北方地区氧化沟工艺的升级改造研究汇报鹤壁市深水山城污水处理有限公司

鹤壁市淇滨污水处理有限公司美尚生化环境技术（上海）有限公司

2009 年 10 月

课题研究背景一

处理工艺分析二 升级改造方案

三 总结四

课题研究背景一

课题意义• 为缓解北方地区水资源短缺及整治水环境污染， 20 世纪

70 年代多采用操作管理简便的氧化沟工艺，出水执行二级排放标准；• 随着经济的快速发展，工业和生活污水排放负荷的增加，原处理工艺已无法满足日趋严格的排放标准（需达到一级A 标准）；• 为解决北方污水厂氧化沟工艺出水水质问题，课题以鹤壁市具代表性的深水山城污水厂和淇滨污水厂为依托进行诊断优化，提出最佳、最经济的升级改造方案。

课题课题研究 过程研究 过程突破瓶颈口提出改造方案，并通过模型对方案可行性作预测，并给出最佳的工艺运行模式

工程师进行现场考察、调研、数据监测、活性污泥试验、投加碳源试验等工作找到污水厂水质不佳的根本原因；

对 历史数据进行审阅、分析日常采样、密集采样、研究试验数据、便携式仪器监测、在线仪表监测共计达到

8000 多个

3600 多个

课题研究过程对两家污水厂现状进行全面评估和诊断，收集大量数据；

课题实施方式 强强联合强强联合 优势互补优势互补 产学研相结合产学研相结合 高水平完成研究任务高水平完成研究任务 有利于研究成果及时推广有利于研究成果及时推广

升级改造方案三 课题研究背景

一

处理工艺分析二 总结

四

处理工艺分析二

深水山城污水厂介绍• 采用卡鲁赛尔氧化沟工艺• 生活污水占 40% ，工业废水占 60%• 产煤名城—鹤壁市矿井排水对污水厂进水污染物有一定程度稀释作用• 出水执行国家一级 B 标准

淇滨污水处理厂介绍• 采用前置厌氧池 / 奥贝尔氧化沟工艺• 进水以生活污水为主• 出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 B标准

北方污水厂进水相同特征

• 水量不足，与设计值相差较大• 进水有机物浓度不高，碳源缺乏• 山城厂 B/C 约 0.23 ，生化性不高， B/N 约 2.1 脱氮碳源不足• 淇滨厂 B/N 约 2.3 ， B/N>3~5 具脱氮能力

COD BOD NH3-N TP/PO4-P* SS 水量（ m3/d ）深水山城污水厂 进水均值 132.79 38.43 18.28 0.68 139 6×104

设计标准 350 180 30 1.8 220 3.6×104

淇滨污水厂 进水均值 216.53 100.93 42.36 4.48 164 5×104

设计标准 330 145 26 1.0 220 2.1×104

单位：mg/L

注：山城厂检测进水 TP ；淇滨厂监测进水 PO4-P

北方污水厂出水水质问题• 山城污水厂和淇滨污水厂氧化沟工艺具有完全混合特点，进水较低 COD 、 BOD 可有效稀释降解，达到一级 A 标准；• 深水厂由于活性污泥浓度较高且菌胶团松散导致沉淀效果差影响出水 SS 浓度；• 两个厂主要都面临出水除磷脱氮问题，政府要求出水指标从一级 B 提升至一级 A 标准。

CODcr BOD5 SS NH3-N TN TP

GB 18918-2002 （一级 A ） 50 10 10 5 （ 8 ） 15 1*

GB 18918-2002 （一级 B ） 60 20 20 8(15) 20 1.5

山城厂出水水质（ mg/L ） 50 9.83 62.48 8.47 -- 0.45

淇滨厂出水水质（ mg/L ） 31.8 -- 5 22.5 -- 1.89

深水山城污水厂除污效果分析• 监测氧化沟仅运转 4 台曝气转刷，溶氧浓度达到

3mg/l 破坏了反硝化脱氮的缺氧环境；• 北方地区冬季水温较低，低于 12℃硝化菌基本停止反应，故氨氮去除率仅 27.7% ，夏季可提升至

71.34%

深水山城污水厂除污效果及分析

• 活性污泥测定仪可完全仿真山城厂氧化沟环境条件，监测到氨氮硝化速率 20℃时约 5.44mg NH4-N/L· h， 6℃时约 2.18 NH4-N/L· h，水温低时明显下降；

• 监测发现氧化沟中几乎不存在反硝化作用；• 测定仪模拟磷的吸收和释放试验发现磷无明显变化

深水山城污水厂除污效果分析• 由于没有设置厌氧池，氧化沟内无严格缺氧环境，导致除磷仅依靠细胞生长的合成作用去除约 0.3mg/ l ，而无 厌氧释磷、好氧吸磷的生物降解功能；• 目前出水约 0.45mg/l仅由于进水浓度较低影响；

淇滨厂氨氮降解效果分析

5mg/L

26mg/L

进水氨氮平均 42mg/l ，远超过设计标准 26mg/l ；出水氨氮约 26.8mg/l变化较大，需要达到提标的一级 A 标准（ 5mg/l ），加大了处理难度。

出水氨氮达标困难

关键因素：关键因素：

转碟曝气设备不易控制溶解氧浓度；转碟曝气设备不易控制溶解氧浓度；底部溶氧不充足；底部溶氧不充足；

氧化沟无严格硝化、反硝化区易造成反应不完全；氧化沟无严格硝化、反硝化区易造成反应不完全；较高进水浓度的氨氮所需降解停留时间不足较高进水浓度的氨氮所需降解停留时间不足

