城市污水處理連續(xù)流一體化生物反應(yīng)器工藝研究與能效分析.pdf

1、針對我國南方城市污水水質(zhì)特征及污水處理工藝存在的問題，從簡易污水處理思想出發(fā)，以倒置A2/O 及經(jīng)典SBR 工藝過程及時空關(guān)系為基礎(chǔ)，并在一體化氧化溝固液分離基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性的將三相分離器概念引入一體化同步脫氮除磷反應(yīng)器，開發(fā)出新型連續(xù)流一體化生物反應(yīng)器(CIBR)。CIBR 通過三相分離器將反應(yīng)區(qū)與沉淀區(qū)有機(jī)結(jié)合在一起，不僅實現(xiàn)了單池連續(xù)流恒水位進(jìn)出水運(yùn)行、節(jié)省污泥回流能耗，還從構(gòu)造上解決一體化脫氮反應(yīng)器固液分離不徹底等問題，提高了出水

2、穩(wěn)定性。研究表明：
　　 (1)CIBR 兼性生化模式處理效果受水溫影響較大，當(dāng)水溫低于12℃時，處理效果會明顯下降且污泥流失嚴(yán)重。在低溫條件下采用化學(xué)兼性生化模式，可改善污泥沉降性能，減少污泥流失，但無法改善系統(tǒng)硝化及脫氮效果。當(dāng)水溫偏低或進(jìn)水NH3-N濃度較高時，單獨(dú)采用兼性生化模式或化學(xué)輔助兼性生化難以滿足處理要求，需要變換運(yùn)行模式以提高系統(tǒng)硝化效果及出水穩(wěn)定性。
　　 (2)CIBR間歇曝氣模式最佳工藝參數(shù)為HR

3、T為12h、MLSS為3000mg/L、SRT為15d。CIBR 間歇曝氣模式處理效果受到曝氣/攪拌/靜沉?xí)r間、曝氣比、曝氣功率、碳源、污泥負(fù)荷Ns 及平均能耗等影響。雖然進(jìn)水COD 濃度較低，但由于采用連續(xù)進(jìn)水方式運(yùn)行，在保證充分的好氧硝化及缺氧反硝化時間條件下，控制各階段合理的時間比例、提高平均能耗有利于獲得較好的同步脫氮除磷效果。CIBR 化學(xué)輔助間歇曝氣模式在有機(jī)物去除上未表現(xiàn)出協(xié)同作用，但在脫氮除磷方面表現(xiàn)出一定的協(xié)同作用，并

4、提高了出水穩(wěn)定性；投加絮凝劑能在一定程度上促進(jìn)了亞硝化反應(yīng)，并在一定程度上提高NH3-N 去除效果。
　　 (3)通過CIBR 間歇曝氣模式三種典型工況條件下氮形態(tài)、MLSS、COD/MLSS、COD/NOX-N 及COD、NH3-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP 等時空分布規(guī)律研究表明，曝氣及攪拌狀態(tài)下反應(yīng)器整體為完全混合狀態(tài)，靜沉階段為推流流態(tài)；充分的好氧曝氣與缺氧攪拌是高效脫氮的前提與保證；連續(xù)進(jìn)出水不但有利于減

5、少好氧階段有機(jī)物異養(yǎng)菌對硝化自養(yǎng)菌的抑制作用，還可以為缺氧反硝化補(bǔ)充碳源，緩解進(jìn)水C/N 偏低對脫氮效果的不利影響；揭示了CIBR 間歇曝氣模式在碳源不足情況下獲得高效同步脫氮除磷的理論根據(jù)。
　　 (4)受連續(xù)進(jìn)水影響，CIBR 間歇曝氣與SBR 脫氮除磷工藝在線參數(shù)變化規(guī)律有一定的區(qū)別，但CIBR 間歇曝氣模式有機(jī)物降解及同步脫氮除磷過程可以通過在線DO/ORP/pH 曲線及dORP/dt 及dpH/dt 輔助曲線聯(lián)合進(jìn)行判

6、斷并可獲得三個特征點，即易降解有機(jī)物完成點與硝化反應(yīng)開始點(A 點)、硝化反應(yīng)完成點或停止點(B 點)及反硝化反應(yīng)完成點與厭氧釋磷開始點(C 點)。
　　 (5)多種模式交互過程易出現(xiàn)硝化效果下降、脫氮效率降低、釋磷等現(xiàn)象及出水不穩(wěn)定等問題，采用化學(xué)輔助間歇曝氣模式可以加快系統(tǒng)TP 去除效果恢復(fù)速度，但COD、NH3-N 及TN 去除效果幾天內(nèi)難以恢復(fù)。而采用CIBR 間歇曝氣模式變工況運(yùn)行時，COD、NH3-N、TN 及TP

7、去除率平均值依次為76.40[％]、82.33[％]、66.24[％]、及70.18[％]，系統(tǒng)穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CIBR 變模式運(yùn)行。采用CIBR 生物-波形潛流人工濕地生態(tài)處理組合工藝進(jìn)行城市污水處理，根據(jù)季節(jié)性水質(zhì)及生態(tài)單元處理功能變化調(diào)整CIBR 生物單元運(yùn)行工況，以進(jìn)一步提高處理效果及穩(wěn)定性，并降低運(yùn)行能耗。CIBR生物單元四季分別采用工況II(2-1-1)、工況V(2-0-2)、工況VIII(3-1-2)及工況VII(3-2-1

8、)運(yùn)行，系統(tǒng)總體出水穩(wěn)定達(dá)到GB18918-2002 一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　 (6)為揭示CIBR 生物處理工藝節(jié)能原理，建立了CIBR 生物處理單元能量衡算黑箱模型和火用平衡分析灰箱模型，對CIBR 生物單元用能結(jié)構(gòu)和用能效率進(jìn)行了研究。
　　 首次引入了火用分配系數(shù)λ概念，可以根據(jù)污水處理廠污泥處理單元需求靈活調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)來調(diào)節(jié)剩余污泥產(chǎn)量與耗散火用之間的比例，以達(dá)到降低總體運(yùn)行能耗目標(biāo)。
　　 在傳統(tǒng)

9、能量評價指標(biāo)基礎(chǔ)上，首次提出了比火用耗概念，節(jié)能的主要目的在于降低比火用耗，節(jié)省外界投入作為推動力的化學(xué)火用。通過CIBR 生物單元四季比能耗、熱效率、熱力學(xué)效率及比火用耗指標(biāo)對比分析可知，比火用耗較之比能耗、能量利用率及目的火用效率評價指標(biāo)更為客觀和嚴(yán)密。通過比火用耗及能耗折算分析表明，生物生態(tài)組合工藝節(jié)火用效率高，相比于A2/O 工藝及Bardenpho 工藝噸水處理電耗分別節(jié)省了37.59[％]及57.84[％]。由此可見，CIB