申请日2012.10.08
公开(公告)日2013.01.16
IPC分类号C02F3/34; C02F3/28
摘要
本发明公开一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，首先测定待处理污水的总氮TN0、总磷TP0和BOD5，根据污水处理厂执行的排放标准确定排放标准要求的出水总氮TNS和总磷TPS计算污水脱氮除磷的理论碳源需求量CSTR，理论碳源需求量CSTR与污水BOD5浓度的比值即为污水处理中生物脱氮除磷的表观难度系数DNR。本发明的污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，能够根据常规进水水质参数快速评价污水处理的碳源供给情况，确定污水脱氮除磷的难度。在污水处理厂实际运行中，根据评价结果确定相应处理方案，特别对于DNR>1采用外加碳源辅助脱氮除磷的污水处理厂，本评价方法可用于确定临界碳源需求量。
权利要求书
1.一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，其特征在于具体包括如下步骤：
(1)、测定污水进水的总氮TN0、总磷TP0和BOD5值;
(2)、根据污水处理厂执行的排放标准确定排放标准要求的出水总氮TNS和总 磷TPS值;
(3)、根据污水处理厂的设计或运行资料确定污泥龄，由下式计算反硝化菌的净产率系数
式中，反硝化菌的内源衰减系数kdn和产率系数Y的值分别为0.15 d-1和0.40gVSS/gCOD;
其中SRT为污泥龄;
(4)、根据下式计算确定污水脱氮除磷的理论碳源需求量CSTR;
式中，TN0和TNS分别为进水和污水排放标准要求的总氮浓度值，mg/L;
TP0和TPS分别为进水和污水排放标准要求的总磷浓度值，mg/L;
其中Yn为反硝化菌的净产率，gVSS/gBSCOD;
(5)、理论碳源需求量CSTR与污水BOD5浓度的比值即为脱氮除磷的表观难度系数DNR;
(6)、根据步骤(5)得到的污水处理中生物脱氮除磷的表观难度系数DNR，对污水处理厂的脱氮除磷难度进行分级：
当DNR>1.5表示碳源供给匮乏，脱氮除磷难度很高;
当1.0 当0.5 当DNR≤0.5则表示碳源供给丰富，脱氮除磷难度较低。 2.如权利要求1所述的一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，其特征在于所述的污水排放标准为GB18918-2002。 3.如权利要求1或2所述的一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，其特征在于对于生物脱氮除磷的表观难度系数DNR≤1.0的污水处理厂，如果污水处理厂采用外加碳源方式进行污水处理，则根据下式计算污水处理中生物脱氮除磷的表观难度系数DNR; 其中m为碳源投加浓度mgBOD5/L。 4.如权利要求1或2所述的一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，其 特征在于对于生物脱氮除磷的表观难度系数DNR>1.0的污水处理厂，如果污水处理厂采用外加碳源方式进行污水处理，则根据下式计算污水处理中生物脱氮除磷的表观难度系数DNR; 其中m为碳源投加浓度mgBOD5/L; 且采用外加碳源的方式辅助脱氮除磷时，污水脱氮除磷的临界碳源需求量。 说明书 一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法 技术领域 本发明涉及一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，属于环境保护与水资源合理利用技术领域。 背景技术 近年来，中国水体的富营养化问题日益严重，氮、磷更是其中引起水质超标的主要污染物。随着水体富营养化问题的日益尖锐化和污水排放标准的不断严格，脱氮除磷技术已成为当前污水处理的热点和难点。