五箱一体化活性污泥工艺优化与实时控制研究

摘要

针对我国城镇污水处理厂现有的常规污水处理工艺脱氮除磷效果难以达到排水标准新要求、曝气区域能耗高等缺点，东南大学在UNITANK和A2/O等工艺的基础上，结合序批式工艺和连续流工艺的特点，研发了五箱一体化活性污泥工艺。该工艺装置由五个池壁共建、水力连通的矩形反应池高度集成，通过对各池中曝气机和进、出水阀的适时控制，在时间和空间上实现整体进水流向的交替，各单元厌氧、缺氧、好氧状态的切换，以及混合液与污泥的自动回流。试验结果表明，该工艺具有脱氮除磷效果好、能耗低等优点。 本文首先研究工艺装置的水力特性和运行参数；其次，在最佳运行参数条件下，考察各反应池在半周期内污染物浓度与状态参数（ORP、DO和pH）的变化情况，分析工艺的脱氮除磷机理和各反应池的设计功能；最后，建立五箱一体化活性污泥工艺阶段转换实时控制技术并运行。主要的试验结果如下： （1）在清水条件下，对五箱一体化反应器在不同HRT下的水力特性进行研究，当HRT=13h时，反应器滞留率最小，为12.42%。而同一HRT时五箱一体化反应器相比传统A2/O反应器具有较强的水力混合程度和较低的滞留区，反应器混合程度参数D/UL由传统A2/O时的0.173增大到了五箱时的0.223，死区率由17.4%下降到了14.4%。 （2）水力停留时间跟气水比是五箱一体化活性污泥工艺运行控制的重要参数，在水温为17～25℃时，最佳水力停留时间为13h，最优气水比为30（充氧效率较低），在该运行条件下，COD、NH4+-、TN和TP的去除率分别为82.4%、85.4%、70.3%和85.4%，相应的出水浓度分别为45.4mg/L、4.0mg/L、11.4mg/L和0.48mg/L，均达到了污染物排放一级A标准。 （3）对上半周期反应池内各污染物浓度与状态参数进行跟踪监测，发现2#池和4#池内存在反硝化除磷和同步硝化反硝化现象；同时，状态参数与污染物浓度的变化具有良好的相关性：①反硝化结束时，ORP曲线上出现拐点；pH曲线上出现折点。②释磷结束时，ORP和pH曲线上均出现平台。③好氧硝化和吸磷结束时，DO曲线出现突升；ORP曲线上出现平台；pH曲线上出现折点。因此，五箱一体化活性污泥工艺可用ORP、pH和DO作为控制参数进行阶段转换控制。 （4）在工艺运行和数据分析的基础上，建立了五箱一体化活性污泥工艺阶段转换实时控制技术，并与固定阶段时间控制技术下的运行效果相比较，实时控制技术缩短了8.3%工艺半周期运行时间，且具有更好的脱氮除磷效果，TN、TP去除率分别从固定时间控制下的67.9%和82.7%上升到实时控制技术下的76.1%和89.5%。 因此，优化后的五箱一体化活性污泥工艺具有明显的脱氮除磷效果和节能效应，适合我国C/N比普遍较低的中小型城镇生活污水的处理，出水水质稳定且达到污染物排放一级A标准。

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