SBR工艺脱氮设计的研究.pdf

SBR 工艺脱氮设计的研究 李 颖 郭爱军 李蔚然 北京建筑工程学院, 北京 100044 摘要 SBR 工艺在有效去除水中有机物的同时, 兼顾脱氮除磷, 不需要新增反应器, 是一种高效、经济、管理简便, 适用 于中小水量的水处理工艺。 该工艺的脱氮设计目前尚无一套完整的, 公认的设计方法, 本研究介绍了一种 SBR 工艺 处理含氮污水的脱氮设计方法 如生物过程设计 、水力设计, 从而确定 SBR工艺中的相关关键设计参数。 关键词 SBR 工艺 脱氮 设计 0 引言 我国于 20 世纪 80 年代中期开始对 SBR工艺进 行系统研究与应用, 目前已成功地应用于城市生活污 水和各种工业废水的处理中。但由于 SBR工艺大都 由一些专业公司取得专利 ,各个公司均有各自的设计 方法, 因此目前尚缺乏一套完整的有关 SBR 工艺的 设计方法 ,特别是 SBR 工艺脱氮设计的方法。本研 究重点介绍脱氮设计内容的基本过程。 1 SBR工艺脱氮设计内容 SBR工艺设计包括生物过程 有机物降解、硝化 反硝化和生物除磷等 设计和水力设计两个方面。 生物过程设计主要是确定系统的污泥泥龄、 循环 时间以及各个阶段如厌氧、好氧、缺氧 、 沉淀 、 滗水和 闲置阶段的时间分配、系统中的活性污泥总量 ; 水力 设计则主要是确定池子个数和每个 SBR 池子的最大 贮水容积 最低水位至最高水位之间的池容 等。 1. 1 生物过程设计 1. 1. 1 污泥泥龄和剩余污泥量的确定 在确定污泥泥龄时, 首先必须明确所需达到的出 水水质和污泥处理的要求 。如系统只要求去除有机 物 BOD5、 CODCr ,则好氧污泥泥龄应在 3～ 5 d 左右; 当系统要求对污泥同时进行稳定时 ,其有效污泥泥龄 应在 25 d 左右。目前大部分 SBR 工艺应用于硝化和 反硝化以及生物除磷等过程, 故应设计具有除磷脱氮 功能的SBR工艺系统 。 为使系统具有硝化功能, 必须保证一定的好氧污 泥泥龄以使硝化菌能在系统中生存下来 ,硝化所需最 低好氧污泥泥龄的计算有很多方法, 一般可用下式 计算 θS,N 1 μ 1. 103 15- T fS 1 式中 θ S,N 硝化所需最低好氧污泥泥龄 d; μ 硝化菌比生长速率 d - 1 ,当 T 15 ℃ 时 , μ 0. 47 d -1 ; T 污水温度 ℃; fS 安全系数, 其值取决于污水厂规模。一 般地 , 为 保 证 出 水 NH3-N 浓 度 5 mg L, fS值应取 2. 3～ 3. 0左右。 反硝化阶段所经历的时间取决于进水水质、 进水 方式 、 除氮要求以及系统中活性污泥的耗氧能力。活 性污泥在DO 存在时 ,将优先利用 DO 作为最终电子 受体; 而在缺氧条件下时 ,则将利用硝态氮中的氧作 为最终电子受体 。一般认为约有 75的异养性微生 物有能力利用硝态氮中的氧进行呼吸。为确保安全, 一般假定活性污泥在缺氧阶段的呼吸速率有所下降, 其值约为好氧呼吸速率的 80左右 , 据此可求得活 性污泥利用硝态氮中的氧的能力 即反硝化能力 。 NO3-ND BOD5 0. 8 0. 75OC 2. 9 tanox tatanox a 2 式中 NO 3-ND BOD5 反硝化能力 ,每 1 kg BOD5反硝 化脱氮的量 kg ; OC 活性污泥在好氧条件下每去除 1 kg BOD5的耗氧量 kg , OC 的设计最大 值为 16 kg ; ta 曝气阶段所经历的时间 h ; tanox 缺氧阶段所经历的时间 h; a 修正系数 ,当池子交替连续进水时, a 1. 0; 当系统在反硝化阶段开始前快速进 水时, 由于基质浓度提高 , 故活性污泥 耗氧能力提高 ,需进行修正。其值为 23 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 a 2. 95 100tanox tanoxta - 0. 235 3 OC 0. 144 θS,R1. 072 T- 15 1 θ S,R0. 08 1. 072 T- 150. 5 4 式中 θS,R 包括硝化和反硝化阶段的有效污泥 泥龄 d。 θS,RθS,N tanoxta ta 5 系统所需反硝化的氮量可根据氮量平衡求得 NO3-NDTNi-TNe-BOD50. 04 6 式中 BOD50. 04 微生物增殖过程中结合到体 内的氮量 , 并随剩余污泥排 出系统 mg L ; TNi 进水总氮浓度 mg L ; TNe 出水总氮浓度 mg L 。 根据式 2 、 3 、 4 、 5 和 6 即可求得硝化和 反硝化时间的比例以及包括硝化和反硝化阶段的有 效污泥泥龄 θS,R。 1. 1. 2 循环时间 SBR 系统的运行可包括厌氧、缺氧、好氧、沉淀、 滗水和闲置等过程, 沉淀和滗水等过程所需的设计时 间较为固定 ,故当系统的有效污泥泥龄确定后 ,系统 的总污泥泥龄即可求得 θ S,T θS,R tc tR 7 式中 θS,T SBR池子的总污泥泥龄 d ; tR 有效反应时间 h, tRtanoxta; tc 循环时间 h, 一般根据经验或试验 确定。 tctbio- ptanoxtatstd 8 式中 tbio-p 用于生物除磷的厌氧阶段所经历的 时间, 一般为 0. 5～ 1 h 左右 ; ts 沉淀阶段所经历的时间, 一般为 1 h 左右 ; td 滗水阶段所经历的时间 ,一般为 0. 