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節(jié)省脫氮成本48% 這個(gè)污水廠是怎么做到的?

來(lái)源: 青島海特爾環(huán)保科技有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái) 2023/01/03 15:57:32 已瀏覽:
導(dǎo)讀:針對(duì)低碳氮比條件下城市污水處理廠碳源不足、生物脫氮成本費(fèi)用較高的問(wèn)題。

導(dǎo) 讀:針對(duì)低碳氮比條件下城市污水處理廠碳源不足、生物脫氮成本費(fèi)用較高的問(wèn)題,以山東某城市污水處理廠為例,用某企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的乙酸、乙酸鈉及乙酸乙酯等短分子鏈類復(fù)合有機(jī)液替代葡萄糖作為碳源,并對(duì)其脫氮效果進(jìn)行試驗(yàn)論證;分析缺氧池末端NO3--N與TN的相關(guān)關(guān)系,以大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立缺氧池出口處NO3--N與TN控制比值。采取以上控制方法后,污水處理廠節(jié)省脫氮成本48%,污泥日均產(chǎn)量降低46%,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

山東省某市政污水處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為3萬(wàn)m3/d,采用AAO工藝,出水TN指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該廠進(jìn)水工業(yè)廢水占比40%,有機(jī)物含量低、可生化性差,絕大多數(shù)情況下,C/N為2.8左右,該廠2019年進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1,具體運(yùn)行參數(shù)如下:厭氧池、缺氧池和好氧池末端溶解氧(DO)分別控制在<0.2mg/L 、0.15~0.3mg/L和2~4mg/L,水力停留時(shí)間(HRT)分別為2.34h、4.56h、19.03h,硝化液回流和污泥回流均控制在*,污泥齡為10~14d,pH在7~8,水溫12~31℃。

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2 成本控制方法分析及應(yīng)用

2.1 優(yōu)化碳源

該污水處理廠在2019年使用50%液體葡萄糖作為外加碳源,細(xì)胞產(chǎn)率高,反硝化利用率低,導(dǎo)致運(yùn)行成本偏高,產(chǎn)泥量大,經(jīng)濟(jì)性差,諸多研究表明,甲醇、乙醇、乙酸、丙酸等更小分子有機(jī)物效果優(yōu)于葡萄糖,且產(chǎn)泥量低,將不同類型碳源對(duì)反硝化效果影響進(jìn)行比較如表2。

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甲醇*為適用,但甲醇屬于危險(xiǎn)化學(xué)品管制藥劑,且具有一定毒性,馴化周期長(zhǎng),使用管理不便,而乙酸或乙酸類有機(jī)產(chǎn)品價(jià)格較高,使得脫氮成本難以降低,而在其他許多行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有大量含乙酸或乙酸等短分子鏈類有機(jī)物質(zhì)的廢液經(jīng)氧化處置后排放,造成有機(jī)資源的浪費(fèi),若該類有機(jī)廢水能作為碳源使用,既可實(shí)現(xiàn)資源化,也能因其同當(dāng)量?jī)r(jià)格遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)類產(chǎn)品從而降低污水處理廠脫氮成本。該污水處理廠以當(dāng)?shù)啬持扑幤髽I(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含乙酸、乙酸鈉及乙酸乙酯等混合類有機(jī)液體副產(chǎn)物作為碳源進(jìn)行試驗(yàn)分析,其中乙酸、乙酸鈉及乙酸乙酯含量分別為10.18%、16.36%、3.3%,主要指標(biāo)COD=3.0×105 mg/L,BOD5=2.4×105 mg/L,pH=4.8,首先在試驗(yàn)室對(duì)該復(fù)合碳源的反硝化速率、起始投加濃度及脫氮效果進(jìn)行研究,試驗(yàn)過(guò)程如下:

