小红门污水处理厂脱氮优化运行研究
全国排水委员会２０１０年年会论文集
小红门污水处理厂脱氮优化运行研究
张志渊，张晓红，郝二成，刘旭东，王思维，刘
（北京城市排水集团有限责任公司，北京１００１７６）
矗
摘要：小红门污水处理厂采用Ａ２／Ｏ工艺进行生物脱氮除磷，常规三项（ＣＯＤ、ＢＯＤ”ＳＳ）
指标达标率很好，但出水氮磷含量在排放标准上下浮动。为使出水氮磷稳定达标，根据沿程检测数据以及模拟结果确定了延长缺氧段改善脱氮除磷的措施。通过控制ＤＯ浓度，改变缺氧段及好氧段的容积比，以提高脱氮效率。实验结果表明，在夏季温度较高时（２０℃以上），将部分好氧段改为缺氧段运行，提高脱氮除磷效率的同时也达到了节能降耗的目的。另外，降低好氧段末端ＤＯ后，发现二沉池内存在反硝化反应，数据表明二沉池反硝化平均能降低
约６ｍｇ／Ｌ的硝酸盐，减少了回流硝酸盐对厌氧释磷的影响，有利于工艺脱氮除磷效率的提
高。
关键词：脱氮除磷好氧段缺氧段反硝化
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ２／ＯｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｍｏｖａｌｉｎＸｉａｏｈｏｎｇｍｅｎＳＳｏｆｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔ
ｃａｎ
ＷＷｒＰ，ａｎｄ
ｎｅａｒ
ＣＯＤ，ＢＯＤ５ａｎｄ
ｍｅｅｔ
ｔｈｅｓｅｗａｇｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｗｅｌｌ．ｂｕｔＴＮａｎｄＴＰｖａｒｉｅｄ
ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｓｔａｎｄ－
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ａｒｄ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅＴＮａｎｄＴＰｍｅｅｔｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓｔａｂｌｙ，ｉｔｉｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｔｏｅｘｔｅｎｄａｎｏｘｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅ
ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄａｔａｏｆａｌｏｎｇｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔａｎｋａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｅｄｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｅｆｆ右ｃｉｅｎｃｙｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｉｓａｐｐｒｏｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＤＯａｎｄ
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２０℃．Ｉｔ
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ｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ
ＮＯ；一Ｎ