使出水氨氮无法保持稳定达标使出水氨氮无法保持稳定达标 控制污泥龄，减少剩余污泥排放，利于脱氮

最佳 PH 在8.0~8.4mg/L

表面 H=1.5m处 H=2.5m处外沟（ mg/L） 0.4 0.39 0.37

中沟（ mg/L） 1.0 0.5 0.5

内沟（ mg/L） 2.0 0.72 0.5

氨氮不达标原因解析

• 氧化沟进水溶解性 COD 为 80mg/L左右，在外沟基本已降解完全， 所以反硝化可利用碳源较少；• 通过外加碳源（乙醇）和激发细菌体内有机物（裂解污泥技术）试验发现效果不理想；• 由于无严格缺氧环境，长期无碳源运行导致反硝化菌大量流失，从而抑制了反硝化反应的进行。

淇滨厂反硝化脱氮效果分析NO3-N （ mg/l ） 去除率

原液 9加裂解污泥 6mL 8.7 3.33％加裂解污泥 9mL 11.4 －加裂解污泥60mL

6.4 28％原液 9.7加 5ml乙醇 7 28%

课题研究背景一

处理工艺分析二 总结

四

升级改造方案三

升级改造方案三

山城厂解决方案 通过构建符合山城厂实际运行的模型针对溶解氧、水温等主要运行参数的优化调整，得到实际进水条件下达标的预测结果。其中，总磷需要化学加药确保稳定达标 。

优化条件 出水 COD 出水BOD 出水 SS 出水 NH3-N 出水 TN

T=20℃ ， DO=0.5mg/L ， MLSS=/L ， RAS=100% 39.3 3.4 10.3 14.8 4.8

T=10℃ ， DO=0.5mg/L ， MLSS=/L ， RAS=100%投加碳源（约 50mg/LCOD） 50.6* 4.9 10.8 13.5 7.15

一级 A标准 <50 <10 <10 <5 （ 8） <15

药剂 投加浓度（ gMe/m3） 加药出水 TP （ mg/L） 一级 A标准Al3+盐 4 0.9 <1

Fe3+盐 7 0.8 <1

氨氮解决方案A. 由于水量不足，增开未运行的一组氧化沟，增加硝化容积，以满足现有进水氨氮浓度所需降解停留时间，严格控制溶解氧

2mg/L ；B. 该方案实际运行后，使进水约 36mg/L 的氨氮有效降解达标。

出水水质 NH3

TN NO3 COD SS

工艺（一组） 8.1 28.6

19.9

32.7 9.0

工艺（二组） 0.08

25.7

25.2

30.9 5.4

模型模拟计算

淇滨厂总氮解决方案• 工艺改造

好氧 缺氧 好氧

碳源

• 外沟转刷全开改为完全曝气；• 中沟改为缺氧区，停止转刷曝气，以水下推进器使氧化沟运转，外加碳源或者进入一定比例原水；• 内沟工艺运行条件不变，保持曝气；

改造方案的优点• 形成 AOAO 模式，存在严格的缺氧区；• 容积较大的外沟作为好氧区可满足氨氮降解停留时间，并提供足够溶解氧浓度；• 可直接利用外沟硝酸盐反硝化脱氮；• 在中沟投加碳源或引入一定比例原水可保证碳源充足。

模型模拟出水总氮达标方案结果处理工艺 进水 COD( 碳源） NH3 TN NO3 SS

目前工艺AAOO

216 0.08 25.7 25.2 5.4300 0.09 18.3 17.5 6.8400 0.10 16.2 15.0 7.0500 0.10 13.8 12.1 7.0

处理工艺 进水 COD( 碳源） NH3

TN NO3 SS

建议工艺AOAO

216 0.3 21.6 20.8 5.4300 0.3 16.1 15.1 5.5400 0.3

514.3 12.9 5.5

500 0.35

12.6 10.8 5.6

课题研究背景一

处理工艺分析二

升级改造方案三 总结

四

总结四

技术重点不同于传统不同于传统监测的一套监测的一套系统模拟诊系统模拟诊断断

污水处理系统的动态分析与优化控制生物处理工艺脱氮条件的优化与基质的合理配置化学除磷与生物处理系统的协同原理污水碳源的收集转化与 PHAs 高效菌的培植

山城污水厂节能效果

根据模拟结果将溶解氧从原 2~4mg/l 降至 0.5~2.5mg/l ；转刷曝气设备由 3~4台减少至 2~3台；处理每吨水节约用电 0.05kw·h进水水量 4.5×104m3/d 、电费 0.6kw·h 计，可减少电费 49.3万元 /a

• 山城污水厂和淇滨厂都有进水水量严重不足、进水碳源缺乏，原设计能力偏低等特点，氧化沟工艺本身不具有较高除磷脱氮能力和严格的各区域环境，使达标改造难度增大；• 通过优化调整山城厂溶解氧、回流比、污泥浓度等运行参数，增强工艺处理能力，提高出水水质，其中总磷增设加药化学除磷确保达标；• 对淇滨厂奥贝尔氧化沟严格区分厌氧、缺氧、好氧区，满足微生物降解最大化的环境要求，使出水达到一

级 A 标准；• 方案的实施解决达标同时实现节能减排，预测山城厂

TN 、 TP 进一步消减 82.13 、 8.22t/a ；淇滨厂多消减 TN 、 TP45.63 、 4.56t/a 。

结论

谢谢 !