取缺氧池池進(jìn)口及內(nèi)回流污泥缺氧池污泥混合液各1L分別放入4個(gè)燒杯中,檢測(cè)初始SCOD、MLVSS、DO分別為26mg/L、2 370mg/L、0.11mg/L,pH為6.9,3組燒杯中分別投加200、300、400mg/L的復(fù)合碳源,一組不投加作為對(duì)照組,使用六聯(lián)攪拌機(jī)攪拌,由于復(fù)合型碳源顯酸性,為防止反硝化反應(yīng)的抑制,采用NaOH溶液調(diào)節(jié)初始pH控制在6.5~7.0,分別在0、10、20、30、60、120、240min時(shí)間檢測(cè)TN、NO3--N、NO2--N,繪制不同濃度碳源投加下的反硝化過(guò)程,見(jiàn)圖1。

從圖1可以發(fā)現(xiàn),該混合類有機(jī)液作為復(fù)合碳源后,生物脫氮效果良好,反硝化速率快,碳源濃度足夠的情況下,反應(yīng)30min內(nèi)NO3--N的去除率

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在95%以上,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,乙酸乙酯類反硝化速率低的物質(zhì)起了主要作用,因而有了反硝化速率的減低和TN降解的變化。另外,圖1中反應(yīng)時(shí)間在30min時(shí)存在一個(gè)NO3--N拐點(diǎn),結(jié)合NO2--N和TN變化情況,認(rèn)為脫氮的途徑并不僅有“NO3-→NO2-→NO→N2O→N2”一種,據(jù)研究表明城市污水處理廠存在復(fù)雜的微生物群落結(jié)構(gòu)和氮素轉(zhuǎn)化途徑,而厭氧氨氧化菌普遍存在各個(gè)單元,但菌群豐度較低,在30min節(jié)點(diǎn),環(huán)境中有機(jī)物濃度極低,此時(shí)厭氧氨氧化作用顯著,造成30min后的N素趨勢(shì)圖,因?yàn)樵诃h(huán)境中存在少量有機(jī)物時(shí),厭氧氨氧化菌無(wú)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),所以這也間接說(shuō)明了該復(fù)合碳源的反硝化速率快。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,污水處理廠從4月12日開(kāi)始使用該復(fù)合碳源投加,選擇起始投加濃度為300mg/L,一次性全部替換葡萄糖,投加點(diǎn)選擇在缺氧池進(jìn)口段,根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整,對(duì)脫氮效果進(jìn)行持續(xù)觀察,發(fā)現(xiàn)污泥對(duì)該復(fù)合碳源適應(yīng)性強(qiáng),出水TN指標(biāo)從當(dāng)天開(kāi)始連續(xù)一個(gè)月穩(wěn)定達(dá)標(biāo),同時(shí)統(tǒng)計(jì)每天污泥濃度變化及脫泥量,見(jiàn)圖2。

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從圖2可以發(fā)現(xiàn),2019年4月、5月投加葡萄糖作為外加碳源,日均脫泥量41 t,污泥濃度維持相對(duì)穩(wěn)定,2020年4月、5月投加復(fù)合碳源作為外加碳源,日脫泥量與2019年基本不變的情況下,污泥濃度逐步下降,日均脫泥量調(diào)整為22t后,污泥濃度穩(wěn)定在5 000~5 500mg/L,通過(guò)以上對(duì)比,可從實(shí)際結(jié)果上量化該復(fù)合碳源能降低產(chǎn)泥量46%。

2.2 增加工藝控制點(diǎn)

在AAO工藝的缺氧池末端出水TN在經(jīng)歷反硝化作用變成氮?dú)夂?,剩下的TN一部分以NO3--N形式存在,根據(jù)反硝化程度,NO3--N的占比不同,在工藝穩(wěn)定、進(jìn)水內(nèi)部碳源不足的情況下,反硝化程度主要受到外加碳源量的影響,所以碳源投加量可以控制生化池的反硝化脫氮程度,而使得缺氧池末端NO3--N/TN是在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍,以NO3--N作為出水TN的工藝控制點(diǎn),在缺氧池末端安裝在線硝態(tài)氮儀表,檢測(cè)缺氧池出口NO3--N,可實(shí)現(xiàn)碳源投加精細(xì)化控制,節(jié)約成本。選擇在缺氧池末端主要有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是能夠及時(shí)表現(xiàn)缺氧池反硝化效果,反饋到出水TN的控制;二是具有及時(shí)調(diào)控性,由于復(fù)合碳源的反硝化速率快,在反硝化能力不足的情況下,增加投加量能夠快速達(dá)到脫氮效果。

