本文2024年3月1日首发于公众号:“胖先生的水处理日记”,如果您想提前学习更多有趣有料的水处理知识,欢迎搜索关注(本号只引流不回复,要想进一步交流请移步公众号)!
今天一大早,某位粉丝给胖哥发了一张图片,并询问胖哥这个题目该如何解答。
粉丝拍照的角度不太好,直接看图片有点费劲,胖哥又誊抄了下,题目如下所述。
七、附加题(共1题,共20分)
某厂设计规模16万吨/天,出水执行浙江省清洁排放标准,生反池采用 AAO顺置工艺。3月30日,出水总氨波动明显。厂部生产运行科针对该情况开展了全流程分析,结果如下表所示,请核算厌缺氧段硝态氮的去除量,分析沿程的变化情况,从图中提取有效信息,并给出调整建议。
看完这个题目后,不知道您各位都有什么感想。
反正胖哥我是觉得,这个题目的题干别看字数不多,但却比较复杂,而且非常贴合实践。
说实话,要是粉丝不说,我还以为这是哪个污水厂的运营出了总氮超标的问题,然后故意找人白嫖解决方案来了......
好了,咱就不调侃出题人了。
接下来咱大家伙就一块来分析下这道题目,看看您各位都有思路没。
这里给您各位10min的思考时间。
思考完毕后,胖哥希望您各位如实填写下面的投票,让我看看咱的粉丝中有到底多少水处理高手。
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关于以上这个题目,你有解答思路吗? 单选
一点思路都没有,根本不知道从何下手
90票56.96%
略微有点思路,但10min时间无法解答
46票29.11%
有思路,且能够在10min内分析出问题所在
22票13.92%
咱们先捋一捋这个污水处理厂的工艺流程,我画了个简图,如下所示。
▲工艺流程简图
首先,题目中已经给出了两个回流量,也即内回流量Q1=6144m³/h,外回流量Q2=3690m³/h,又知该系统每小时进水量Q3=6150m³/h。
所以内回流比R1=6144÷6150×100%≈100%,外回流比R2=3690÷6150×100%=60%,总回流比R=100%+60%=160%。
根据公式η=R÷(1+R)可知该系统的理论最高总氮去除率η=1.6÷(1+1.6)×100%=61.54%。
又已知生化系统的进水,也即沉砂池出水中氨氮=18.2mg/L,则该系统理论出水总氮值最低为18.2×(1-0.6154)=7mg/L。
题目中已经说明,该污水处理厂执行的排放标准为浙江省清洁排放标准,我查了查,浙江省生态环境厅2018年发布了一个《关于推进城镇污水处理厂清洁排放标准技术改造的指导意见》政策解读。
▲浙江省生态环境厅相关政策页面截图
其中明确说明,对新建城镇污水处理厂总氮指标日均值按照10(12)mg/L要求实施,括号内为11月至次年3月控制要求。
对改(扩)建城镇污水处理厂总氮指标日均值按照12(15)mg/L要求实施,括号内为11月至次年3月控制要求。
因为粉丝也没说该污水厂到底是个什么情况,咱就按照最严格的标准来看吧,也即TN≤10mg/L。
而咱们根据已有的回流系统推算出来的最终出水总氮值为7mg/L,明显是能够达标的,所以可以排除是因为回流倍数不够引起的总氮去除率下降的因素。
说到这,肯定会有粉丝反驳我说:
“不对啊胖哥,你计算出水总氮时用的是水中氨氮值,而并非总氮值啊,要是带入20mg/L的总氮值的话,出水总氮最低应为20×(1-0.6154)=7.7mg/L才对!”
说到这个,又不得不提一嘴前置脱氮和后置脱氮工艺的区别了。
正常的生活污水中,总氮成分中绝大多数都是凯氏氮,而几乎没有硝态氮,所以脱除总氮的过程,依照先后顺序,一般分为三个阶段:
氨化、硝化和反硝化。
至于氨化作用,主要是把有机氮通过厌氧、缺氧或者好氧作用转化为无机氨氮,如果某种废水中的凯氏氮全部都是由氨氮组成的,那么就不用考虑氨化作用。
经过氨化作用后,相当于废水中的总氮全部都是氨氮了,而传统的硝化反硝化工艺脱氮中,是无法直接把氨氮转化为氮气的。
所以还需要硝化细菌把氨氮转化为硝酸盐,然后再利用反硝化菌把硝酸盐转化为氮气,实现脱氮的效果。
所以正常的脱氮工艺,应该为后置反硝化,也即OA工艺。
但大家都知道,好氧硝化的有机负荷很低,所以要想发生硝化反应,必须得先让化能异养菌们把水中有机物代谢掉。
但好死不死的,反硝化单元中的反硝化菌,又得需要有机物作为电子供体,所以你还得在A池里面额外补充有机物,才能有效脱氮。
这就造成了有机物的浪费,从而导致水处理成本升高。
为了解决这个问题,有聪明人就发明了前置反硝化工艺,也即AO工艺。
这个工艺让废水先进A池,利用原水中的有机物作为碳源,去满足反硝化菌的需求。
但原水中并没有硝态氮啊,有机物再多又有什么用?
