新设计的脱氮除磷系统

Author: vch11602707
Published on: 2021-12-21 16:58
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Category: Product Knowledge
01 反硝化的碳源投加
 
以去除硝酸盐为目标的反硝化过程必须要有易生物降解的碳源存在。其来源包括进水中溶解性BOD、内源反硝化过程中细胞的腐烂物和各类上清液回流等。
 
当进水溶解性有机物不足而脱氮要求很高时，则需要通过补充化学物质以提供反硝化过程所需要的碳源。
 
 
反硝化所用的人工碳源有甲醇、乙醇、变性乙醇、醋酸及醋酸钠等纯化学药剂，或者是工业生产过程中的废糖、糖蜜和废醋酸溶液等。其中甲醇的使用最普遍，且被证明是最合适的碳源。
 
对于常规的生物脱氮工艺，甲醇应直接投加在缺氧段，并通过缺氧段内的搅拌器与进水及混合液充分混合，需防止水流剧烈紊流导致甲醇从液相中挥发至空气，也应防止因多余的氧气存在造成部分甲醇被细菌好氧呼吸消耗。
 
如果污水厂采用四阶段或五阶段活性污泥工艺，在后续的缺氧段（第二缺氧段） 投加碳源可以获得比内源呼吸更高的反硝化速率，能进一步去除硝酸盐；
 
对于三级反硝化系统，如反硝化滤池、反硝化好氧生物滤池等，则补充碳源对于系统的运行非常重要。因为反硝化过程在主体曝气工艺的下游，进水中的所有溶解性BOD都已经被去除，所以甲醇通常投加于反硝化进水中。
 
甲醇的投加量受硝酸盐（NO3-N）、亚硝酸盐（NO2-N）以及溶解氧影响。甲醇的需要量可以通过式（1）计算。
 
甲醇需要量：
2.47NO3-N+1.53NO2-N+0.87DO （1）
 
实际运行中通常按每反硝化去除1mg/L硝酸盐投加3mg/L甲醇考虑，然后根据污水厂的实际负荷及运行情况进行调整。

甲醇的闪点为12℃是高可燃性物质。甲醇的储存池、管道及其附件和电气系统需要考虑相应防爆措施。甲醇投加系统通常宜安装在室外，并远离其他设备。甲醇储罐应安装浮动式顶盖和压力释放阀与灭火器。
 
02 生物除磷中挥发性脂肪酸的投加
 
生物除磷的机理是通过厌氧区中吸收挥发性脂肪酸（VFA），同时释放出存储的磷，而在好氧条件下聚磷细菌吸收过量的磷。若自然产生的VFA含量不足， 就需要在厌氧段外加VFA。
 
对于生物除磷系统而言， 醋酸与丙酸的混合液是外加VFA的最佳选择。实践中使用最普遍的是醋酸溶液。
 
生产性试验表明，若需要投加VFA， 则外加VFA的需要量通常为去除每毫克磷需要5-10mg的VFA。
 
通常醋酸为冰醋酸（近似100%溶液）和84%及56%的溶液形态。冰醋酸虽然不像乙醇那样易挥发，但具有相对较低的闪点（40℃） 以及17℃的冰点，因此应按规范要求考虑防止燃烧，同时必须采取措施防止凝固。
 
实际应用中建议采用低浓度的醋酸水溶液。当然，投加VFA并不能完全去除系统出水的TP浓度；如果需要出水TP很低，仍然需要采用化学除磷，通过投加化学药剂将磷沉淀去除。
 
03 碱度的投加
 
硝化过程中碱度的消耗导致污水pH下降，利用铁盐或铝盐进行化学沉淀除磷也会造成碱度下降。
 
pH下降导致硝化反应速率降低，当pH约为6时硝化停止； pH值低于7时，聚糖菌会与聚磷菌发生竞争，影响聚磷菌利用VFA能力，从而影响生物除磷效果。
 
另外，碱度也反映了污水的缓冲能力，即应对不同进水水质pH变化的能力。
可以用于补充碱度的化学物质有氢氧化钠、氢氧化钙和氧化钙等。氢氧化钠价格较高，但是与氢氧化钙相比，使用操作更方便，储存及投加系统的年运行费用较低； 
 
