A/O脱氮工艺实时控制对策的试验研究

以人工合成废水为研究对象,系统研究了提高A/O(anoxic/oxic)工艺氨氮和硝酸氮去除效率的实时控制对策.氨氮控制的本质是通过控制DO设定值和好氧区体积大小使出水氨氮浓度达标排放.硝酸氮控制的本质在于高效利用缺氧区反硝化潜力,为此建立了以调节内循环回流量或(和)外碳源投加量维持缺氧区末端硝酸氮浓度处于设定值的实时控制对策.系统控制采用两级结构,高水平监控层用来选择低水平执行层的设定值,而低水平执行层对DO值、好氧区体积、内循环回流量和外碳源投加量进行直接控制,试验表明上述控制对策可以显著提高系统脱氮效率,降低出水氨氮和硝酸氮浓度,并最大程度节约运行费用.     

前置反硝化工艺外碳源投加串级控制策略研究

反硝化反应需要以有机碳源为电子受体.由于污水厂的进水负荷时刻在变化,当进水碳氮比较低时,需要外投加碳源.为了有效地控制外碳源投加量,提出了由两个PI控制器组成的外碳源投加串级控制策略,可以控制出水硝酸氮浓度以及缺氧区末端硝酸氮浓度.由Matlab/Simulink模拟表明,该控制器具有良好的动态品质、抗冲击负荷强,可快速响应进水负荷的变化,能在降低出水硝酸氮和总氮浓度的同时,大大降低外碳源投量.     

A/O生物脱氮工艺的反硝化动力学试验

通过SBR反应器间歇试验,研究了投加外碳源后系统的反硝化潜力和反硝化速率的变化.结果表明,向原有淀粉废水中投加外碳源乙醇废液后,可以明显提高系统的反硝化速率和反硝化潜力,反硝化速率由0.74mg/(g·h)增加到2.11mg/(g·h),反硝化潜力由5.6mg/L增加到16.2mg/L.脉冲投加淀粉废水进行缺氧反硝化间歇试验,可以获得系统污泥动力学信息,确定原水的反硝化潜力,并可估计城市污水处理厂的总反硝化潜力,因此可以预测获得最小出水硝酸氮浓度的控制策略.相对于COD/N,如果确定了系统反硝化潜力和污水水质能获得更多信息.     

分段进水A/O工艺外碳源投加控制策略的比较研究

采用连续流分段进水A/O中试试验系统处理低COD/N生活污水,为获得高品质出水,投加外碳源(乙醇)强化反硝化效果.为合理、有效控制外碳源投量,针对不同控制参数(ORP和在线硝酸盐氮)及外碳源投加位置(D3和D4),提出5个外碳源投加控制策略,并从基建投资、处理效果、运行费用及维护等方面对控制策略进行比较.结果表明,控制策略Ⅰ和Ⅱ只选取D4为碳源投加控制点,控制结构最为简单,传感器数量最少,造价低,但由于缺氧停留时间过短,在高负荷、低COD/N时,控制参数无法达到预先设定值,而使得碳源投加持续过量,缺氧区D4平均COD浓度高达192.8 mg/L和158.9 mg/L,平均出水TN浓度高达17.42 mg/L和19.04 mg/L,碳源消耗量分别为92 mL/(m³·d)和84 mL/(m³·d).而控制策略Ⅲ～Ⅴ,同时在D3和D4投加外碳源,并采用不同的控制参数.结果表明,3个控制策略能充分利用D3和D4反硝化容量,较好地抵抗冲击负荷,保持出水TN浓度稳定,平均为7.30、 8.2和7.49 mg/L,碳源消耗量分别为29、 45和27 mL/(m³·d).最后,从传感器数量、运行效果稳定性及运行费用等方面对5个控制策略进行综合评价,结果表明,控制策略Ⅲ具有良好的动态品质,抗冲击负荷能力较强,出水效果较好,碳源投加量较低且在线仪器的投资较省,是较为优化的外碳源投加控制策略.     