“十二五”期间，预计新增城镇污水(包括工业废水)处理量达7000万m3/d以上，城镇污水处理厂的升级改造和新建均必须满足脱氮除磷的要求。污水处理厂通常采用生化处理技术利用反硝化菌在缺氧条件下将硝酸盐还原为气态氮实现脱氮，利用聚磷菌的超量吸磷能力实现磷在污泥中的富集并通过剩余污泥排放除磷。 由于污水的反硝化脱氮和聚磷菌的厌氧释磷过程均需要碳源，因此污水中的碳源供给就成为脱氮除磷难度评价的重要指标。目前常用的衡量污水碳源供给能力的指标是碳氮比和碳磷比。在生物脱氮工艺中，由于反硝化过程的碳源需求，通常要求五日生化需氧量(BOD5)与凯氏氮(TKN)的比值BOD5:TKN>4，由于污水厂进水硝酸盐和亚硝酸盐浓度较低，也可要求BOD5与总氮(TN)的比值BOD5:TN>3.8;而就生物除磷工艺而言，厌氧释磷过程需要碳源合成聚β羟基烷酸，通常要求污水中的BOD5与总磷(TP)的比值BOD5:TP>17。 由于污水脱氮除磷间存在碳源竞争关系，碳源供给需要同时满足脱氮和除磷的双重需求，因此单纯采用碳氮比和碳磷比描述脱氮除磷难度往往存在偏差，而且难以判断出水总氮和总磷协同达标的能力。如上海市某污水处理厂碳磷比高达24.3，但其出水TP为1.35mg/L，仍高于一级B排放标准;这与该厂碳氮比仅为2.62，大量碳源被反硝化菌利用用于脱氮有很大关系。对于这种反硝化菌和聚磷菌潜在的碳源竞争关系，采用单一的碳氮比或者碳磷比均难以反映。此外，碳氮比和碳磷比的评价仅考虑了污水中的总氮和总磷，无法判断出水达到不同排放标准(二级、一级B和一级A)时的难度。 发明内容 本发明为了解决上述的技术问题而提供了一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法。该方法利用活性污泥系统的化学计量学模型确定污水反硝化脱氮和生物除磷过程的碳源需求量，通过污水的碳源供需关系分析评价污水的脱氮除磷难度，并能通过脱氮除磷难度分析确定脱氮除磷难度较大的污水外加碳源量的临界值。该方法仅需测定污水的BOD5、总氮TN和总磷TP，然后根据脱氮除磷系统的污泥龄即可进行评价，方法简便易行。 本发明的技术原理 生物脱氮除磷系统的反硝化和厌氧释磷过程均需要碳源作为电子供体参与反应，因此进水中可利用碳源浓度的高低可作为城镇污水处理厂脱氮除磷难度分析的重要依据。因此，通过构建反硝化和生物除磷过程中TN和TP去除量与碳源(以需氧量计，即BOD5或者COD)间的化学计量学关系可确定理论碳源需求量，理论碳源需求量与实际进水的碳源供给量之比即可评价污水的脱氮除磷难度。 除了环境条件之外，污水脱氮除磷系统的效率主要受进水水质、处理工艺和运行参数的影响，其中进水的碳源供给是城镇污水处理厂脱氮除磷难度分析的重要依据。 一般而言，污水中可直接用于脱氮除磷的碳源有三大来源：(1) 污水中的可生物降解溶解性COD(Biodegradable Soluble COD, BSCOD);(2) 内源代谢过程中产生的BSCOD;(3) 甲醇或者乙酸等外源性碳源。值得注意的是，采用碳源评估的前提是可利用的碳源完全用于脱氮除磷而且反硝化和厌氧释磷之间不存在干扰竞争的理想运行条件。 根据脱氮除磷过程中的化学计量学关系进行推导，可得反硝化的理论碳源需求量： (1) 式中，Yn为微生物净产率，gVSS(挥发性悬浮固体)/gBSCOD; k dn 为反硝化微生物的内源衰减系数，gVSS/(gVSS·d) ，推荐值为0.15 d-1; 反硝化菌产率系数Yn取推荐值为0.40gVSS/gCOD; SRT为污泥龄，d。 根据生物除磷的化学计量学关系可知：(1) 由于发酵过程的低细胞产率，大部分可发酵COD均会转化为挥发性脂肪酸(VFA)，其产率为1.06g乙酸/gBSCOD;(2) 细胞产率为0.30gVSS/g乙酸;(3) 胞内磷含量为0.3gP/gVSS。根据这些假定可得，基于生物储存除磷机理的理论碳源需求量为 (2) 由此可计算生物脱氮除磷过程中的理论碳源需求量(CSTR)为 (3) 式中，TN0和TNS分别为进水和相关排放标准要求的总氮浓度值，mg/L; TP0和TPS分别为进水和相关排放标准要求的总磷浓度值，mg/L。 