基于氨氮的低曝气控制策略与应用效果分析

文_邓志强 周海燕 孟圆

1 北京稻香水质净化有限公司 2 北京清河北苑水务有限公司

曝气量是市政污水厂生物系统最关键的参数，其影响到污泥活性、沉降性，以及出水COD、氨氮和TN 数值。曝气量的调控一般以好氧池末端DO 值为依据，也有以ORP 作为依据，存在曝气过量的情况。以好氧池末端氨氮为依据调控曝气量，可将曝气量控制至最低，实现节能降耗，并可减少内回流所含溶解氧对缺氧池内碳源的损耗，进而提高系统脱氮效果。北京市某AAO+MBR 工艺市政污水厂为提高系统脱氮效果和节省电能消耗，根据好氧池末端氨氮值进行曝气量调节，取得了较好脱氮除磷和节能的效果。

1 工艺概况与控制措施

1.1 污水厂工艺

北京市某污水处理厂设计规模4 万t/d，采用AAO+MBR 工艺，工艺流程如图1 所示。

图1 工艺流程图

1.2 设计进出水水质

该污水厂出水执行《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11/890-2012）排放标准中B 标准,如表1 所示。

表1 设计进出水质

1.3 曝气控制策略

该污水厂在好氧池末端安装氨氮在线检测仪，氨氮控制目标值为1.0 ～2.5mg/L，未去除氨氮利用膜池曝气进行去除。风量调整通过人工调节鼓风机转速实现。运行班组每两个小时巡视一次，观察好氧池末端在线氨氮和硝氮仪数据，当发现氨氮偏离目标范围时，调整鼓风机转速，30min 后再观察氨氮数据并进行调整。当发现仪表数据可能存在数次调大曝气氨氮仍然较高、两个系列数据偏差较大等问题，则在仪表位置取样测定氨氮，进行仪表校准。

2 结果与讨论

2.1 氨氮控制效果

2020 年8月份实际水量介于3.55 万～4.43 万t/d，平均为4.20 万t/d，超设计规模5%。进水氨氮介于27.9 ～52.9mg/L，平均为42.1mg/L。1#好氧池氨氮日均值在0.55 ～2.12mg/L 之间，月均值为1.44mg/L；2#好氧池氨氮日均值在0.15～2.78 mg/L 之间，月均值为1.37mg/L，总体控制效果较好，如图2 所示。1#好氧池和2#好氧池在线氨氮最高瞬时值为4.5 和4.9mg/L，总出水氨氮日均值最高为0.46mg/L，未出现超标情况。

图2 好氧池末端和总出水氨氮平均浓度

2.2 好氧池末端DO数值

2020 年8 月份1#好氧池进口处DO 平均0.59mg/L，中间位置平均0.69mg/L，出水口平均0.97mg/L；2#好氧池进口处DO 平均0.82mg/L，中间位置平均1.05mg/L，出水口平均0.98mg/L，如图3 所示。通过采取该控制策略，好氧池实现了全程低溶氧，有利于缺氧池反硝化反应。

图3 好氧池末端DO 平均浓度

2.3 脱氮效果

2020 年8 月份进水COD 介于202 ～323mg/L，平均为245mg/L。进水TN 介于40.4 ～60.7 mg/L，平均为51.0mg/L；出水TN 介于4.65 ～14.2 mg/L，平均为8.37mg/L。△COD/△TN 平均值为5.5，未投加碳源，平均去除率达到83.5%，脱氮效果较好。

2020 年8 月26 日进行延程氮浓度分析，厌氧池和缺氧池硝态氮浓度均很低，TN 在厌氧池和缺氧池大幅降低。

2.4 除磷效果

根据延程TP 数据可以发现厌氧池释磷明显，主要原因为厌氧池硝态氮浓度（0.11mg/L）和DO（0.13mg/L）均较低。缺氧池出水TP 仅0.18mg/L，出现反硝化吸磷反应，提高了生物除磷效果。

2.5 能耗分析

8 份曝气风机电单耗介于0.062～0.144 kWh/m3，总平均电耗为0.114 kWh/m3，仅为总电耗的23.6%，如图4 所示。

图4 风机电耗和总电耗变化

3 结语

采用基于氨氮为控制目标的低曝气控制策略，好氧池末端氨氮设定值为1.0 ～2.5mg/L，通过调整风机参数进行曝气量控制，可以很好地应用于高氨氮标准的AAOMBR 工艺市政污水厂中。在实际水量为设计规模的105%情况下，进水氨氮介于27.9 ～52.9mg/L，好氧池末端氨氮日均值实际控制在0.15 ～2.78mg/L 之间，总出水氨氮日均值最高仅0.46mg/L。进水TN 平均为51.0mg/L 时，出水TN 平均为8.37mg/L，去除率达到83.6%，并且缺氧池出现反硝化吸磷反应，实现高效生物脱氮除磷。通过该控制策略，曝气风机平均能耗仅0.114 kWh/m3，节省了大量能源。