优化硝化反硝化
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污水处理过程优化
李俊英
为什么要精确控制DO
• 节能角度：过高的DO增加能耗（曝气区DO <2mg/L) • 工艺角度：
– 内回流系统把大量溶解氧带入缺氧区，将严重影响反硝化的效果(DO 浓度 <0.5mg/L)
– 厌氧区DO高不适合聚磷菌的生存 （ 0.2mg/L 左右） – 曝气过大或太小引起污泥上浮，影响出水水质
AAO
好氧+缺氧：硝化 / 反硝化
进水 初沉污泥
初沉
好氧 NH4-N + O2
1. 硝化
反硝化
硝化
Fe, Al
二沉
出水
回流污泥
剩余污泥
缺氧 NO3-N + 有机 C
2. 反硝化
异氧除碳 菌
N2, (气体), CO2 , H2O
生物质 (污泥)
缺氧池最重要功能：反硝化
反硝化的影响因素
1. 微生物：反硝化细菌（异养菌）。 2. BOD/N比：BOD/N>3。 3. DO＜0.5mg/L。 4. pH值：适宜pH为6.5－7.5，过高过低（＞8或＜6）都将受到影响。 5. 温度：适宜20-38℃，当t＜15℃明显下降、＜3℃停止。 6. HRT：由于反硝化速度快，5－10min基本完成，30min能达到85-90%左右 。故缺氧段或反硝化段HRT＝1－1.5h
4%
污t泥rSeal处utmd理geent
12%
F过iltr滤ation
13%
A曝er气ation 56%
对曝气进行优化可以获 得最大程度的能量节约
闭环DO控制
传统DO控制 ：根据负荷的变化调整DO浓度
• 红线以上的能量消耗都是 浪费性能量消耗
闭环DO控制：推流式反应器中监测点的选择
根据可控区的数量 • 每个区域都应安装一个DO传
氨氮在线仪器性能的比较
NH4D sc
AMTAX sc
Compact
Inter2
原理
量程 mg/L 精度
离子选择电极 气敏电极
0.2-1000 5%或0.2
0.05-20;1-100;101000
3%
反应时 间min
预处理
<2 不需要
5 Filter probe
输出 SC1000
SC1000
逐出比色法
p
M
反硝化
设定值 当前值
O2
硝化
回流 回流污泥
DO的控制不是完全理想的
30 % 的时间 NH4-N 浓度小于0.1 mg/l.
10区的出水 沉淀池出水
铵的浓度 （ mg/l NH4-N）
Fra Baidu bibliotekO2
天
空气
仅仅通过DO的控制是不全理想的
• 污水水质多变，处理系统复杂，DO检测控制滞后，根 据滞后的结果控制工艺过程，造成出水不合格。
0.2-12;2-120;201200 2.5%或0.2
水杨酸次氯酸钠比色法
0.02-2.00;0.1-20.0;1.080 2%
13-120可选
5、10、15、20、30
filtrax 4-20 mA
filtrax 4-20 mA
使用哈希氨氮分析仪的作用
• 对污水厂的运行起到监督和报警等作用 • 对污水厂的运行优化指导，在保证出水符合国家及地方排放标准 • 节约运行成本
氨的控制：基于负荷确定曝气设定值
实际值 设定值
铵的浓度 （ mg/l NH4-N）
DO的浓度（ mg/l ）
O2
NH4
空气
设定值 8区DO
相比控制线节约27.7 %的曝气量
NH4 浓度的控制：保证稳定的硝化 / 节约能量
空气
生物除磷
反硝化
需求值 当前值
O2 NH4-N
O2
硝化
NH4-N
回流 回流污泥
• 溶解氧指标并不能直接反映系统的氧气需求量，只是反 映了反应池中氧气的剩余程度，无法根据它的数值和变 化直接计算气量。
因此：仅仅通过DO的控制是不全理想的
NH4浓度控制的优点
• 考虑所有影响硝化的因素：当前负荷、污水温度、pH值 、污泥龄、抑制物等
• 降低曝气能耗 • 保证稳定的硝化 • 优化反硝化
回流 回流污泥
优化反硝化过程：控制外部碳源的添加
AAO
好氧+缺氧+厌氧：硝化 / 反硝化 / 生物除磷
进水 初沉污泥
初沉
生物除磷 反硝化
硝化
Fe, Al
二沉
出水
回流污泥
剩余污泥
厌氧
PO4-P 好氧
净去除量 时间
感器 如果只有一个可控区 • 在曝气的后1/3处设置DO传感
器最合适
–IWA* 模型和 DO变化图 根据负荷的变化调整DO浓度
•曝气池中的溶解氧浓度：前段浓度低，后段浓度高； •如果仅仅由中间的探头控制溶解氧的浓度是不够的。
优化硝化过程
• 通过DO控制 • NH4-N浓度控制
闭环控制DO
空气
生物除磷
DO 控制
污水处理厂能耗主要分布
物Mce理lceha处annin理icgal
15%
基Inf础ras设tru施cture
4%
污泥Sl处udg理e
treatment 12%
F过iltr滤ation
13%
A曝e气ration 56%
DO 控制
物Mce理lceha处annin理icgal
15%
基Inf础ras设tru施cture
优化反硝化过程的方法
• 通过NO3-N控制 • 通过回流量控制 • 通过外加碳源控制 • 通过ORP控制
优化反硝化：硝酸盐控制
空气
2 O2
NO3-N
O2
硝化/反硝化
回流污泥
NO3-N
优化反硝化过程：调整内部循环
建议NO3-N浓度： 1-2 mg/l