5 ～ 1 h 左右 。 循环时间的确定对系统的设计具有举足轻重的 作用 。由于在一次循环过程中 ,沉淀时间和滗水时间 较为固定, 故循环时间 tc长, 则有效反应时间也长, 其比值 tc tR一般减小 , 故系统所需的总污泥泥龄可 降低; 但循环时间长 ,则一次循环中进入 SBR 池子的 水量增加, 亦即池子的贮水容量需提高 , 因此循环时 间 tc必须仔细考虑 。 1. 1. 3 污泥总量 根据所求得的有效污泥泥龄,可求得系统的剩余 污泥量, 剩余污泥主要由活性污泥利用进水中的 BOD5而增殖的生物体以及微生物内源呼吸的残留物 质等组成, 进水中的悬浮固体物质 SS 除部分水解外, 其惰性部分将直接以剩余污泥形式排出系统。如系 统为除磷尚需加入化学药剂, 则需计入所产生的化学 污泥量。故以干固体计的剩余污泥量 SP kg d 可用 下式计算 SPQ BOD5 YH-0. 9b HyHfT,H 1 θS bHfT,H YSSQ SSi-SSeSP,chem 9 式中 SP 剩余污泥量 kg d; Q 进水设计流量 m 3 d; BOD5 进水有机物浓度 mg L ; SSi,SSe 曝气池进出水悬浮固体 SS 浓度 kg m 3 ; YH 异养性微生物的增殖率 kg kg , YH 0. 5～ 0. 6; YSS 不能 水解 的悬 浮固体 部分 , YSS 0. 5～ 0. 6; θS 有效污泥泥龄 d; bH 异养性微生物的内源呼吸速率 自身 氧化率 , bH 0. 08d - 1 ; fT,H 异养性微生物生长温度修正系数; fT ,H 1. 072 T-15, T 为温度 ℃; SP,chem 加药所产生的污泥量 以干固体计 kg d。 根据所求得的剩余污泥量 SP和系统的总污泥泥 龄,即可求得每个SBR池子中所贮存的污泥总量 ST ,PSPθ S,T n 10 式中 θ S,T SBR池子的总污泥泥龄 d; ST,P 每个SBR池子中的MLSS 总量 kg ; n SBR池子个数 。 1. 2 水力设计 1. 2. 1 SBR池子贮水容积的确定 每个 SBR 的池子贮水容积 ΔV 是指池子最低水 位至最高水位之间的容积 ,贮水容积的大小主要取决 于池子个数 、 每一循环所经历的时间以及在此循环时 24 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 间内的可能出现的最大进水水量等因素 ,在测得进水 流量过程线后, 贮水容积 ΔV 可用下式计算 ΔV ∫ T 0 Qmax t dt 11 式中 ΔV 贮水容积 m 3 ; Qmax t 进水时段内的最大进水流量 m 3 h ; T SBR 池子在一次循环中进水所持续的 时间 h。 实际上,在污水厂运行之前往往缺乏进水流量过 程线, 为安全起见, 可假定在整个进水时段内持续出 现最大设计进水流量 ,计算SBR池子的贮水容积 ΔV QmaxT 12 式中 Qmax 污水厂设计最大进水流量 m 3 h 。 在确定贮水容积 ΔV 后 ,每个SBR 池子的总容积 V 即可求得 V VminΔV 13 式中 Vmin SBR 池子最低水位以下的池 子容 积 m 3 。 SBR 池子贮水容积 ΔV 所占整个池子的容积 V 的比例取决于池子形状、污泥沉降性能和滗水器的构 造等 ,一般 ΔV V 的比例以不超过 40 为宜。 1. 2. 2 污泥沉降速度的计算和池子尺寸的确定 在SBR系统中 , 生物过程和泥水分离过程结合 在一个池子中进行 ,在曝气等生物处理过程结束后, 系统即进入沉淀分离过程 。在沉淀过程初期 ,曝气结 束后的残余混合能量可用于生物絮凝过程,至池子趋 于平静正式开始沉淀一般持续 10 min 左右, 沉淀过 程从沉淀开始后一直延缓至滗水阶段结束,故沉淀时 间应为沉淀阶段和滗水阶段的时间总和 。为避免在 滗水过程中将活性污泥随处理出水夹带出系统,需要 在滗水水位和污泥泥面之间保持一最小的安全距离 HS。污泥泥面的位置则主要取决于污泥的沉降速 度,污泥沉速主要与污泥浓度和 SVI 等因素有关, 在 SBR 系统中, 污泥的沉降速度 vS可简单地用下式 计算 vS650 MLSSTWLSVI 14 式中 vS 污泥的沉降速度 m h; MLSSTWL 在最高水时MLSS 浓度 kg m 3 ; SVI 污泥沉降指数 mL g 。 为保持滗水水位和污泥泥面之间的最小安全距 离,污泥经沉淀和滗水阶段后, 其污泥沉降距离应 ≥ ΔH SS,期间所经历的实际沉淀时间为 tstd- 10 60 h ,故可得下式 vS tstd-10 60ΔH HS 15 式中 ΔH 最高水位和最低水位之间的高度差, 也称滗水高度 m ,ΔH 一般不超过池 子总高的 40 , 与滗水装置的构造有 关 , 一 般 其值 最 大 在 2. 0 ～ 2. 2 m 左右。 联立式 14 和 15 即可得 HSΔH 650 MLSSTWLSVI tstd-10 60 16 MLSSTWL可由式 10 求得 MLSSTWLST,P V ST ,P A HTWL 17 式中 ST,P 池子中的MLSS 总量 kg 池; V 池子容积 m 3 ; A 池子面积 m 2 ; HTWL 最高水位 m 。 将式 17 代入式 16 可得 HSΔV A 650AHTWL ST ,PSVI tstd-10 60 18 18 式中沉淀时间 ts、滗水时间 td可预先设定, 根据水质条件和设计经验可选择一定的SVI 值 ,安全 高度 HS一般在 0. 