强化A2/O工艺反硝化除磷性能的运行控制策略

以啤酒废水为研究对象,重点考察了如何强化A2/O工艺反硝化除磷性能,从而提高营养物去除效果、并实现节能的目的.试验中建立了3种运行控制策略:(1)根据缺氧区末端出水硝酸盐的浓度控制内循环回流量;(2)调节厌氧/缺氧/好氧区体积比以减少厌氧区出水剩余COD对缺氧磷吸收的影响;(3)向缺氧区引入旁流并调节旁流比.试验结果表明,当缺氧区末端出水硝酸盐浓度控制在1～3 mg·L-1时,不仅可强化反硝化除磷效果,而且可以节省内循环所需能耗;厌氧/缺氧/好氧区最佳体积比为1/1/2;旁流的引入可以提高低C/N比条件下TN的去除,最优旁流比为0.32.     

前置反硝化脱氮系统外加碳源在线控制基础

以低碳氮比(C/N)生活污水为研究对象,对连续流前置反硝化生物脱氮系统外加碳源的控制方法进行了研究,从而能使出水硝酸盐和亚硝酸盐(NO_x-N)的浓度在满足出水水质标准的情况下,尽可能减少外加碳源的投加量.试验结果表明:总回流比大于2碳源不足时,增加总回流比并不能提高脱氮效率;总回流比一定,缺氧区出水NO_x^--N的浓度达到2mg/L左右时,即使碳源投加量成倍增加,TN的去除率提高不多.在对总回流比与投加碳源量的相互关系分析的基础上提出了外加碳源量的控制方案:通过使缺氧区出水NO_x^--N浓度维持在2mg/L左右来控制外加碳源的投加量,总回流比由进水TN及出水NO_x^--N浓度的标准值来确定.该控制方案既容易判断碳源投加的最佳点又能节省碳源的投加量,易于在污水处理实践中实现.     

三种反硝化滤池深度脱氮中试

以污水厂实际二级出水为处理目标,通过中试试验研究了陶粒滤料反硝化生物滤池、固定床反硝化砂滤池和连续过滤连续反冲砂滤池的特性。以甲醇作为外加碳源,3种滤池均可实现出水平均总氮小于5 mg/L。不足量投加外碳源会出现出水亚硝态氮的积累。当进水TN为15 mg/L左右时,为达到出水TN小于5 mg/L,生物滤池、固定床砂滤池和连续过滤砂滤池建议滤速分别为不大于8,5.2,6.2 m/h;滤池反硝化碳源投加比例分别为4.28,3.0,3.2 g甲醇/gTN;对应的反硝化容积负荷平均值分别为1.1,0.8,1.2 kg/(m3·d)。进水组分分析发现,有机氮不是出水总氮小于5 mg/L的限制因素。     

新型生物质碳源强化脱氮效果及微生物菌群分析

为了实现城镇污水处理厂深度脱氮效果,以太湖流域某污水处理厂为对象,以生物质废弃物再利用过程中产生的衍生物甘油为主要原料的生物质碳源作为反硝化电子供体,分别研究了缺氧池、深床滤池的反硝化脱氮效果,同时解析了外加生物质碳源前后的微生物群落结构变化特征。结果表明:在缺氧池投加2.5~3.0 t/d生物质碳源时,可使缺氧池硝态氮浓度下降1.67~1.73 mg/L,去除率为52%~68%;在深床滤池投加生物质碳源后,反硝化脱氮过程中约消耗5.27 mg COD可去除1 mg NO₃--N,进而使出水TN能够达到5 mg/L以下,实现了出水TN稳定达到DB 32/1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》一、二级保护区的排放限值要求。通过16S rRNA基因序列分析发现,缺氧池和深床滤池微生物优势菌门主要为Proteobacteria、Actinobacteriota、Chloroflexi和Bacteroidota。深床滤池由于工艺条件和生长环境不同,在投加生物质碳源后,Thiothrix、Bacillus、Propionicicella、norank_f_Rhodocyclaceae、Terrimonas等具有反硝化脱氮功能的优势菌群较为突出,有效保证了系统稳定的深度脱氮效果,同时间接降低CO₂排放,对城镇污水厂的碳减排及“碳中和”提供了积极参考。     