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ｔｈｅｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｍａｄｅＮＯ；一Ｎｄｅｃｒｅａｓｅ６ｍｇ／Ｌ．ＴｈｕｓｔｈｅｒｅｌｅａｓｅＰ０４３一一ＰＷａｓ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｍｏｖａｌ，ａｅｒｏｂｉｃｐｈａｓｅ，ａｎｏｘｉｅｐｈａｓｅ，ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
鉴于北京市水资源短缺，河道天然补给水匮乏，污水资源化利用的迫切需要，必须提高现有北京市污水处理和再生利用的水平，使之为河道提供优质的再生水源，以求实现供需平衡。因此，污水处理厂出水排放标准越来越严格，在最初只要求ＣＯＤ、ＢｅＤ，、ＳＳ基础上，由于氮磷含量对河湖景观用水的影响，排放标准中增加了出水氮磷指标，这就给污水处理厂的运行提出了更高要求；另一方面，国家大力提倡节能降耗，要求污水处理厂的运行更加精细化。
Ａ２／Ｏ工艺是应用较多的脱氮除磷工艺，目前建成的污水处理厂中，由于工艺参数在运行过程中很难进行调整和改变，一旦进水条件如进水流量、水质等发生较大变化或进水负荷超过设计值时，原
基金项目：国家。十一五”科技支撑计划重点项目（２００６ＢＡＣｌ９ＢＯＩ）
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张志渊，等：小红门污水处理厂脱氮优化运行研究
设计的工艺参数难以满足进水条件改变后的工艺要求，致使处理效果差，无法实现同时脱氮除磷的目的。本研究就是在进水水质、水量均超过设计值的情况下进行的生产性实验研究。
ｌ污水处理厂基本情况
１．１概况
北京市小红门污水处理厂位于北京市东南部，是北京市中心城区已建成的大型城市污水处理厂之一，流域范围覆盖西郊、西南郊和南郊大部分地区，总流域面积２２３．５ｋｍ２。小红门污水处理厂设计处理污水能力６０×１０４ｍ３／ｄ，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（ＧＢ２００２）》的一级Ｂ标准，出水全部排人凉水河。
污水处理采用Ａ２／Ｏ工艺；污泥处理采用厌氧消化工艺；处理后的出水经紫外线消毒后，最终排入凉水河，其污水处理工艺流程见图ｌ。
１８９１８—
１．２工艺设计参数
－＿＿－。’＿ｌ－一■＿＿＿＿－一●＿－Ｉ＿＿＿＿＿一
圈１污水处理工艺流程
０００
ｌ原水Ｈ格栅间Ｈ进水泵房Ｈ旋流沉砂池Ｈ初沉池卜
Ａ２／Ｏ工艺的生物反应池分４系列，每系列分４座池，可独立运行。每座池分３个廊道，每个廊道宽９ｍ，长９５ｍ，水深６．５ｍ。设计名义水力停留时间分别为：厌氧段１．０ｈ、缺氧段３ｈ、好氧段６．６７ｈ。设计污泥浓度为３
ｍｇ／Ｌ，内回流比为１００％一２００％，污泥回流比１００％，好氧泥龄为９．６ｄ，污
泥负荷为０．１７２ｋｇＢＯＤ５／ｋｇＭＬＳＳ／ｄ。设计进水水质见表ｌ。
裹１污水处理厂设计迸水水质
编号
ｌ２３４５６７８
项目单位
ｍｇ／Ｌｍｇ／Ｌｍｇ／Ｌｍｇ／Ｌｍｇ／Ｌｍｇ／Ｌ
进水水质
２０４４５７Ｚ４０４ｌ２５５．２１３２５
生化需氧鼍ＢＯＤ５化学需氧馈ＣＯＤｃｒ
悬浮物ＳＳ总氮ＴＮ氨氮ＮＨ＿一Ｎ总磷ｒＩ＇Ｐ最低水温最高水温
℃℃
５００
二沉池共１６座，单池设计平均流量３７ｍ３／ｄ，沉淀池直径为５５ｍ，池边水深４．５ｍ，平均表面
负荷为０．６５８ｍ３／ｍ２．ｈ，平均固体负荷为９５．５ｋｇ／ｍ２ｄ。沉淀池采用双侧出水堰，单体堰为９０。三角堰。过堰负荷为１．３４１．３进出水水质
２００９年７月到２０１０年６月进水水质平均数据见表２。
Ｌ／ｍ・８。
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表２污水处理厂进水水质
日期２００９年７月
２００９年８月２００９年９月２００９年１０月２００９年１１月２００９年１２月
ＣＯＤ
ＢＯＤｓ
ＴＫＮ
。ｒＰ
ＢＯＤ５／ＣＯＤ０．４６０．４７０．４７０．４８０．４７Ｏ．４５０．４４０．４５０．４５
ＢＯＤｓ／ＴＫＮ３．１７３．６２３．６８３．３ｌ３．３９３．２４３．１６３．２０３．８０４．３０３．９９４．０６
ＢＯｏ，／ＴＰ３５．６９２７．１９３０．６２３２．１５３９．０９３４．７９３５．６７３４．９７４０．７２４３．１６
