3AMBR工艺处理城市污水节能降耗的中试实验

方案3降低曝气量后,仍存在较高的COD和NH3-N去除率,可能是存在兼型厌氧菌在低DO条件下利用有机碳源进行反硝化作用。但同时,NH3-N要高于方案2和方案3,TN去除率不高,这是因为反硝化菌活性不高,亚硝酸还原酶的合成受到抑制,导致反硝化过程中亚硝酸盐的积累,这也在孙家君等[18]、周丹丹等[19]的研究中也发现相似的规律。

方案4采用分段进水的方式,虽然变化趋势与方案1接近,并且也出现了较高的NO3-N累积,但由于较为均匀地分配了氮负荷与碳源,硝化/反硝化过程得以更好地进行,其中好氧2段至变化池末端,NO3-N呈现明显下降趋势,出现二次反硝化作用,但与方案2对比,结合溶氧值与COD变化趋势可知,主要是因为多点进水为处理流程末端反应池提供了充足的碳源,所以沿程各项氮素指标均优于方案1,并最终达到了更好的脱氮效果。

结果表明,多点进水可合理分配碳源,降低反应器前端负荷,从而提高脱氮效率。

2.1.4含磷污染物中试装置

除磷采用生物法+化学除磷,在昆明市第四污水处理厂超细格栅之后投加铁盐(硫酸铁),由图3(c)可知,在厌氧池末端已实现了TP的有效去除,出水水质均能达到GB18918-2002一级A标的要求。由张严严等[13]、李捷等[14]与隋军等[20]前期在昆明第四污水处理厂所做研究可知,生物法+化学除磷法即使在COD/TP<20时也可达到较好的除磷效果,且方法稳定可靠。本实验中各方案除磷效果略有差别,主要是由于进水水质变化造成。

2.2能效分析与讨论

污水处理过程中的能耗主要是指电耗,据研究其中鼓风机、泵等设备的电耗通常占到总体直接能耗的60%~90%[2]。中试装置预处理、出水消毒系统、污泥系统的耗电量参考污水厂的耗电量,由于中试装置的曝气设备直接接自昆明市第四污水处理厂的曝气鼓风机,因此采用曝气流量占鼓风机总流量的百分比来估算耗电量。

中试实验用到的其他用电设备主要有:单相潜水泵(0.75kW,0.37kW),离心泵(0.37kW,仅供出水、反冲洗用),为了在相同标准下比较,这些设备均按污水厂的能耗水平分别进行了折算,具体见表4。

表4MBR中试装置各方案能耗统计表

注:∗表示按污水厂搅拌、回流设备单位能耗折算的结果。

从污水厂的能耗分布看,曝气和吹扫电耗合计达0.383kWh•m-3,占全厂总电耗的62.89%,是节能降耗的关键。受规模效应等的影响,中试装置与污水处理厂的能耗比高达7.65(折算后为2.26)。

折算结果显示,方案2、3均实现了能耗的明显降低,并且保证了良好的出水水质,说明减少曝气是可行的节能途径;其中,增加回流、完全停止曝气的方案2获得了最低的能耗,并且表现出了最佳的脱氮能力,回流起到了代替曝气、甚至更好的效果,当然这一结论是在中试特定的条件下获得的。

方案4采用多点进水,能耗虽基本没有变化,但优化了碳源配置,降低了好氧段首端的有机负荷,提高了脱氮效率,对出水水质有明显的改善作用,从而提高了污水处理的能效。

3结论及建议

本研究以实际城市污水为对象,构建中试系统,进行了长达200余天的现场实验,结论如下:

1)减少曝气是切实可行的节能途径,即使好氧池在低溶氧(DO<0.3mg•L-1)状态下运行,仍可保证系统出水的稳定达标排放;

2)增加膜池回流比,可充分利用膜池富余溶解氧,起到部分或完全替代好氧池曝气的效果,并可同时实现脱氮效能;

3)多点进水在降低反应器前端污染负荷的同时,通过合理分配碳源改善了缺氧池的反硝化性能,进而提高了系统的整体处理能力,从而明显提升了能效。

本实验的3种优化方案都是较行之有效的节能参考,运行中的污水处理厂可采用类似方案1的方式,通过适当降低曝气强度达到节能;而对于新建或改造中的污水处理厂,建议设置多点进水,并辅以各单元回流量和曝气量灵活调节的选择,以实现污水处理能效的最大化。

参考文献略

《环境工程学报》作者：黄志伟,石雷,隋军,李捷,何晓卫,周元,黄垚洇

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