6～ 0. 9 m 左右 。ΔV 可由式 11 或 12 求得 ,结果式 18 中只有池子高度 HTWL和面积 A 未定。根据边界条件用试算法即可求得式 18 中的 池子高度和面积 。具体过程为 先假定某一池子高度 HTWL,用式 18 求得面积 A , 从而可求得滗水高度 ΔH ,如滗水高度超过允许的范围 ,则重新设定池子高 度,重复上述过程。 在求得 HT WL和池子面积 A 后, 即可求得最低水 位 HBWL HBWLHTWL-ΔH HTWL-ΔV A 19 最高水位时的MLSS 浓度 MLSSTWL可根据式 17 求得 ,最低水位时的MLSS 浓度则可相应求得 HBWLMLSSTWLHTWL HBWL 20 最 低 水 位 时 的 设 计 MLSS 浓 度 一 般 应 ≯ 6. 0 kg m 3 。 25 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 2 SBR工艺脱氮设计特点 1 采用泥龄作为主要设计参数 , 充分利用 SBR 工艺在时序上的灵活多变性, 将硝化和反硝化利用时 间上的推流在同一个反应池中交替进行 ,而满足了硝 化和反硝化的要求, 达到脱氮目的 。 2 池容和反应池尺寸主要从进水水量和污泥沉 降性能进行考虑 ,而与生物过程的设计没有关系, 这 一点和污泥负荷法设计不同。 参考文献 [ 1] 彭永臻. SBR 法的五大优点. 中国给水排水,1993, 9 2 . [ 2] 朱明权, 周冰莲. SBR 工艺的设计. 给水排水,1998, 24 4 . [ 3] 叶亚平. SBR 工艺设计与运行若干问题探讨. 中国给水排水, 1998,14 4 . [ 4] 彭永臻, 邵剑英等. 利用ORP 作为SBR 法反应时间的计算机控 制参数. 中国给水排水, 1997, 13 6 . [ 5] GBJ 14-87, 室外排水设计规范. [ 6] 给排水设计手册. 北京 中国建筑工业出版社, 1986. [ 7] 汪慧贞, 吴俊奇. 活性污泥数学模型的发展和使用. 中国给水排 水, 1999,15 5 . 作者通讯处 李颖 100044 北京建筑工程学院环境工程教研室 电话 010 68322407 2006- 03-03 收稿 好氧-沉淀-缺氧 OSA 工艺的剩余污泥减量化研究 ＊ 钟贤波 宁波市鄞州区环保局, 浙江 315100 叶芬霞 宁波工程学院化工分院, 浙江 315016 摘要 在活性污泥工艺的污泥回流途径中引入一个污泥缺氧池, 形成好氧-沉淀-缺氧 OSA 工艺。 比较研究了污泥在 缺氧池中不同的停留时间 5. 5、7. 6、11. 5 h 的 3种 OSA 工艺对剩余污泥的减量化效果。 结果表明, 3 种工艺的剩余污 泥量分别比传统活性污泥工艺降低 33. 24、22. 99和 13. 80。 经综合考虑认为 OSA 工艺中污泥在缺氧池中停留 6～ 7 h较为理想。 关键词 活性污泥工艺 剩余污泥减量化 好氧-沉淀-缺氧 OSA 工艺 ＊国家自然科学基金资助项目 50478043 0 引言 活性污泥法是目前应用最广泛的污水生物处理 技术, 但它同时会产生大量的副产物 剩余污泥, 对剩余污泥的处理与处置 ,已成为污水处理厂的沉重 负担 ,因此 ,一个最有效的途径就是从源头减少剩余 污泥的产量。 近年来 ,国外学者的研究表明, 生物在好氧和缺 氧 或厌氧 环境之间的转换可促使生物的解偶联代 谢,为此形成的好氧-沉淀-缺氧 或厌氧 OSA 工艺 使污泥的产率下降 [ 1-7] 。本研究比较了污泥在缺氧池 不同的停留时间形成的 3 种 OSA 工艺对剩余污泥的 减量化作用、 基质去除效能以及对污泥性能的影响, 以期开发新型的污泥减量化活性污泥工艺。 1 试验装置与方法 1. 1 试验装置 试验装置共 4 套 ,其中 1 套为实验室规模的完全 混合活性污泥工艺, 曝气池有效容积为 12. 5 L, 沉淀 池有效容积为 2. 2 L 。3 套OSA 工艺为在污泥回流途 中,插入一个污泥缺氧池 ,污泥在缺氧池中停留一定 时间后再回到曝气池中 。曝气池和沉淀池容积均和 对照的传统活性污泥工艺相同 。装置流程图如图 1 所示 。 图 1 试验装置流程图 1. 2 试验材料 本试验所用接种污泥取自宁波市江东北区污水 处理厂二沉池回流活性污泥 。4 套试验装置并行运 行,采用同一进水贮箱供水。为使整个试验阶段保持 26 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 PHOSPHORUS REMOVAL PERANCE OF BI-CYCLIC TWO-PHASE BICTBIOLOGICAL PROCESS ON APPLICATION -SCALEPanYang Huang Yong Li Yong et al7 Abstract The perance of a new biological nutrient removal process BICT bi -cyclic two -phase biological processis studied based on application-scale experimentswith municipal sewage. The new