０．０４
、誉Ｕ
ＣＯＤ０．１２０．１３０．１４０．０６
ＳＣＯＤ／ＣＯＤＯ．３３Ｏ．３２０．２７０．２６Ｏ．２８Ｏ．２８０．３０
（ｍｇ／Ｌ）
３４９３６ｌ４２８４２７４４５５０３５００４８ｌ６１１６７９５９ｌ５６０
（ｍ∥Ｌ）
１５９１７ｌ２０３２０５２０８２２７２２０２１８２７５３１２２７２２６０
（ｍｇ／Ｌ）
５０．２４７．１５５．１６２．Ｏ６１．３７０．３６９．６６８．２７２．４７２．５６８．３６４．１
（ｍｇ／Ｌ）
４．４７６．２８６．６２６．３９５．３ｌ６．５４６．１７６．２４６．７６７．２４６．６９６．０２
２０１０年１月
２０１０年２月２０１０年３月２０１０年４月２０１０年５月
０．０４
０．０７Ｏ．０８０．１３０．１３
Ｏ．３３０．２８Ｏ．２９Ｏ．２８
２０１０年６月
０．４６０．４６０．４６
４０．６９
４３．１９
对比表１和表２，进水ＴＮ和ＴＰ明显高于设计值，其中ＴＮ月平均值为４７．１—７２．５ｍｇ／Ｌ，远远高于设计值４１ｍｇ／Ｌ；２０１０年的ＣＯＤ和ＢＯＤ，也高于设计值。
由表２可知，进水ＢＯＤ５／ＴＫＮ大部分在３～４之间，只有两个月平均数据大于４，ＢＯＤ，／ＴＰ均大于２０，据此可判断，碳源不是十分充足，工艺脱氮效率可能会受影响。另外，从表ｌ中数据可看出，温度高时ＶＦＡ占ＣＯＤ的比例高，而ＳＣＯＤ比例随温度变化不明显，这样就造成夏天温度高时，进水中的碳源更有利于除磷，对脱氮不利。
从运行的出水水质看，常规三项指标（ＣＯＤ、ＢＯＤ５、ＳＳ）达标率较好，但氮磷指标的达标率不稳定。以夏季出水为例：出水氨氮浓度可以稳定在１ｍｇ／Ｌ以下，亚硝酸盐基本未检出或低于０．１ｍｓ／Ｌ；出水中有机氮浓度也基本稳定，一般为２～３ｍｇ／＇Ｌ；硝酸盐浓度为１２～１５ｍｇ／＇Ｌ；总氮浓度为１７—１９
ｒａｇ／Ｌ；
回流污泥中硝酸盐浓度波动明显，介于０．１～１０ｍｇ／Ｌ，出水总磷浓度受其影响为０．１一Ｏ．９ｍｇ／Ｌ。
由上面数据可知，虽然出水中氮磷浓度均能达到ＧＢｌ８９１８—２００２（城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级Ｂ的要求，但出水总氮、总磷与标准值较为接近，存在一定的运行风险。考虑到处理水量的不断增大，以及保证再生水深度处理水源的质量，因此有必要对小红门污水厂Ａ２／Ｏ工艺脱氮除磷进行优化。
２生产性试验研究
２．１试验方案
影响脱氮效率的因素有：内回流比、碳源、反硝化微生物量（ＭＬＳＳ）等。小红门污水处理厂ＳＲＴ一般控制在１０～１５ｄ，内回流比在２００％（设计能达到的最高值）运行时，出水总氮在标准上下浮动，如果不进行改造或增加设备，只能考虑增加缺氧段容积和外加碳源强化反硝化反应。如果在生物处理系统中投加碳源（如甲醇、乙酸等），则将导致处理费用的上升。因此，首先考虑充分利用工艺中已有碳源，为此对工艺沿程数据进行了分析，见图２和图３。
图２是检测的沿程ＣＯＤ的平均值，从图中可看出，在缺氧段末端ＣＯＤ值约为６０叫Ｌ，出水ＣＯＤ
约为４５ｍｇ／Ｌ。图３表示了出水氨氮和缺氧段末端硝酸盐之间的关系，由图知，当出水氨氮比较低时，即硝化比较完全时，缺氧段末端硝酸盐浓度都比较高，说明回流的硝酸盐量超过了缺氧段的反硝化能力。综合上述两图，说明延长缺氧段，可以利用碳源对硝酸盐进行反硝化，提高脱氮效率。采用工艺模拟软件ＢｉｏＷｉｎ进行相关模拟，结果表明延长缺氧段可以提高脱氮效率。同时据文献报道…，好氧
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段／缺氧段体积比越小，越有利于反硝化除磷的进行，从而节省碳源，有利于脱氮，应用ＢｉｏＷｉｎ进行模拟也证实了该结论。因此决定将部分好氧段改为缺氧段，根据模拟结果，并考虑实际操作的可行性，在保证氨氮氧化的前提下，将好氧段的前１／４改为缺氧段运行，促进反硝化反应的进行。
４０２０
１２１０８
香吾
ｏｏ８０６０４０２０Ｏ
一目
、６
４２
、≯≯≯≯≯妒≯
圈２反应池沿程ＣＯＤ
圈３
０ｌ
２
３
４
５
６
７
８
９
１０
样品序号
出水氨氮和缺氧段末端硝酸盐之间的关系
２．２试验实施