air
Q NO3-N
NO3-N
生物除磷
反硝化
硝化
李俊英
为什么要精确控制DO
• 节能角度：过高的DO增加能耗（曝气区DO <2mg/L) • 工艺角度：
– 内回流系统把大量溶解氧带入缺氧区，将严重影响反硝化的效果(DO 浓度 <0.5mg/L)
– 厌氧区DO高不适合聚磷菌的生存 （ 0.2mg/L 左右） – 曝气过大或太小引起污泥上浮，影响出水水质
AAO
好氧+缺氧：硝化 / 反硝化
进水 初沉污泥
初沉
好氧 NH4-N + O2
1. 硝化
反硝化
硝化
Fe, Al
二沉
出水
回流污泥
剩余污泥
缺氧 NO3-N + 有机 C
2. 反硝化
异氧除碳 菌
N2, (气体), CO2 , H2O
生物质 (污泥)
缺氧池最重要功能：反硝化
反硝化的影响因素
1. 微生物：反硝化细菌（异养菌）。 2. BOD/N比：BOD/N>3。 3. DO＜0.5mg/L。 4. pH值：适宜pH为6.5－7.5，过高过低（＞8或＜6）都将受到影响。 5. 温度：适宜20-38℃，当t＜15℃明显下降、＜3℃停止。 6. HRT：由于反硝化速度快，5－10min基本完成，30min能达到85-90%左右 。故缺氧段或反硝化段HRT＝1－1.5h
4%
污t泥rSeal处utmd理geent
12%
F过iltr滤ation
13%
A曝er气ation 56%
对曝气进行优化可以获 得最大程度的能量节约
闭环DO控制
传统DO控制 ：根据负荷的变化调整DO浓度
• 红线以上的能量消耗都是 浪费性能量消耗
闭环DO控制：推流式反应器中监测点的选择
根据可控区的数量 • 每个区域都应安装一个DO传
氨氮在线仪器性能的比较
NH4D sc
AMTAX sc
Compact
Inter2
原理
量程 mg/L 精度
离子选择电极 气敏电极
0.2-1000 5%或0.2
0.05-20;1-100;101000
3%
反应时 间min
预处理
<2 不需要
5 Filter probe
输出 SC1000
SC1000
逐出比色法
p
M
反硝化
设定值 当前值
O2
硝化
回流 回流污泥
DO的控制不是完全理想的
30 % 的时间 NH4-N 浓度小于0.1 mg/l.
10区的出水 沉淀池出水
铵的浓度 （ mg/l NH4-N）
Fra Baidu bibliotekO2
天
空气
仅仅通过DO的控制是不全理想的
• 污水水质多变，处理系统复杂，DO检测控制滞后，根 据滞后的结果控制工艺过程，造成出水不合格。
0.2-12;2-120;201200 2.5%或0.2
水杨酸次氯酸钠比色法
0.02-2.00;0.1-20.0;1.080 2%
13-120可选
5、10、15、20、30
filtrax 4-20 mA
filtrax 4-20 mA
使用哈希氨氮分析仪的作用
• 对污水厂的运行起到监督和报警等作用 • 对污水厂的运行优化指导，在保证出水符合国家及地方排放标准 • 节约运行成本
氨的控制：基于负荷确定曝气设定值
实际值 设定值
铵的浓度 （ mg/l NH4-N）
DO的浓度（ mg/l ）
O2
NH4
空气
设定值 8区DO
相比控制线节约27.7 %的曝气量
NH4 浓度的控制：保证稳定的硝化 / 节约能量
空气
生物除磷
反硝化
需求值 当前值
O2 NH4-N
O2
硝化
NH4-N
回流 回流污泥
• 溶解氧指标并不能直接反映系统的氧气需求量，只是反 映了反应池中氧气的剩余程度，无法根据它的数值和变 化直接计算气量。
因此：仅仅通过DO的控制是不全理想的
NH4浓度控制的优点
• 考虑所有影响硝化的因素：当前负荷、污水温度、pH值 、污泥龄、抑制物等
• 降低曝气能耗 • 保证稳定的硝化 • 优化反硝化
回流 回流污泥
优化反硝化过程：控制外部碳源的添加
AAO
好氧+缺氧+厌氧：硝化 / 反硝化 / 生物除磷
进水 初沉污泥
初沉
生物除磷 反硝化
硝化
Fe, Al
二沉
出水
回流污泥
剩余污泥
厌氧
PO4-P 好氧
净去除量 时间
感器 如果只有一个可控区 • 在曝气的后1/3处设置DO传感
器最合适
–IWA* 模型和 DO变化图 根据负荷的变化调整DO浓度
•曝气池中的溶解氧浓度：前段浓度低，后段浓度高； •如果仅仅由中间的探头控制溶解氧的浓度是不够的。
优化硝化过程
• 通过DO控制 • NH4-N浓度控制
闭环控制DO
空气
生物除磷
DO 控制
污水处理厂能耗主要分布
物Mce理lceha处annin理icgal
15%
基Inf础ras设tru施cture
4%
污泥Sl处udg理e
treatment 12%
F过iltr滤ation
13%
A曝e气ration 56%
DO 控制
物Mce理lceha处annin理icgal
15%
基Inf础ras设tru施cture
优化反硝化过程的方法
• 通过NO3-N控制 • 通过回流量控制 • 通过外加碳源控制 • 通过ORP控制
优化反硝化：硝酸盐控制
空气
2 O2
NO3-N
O2
硝化/反硝化
回流污泥
NO3-N
优化反硝化过程：调整内部循环
建议NO3-N浓度： 1-2 mg/l
air
Q NO3-N
NO3-N
生物除磷
反硝化
硝化