該廠2020年4月底在#1生化池安裝在線硝態(tài)氮儀表,經(jīng)過(guò)1個(gè)月的數(shù)據(jù)積累觀察,繪制如圖3。

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此過(guò)程中,5月15日開(kāi)始進(jìn)水氯離子濃度升高,由800mg/L上升至1 400mg/L,對(duì)硝態(tài)氮儀器產(chǎn)生一定干擾,5月28日手動(dòng)調(diào)整氯離子補(bǔ)償后恢復(fù)。從圖3數(shù)據(jù)可以看出,在工藝穩(wěn)定的情況下,NO3--N/TN是在相對(duì)穩(wěn)定范圍內(nèi),所以可以從硝態(tài)氮儀器數(shù)據(jù)及時(shí)掌握目前TN指標(biāo)數(shù)據(jù),從而調(diào)整碳源的投加,該水廠出水口TN出水控制在9~12mg/L范圍內(nèi)。

3 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

該水廠自4月12日開(kāi)始采取上述兩項(xiàng)控制方法,實(shí)施精細(xì)化投加,截至7月20日共100 d,在此階段記錄每日的藥劑用量、處理水量及進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù),與去年同期使用葡萄糖時(shí)對(duì)比,以單位水量碳源成本費(fèi)用I(元/t)作為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo),見(jiàn)表3。

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式中 I——單位水量成本,元/m3;

M——碳源使用量,kg;

P——碳源單價(jià),元/t;

W——處理水量,m3。

控制方法應(yīng)用后,碳源成本費(fèi)用I應(yīng)用后=(944 506×800)/(2 077 296×1 000)=0.364(元/t)。

控制方法應(yīng)用前,碳源成本費(fèi)用I應(yīng)用前=(1 107 460××1 000)=0.698(元/t)。

成本降低比例為:*×(0.698-0.364)/0.364=48%。

該廠實(shí)施策略后,出水TN指標(biāo)控制值提高,在工藝和水質(zhì)基本相同的條件下,使得生物脫氮的噸水成本降低48%,經(jīng)濟(jì)效果明顯。

4 結(jié)論及建議

乙酸、乙酸鈉等短分子鏈類的混合有機(jī)液在醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥等多行業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)物或廢液中存在,市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于同COD當(dāng)量的國(guó)標(biāo)類有機(jī)碳源,該類短分子鏈混合有機(jī)液作為碳源,脫氮效果良好,且產(chǎn)泥量少、反硝化速率快,在實(shí)際工程應(yīng)用中可以進(jìn)行推廣,同時(shí)在缺氧池末端增加NO3--N工藝控制點(diǎn),長(zhǎng)期觀察累積NO3--N與TN數(shù)據(jù),建立相對(duì)穩(wěn)定比值關(guān)系,可實(shí)現(xiàn)碳源的*投加和出水TN指標(biāo)的穩(wěn)定控制,以上可使得在低C/N的條件下,市政污水處理廠能降低生物脫氮成本。但需要注意的是,如果使用的是有機(jī)廢液作為碳源,需要滿足當(dāng)?shù)卣块T的管控要求,也要對(duì)這類非國(guó)標(biāo)類碳源中的其他物質(zhì),如氮、磷、重金屬等進(jìn)行全面的檢測(cè),避免不利影響。長(zhǎng)期投加短分子鏈類的混合有機(jī)液作為碳源,具有產(chǎn)泥量少的優(yōu)點(diǎn),但這也是污泥性狀不及投加糖類有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物良好的原因,表現(xiàn)在污泥沉降性變的相對(duì)較差、鏡檢中的微生物明顯變少,建議在使用該類碳源產(chǎn)品時(shí),參雜投加適量糖類作為營(yíng)養(yǎng)物培養(yǎng)微生物,維持良好污泥性狀,提高沉降性。

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