在将部分好氧段（好氧段总容积的１／４）改为缺氧段后，由于该区内没有安装搅拌器，为防止活性污泥沉积，进行微量曝气，维持该区内溶解氧浓度在０．２～０．５
ｍｇ／Ｌ。
具体操作为：将好氧ｌ段空气流量调节阀（奥码头）开度设定为２０％；好氧ｌ段内三根ＤＮ２００空气立管开度调为１０％。同时将好氧段末端溶解氧下调至１．５ｍｇ／Ｌ，目的是减少混合液回流中溶解氧对反硝化的影响。２．３试验数据分析
延长缺氧段后，工艺沿程数据见图４。
圈４延长缺氯段后沿程数据
由图４可知，延长缺氧段（即图中的好氧ｌ段为缺氧）后，在延长的缺氧段内，氨氮浓度降低，硝酸盐浓度上升，总氮浓度下降。这说明即使ＤＯ浓度比较低，仍有硝化反应发生。但＇ＩＮ浓度下降，说明有反硝化反应发生。
试验过程中，将好氧段末端ＤＯ降低后，检测二沉池出水和回流污泥中硝酸盐浓度，见图５。图５中检测的二沉池出水硝酸盐浓度平均为１２．７ｍｇ／Ｌ，而回流污泥中硝酸盐浓度平均为６．７ｍｇ／Ｌ，表明在二沉池内硝酸盐平均减少了６ｍｇ／Ｌ。证明好氧段末端ＤＯ降低后，在二沉池内发生了反硝化反应，有利于降低回流污泥对厌氧释磷的影响。
经过试验研究确定了延长缺氧段的效果后，２０１０年４月６日全厂按该方案运行，运行期间迸水ＴＫＮ和出水ＴＮ值（６月一８月数据）见图６，进水ＴＫＮ平均为６２．６ｍｇ／Ｌ，出水平均值为１４．８
ｍｇ／Ｌ。
图７为２００７年同一时间进出水ＴＮ值，进水ＴＫＮ平均值为５６．３ｍｇ／Ｌ，出水平均值为１７．８ｍｇ／Ｌ。对
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比图６图７可知，延长缺氧段后，出水ＴＮ比延长前能降低２－５ｍｇ／Ｌ，平均降低３
ｍｇ／Ｌ。
圈５二沉池出水和回流污泥中硝酸盐浓度对比
ｎＩ叭Ｉ
１０／６／／！ｌＯ一，－１０ｔ＇／九Ｉ１０／＇／忍Ｉ１０／７０Ｉ１０ｔｌ／１０１０／ｆｇｔＭ
日期
圈６２０１０年进出水ＴＮ图７２００７年进出水ＴＮ
２．４能耗分析
对比２０１０年３、４月调整前后鼓风机平均耗电量，３月份平均每天耗电量为０．１２３ｋＷｈ／ｍ３，平均每天去除ＣＯＤ为４９３ｍｇ／Ｌ；４月份平均每天耗电量为０．１０９ｋＷｈ／ｍ３，平均每天去除ＣＯＤ为５４６
ｍｇ／
Ｌ。可见４月份鼓风机耗电量比３月节省了１１．４％。鼓风机耗能一般占全厂总能耗的５０％‘２１，因此全厂能耗可节省约５．７％，按设计流量下延长缺氧段运行７个月计算，则每年可节省１２５万元。
３结论
通过在小红门污水处理厂进行生产性试验，得到如下结论：
１）Ａ２／０工艺中如果缺氧池末端硝酸盐浓度比较高，且有可以利用的碳源时，在保证硝化的前提下，建议增加缺氧段容积，提高脱氮效率。
２）将好氧段改为缺氧段时，如果设计时未装搅拌器，则可以采用微量曝气，控制ＤＯ浓度小于０．５
ｍｇ／Ｌ。
３）适当降低好氧段末端ＤＯ，减少混合液回流时ＤＯ对缺氧段的影响，提高缺氧段的利用率；同时也发现二沉池中有反硝化现象发生，减少了回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响。
４）根据小红门厂的运行经验，水温高于２０℃时，延长缺氧段提高脱氮除磷效率，出水ＴＮ平均降低３ｍｇ／Ｌ，同时达到节能降耗的目的，全厂可节能约５．７％，每年约可节省１２５万元电费。
在目前国家大力提倡节能降耗的形势下，该生产性试验无疑给污水处理工艺节能降耗提供了有力支持，希望能对污水处理厂运行管理人员有所启示。参考文献：
［１］【２］
曹长青。雷中方，胡志荣，刘翔．反硝化除磷过程中的影响因素探讨．中国给水排水，２００５，２１（７）：２２—２５．
应启锋，王佳伟，高金华等．小红门污水处理厂利用沼气拖动鼓风机的节能效果．中国给水排水。２０１０，２６（１２）：
１３０～１３２．
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作者：作者单位：
张志渊， 张晓红， 郝二成， 刘旭东， 王思维， 刘垚北京城市排水集团有限责任公司,北京 100176
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7378191.aspx