改良氧化沟工艺节能降耗优化策略与工程实践研究

论文摘要

随着我国污水二级处理的普及,江河湖泊的污染程度逐渐得以改善,由营养盐氮、磷过量排放引起的水体富营养化问题上升为主要矛盾。我国新的排放标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ GB 18918-2002）加强了对氮、磷的排放要求。随着新标准的实施,无论是新建污水处理厂还是已有污水处理厂都面临着污水深度脱氮除磷的艰巨任务。为达到新标准要求,并尽可能降低处理成本,各污水处理厂纷纷进行升级改造。氧化沟工艺流程简单,抗冲击能力强,具有同步脱氮除磷功能,在我国应用广泛。但是在实际运行中受各方面因素影响其脱氮除磷效果并不尽如人意,同时运行成本相对较高。针对以上问题,本课题通过模拟城市污水厂进水水质进行了改良氧化沟工艺中试试验,提出改良氧化沟工艺优化控制策略,并与郑州市五龙口污水处理厂合作,将中试成果应用于五龙口污水处理厂一期改良氧化沟处理工艺的升级改造工程中。在改良氧化沟工艺中试试验中,为了提高脱氮除磷效率,降低能耗,通过降低氧化沟好氧区前部的曝气量,创造缺氧区,将原有的缺氧/厌氧/好氧运行方式更改为缺氧/厌氧/缺氧/好氧的方式运行。分别考察了不同温度（25℃、20℃、15℃）下,改良氧化沟工艺对COD、氮、磷的去除效果,最终确立了不同温度下的DO、泥龄、污泥浓度、回流比等运行参数的最佳值,以及氧化沟前部缺氧区与后部好氧区的最佳比例。研究表明,采用调整后的缺氧/厌氧/缺氧/好氧运行方式,在25℃、20℃、15℃条件下,通过对运行参数的调整,均可使氧化沟出水COD、TN、NH4+-N、TP浓度的平均值达到19mg/L、13.7mg/L、3.6mg/L、0.42mg/L,26mg/L、10.6mg/L、3.1mg/L、0.32mg/L和26mg/L、12.1mg/L、3.9mg/L、0.34mg/L。满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准要求。通过对五龙口污水处理厂的调研,发现污水处理厂设计之初并未考虑对TN的去除,TN去除主要靠回流污泥携带的硝氮在缺氧池中的反硝化和生物同化作用,流程中没有专门的反硝化单元,导致TN去除效果不佳。同时受TN去除率低的影响,回流污泥中携带大量硝氮,缺氧池HRT有限,硝氮不能完全去除,部分硝氮进入到了厌氧池,影响厌氧释磷,进而影响到后续除磷效果,导致TP去除效果不佳。针对污水处理厂存在的上述问题,参照中试试验结果,充分利用水厂现有资源,在不新增构筑物及设备的前提下,在水厂一期氧化沟升级改造试验中,采用低氧控制策略,对氧化沟好氧区供气量进行了优化控制。消减氧化沟前端曝气量,同时控制好氧区溶解氧,在氧化沟前段形成缺氧区,为反硝化除磷,同步硝化反硝化创造条件,将改良氧化沟原有的缺氧/厌氧/好氧运行方式更改为缺氧/厌氧/缺氧/好氧运行方式。改造结果表明,将氧化沟1、2、3廊道曝气量降为微曝,同时控制氧化沟出水溶解氧为11.5mg/L后,TN、TP的去除效果明显提高,二沉池出水中的COD、TN、NH4+-N、TP浓度分别为20mg/L、9 mg/L、0.5 mg/L、0.22 mg/L,去除率分别达到了94%、76%、98%、96%,均达到（GB18918-2002）一级A排放标准要求。改造后稳定阶段吨水电耗0.241度,相比改造前同期吨水电耗降低20%以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国水资源问题
• 1.1.2 水体中氮磷的危害
• 1.1.3 国家政策
• 1.2 生物脱氮除磷原理
• 1.2.1 生物脱氮原理
• 1.2.2 生物除磷原理
• 1.3 生物脱氮除磷工艺概况及工艺优化策略
• 1.3.1 生物脱氮除磷组合工艺
• 1.3.2 我国污水处理厂存在的问题
• 1.3.3 缓解我国水资源短缺及提高氮磷去除效果的优化策略
• 1.4 课题的来源及研究的目的、内容
• 1.4.1 课题的来源
• 1.4.2 研究的目的
• 1.4.3 研究的内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 中试试验材料与方法
• 2.1.1 试验用水来源与水质
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 主要仪器和分析检测方法
• 2.2 现场试验材料与方法
• 2.2.1 试验水质
• 2.2.2 处理工艺
• 2.2.3 主要测定指标和监测方法
• 第3章 改良氧化沟中试试验研究
• 3.1 氧化沟的运行机理
• 3.1.1 氧化沟的发展
• 3.1.2 中试改良氧化沟装置的设计及运行机理
• 3.2 改良氧化沟反应器的启动
• 3.3 不同温度下运行效果分析
• 3.3.1 25℃时运行效果分析
• 3.3.2 20℃时运行效果分析
• 3.3.3 15℃时运行效果分析
• 3.4 本章小结
• 3.4.1 改良氧化沟处理效果小结
• 3.4.2 控制策略小结
• 第4章 水厂现状分析及控制策略研究
• 4.1 五龙口污水处理厂简介
• 4.1.1 水厂概况
• 4.1.2 处理工艺
• 4.1.3 设计水质
• 4.1.4 问题分析
• 4.2 水厂现状分析
• 4.2.1 取样点确定
• 4.2.2 调研时段水厂运行效果分析
• 4.2.3 氧化沟逐段运行效果分析
• 4.3 改造方案设计
• 4.3.1 五龙口污水厂节能降耗提高水质的潜力
• 4.3.2 具体方案设计
• 第5章 工艺改造及效益分析
• 5.1 工艺改造步骤
• 5.2 第一阶段实验结果与讨论
• 5.2.1 取样点确定
• 5.2.2 测样点确定
• 5.2.3 第一改造阶段污染物去除效果分析
• 5.2.4 第一改造阶段氧化沟逐段运行效果分析
• 5.2.5 第一改造各阶段溶解氧浓度分析
• 5.2.6 第一改造阶段结果分析
• 5.3 第二阶段实验结果与讨论
• 5.3.1 取样点确定
• 5.3.2 测样点确定
• 5.3.3 第二阶段污染物去除效果分析
• 5.3.4 第二改造阶段氧化沟内溶解氧浓度分析
• 5.3.5 效益分析
• 5.3.6 第二改造阶段结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文