system consistsof anindependent attached-growth reactor and a set of suspended- growthsequencing batch reactors. The configuration and operation modes of the process provide a good potential for optimizing the operation conditions according to the specific requirements, especially for increasing the stability and reliability of the process. According to the experimental results withmunicipalsewage, the processhas strong and stable capability for phosphorus removal. Under suitable conditions, the removal rate of TP total phosphorus is over 90, and the effluent concentration of TP can be controlled below and 1. 0 mg L. Keywords BICT, phosphorus removal and biological sludge BIOFILMATIONANDTHEDEGRADATIONOFANILINEWASTEWATERBY OCHROBACTRUM ANTHROPI IN A THREE -PHASE FLUIDIZED BED Wu Jinhua Wei Chaohai Li Ping et al 10 Abstract The treatment of aniline wastewater by internal loop three -phase fluidized bed coupled with Ochrobactrum anthropi which was isolated and domesticated from soil and water polluted by aniline was investigated with prepared fibre -granula as carrier. A variety of degradation conditions including dissolved oxygen DO , hydro -retention time HRT and resistant capacity of concentration load shock were studied to provide ination and recommendations for large -scale biological treatment of aniline -containing wastewater. The results showed that microorganism had settled on the surface of granula in 4 days and the reactor had achieved stable state for 30 -day domestication. Moreover, it had successfully eliminated the wastewater containing aniline from a pharmaceutical factory. Keywords aniline wastewater, predominant strain, biodegradation and three -phase fluidized bed TREATMENT OF WASTEWATER FROM WHITE CARD PAPER PRODUCTION WITH INCLINED SCREEN -FLOCCULATION SEDIMENTATION -A O PROCESS Tian Qiping Zheng Ping Fu Delong 13 Abstract The wastewater from white card paper production was treated with inclined screen -flocculation sedimentation-A O process. The resultsshowed that the average removal percentage of CODCrand SS reached 97. 9and99 . 1, respectively. The effluent couldmeet the national standard steadily. When the inclined screen was adopted to reclaim waste fiber in wastewater and the superficial loading rate was set at 5 ～ 12 m3 m2h, the removal percentage of CODCrand SS reached 52. 