城镇污水处理厂的污水排放标准可参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中二级、一级B和一级A排放标准或者其它相关标准的要求。 由于BCOD和BSCOD中存在一定比例的水解速度非常缓慢的有机物，而城镇污水处理厂生物处理系统由于水力停留时间和固体停留时间相对较长，绝大部分包括胶体态和颗粒态组分的BCOD均可以转化为BSCOD。考虑到实际监测的方便，我们采用BOD5替代BCOD进行分析。因此，可引入CSTR/BOD5比值(仅考虑进水可利用碳源，且假定不受毒性物质限制，进水碳源全部用于脱氮除磷的理想状态)表征脱氮除磷的表观难度系数(Difficulty of Nutrient Removal, DNR)： (4) DNR值越大，则脱氮除磷难度越大。当DNR>1时，表示碳源供给难以满足该标准下脱氮除磷的需求。 部分污水处理厂由于进水碳源偏低而采用外加碳源的方式强化脱氮除磷，对于这种情况，其脱氮除磷难度也可采用本发明的DNR值进行表征。假定外加碳源折算后为m mgBOD5/L，则外加碳源系统的脱氮除磷表观难度系数为 (5) 显然，外加碳源会降低系统的DNR值，相应的脱氮除磷难度也得以降低。DNR=1为污水处理厂的出水氮磷达标的临界点，式(5)变形可确定污水脱氮除磷的临界碳源需求量(mc)，即 (6) 同样，由于在生物处理系统中，反硝化能够优先于厌氧释磷应用碳源，因此如果采用化学辅助除磷措施，则式(3)中的生物磷去除量(TP0-TPs)可适当降低，相应的碳源需求量会下降，DNR值会有所降低。 本发明的技术方案 一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，具体包括如下步骤： (1)、测定污水进水即待处理的污水中的总氮TN0、总磷TP0和BOD5值; (2)、根据污水处理厂执行的排放标准确定排放标准要求的出水总氮TNS和总 磷TPS值; (3)、根据污水处理厂的设计或运行资料确定污泥龄，由下式计算反硝化菌的净产率系数 式中，反硝化菌的内源衰减系数kdn和产率系数Y的值分别为0.15 d-1和0.40gVSS/gCOD; SRT为污泥龄，d; (4)、根据下式计算确定污水脱氮除磷的理论碳源需求量CSTR; 式中，TN0和TNS分别为进水和污水排放标准要求的总氮浓度值，mg/L; TP0和TPS分别为进水和污水排放标准要求的总磷浓度值，mg/L; 其中Yn为反硝化菌的净产率，gVSS/gBSCOD; (5)、理论碳源需求量CSTR与污水BOD5浓度的比值即为脱氮除磷的表观难度系数DNR; (6)、根据得到的污水处理中生物脱氮除磷的表观难度系数DNR，对污水处理厂的脱氮除磷难度进行分级： 当DNR>1.5表示碳源供给匮乏，脱氮除磷难度很高; 当1.0 当0.5 当DNR≤0.5则表示碳源供给丰富，脱氮除磷难度较低。 对于生物脱氮除磷的表观难度系数DNR≤1.0的污水处理厂，如果污水处理厂采用外加碳源方式进行污水处理，则生物脱氮除磷的表观难度系数DNR为： 其中m为碳源投加浓度mgBOD5/L; 对于生物脱氮除磷的表观难度系数DNR>1.0即脱氮除磷难度较高或很高的污水处理厂，采用外加碳源或者化学除磷的方式以降低其难度，当采用外加碳源的方式进行污水处理，则生物脱氮除磷的表观难度系数DNR为： 其中m为碳源投加浓度mgBOD5/L; 且污水脱氮除磷的临界碳源需求量(mc)为： 。 本发明的有益效果 本发明的一种污水生物脱氮除磷难度的评价方法，在于能够根据常规进水水质参数快速评价污水处理的碳源供给情况，确定污水脱氮除磷的难度。在污水处理厂的实际运行中，可根据本发明的计算结果确定相应方案，对于脱氮除磷难度较高的污水处理厂，可采用外加碳源或者化学除磷的方式以降低其难度，本方法还可应用于确定外加碳源辅助脱氮除磷的临界碳源需求量。