短程硝化反硝化去除高氨氮猪场废水中的氮

对比分析了运用缺氧/好氧SBR工艺处理2种COD/N不同的废水的脱氮效果,结果表明,2种废水的脱氮主要是通过短程硝化反硝化实现的,反应器中的NH4+-N浓度和pH值是控制亚硝酸型硝化的重要因素,经过部分厌氧消化的废水由于保持了较高的COD/N,脱氮效果明显好于完全厌氧消化废水,NH4+-N去除率达到98%以上,但出水反硝化不完全,投加乙酸钠后出水NOx--N由100～120mg/L减少到10～20mg/L,乙酸钠投加量以275mg/L为宜.     

A~2/O工艺内回流中溶解氧对反硝化的影响

溶解氧对微生物的生长影响很大,对A2/O工艺实际工程中缺氧反硝化、内回流中溶解氧对反硝化的影响进行分析,结果表明,在现行运行条件下,缺氧池反硝化不彻底,内回流液中溶解氧含量过高,是影响缺氧池反硝化的主要因子。硝化液回流中溶解氧在缺氧池去除的碳源量均值为137 kg/d,占到反硝化理论与实际消耗碳源差值量的69%。建议设置非曝气区,经过理论计算,可节约碳源0.58~3.46 mg/L,使缺氧池出水硝酸盐氮浓度降低0.1~0.73 mg/L。这不仅提高了脱氮的效率,还可以降低能耗。建议实施溶解氧自动控制,以减少能量消耗并提高脱氮效果。     

Study of control strategy and simulation in anoxic-oxic nitrogen removal process

The control strategy and simulation of external carbon addition were specially studied in an anoxic-oxic(A/O) process with low carbon: nitrogen(C/N) domestic wastewater. The control strategy aimed to adjust the flow rate of external carbon dosage to the anoxic zone, thus the concentration of nitrate plus nitrite(NOx^- -N) in the anoxic zone was kept closed to the set point. The relationship was studied between the NOx^- -N concentration in the anoxic zone(SNo) and the dosage of external carbon, and the results showed that the removal efficiency of the total nitrogen(TN) could not be largely improved by double dosage of carbon source when SNO reached about 2 mg/L. Through keeping SNO at the level of about 2 mg/L, the demand of effluent quality could be met and the carbon dosage could be optimized. Based on the Activated Sludge Model No. 1 (ASM No. 1), a simplified mathematical model of external carbon dosage was developed, Simulation results showed that PI controller and feed-forward PI controller both had good dynamic response and steady precision. And feed-forward PI controller had better control effects due to its consideration of influent disturbances.     

Nitrogen removal influence factors in A/O process and decision trees for nitrification/denitrification system

In order to improve nitrogen removal in anoxic/oxic(NO) process effectively for treating domestic wastewaters, the influence factors, DO( dissolved oxygen), nitrate recirculation, sludge recycle, SRT( solids residence time), influent COD/TN and HRT( hydraulic retention time) were studied. Results indicated that it was possible to increase nitrogen removal by using corresponding control strategies,such as, adjusting the DO set point according “to effluent ammonia concentration; manipulating nitrate recirculation flow according to nitrate concentration at the end of anoxic zone. Based on the experiments results, a knowledge-based approach for supervision of the nitrogen removal problems was considered, and decision trees for diagnosing nitrification and denitrification problems were built and successfully applied to NO process.     