8 and 53. 7, separately. The benefit from fiber reclamation is equal to 33 yuan per ton of paper, whichis2. 5of the total cost of paper. Recycle of the excessive activated sludge could cut down the chemical dosage, thus saving 25 of total running cost and alleviating secondary pollution. Keywords inclined screen, flocculation sedimentation, A O process and paper -making wastewater A PILOT SCALE EXPERIMENT ON VC -MAKING WASTEWATER TREATMENT BY MEMBRANE BIO-REACTORFeng Pei Zhou Wenbin Tang Guilan et al 16 Abstract It is maily introduced the perance of a wastewater plant of a VC -producing company and the start-up of the VC wastewater treated by the MBR process and the running under different conditions of the system. Through comparing two different process conditions, when the sludge concentration is controlled at 8 0000 mg L, DO controlled at 2mg L and the HRT controlled at 14 hours, the average CODCrremoval rate will be 90. 2 and the NH3-N removal rate will be 89. 95. Keywords VC-making wastewater, starting operation andMBR INVESTIGATION ON THE RUNNING PERANCE OF MUNICIPAL SEWAGE TREATMENT PLANTChen Hongbin Tang Xianchun Dong Bin et al 19 Abstract The objective of this study is to investigate the factors affecting running perances and the measures for improving the running effects of WWTPs. Through two -year running results of one wastewater treatment plant, it is showed that CODCr, BOD5andSS can alwaysmeet the discharge standard the low removal efficiencies of NH3-N and TN are concerned not only with short hydraulic retention time HRT, high organic loading rates, and low DO in aerobic stages, but also with the supernatants of sludge anaerobic digestion recycling directly to inletwellof wastewater treatment facilities; the removing efficiencies of TP and PO3 - 4 -P are influenced by the recycling of biological rich -phosphorus excess sludge and supernatants of sludge anaerobic digestion and dewatering too. The advantages and disadvantages of rich-phosphorus excess sludge recycling to primary sedimentation tanks are discussed;an additional treatment step is necessary for removing TP of supernatants from sludge anaerobic digestion before it flows back to wastewater treatment facilities. Keywords wastewater treatment