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    污水处理中AAO工艺如何控制和减少碳排放?

    发布时间:2022/02/28 点击量:0
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    碳减排已经成为全球趋势,但我国现阶段在污水处理领域碳减排问题上重视程度还有待于提升。AAO(anaerobic-anoxic-oxic)工艺即厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺,是在厌氧好氧脱氮工艺的基础上开发的一种可以同步达到脱氮除磷效果的活性污泥处理工艺。目前已经运营的污水厂中大多使用以AAO工艺为基础的污水处理工艺。

    AAO工艺得到广泛运用的主要原因在于其工艺流程相对简单,不易出现污泥膨胀问题,运行成本不高,且出水水质较好,可以有效去除污水中氮、磷等污染物,一定程度上解决了污水厂可能面临的二次污染问题。其污水处理过程中产生的碳排放主要以碳源和碳汇形式存在,对碳源和碳汇的分析来源于IPCC目前用于界定碳排放核算边界的主要界定方法。目前,国内外用于界定碳排放核算边界的方法最常用的有碳源和碳汇界定方法以及碳足迹界定方法。碳源即处理过程中产生的直接碳排放和间接碳排放,而碳汇则是指处理过程中减少的碳排放,如沼气、热能回用等。直接排放主要以CO2、CH4和N2O等温室气体的形式存在,而间接排放则考虑在直接排放过程中能源生产设施、电力设施等运行所产生的能耗以及处理过程中药剂投加所制造的外加碳源。

    AAO工艺从整个工艺流程上来看,气体产物主要包括好氧段曝气排放的CO2和好氧段、二沉池回流污泥进入缺氧厌氧段经过反硝化反应脱氮产生的N2O,这些均属于直接排放。间接排放则包括设备运行电耗和污水处理环节输送过程能耗以及药剂投加产生的外加补充碳源,如反硝化过程中由于碳源不足在缺氧池投加甲醇、污水消毒处理投加氯等。其中,曝气系统是生物处理单元的主要能耗设备,其运行情况直接影响处理过程中溶解氧浓度与实际处理效果。与污泥处理处置不同,污水处理过程中基本没有碳汇产生。从质量守恒角度对AAO工艺的碳源和碳汇进行分析,将目前上海大型污水厂采用的AAO工艺用简易流程图表现,如图1所示。

    控制和减少碳排放只能通过减少直接排放和间接排放来实现,具体到AAO工艺的各个处理环节如下。

    (1)控制曝气沉砂池供气量。由于目前大部分城市的市政管道未实现雨污分流或分流不彻底,污水厂进水量不稳定,有时候远小于进水量设计值,而曝气沉砂池配置的鼓风机供气量过大,会导致水中溶解氧含量过高,从而影响后续AAO各工艺段处理效果。因此,应根据污水处理厂实际运行、生产情况,按比例降低曝气沉砂池的供气量,降低进入污水中的含氧量,保证后续各段处理单元的处理效果,减少因运行效果不好产生的多余碳排放。

    (2)合理选择曝气方式和控制曝气量。曝气系统是AAO工艺的主要能耗和CO2排放设备,不仅直接影响污水中溶解氧浓度与处理效果,同时也贡献了大部分的碳排放。因此,优化曝气环节对AAO工艺实现碳减排起到关键作用。首先,需根据污水厂处理规模等实际情况选择更优的曝气方式,如上海大中型污水处理厂均选择鼓风曝气;其次,在确定使用鼓风曝气后,需综合考虑风量、压力等因素,如风量小可选择罗茨鼓风机,大风量可优先考虑单机离心机等;此外,根据实际运行情况还应合理安排曝气器的方向,并控制合理的曝气量,及时调整生化系统参数。

    (3)科学设置内回流比、外回流比。将内回流比分别设置为100%、150%、180%、200%的试验结果表明,当内回流比为180%时,系统内总氮的平均去除率可达63.50%,且脱氮效果越好,外回流至厌氧池的硝态氮就越少,越有利于总磷的去除,提高总磷的去除率。系统的尾端溶解氧浓度、外回流比及内回流比均与污水厂的能耗成正比。但是,内回流比如果设定过高,好氧池尾端的溶解氧则会随混合液流向缺氧段,在一定条件下催生硝化反应,从而影响系统内氨、氮的去除效果,反而产生电耗、能耗等间接排放,增加系统的运行负担。当AAO的外回流比由60%上升到100%时,系统生物段的污泥浓度会随之增加,有利于COD的去除。但是,若过高的外回流比长期存在,会导致硝态氮、溶解氧进入厌氧区内,阻碍厌氧段内的释磷反应,从而影响整体的运行效果。

    (4)控制缺氧段和消毒池外加碳源投加。在药剂和其他外加碳源的投加上,也需进行合理配置及利用,量少无法保证反硝化速率,但过量投加则浪费化学药剂,从而产生多余的碳排放。因此,碳源的适度投加有助于实现污水处理厂低碳运行的目标。

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