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《重庆大学》 2012年
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A/A/O氧化沟工艺强化脱氮调控技术研究

李柏林  
【摘要】:减少城市污水中氮的排放对控制富营养化及改善水体环境具有重要意义,高效脱氮是城市污水处理厂运行调控的难点之一。城市污水处理是高耗能行业,通过调控措施挖掘节能潜力,合理进行能量配置,具有很强的现实意义。A/A/O氧化沟具有工艺流程简单、运行管理方便等优点,在我国城市污水处理厂得到广泛应用,其运行调控不仅涉及到沟内复杂的水力学及生物化学过程,还受到环境条件及进水负荷变化的影响,由于缺乏有效的运行调控策略导致脱氮效果不佳、运行不稳定、沟内易积泥、能耗高。因此,本文基于实际污水处理厂环境条件及进水负荷的动态变化特性,综合考虑水力场及生物场因素,采用“小试—中试—现场试验—动力学—数值模拟”相结合的方式,系统深入地研究了A/A/O氧化沟工艺强化脱氮及节能降耗的适应性优化策略及控制方法。 分析A/A/O氧化沟工艺污水处理厂的运行现状发现,工艺优化的重点是强化脱氮及降低能耗。高效脱氮的重要途径是强化前置缺氧区反硝化、促进主反应区同时硝化反硝化,节能降耗的关键环节是曝气及推流系统的优化配置。 系统研究溶解氧浓度、污泥回流比、污泥龄和污泥浓度等运行参数对A/A/O氧化沟工艺脱氮性能的影响,优选合理的参数取值范围。硝化反应动力学研究结果表明,适当降低DO并将曝气池NH_4~+-N控制在2~4mg/L,能够使硝化维持在高效阶段,从而提高硝化速率,降低曝气能耗。对于反硝化反应来说,DO浓度大于1mg/L时,就会对反硝化产生较显著影响,因此需要严格控制内回流至缺氧区的溶解氧;而反硝化速率受NH_3~--N的影响远没有DO的影响大。 现场测试并分析了连续曝气模式下主反应区各特征参数(流速、溶解氧及污泥浓度)分布规律,获得了不同控制条件对特征参数分布的影响。通过合理调控曝气转盘的运行模式,可使氧化沟内形成好氧—缺氧交替的溶解氧环境,促进溶解氧传质,促使大颗粒污泥絮体的形成,创造SND过程所需的宏观及微观缺氧环境。 通过调控曝气转盘运行模式的“数量”、“位置”及“速度”,提出整体与局部相结合的主反应区分段优化措施,以同时实现工艺的稳定运行、安全运行、强化脱氮及节能降耗。分段优化调控措施可使污水处理厂出水COD、NH_4~+-N稳定优于GB18918-2002中一级A标准;出水TN从15.2~26.5mg/L降至9.3~13.5mg/L,平均去除率从39.5%升至71.7%,稳定优于一级B标准;同时单位水量电耗下降了19.8%。 针对A/A/O氧化沟内存在曝气过量导致硝化过度而反硝化不足、以及能耗高等问题,以硝化速率、反硝化速率及出水水质为可行性判据,对工艺的间歇曝气模式进行了中试优化和生产调控研究。结果表明,采用曝气1h停曝2h的运行模式,可使出水TN从16~27.6mg/L降至9~15mg/L,平均去除率从50.5%升至72.8%,在出水达标的基础上,单位水量电耗下降了30.9%。 运用物料平衡方法分析了两种连续曝气模式(工况2、工况4)以及两种间歇曝气模式(曝气1h停曝2h、曝气2h停曝2h)下A/A/O氧化沟系统中碳、氮、磷的流向情况,定量分析了系统中的SND现象。物料衡算结果表明,通过控制曝气转盘的运行,可强化好氧区SND,这对提高整体脱氮效果有较大贡献,按照连续曝气模式工况2运行时,好氧区SND脱氮量可达总脱氮量的43.6%。 建立A/A/O氧化沟三维流态模型并进行了校核。从流态优化的角度研究了氧化沟池型及设备位置与节能的关系,分析了氧化沟混合推流能量配置方面存在的问题,提出优化措施并进行了模拟预测和现场改造,优化后缺氧区和主反应区的流态分布更合理,积泥区域减少,能量损失降低。 基于实际污水处理厂进水动态变化特征,对全年及全天分别进行不同时期及时段划分,以进水水量及水质变化为前馈主控因素,以溶解氧变化趋势为反馈辅助控制因素,提出基于进水动态变化的分时优化控制策略,并应用于生产调控。调控结果表明,出水COD、NH_4~+-N稳定优于一级A标准,出水TN稳定优于一级B标准,出水水质及溶解氧更稳定;调控后低温期、高温期及常温期单位水量电耗分别降低了21%、24%及28.4%。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X703

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