plant, nitrogen and the wetland plants with the best decomtamination effect are Ceratophyllum demersum, Hydrilla verticillata, Vallisneria spiralis, Gladiolus hybridus and Cyperus alternifolius. The sediments with different particle size sediment have different results when they pass through the hydrophytes ecosystem. Keywords hydrophytes, ecological-physical mode, suspended sediment, adsorption and particle size PROCESS SELECTION IN DESIGN OF FOUR SEWAGE TREATMENT PLANTS IN LICHUAN COUNTYLǜ Yongjun Chen Shuicai Liu Pingbo 33 Abstract Design of small sewage treatment plant should hold the features of safety , stability and concision. It is analysed the process selection in the design of pre -anaerobic oxidation ditch for four sewage treatment plants in Lichuan Country. Which may provide experience for relevant designs by engineers. Keywords mountain area, pre -anaerobic oxidation ditch and sewage treatment plant IN -DEPTH COGNITION ON CONVENTIONAL UNITANK PROCESS Lei Ming Li Lingyun Su Xibo et al 35 Abstract How to improve the efficiency of TP removal is the controlled target of conventional UNITANK process. On the basis of the study on operation and experience in management of UNITANK process, it was analyzed the anaerobic space, time and inlet hydro -type of UNITANK reactor, operating of the process and autocontrol. Correlated conclusions have been obtained. Keywords conventional UNITANK process, biological phosphorus removal and operating control DESIGN AND APPLICATION OF SYSTEM FOR SMOKE -GAS CLEANING AND WASTE -HEAT REUSE OF CUPOLAHe Yan Li Ren Wang Zhaohan et al 37 Abstract With an example of smoke -gas cleaning, flue gas desulfurization FGDand waste -heat reuse for a 10 t h cool-wind cupola in Yunnan Province, the problems that should be considered in engineering design for smoke -gas cleaning include FGD and heart-re -using system are introduced. Keywords cupola, smoke -gas cleaning, heat reusing and engineering example CATALYTIC EFFECT OF IRON ORES ON THE REMOVAL OF NITROGEN OXIDES IN SINTERING EXHAUST GASESBi Xuegong Liao Jiyong Xiong Wei et al 42 Abstract The introduction of additives into a mix is able to remove nitric oxide in the exhaust gases during sintering process. The catalytic 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 6, Dec . , 2006