氢氧化钙通常以固体物质的形式出售，在使用前必须成浆，石灰浆池易发生结垢；
 
氧化钙需熟化，熟化操作过程的劳动环境恶劣且劳动强度大，维持设备运行需耗费大量人力。
 
补充碱度投加系统设计时，一般采用50-100 mg/L（CaCO3计）作为出水的目标碱度。
 
在确定投加量时，需要考虑后续工艺对出水pH和碱度的影响。
 
通常氯气会增加酸度，进一步降低出水的pH值；
 
次氯酸钠会增加碱度；
 
用铁盐或铝盐沉淀除磷，当好氧池中铝盐或铁盐过量投加时，产生氢氧化物沉淀会增加碱度消耗。
 
通常对于铝盐，产生每毫克氢氧化铝需要消耗5.56mg的CaCO3。对于铁盐，产生每毫克氢氧化铁需要消耗2.69mg的CaCO3。
 
稀释后的氢氧化钠溶液必须在低于0℃的条件下冷冻保存。50%的氢氧化钠溶液的冰点约为12.8℃，因此其储存池及管道必须加热并保温。
 
一旦液体温度低于12.8℃，氢氧化钠将结晶并从溶液中析出。发生结晶的氢氧化钠很难被再次溶解。氢氧化钠用厂内供水或饮用水进行现场稀释，在混合点易出现结垢现象。
 
因此，稀释系统混合点处的管道接口应设计成易清洗的形式；氢氧化钠的投加点也容易发生结垢，建议氢氧化钠投加于回流污泥管，因回流污泥管中流量较大，可以保护管线防止结垢。
 
04 化学除磷中的药剂投加
 
化学除磷的基本原理是将溶解性的磷转化为化学沉淀物，在污泥沉淀过程中去除。用于废水中化学沉淀除磷的化学物质有铁盐、铝盐和钙盐，其中铁盐较为常用。
 
根据出水中的磷浓度的不同目标，化学药剂可以在不同的投加点投加。
 
铁或亚铁化合物可以在初沉池前投加，并在初沉池中沉淀。铁盐的除磷效果取决于反应时间的长短。完全反应需要5-10min，因此需要铁盐与污水的混合反应区以形成难溶沉淀物。若没有条件设置混合反应区，则需将药剂投加在更上游的区域，以保证足够的停留时间。
 
铁盐也可以在二沉池前投加，铁盐沉淀物在沉淀池上游形成，并在沉淀池中从系统中分离。
 
亚铁盐在曝气池前投加，因为亚铁离子氧化成铁离子需要消耗额外的氧气；过量投加会增加出水中的离子浓度，因此亚铁离子不能在二沉池中投加。过量或未反应的亚铁离子一旦被带入消毒系统，将消耗氯气，同时形成沉淀（提高出水总悬浮固体TSS浓度）。
 
此外，若采用紫外线消毒系统，铁会干扰紫外线的吸收，在灯管上形成淤积，加快灯管的清洗频率。
 
建议每个污水处理厂进行小试，以确定达到出水溶解性磷目标值所需的实际摩尔投加量。
 
通常磷沉淀所需的铁盐摩尔投加量基于出水期望的溶解性磷浓度而非进水磷浓度。
 
若初沉池将磷的浓度降低到1mg/L，需要投加的铁盐Fe3＋：P的摩尔比为1.67：1或质量比3：1；在二级处理系统中去除0.5mg/L溶解性磷需要投加的铁盐Fe3＋：P的摩尔比2.27：1或质量比4.1：1。
 
此外，投加铁离子无法使出水中溶解性磷浓度低于0.10mg/L。要达到这个浓度，则需要投加的铁盐与磷的摩尔比为12：1。
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