污水厂生物反应池DO实时监测研究

摘要

污水处理是一个高耗能、高成本的行业。近年来，由于世界性的能源危机，节能减排成为当今社会主题之一，能耗问题就成为整个污水处理行业进一步发展的瓶颈。如何有效地降低污水处理系统运行能耗是减少处理成本的关键。DO作为污水生化处理过程中一个非常重要的参数，一方面直接影响污水厂运行成本，另一方面，也是影响污水处理效果的重要因素。因此，响应污水厂的实际要求，研究污水处理过程中DO的变化，探求DO在污水处理过程中的控制作用，这对于保证出水水质和减少运行费用具有重要意义。
　　响应某污水厂的要求，本试验采用Vernier DO监测仪对该厂典型的城市污水处理厂工艺（SBR及A2O）生物反应池中的DO变化过程进行了为期五个月的现场监测，获取城市污水厂生物反应池 DO变化的实际运行数据，为其提高处理效率，提升出水水质的稳定性，达到节能降耗的目的提供可靠的依据。
　　对城市污水厂SBR池DO变化数据进行统计分析发现：
　　1.SBR工艺曝气过程中的DO变化可分成三个阶段：第一阶段为曝气开始到曝气104 min，供氧速率接近耗氧速率，混合液中DO在1.94 mg/L上下波动。第二阶段为曝气开始的104 min到170 min，耗氧速率小于供氧速率，混合液中DO稳定上升。第三阶段为曝气开始的170 min到210min，混合液中 DO不再上升，维持在一个接近于饱和范围内。停止曝气，开始后搅拌阶段，DO呈直线下降，直至最后接近于0。曝气过程第一阶段DO的波动较大，可以用传统活性污泥理论的生物吸附降解原理来解释。由于生化反应池中DO与混合液中有机物浓度负相关，因此，通过DO值间接表示水中有机物被降解的程度是可行的。
　　2.DO和pH可以联合起来指示硝化过程的终点。建议污水处理厂应设置DO和pH在线监测仪，再结合其它指标对污水中生化反应进程进行监控，可以进一步提高在线监测数据对曝气系统调整的指导作用。
　　3.该SBR系统曝气末活性污泥的OUR为0.188mg O2/(L·min)，SOUR为0.0450 mg O2/(g MLSS·min)。
　　4.后搅拌时序DO下降速度很慢，达到反硝化需要缺氧条件的时长只有19min，建议延长后搅拌的时间，保证完成反硝化过程必要的时间，会进一步提高对TN的去除率。
　　5.同一监测点在曝气时序第一阶段 DO的波动主要是由生物吸附及降解作用、流至该点混合液中活性污泥的耗氧速率、曝气不均匀等原因造成的。
　　6.造成 SBR池曝气不均匀的现象频繁出现的原因是曝气膜的堵塞、老化、破损以及检修后新旧曝气膜混用。曝气不均匀造成了充氧效果变差，同时还使得混合液混合不够充分，最终导致与典型的 DO变化曲线相比，这种情况下DO变化曲线的波动阶段延长。
　　7.根据分析结果和污水厂的实际情况对该厂的曝气控制提出了两种方案分别是：在原设定时序基础上，将曝气时间由210 min缩短到180 min，即改变曝气时间；在原设定运行操作模式的基础上，曝气开始的150min后逐级降低供气量，将DO稳定在一定范围内，即改变曝气强度。
　　对城市污水厂A2O工艺的好氧区DO沿程监测数据统计分析发现：
　　1.该系统各生化池普遍存在过度曝气现象，具有很大节能空间。
　　2.好氧区的前段，同一监测点 DO波动幅度较小，而后段同一监测点DO波动幅度较大。其主要原因是：在好氧区前段，污染物浓度较高，需氧量大于供氧量，供氧速率限制了有机物降解速度。因此，耗氧速率受供氧速率的限制，而供氧速率相对稳定，所以 DO变化幅度不大。在好氧区后段，污染物已降解到一定程度，则水中剩余的污染物成为耗氧速率变化的主导因素。随着耗氧速率变化，各过流断面 DO浓度也不断变化。硝化终点不同，DO快速上升的位置也不同，因而同一监测点DO变化幅度更大。
　　3.通过人工操作调整曝气系统达到对DO控制的目的，难度较大，效果不理想。依然存在好氧区DO浓度波动较大，出口DO值偏高以及各池气量分配不均的问题。
　　4.在线监测仪设置的位置，应该根据DO区域变化情况的长期监测的结果来确定，否则会使监测结果对 DO的指示作用受到影响，从而造成了对整个好氧区DO控制不力。
　　5.A2O工艺好氧区与 SBR工艺曝气阶段 DO变化进行对比发现：A2O工艺好氧区也存在史密斯发现的生物吸附、释放造成的 DO变化，以及供氧速率大于耗氧速率后DO快速上升，即A2O系统好氧区存在与SBR工艺相似的污染物生化降解过程；与SBR工艺相比之下，A2O工艺好氧区DO变化更为复杂，仅靠DO来调节鼓风曝气量达到稳定运行难度很大。
　　6.A2O生化池好氧区末端活性污泥的OUR为0.086mg O2/(L·min)，SOUR为0.0201 mg O2/(g MLSS·min)。
　　7.考虑到该污水处理厂实际情况以及分析结果，针对该厂提出了合理化建议，为了更加全面地对好氧区 DO进行监测，建议在4廊道末端再设置一台DO在线监测仪，可以考虑引进DO精准控制系统，但还要对该厂能耗情况以及DO精确控制系统的经济性、合理性进行进一步评估。

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符号说明

第一章 绪论

1.1 SBR工艺概述

1.2 A2O工艺概述

1.3 溶解氧对污水处理效果的影响

1.4 曝气系统对污水处理厂运行成本的影响

第二章 课题设计

2.1 课题背景

2.2 课题研究的目的、内容和意义

第三章 污水厂SBR池DO全过程监测

3.1 污水处理厂简介

3.2 污水处理工艺流程及运行状况

3.3 前期研究

3.4 分析项目、方法和仪器

3.5 DO监测过程

3.6 DO监测结果分析

3.7 监测过程中发现的问题

3.8 对曝气系统控制建议

3.9 本章小结

第四章 污水厂A2O生化池好氧区DO全流程监测

4.1 试验条件

4.2 监测过程

4.3 调整曝气系统前各生化池DO变化情况

4.4 供气量调整过程及结果

4.5 A2O工艺好氧区与SBR工艺曝气阶段DO变化对比

4.6 OUR和SOUR的确定

4.7 对A2O工艺曝气系统控制建议

4.8 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 污水厂SBR池DO全过程监测及分析

5.2 污水厂A2O生化池好氧区DO全流程监测及分析

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文