要求，一般可选用曝气生物滤池、生物接触氧化法、活性污泥和生物膜法等工艺。但是低温低压低氧条件限制了传统活性污泥/生物膜工艺的运行效率，同样的曝气量中的实际供氧量仅为平原地区的一半左右，供氧量不足也会影响好氧生物的新陈代谢,加大曝气量又会增加能耗。

同步硝化反硝化除磷(SNDPR)就是硝化反硝化除磷反应可以在同一反应器内进行。SNDPR***利用内碳源实现脱氮和除磷，“一碳两用”，节约了碳源；硝化过程需要碱度，而反硝化过程则刚好能为硝化过程提供部分碱度，节约了碱度；反应在低曝气量条件下进行，节约了能耗和有机物的损耗。

高海拔地区污水处理***存在曝气无规律、溶解氧浓度控制不合理、运行能耗高等问题，且高海拔地区常用工艺如AAO工艺及CASS工艺对溶解氧需求较高。因此本发明通过利用同步硝化反硝化除磷(SNDPR)实现同步硝化反硝化及反硝化除磷降低***对溶解氧的需求，并通过曝气流量的优化，节约能耗的同时，实现高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，解决高海拔地区污水处理***存在曝气无规律、溶解氧浓度控制不合理、运行能耗高等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，包括如下步骤：

(1)低海拔环境下，在厌氧/好氧SBR反应器内接种污泥，采用厌氧/好氧的运行方式，开启进水泵，将高海拔地区生活污水抽入反应器中，厌氧搅拌后进行好氧阶段，开启曝气泵，采用合适的曝气流量曝气，并利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的DO浓度，直到反应器内COD、氨氮、总氮、总磷去除率达到80％、95％、75％、90％以上；

(2)在高海拔环境下，采用与步骤(1)同样的设备和反应条件，利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的DO浓度，判断反应器内COD、氨氮、总氮、总磷去除率是否均达到80％、95％、75％、90％以上，如否，则在停止曝气后，排出剩余污泥和处理后的生活污水，继续下一步骤；

(3)重复步骤(2)，且每次仅对曝气流量进行调整，直至反应器内COD、氨氮、总氮、总磷去除率均达到80％、95％、75％、90％以上，此时的曝气流量即优化结果；

(4)利用该优化结果，在厌氧/好氧SBR反应器内进行高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。

所述低海拔环境和高海拔环境均是模拟环境，在模拟场景中，调整实验环境大气压力为95～101kPa，温度为18～22℃，模拟低海拔环境；调整实验环境大气压力为55～80kPa，温度为18～22℃，模拟高海拔环境。

所述厌氧/好氧SBR反应器内接种的污泥为同步硝化内源反硝化除磷污泥，取自已运行稳定的脱氮除磷反应器，接种后反应器内活性污泥浓度为1300～2000mg/L。

步骤(1)过程中控制DO浓度在0～2.5mg/L之间，得到的优化结果曝气流量对应的步骤中，同样控制DO浓度在0～2.5mg/L之间。

各步骤中，在厌氧阶段的前10分钟抽入污水，抽入污水时开启厌氧/好氧SBR反应器的电动搅拌器，搅拌2～2.5个小时，为厌氧阶段，之后曝气时间3～3.5个小时，为好氧阶段。

所述曝气流量的调整策略是：

a)，在步骤(1)曝气流量的基础上，每次增加a，例如70mL/min，直至COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标满足要求；

b)，在步骤a)得到的曝气流量的基础上，每次减少b，b＜a，例如20mL/min，直至COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标不满足要求；

c)，在步骤a)得到的曝气流量的基础上，每次增加c，c＜b，例如10mL/min，直至COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标满足要求；

重复步骤(b)～(c)，每次的增减幅度均有降低，选到满足误差要求的曝气流量值为优化结果；或者，在COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标满足要求的几个曝气流量值中，选择DO浓度与步骤(1)DO浓度最接近的曝气流量值为优化结果。