也好办,把O池硝化产生的硝态氮往回打,这样就能解决硝态氮的问题了。
不过您可别忘了,O池出水再怎么往回打,那也得有产水才行,而那部分产水中的硝态氮,可就没有机会经过反硝化脱氮了,只能外排。
所以前置反硝化AO工艺,实际上就是一个稀释进水中氨氮的过程,因为O池最终外排出去的硝态氮的值,就等于A池被稀释后的氨氮的值!
这下您就懂了吧,原来在AO系统中,最终影响出水总氮的关键因素,从来就不是硝态氮,而是氨氮。
所以在用η=R÷(1+R)这个公式求最终出水总氮时,我才带的原水的氨氮值,而并非包括了硝态氮的总氮值。
当然了,一般情况下,生活污水处理厂的进水中,硝态氮含量非常低,就算以进水总氮计算,结果也并没有太大差别。
就像本题中,用原水氨氮计算出水总氮的值为7mg/L,用原水总氮计算出水总氮的值为7.7mg/L,仅仅增加了0.7mg/L,并且对最终小于10mg/L的排放标准来说,差别不大。
说完了这个点,咱们继续分析下一个因素,就是溶解氧。
通过表2数据来看,厌氧池的平均溶解氧为0.14mg/L,正常。
缺氧池的平均溶解氧为0.38mg/L,但缺氧池2、3中的溶解氧分别为0.64mg/L和0.59mg/L,略微高于0.5mg/L的标准。
这是因为内回流中携带的高溶解氧导致的(8.92mg/L),所以建议适当优化好氧池中的曝气措施,降低好氧池末段溶解氧含量。
那位说了:
“胖哥,我不觉得是溶解氧的问题,毕竟就算是2、3段偏高,整体的平均值也是低于0.5mg/L的,完全满足缺氧条件!”
对,但是也不对。
我为什么这么说呢?
如果你单纯从溶解氧这一个因素上区考虑的话,当然是正确的。
但如果你再结合其余的因素一起分析的话,这就不对了。
那么到底是哪个因素,放大了溶解氧对反硝化单元的杀伤效果呢?
是C/N,也即缺氧池内的碳源!
说到这,可能又有人持怀疑态度了:
“不对啊胖哥,你看缺氧池1、2、3、4内的COD值分别为42.8mg/L、36.7mg/L、28.1mg/L和21.0mg/L。”
“而四个缺氧池对应的硝态氮值分别为6.39mg/L、6.36mg/L、6.16mg/L和5.06mg/L。”
“也即四个缺氧池对应的C/N分别为6.7、5.8、4.6和4.2,均大于4,怎么看都不像是缺乏碳源的样子!”
如果你也是这么想的,那么恭喜你,又犯了只看单个因素而忽略了整体关联的错误!
这次你忽略的是COD和溶解氧两部分。
先来看COD。
要知道反硝化需要的碳源,虽然我们时长以COD当量来指代,但实际上并非所有COD都能被反硝化菌所利用。
反硝化菌能利用的那部分有机物,必须是可生物降解的才行。
就好比这个案例中,你看缺氧池1的COD是42.8mg/L,但直到好氧池最终出水了,COD都还有21.0mg/L。
这说明,在缺氧池里面能够被利用的COD,最多只有42.8-21.0=21.8mg/L。
按照这个原则,我们再重新计算下四个缺氧池中的C/N,分别为3.3、2.5、1.2、0。
此时,你还敢说缺氧池里面的碳源够用吗?