酒精废水消化液生物硝化和脱氮试验

酒精糟液厌氧消化液CODCr浓度为3500～4300mgL,BOD5浓度为1500～2100mgL,TN浓度为400～700mgL,NH3N浓度为300～600mgL。采用SBR反应器对该消化液进行生物脱氮试验,对反应器的有机负荷、氨氮负荷、脱氮效果、脱氮过程中氮形态的变化以及碳源提供等进行了研究分析。试验结果表明,当消化液碳源充足,SBR充水比λ=0.35,缺氧时间3h以及BOD5污泥负荷0.26～0.32kgkg·d条件下,SBR处理出水CODCr598～632mgL,BOD560～100mgL,氨氮6～9mgL,总氮200～216mgL,总氮去除率为60%左右。该处理系统中缺氧段反应时间仅为3h,却承担70%～75%的CODCr总去除负荷,显著提高了该系统的有机负荷和氨氮负荷。在消化液碳源不足的条件下,可投加乙酸钠作为生物脱氮的外碳源,投加量宜为500mgL。     

Effect of nitrate concentration on filamentous bulking under low level of dissolved oxygen in an airlift inner circular anoxic-aerobic incorporate reactor

This laboratory research investigated a possible cause of filamentous bulking under low level of dissolved oxygen conditions (dissolved oxygen value in aerobic zone maintained between 0.6-0.8 mgO2 /L) in an airlift inner-circular anoxic-aerobic reactor. During the operating period, it was observed that low nitrate concentrations affected sludge volume index significantly. Unlike the existing hypothesis, the batch tests indicated that filamentous bacteria (mainly Thiothrix sp.) could store nitrate temporarily under carbon restricted conditions. When nitrate concentration was below 4 mg/L, low levels of carbon substrates and dissolved oxygen in the aerobic zone stimulated the nitrate-storing capacity of filaments. When filamentous bacteria riched in nitrate reached the anoxic zone, where they were exposed to high levels of carbon but limited nitrate, they underwent denitrification. However, when nonfilamentous bacteria were exposed to similar conditions, denitrification was restrained due to their intrinsic nitrate limitation. Hence, in order to avoid filamentous bulking, the nitrate concentration in the return sludge (from aerobic zone to the anoxic zone) should be above 4 mg/L, or alternatively, the nitrate load in the anoxic zone should be kept at levels above 2.7 mg NO-3N/g SS.     

连续流分段进水短程反硝化-厌氧氨氧化耦合工艺的反硝化脱氮特性

采用连续流分段进水短程反硝化-厌氧氨氧化（partial denitrification-anaerobic ammonium oxidation,PD-Anammox）耦合反硝化工艺处理低C/N生活污水,研究了污染物去除、典型周期COD及氮素沿程变化特征、短程反硝化-厌氧氨氧化和反硝化对TN去除贡献。结果表明:在平均进水ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）为193.1,58.6,60.3 mg/L的条件下,系统出水平均ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）分别为46.3,1.5,13.4 mg/L,低于GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。采用NO₃--N预缺氧和进水点后置,可实现缺氧区NO₃--N→NO₂--N转化,同时完成厌氧氨氧化过程;缺氧区设置厌氧氨氧化悬浮填料,可提高系统TN去除率。通过缺氧区物料衡算,缺氧1区厌氧氨氧化对TN去除贡献率（ΔPD-Anammox/ΔTN）均值为54.37%,缺氧2区的ΔPD-Anammox/ΔTN均值为64.17%。     

碳氮比对分段进水生物脱氮的影响

探讨了6组不同的碳氮比(C/N)对分段进水生物脱氮工艺中进水流量分配、每一段中缺氧区好氧区容积比以及脱氮效率的影响.将进水总氮浓度恒定为42mg/L(凯氏氮浓度为40mg/L),以比较出水总氮浓度.结果表明,在一定C/N条件下,通过调整进水流量分配和每一段缺氧区与好氧区容积比可达到高于95%的总氮去除率.同时污泥体积指数也会随着进水流量分配系数的升高而增大.出水总氮浓度主要是由进水流量分配所决定,每一段中缺氧区好氧区的容积比影响不大.