进一步地，可在厌氧/好氧SBR反应器排水阶段最后1分钟内通过排泥泵排出剩余污泥。

本发明所述高海拔地区生活污水，其中COD浓度为200～250mg/L，氨氮浓度为20～40mg/L，总磷浓度为3～6mg/L。

所述处理后的生活污水占反应器内总水量质量分数40～45％。

本发明所述方法利用如下设备实现：

厌氧/好氧反应器1，为反应主体，其设置有进水口16、排水口17、排泥口18以及溢流口19

进水水箱3，储存高海拔地区生活污水，通过带有进水泵2的进水管路与进水口16连接；

内置电动搅拌器4，内置于厌氧/好氧反应器1中；

曝气器5，内置于厌氧/好氧反应器1中，通过带有气体流量计6的进气管路连接曝气泵20；

排水泵7，通过排水管路与排水口17连接；

排泥泵13，通过排泥管路与排泥口18连接；

pH测定仪14，其pH探头10内置于厌氧/好氧反应器1中；

DO测定仪15，其DO探头11内置于厌氧/好氧反应器1中；

无纸记录仪8，连接pH测定仪14和DO测定仪15，进行测定数据的记录；

取样器9，用于从厌氧/好氧反应器1中取样；

定时开关12，其中，与进水泵2、电动搅拌器4、曝气泵20、排水泵7、排泥泵13相连，控制工作状态。

利用上述装置，通过优化控制曝气流量，实现高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在大气压力为70～80KPa的低压条件下，通过利用同步硝化反硝化除磷(SNDPR)实现同步硝化反硝化及反硝化除磷降低***对溶解氧的需求，并通过曝气流量的优化，节约能耗的同时，实现高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷，氨氮、总氮、总磷去除率达到95％、75％、90％以上。

附图说明

图1为本发明优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷方法的装置结构示意图。

图2为厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为101KPa下曝气流量为80mL/min时稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况。

图3为厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为72KPa下曝气流量为80mL/min时稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况。

图4为厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为72KPa下曝气流量为100mL/min时稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况。

图5为厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为72KPa下曝气流量为150mL/min时稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1，本发明一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其装置主要包括：厌氧/好氧反应器1、进水泵2、进水水箱3、电动搅拌器4、曝气器5、气体流量计6、排水泵7、无纸记录仪8、取样器9、pH探头10、DO探头11、定时开关12、排泥泵13、pH测定仪14、DO测定仪15；并设置进水口16、排水口17、排泥口18、溢流口19、曝气泵20；其中，进水水箱3通过进水泵2与厌氧/好氧反应器1的进水口16相连，出水通过出水口17从排水泵7泵出，剩余污泥通过排泥口18从排泥泵13泵出；其中，进水泵2、电动搅拌器4、曝气泵20、排水泵7、排泥泵13通过定时开关12控制工作状态。

一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一阶段，厌氧/好氧SBR反应器接种污泥取自已运行稳定的脱氮除磷反应器，保持反应器内活性污泥浓度为1300～2000mg/L，进水为模拟高海拔地区生活污水，其中COD浓度为220mg/L，氨氮浓度为37mg/L，总磷浓度为5mg/L，反应器有效体积为5L，换水比为25％。厌氧/好氧SBR反应器在低海拔环境中运行，大气压力为101KPa，温度为20℃。运行周期为6h，其中厌氧时间为2h，好氧时间为3.5h，曝气流量为80mL/min，利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的溶解氧，直到反应器内氨氮、总氮、总磷去除率达到95％、75％、90％以上。

第二阶段，厌氧/好氧SBR反应器接种污泥取自已运行稳定的脱氮除磷反应器，厌氧/好氧SBR反应器在高海拔环境中运行，大气压力为72KPa，温度为20℃。反应器有效体积为5L，换水比为25％。反应器运行周期为6h，周期运行阶段为模拟高海拔地区生活污水在厌氧阶段的前10min内进入到高海拔环境下的厌氧/好氧SBR反应器中，其中COD浓度为220mg/L，氨氮浓度为40mg/L，总磷浓度为5mg/L，并在厌氧条件下机械搅拌2个小时；厌氧/好氧SBR反应器开始曝气，机械曝气，曝气流量为80mL/min，持续反应时间3.5个小时，并利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的溶解氧，计算COD、氨氮、总氮、总磷去除率；在厌氧/好氧SBR反应器曝气结束前1分钟内通过排泥泵排出剩余污泥；厌氧/好氧SBR反应器停止曝气，静置沉淀，将处理后的生活污水的40％利用排水泵排出反应器。