不仅如此,就算缺氧池中仅剩的那点可供微生物利用的COD,也并没有全部用到反硝化上。
这就涉及到溶解氧了。
已知进入缺氧池1的水,有2股,其一是厌氧池2出水,其二为好氧池回流水。
厌氧池水量为1.6Q,溶解氧为0.11mg/L,内回流水量为Q,溶解氧为8.92mg/L,则刚刚进入缺氧池1的水的平均溶解氧为(8.92+0.11×1.6)÷2.6=3.5mg/L。
要知道1mg/L的溶解氧,基本上就能去除1mg/L的COD,所以在缺氧池1中,实际上被好氧消耗掉的COD差不多还得有将近4mg/L。
也即缺氧池1中可供反硝化菌利用的COD,实际上只有42.8-4-21.0=17.8mg/L,C/N仅为2.8mg/L。
看见没,就算不考虑任何实际因素,仅以反硝化脱氮的最基本化学方程式来看,这个C/N也是不太够的。
所以关于本题的答案即将揭晓:
“导致出水总氮超标的原因,在于缺氧池缺乏碳源,而采取的对策,自然也是补碳源。”
当然了,除了补碳源外,我还建议适当降低好氧池曝气强度,降低内回流携带的溶解氧量。
可别小瞧这个措施,要知道这个案例中的污水厂,每天的处理量足有15万吨,每吨多消耗4mg/L的COD,就相当于每天多投加3吨25%浓度的乙酸钠溶液,小一万块钱了,每年累积下来,绝对是一个非常恐怖的数字。
这就是积沙成塔效应,不可不防。
最后,咱们再核算下厌缺量段硝态氮的去除量。
关于这点,我准备从两方面说。
首先是运行正常时。
根据水量水质平衡分析可知,当该AAO工艺运行正常时,厌氧池的进水分为两部分:原水+回流污泥。
其中原水,也就是沉砂池出水,硝态氮含量是1.29mg/L,污泥回流混合液中的硝态氮含量是7mg/L。
那么在功能正常的厌氧池中,每天的硝态氮的总去除量计算如下:
NOx-N=(6150×24×1.29+3690×24×7)÷1000=810.324kg/d
而缺氧池的进水也是两部分:厌氧池出水+内回流进水。
而功能正常的AAO系统中,厌氧池出水中硝态氮含量为0mg/L,好氧池内回流水中硝态氮为7mg/L,因此此时缺氧池中去除的硝态氮总量计算如下:
NOx-N=6144×24×7÷1000=1032.192kg/d
因此在功能正常的AO系统中,厌氧+缺氧两个单元内硝态氮去除量=810.324+1032.192=1842.514kg/d。
再来说说现阶段功能不正常时,厌氧和缺氧单元内的硝态氮去除量。
同理,厌氧池的进水分为两部分:原水+回流污泥,缺氧池的进水也分为两部分,即厌氧出水+好氧池内回流水。
其中原水,也就是沉砂池出水,硝态氮含量是1.29mg/L,污泥回流混合液中的硝态氮含量是10.06mg/L,好氧池内回流水的硝态氮含量是11.27mg/L
那么此时的厌氧和缺氧池中,每天的硝态氮的总去除量计算如下:
(1)生反池厌氧1池内去除NOx-N=[6150×24×1.29+3690×24×10.06-(6150+3690)×24×3.11]÷1000=346.86kg/d;
(2)生反池厌氧2池去除NOx-N=(6150+3690)×24×(3.11-3.33)÷1000=-51.96kg/d;
(3)生反池缺氧1池内去除NOx-N=[(6150+3690)×24×3.33+6144×11.27-(6150+3690+6144)×6.39]÷1000=753.52kg/d;
(4)生反池缺氧2池内去除NOx-N=(6150+3690+6144)×(6.39-6.36)÷1000=0.48kg/d;
(5)生反池缺氧3池内去除NOx-N=(6150+3690+6144)×(6.36-6.16)÷1000=3.20kg/d;
(6)生反池缺氧4池内去除NOx-N=(6150+3690+6144)×(6.16-5.06)÷1000=17.58kg/d;
(7)两个厌氧池加四个缺氧池对硝态氮的总去除量=346.86-51.96+753.52+0.48+3.20+17.58=1052.1kg/d。
和功能正常时的AAO工艺相比较,现阶段AAO工艺对硝态氮的去除率,足足降低了(1842.514-1052.1)÷1842.514×100%=43%,接近一半。
怎么样,这道价值1w元月薪的面试题目,您各位都回答正确了吗?
说到这,我不禁想起来前段时间的一件事儿。
有位关注胖哥的粉丝,特别嫌弃理论学习,认为做污水处理的,有丰富的实践经验就行了,根本就不用到那些杂七杂八的理论分析。
对此,我只回复了他俩字:
“呵呵!”
别的不说,就说今天这个事儿,如果那位粉丝也要去这家大型污水厂面试,您各位觉得人家能要他吗?
还有,如果您觉得水处理这门技术,入门简单熟练难,自己学了很久了,但仍旧无法独立分析实际问题的话,那么不妨报个胖哥的水处理课程,跟着我好好学学吧。
我会教会你,面对看似复杂的实际水处理问题时,该如何去把所有因素放在一个整体维度上去综合分析,进而找到真正的“病根”。
好了,关于这个大型污水厂招聘面试题目的分析过程,到此就差不多结束了。
这其中涉及到的知识点,不知道您各位都学会了吗?
另外看在胖哥写文不易的份上,您各位走之前,一定要先给点个赞哦!
最后,十分感谢您关注胖哥的水处理日记,咱们下次继续聊水处理的那些事儿。
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我是胖先生,专注于污水处理技术研发10年有余,我会不定期在本公众号分享有关于水处理技术上的个人心得、经验和一些有趣的案例故事,欢迎大家关注、分享。
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