CASS工艺处理城市生活污水气水比控制的应用实例

1.3 进出水水质
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918），东江水属III类功能水域，污水处理厂处理出水执行一级B标准。其进出水水质如表所示：
表-1 实际进出水水质
 

 

2、工艺参数气水比的理论计算
2.1 气水比控制
2.1.1 需氧量
需氧量Ro是单位时间内曝气池活性污泥微生物代谢所需的氧量称为需氧量(KgO2/h)。微生物需氧量Ro由以下四个部分组成：一是微生物利用好氧菌氧化分解生活污水中的有机物消耗的溶解氧，用Sr表示；二是微生物自身代谢（自身的内源呼吸）消耗的溶解氧,用Vr表示；三是硝化细菌利用水中的溶解氧将氨氮转化为硝酸根消耗的溶解氧，用Nr表示；四是反硝化细菌将硝酸根和亚硝酸根还原为N2时释放的氧，需氧量应减去这部分的产氧量，用Mr表示。因此，需氧量Ro可表示为：
Ro=Sr+Vr+Nr-Mr
（1）由于完全生化需氧量BODu与5天生化需氧量BOD5之间的关系是BODu=1.47BOD5，因此去除有机物需氧量为：
Sr=1.47Q(S0-S)
式中，S0、S进出水BOD5，kg/m3;Q为污水处理量,m3/d。
所以，惠州市第四污水处理厂去除有机物的实际需氧量为：
Sr=1.47Q(S0-S)
=1.47*28000(0.053-0.012)
=1687.56kgO2/d
（2）细胞分子式可表示为C5H7O2N，其自身代谢的分子方程式可表示为：
C5H7O2N+5O2+H+=5CO2+2H2O+NH4+
从上式可看出，Vr为1.42VSS，VSS一般可取为0.7MLSS，惠州市第四污水处理厂VSS/MLSS=0.72，MLSS取3500mg/l，因此Vr=1.43*0.72*MLSS。
所以，惠州市第四污水处理厂内源呼吸所需的实际需氧量为：
Vr=1.43*0.72*MLSS
=1.43*0.72*3.5
=3.61kgO2/d
（3）硝化细菌在有氧条件下转化NH4+的分子方程式可表示为：
NH4++1.83O2+1.98HCO3-=0.02C5H7O2N+1.041H2O+0.98NO3-+1.88H2CO3
从上式可看出，每转化1单位的NH4+消耗的溶解氧为4.57个单位，因此Nr=4.57Q(N0-N)
式中，Q为污水处理量,m3/d，N0、N为进出水NH4+的含量,kg/m3。
所以，惠州市第四污水处理厂，硝化过程所需的实际需氧量为：
Nr=4.57*Q(N0-N)
=4.57*28000*(0.020-0.0039)
=2060.16kgO2/d
（4）反硝化细菌将硝酸根和亚硝酸根还原为N2时的反硝化过程可表示为：
NO3-+5H+（电子供体）=0.5N2+2H2O+OH-
NO2-+3H+（电子供体）=0.5N2+H2O+OH-
从上式可以看出，还原1个单位的NO3-释放的氧当量为5*（16/2）/14=2.86个单位。结合硝化反应与反硝化反应分子方程式，可以得出
Mr=2.86*0.98Q(N0-N)
式中，Q为污水处理量,m3/d，N0、N为进出水NH4+的含量，kg/m3。
所以，惠州市第四污水处理厂，硝化过程所需的实际需氧量为：
Mr=2.86*0.98Q(N0-N)
=2.86*0.98*28000*(0.020-0.0039)
=1263.50kgO2/d
（5）综上所述，需氧量Ro为：
Ro=Sr+Vr+Nr-Mr
= 1.47Q(S0-S)+1.43*0.72*MLSS+4.57Q(N0-N)-2.86*0.98Q(N0-N)
因而惠州市第四污水厂实际需氧量为：
Ro=Sr+Vr+Nr-Mr
= 1687.56+3.61+2060.16-1263.50
=2437.83kgO2/d
同时，按出水富氧余量2mg/l计算，则需安全富氧余量为： 0.002kg/m3*28000m3/d=5.6kgO2/d
所以，惠州市第四污水厂总需氧量为:
2437.8kgO2/d+5.6kgO2/d=2443.4kgO2/d
2.1.2 需气量
需气量指单位时间内需供给曝气池的空气量，用Po表示。
惠州市第四污水处理厂曝气装置采用HDQ-3-L膜片盘式微孔曝气器（曝气盘），其氧利用率为7.5%。在一个标准大气压下，空气含氧率为20.94%，空气密度为1.221kg/m3因此，需气量可表示为：
Po=(Ro/20.94%)/7.5%=(2443.4/0.2094)/0.075=155581kg/d
即为，155581/1.221=127421m3/d，此时气水比为127421m3/d：28000m3/m3/dd=4.6：1。
2.1.3 气水比
通过需氧量与需气量计算及污水进出水水质变化，可得知惠州市第四污水厂实际气水比应控制在4～5：1之间。
2.2 不同气水比下的有机污染物去除率
2.2.1 各控制参数的确定
为了能更好的反映在不同气水比下有机污染物的去除率，固定以下控制参数：
污泥浓度MLSS=3500mg/l
BOD污泥负荷Ns=QS/VX=28000*53/19200*3500=0.022kgBOD(kgMLSS.d)
pH=6.8～7.5
2.2.2 不同气水比下COD、NH3+-N的去除效果
（1）试验方法
在保证其它条件不发生根本改变的前提下，同时对惠州市第四污水厂两台百事德BK8024型三叶罗茨鼓风机频率进行了调整，每调整一次运行三天，两台鼓风机频率分阶段调整如下：
36Hz、38Hz、40Hz、42Hz、44Hz、46Hz、48Hz
经鼓风机风量流量计测量后，其对应的风机风量为：
103265.28m3/d、109002.24m3/d、114739.20m3/d、120476.16m3/d、126231.12m3/d、137687.04m3/d
对应的气水比分别为：
3.7:1、3.9:1、4：1、4.3:1、4.5：1、4.7：1、5：1
（2）采样方法
每调整一次的第三天采24小时混合样
（3）试验结果
分别考察气水比变化对COD、NH3+-N的影响试验，结果如表-2所示：
表-2 气水比变化对COD、NH3+-N去除的影响表
 

 

从上表可看出，当气水比在4.5：1，也就是鼓风机频率在44Hz时，COD与NH3+-N的去除率最高，与气水比理论计算高度吻合。
3、结论
（1）气水比作为污水厂重要的运行控制参数之一，其确定须理论联系实际，在进出水不断变化的过程中，应找到在一定范围内最佳比值，这不但能实现运行的最优控制，同时也能实现污水厂的节能降耗，降低运行成本。
（2）在处理低浓度生活污水时，气水比控制不宜太高，应尽量控制在4～5：1之间，当然，其最佳值是在不断探索研究中确定的，每个污水厂在一定进水范围内都应有一个最佳气水比。
（3）气水比的控制与整个供气系统有着最为紧密的关联，运行时应做好供气系统各组件的维护保养工作。
参考文献
[1]方先金，SBR工艺特性及降解过程的研究。给水排水，2000，26（7）：18～21。
[2]朱贵秀、刘志隆，一般用途罗茨鼓风机第二部分：性能试验方法。中华人民共和国机械行业标准，JB/T8941.2-1999。
[3]张自杰，废水处理理论与设计。北京：中国建筑工业出版社，2003.07。
[4]李亚新，活性污泥法理论与技术。中国建筑工业出版社，2007.08