第三阶段，厌氧/好氧SBR反应器接种污泥取自已运行稳定的脱氮除磷反应器，厌氧/好氧SBR反应器在高海拔环境中运行，大气压力为72KPa，温度为20℃。反应器有效体积为5L，换水比为25％。反应器运行周期为6h，周期运行阶段为模拟高海拔地区生活污水在厌氧阶段的前10min内进入到高海拔环境下的厌氧/好氧SBR反应器中，其中COD浓度为220mg/L，氨氮浓度为40mg/L，总磷浓度为5mg/L，并在厌氧条件下机械搅拌2个小时；厌氧/好氧SBR反应器开始曝气，机械曝气，曝气流量为100mL/min，持续反应时间3.5个小时，并利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的溶解氧，计算COD、氨氮、总氮、总磷去除率；在厌氧/好氧SBR反应器曝气结束前1分钟内通过排泥泵排出剩余污泥；厌氧/好氧SBR反应器停止曝气，静置沉淀，将处理后的生活污水的40％利用排水泵排出反应器。

第四阶段，厌氧/好氧SBR反应器接种污泥取自已运行稳定的脱氮除磷反应器，厌氧/好氧SBR反应器在高海拔环境中运行，大气压力为72KPa，温度为20℃。反应器有效体积为5L，换水比为25％。反应器运行周期为6h，周期运行阶段为模拟高海拔地区生活污水在厌氧阶段的前10min内进入到高海拔环境下的厌氧/好氧SBR反应器中，其中COD浓度为220mg/L，氨氮浓度为40mg/L，总磷浓度为5mg/L，并在厌氧条件下机械搅拌2个小时；厌氧/好氧SBR反应器开始曝气，机械曝气，曝气流量为150mL/min，持续反应时间3.5个小时，并利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的溶解氧，计算COD、氨氮、总氮、总磷去除率；在厌氧/好氧SBR反应器曝气结束前1分钟内通过排泥泵排出剩余污泥；厌氧/好氧SBR反应器停止曝气，静置沉淀，将处理后的生活污水的40％利用排水泵排出反应器。

试验结果表明：第一阶段运行稳定后，厌氧/好氧SBR反应器出水COD浓度为8.50mg/L、氨氮浓度为0mg/L、亚硝氮浓度为0.03mg/L、硝氮浓度为9mg/L、总氮浓度为9.03mg/L、总磷浓度为0.58mg/L。厌氧/好氧SBR反应器稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况见图2。

第二阶段运行稳定后，厌氧/好氧SBR反应器出水COD浓度为47.06mg/L、氨氮浓度为10.13mg/L、亚硝氮浓度为0.13mg/L、硝氮浓度为0.87mg/L、总氮浓度为11.13mg/L、总磷浓度为0.19mg/L。厌氧/好氧SBR反应器稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况见图3。

第三阶段运行稳定后，厌氧/好氧SBR反应器出水COD浓度为45.45mg/L、氨氮浓度为0mg/L、亚硝氮浓度为0.11mg/L、硝氮浓度为9.60mg/L、总氮浓度为9.71mg/L、总磷浓度为0.06mg/L。厌氧/好氧SBR反应器稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况见图4。

第四阶段运行稳定后，厌氧/好氧SBR反应器出水COD浓度为39.77mg/L、氨氮浓度为0mg/L、亚硝氮浓度为0mg/L、硝氮浓度为9.60mg/L、总氮浓度为9.60mg/L、总磷浓度为0mg/L。厌氧/好氧SBR反应器稳定运行时典型周期内COD、TN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TP的浓度变化情况见图5。

图2、3、4、5显示，厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为101KPa，曝气流量为80mL/min时，在运行时间为0～340min时反应器内溶解氧浓度在0～1.5mg/L之间，氨氮、总氮、总磷去除率分别达到100％、77％、90％。厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为72KPa，曝气流量为80mL/min时，反应器溶解氧浓度在0～0.3mg/L之间，氨氮去除率为70％，未达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。厌氧/好氧SBR反应器在大气压力为72KPa，曝气流量为100mL/min、150mL/min时，反应器溶解氧浓度分别在0～1mg/L之间、0～2.5mg/L之间，氨氮、总氮、总磷去除率均分别达到100％、75％、99％以上，均符合要求。

在曝气流量为100mL/min时，反应器溶解氧浓度在0～1mg/L之间，既满足了高海拔地区生活污水同步脱氮除磷，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准的条件，相比150mL/min的曝气流量，能够节约能耗，故可选择100mL/min为曝气流量，在大气压力为72KPa条件下，在厌氧/好氧SBR反应器内进行高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。

Claims (10)

1.一种优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)低海拔环境下，在厌氧/好氧SBR反应器内接种污泥，采用厌氧/好氧的运行方式，开启进水泵，将高海拔地区生活污水抽入反应器中，厌氧搅拌后进行好氧阶段，开启曝气泵进行曝气，并利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的DO浓度，直到反应器内COD、氨氮、总氮、总磷去除率达到80％、95％、75％、90％以上；

(2)在高海拔环境下，采用与步骤(1)同样的设备和反应条件，利用在线DO监测仪监测单个周期内好氧阶段的DO浓度，判断反应器内COD、氨氮、总氮、总磷去除率是否均达到80％、95％、75％、90％以上，如否，则在停止曝气后，排出剩余污泥和处理后的生活污水，继续下一步骤；

(3)重复步骤(2)，且每次仅对曝气流量进行调整，直至反应器内COD、氨氮、总氮、总磷去除率均达到80％、95％、75％、90％以上，此时的曝气流量即优化结果；

(4)利用该优化结果，在厌氧/好氧SBR反应器内进行高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。

2.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，所述低海拔环境和高海拔环境均是模拟环境，在模拟场景中，调整实验环境大气压力为95～101kPa，温度为18～22℃，模拟低海拔环境；调整实验环境大气压力为55～80kPa，温度为18～22℃，模拟高海拔环境。

3.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，所述厌氧/好氧SBR反应器内接种的污泥为同步硝化内源反硝化除磷污泥，取自已运行稳定的脱氮除磷反应器，接种后反应器内活性污泥浓度为1300～2000mg/L。

4.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，步骤(1)过程中控制DO浓度在0～2.5mg/L之间，得到的优化结果曝气流量对应的步骤中，同样控制DO浓度在0～2.5mg/L之间。

5.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，各步骤中，在厌氧阶段的前10分钟抽入污水，抽入污水时开启厌氧/好氧SBR反应器的电动搅拌器，搅拌2～2.5个小时，为厌氧阶段，之后曝气时间3～3.5个小时，为好氧阶段。

6.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，所述曝气流量的调整策略是：

a)，在步骤(1)曝气流量的基础上，每次增加70mL/min，直至COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标满足要求；

b)，在步骤a)得到的曝气流量的基础上，每次减少20mL/min，直至COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标不满足要求；

c)，在步骤a)得到的曝气流量的基础上，每次增加10mL/min，直至COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标满足要求；

重复步骤(b)～(c)，每次的增减幅度均有降低，选到满足误差要求的曝气流量值为优化结果；或者，在COD、氨氮、总氮、总磷去除率指标满足要求的几个曝气流量值中，选择DO浓度与步骤(1)DO浓度最接近的曝气流量值为优化结果。

7.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，在厌氧/好氧SBR反应器排水阶段最后1分钟内通过排泥泵排出剩余污泥。

8.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，所述高海拔地区生活污水，其中COD浓度为200～250mg/L，氨氮浓度为20～40mg/L，总磷浓度为3～6mg/L。

9.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，所述处理后的生活污水占反应器内总水量质量分数40～45％。

10.根据权利要求1所述优化控制曝气流量实现高海拔地区生活污水同步脱氮除磷的方法，其特征在于，所述方法利用如下设备实现：

厌氧/好氧反应器(1)，为反应主体，其设置有进水口(16)、排水口(17)、排泥口(18)以及溢流口(19)

进水水箱(3)，储存高海拔地区生活污水，通过带有进水泵(2)的进水管路与进水口(16)连接；

内置电动搅拌器(4)，内置于厌氧/好氧反应器(1)中；

曝气器(5)，内置于厌氧/好氧反应器(1)中，通过带有气体流量计(6)的进气管路连接曝气泵(20)；

排水泵(7)，通过排水管路与排水口(17)连接；

排泥泵(13)，通过排泥管路与排泥口(18)连接；

pH测定仪(14)，其pH探头(10)内置于厌氧/好氧反应器(1)中；

DO测定仪(15)，其DO探头(11)内置于厌氧/好氧反应器(1)中；

无纸记录仪(8)，连接pH测定仪(14)和DO测定仪(15)，进行测定数据的记录；

取样器(9)，用于从厌氧/好氧反应器(1)中取样；

定时开关(12)，其中，与进水泵(2)、电动搅拌器(4)、曝气泵(20)、排水泵(7)、排泥泵(13)相连，控制工作状态。

利用上述装置，通过优化控制曝气流量，实现高海拔地区生活污水的同步脱氮除磷。

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