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关键词:污水处理厂;氧化沟;污泥膨胀;污泥沉降比;丝状菌
Reason Analysis and Control
Measures of Sludge Bulking in Xinyi WWTP
ZHANGLingfeng
(Xinyi Wastewater Treatment Plant, Jiangsu, Xinyi 221400,China)
Abstract: Through the overall analysis, reason of the sludge bulking caused of industrial high density sewage in to the operation system, and the relevant control measures were taken, including controlling the influent quality, enhancing sludge discharge, improving DO in aeration tank and controlling sludge load. After the operation for more than half month, the effluent quality is superior to the first level B criteria specified in Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant (GB18918―2002).
Key words: WWTP; oxidation ditch; sludge bulking; sludge settling ratio; Filamentous fungus
新沂城市污水处理厂一期工程1999年4月开工,2002年9月调试运行,设计总规模3万吨,采用三槽式氧化沟工艺,二期工程采用厌氧水解+A段生化池+底曝氧化沟改良工艺,出水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准设计;设计日处理4万吨(其中前段调节、厌氧水解、A段生化池和中沉池作为一二期工程共用段,按7万吨/日设计,满足一期工程提标改造)。接纳的废水组成生活污水占60%,工业废水占40%。由于排入进水管网的部分工业废水水质成分复杂,且少数企业对环保重视不够,导致进水COD浓度最高时达到8000mg/l,活性污泥污泥系统极度恶化,仅仅一天半时间SV30达到80%,污泥膨胀严重,出水各项指标均有所上升。
1 工艺流程
设计进出水水质见表1。
表1 设计进、出水水质
项 目 CODcr
(mg/l) BOD5
(mg/l) NH3-N
(mg/l) ss
(mg/l) TP
(mg/l) pH
进水() 500 300 35 300 3 6~9
出水() 60 20 8 20 1 6~9
Tab.1Designinfluentandeffluentquality
新沂市城市污水处理工艺流程图见图1。
图1新沂市城市污水处理厂工艺流程
Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process
主要构筑物已设计参数:
调节池。两组,单组尺寸为48m×30m×7.3m,有效水深为6.5m,水力停留时间为6h,每组处理水量为1954.17m3/h。起着调节水量和均化水质的作用。
A段曝气池。两组,单组尺寸为24m×10m×7.2m,有效水深为6m,水力停留时间为0.74h,溶解氧浓度为0.5mg/l。污泥产率系数为0.6kgDS/kgBOD5。起着吸附和水解的作用。
二期厌氧生物选择池。两组,单组尺寸为30m×8m×7m,水力停留时间为1h,有效水深为6m。
曝气氧化沟。两组,污泥龄为25d,有效水深为6m,水力停留时间为20.4h,污泥负荷为0.076kgBOD5/kgMLSS.d,缺氧区溶解氧浓度为0.5mg/l,好氧区浓度为2 mg/l,污泥浓度为4g/l,污泥回流比为100%,混合液回流比为200―400%,污泥产率系数为0.55 kgDS/kgBOD5。
3原因分析
二期工程调试正常运行后,进水组成由原来的纯生活污水调整为生活污水:工业废水为1:1,同时企业废水偷排漏排现象较为严重,使本厂的进水水质波动较大,处理系统长期处于超负荷运转状态,有时进水COD、SS指标高达3000mg/l,总磷最高达15 mg/l,其它指标也相应增高,处理系统经常发生污泥膨胀。
3.1 进水水质分析与控制
针对进水COD、SS偏高、负荷偏大现象,对污水厂进水水质进行实时监控,对厂外管网进行普查,寻找源头,在协调相关部门改善进水水质的同时,对每一个排放口的废水进行不定时采样分析,也找到排污规律和特点,制定合理的运行方案,调整好厂内应急设施。
9月下旬开始对进水进行控制:首先通过减少进水量尽量减少其对污水厂的冲击,其次停止进水。这样一来增加了调节池停留时间,提高了其去除率;二来对氧化沟加大曝气量,提高溶解氧;第三及时加强排泥,减少污泥龄;第四投加聚铝强制降低出水指标。
3.2 氧化沟运行参数分析与控制
①溶解氧。一直以来,控制沟内出水口溶解氧为2~4mg/l范围内,出水指标也很稳定。工业废水混入进水后,提高溶解氧到3~5 mg/l范围内,并指派专人负责掌握溶解氧变化。
②污泥浓度。以前MLSS值控制在较低水平,平均为3000 mg/l左右。从接纳工业废水以来,由于部分企业废水可生化性较低,需要加大污泥量对少量废水实现包裹去除,故尽量控制MLSS在4000 mg/l以上。
③有机负荷。长期以来好氧池有机负荷一直控制在0.05―0.1 kgBOD5/(m3.d),接纳工业废水后开始控制在0.15 kgBOD5/(m3.d)左右。
④镜检。正常处理时镜检生物相主要以钟虫、枝虫等比较活跃,工业废水进入后,引发丝状菌,本厂丝状菌主要为诺卡氏丝状菌、1701N型丝状菌、021型、球衣菌等。
控制措施及效果
根据数据分析、丝状菌鉴定和有关文献报道,判断主要是有毒的废水和由于氧化沟有机负荷急剧增高,再加上氧化沟长期曝气不足引起污泥膨胀。为此采取了以下控制措施:
①控制进水水质。严防高浓度有毒废水进入收集管网。
②控制溶解氧。原有的溶解氧无法满足微生物对高负荷废水的降解消耗,低氧状态下丝状菌有很强的耐受力,故提高了溶解氧控制范围。
③加强排泥,缩短泥龄。控制污泥龄在丝状菌世代周期内,一般控制在6―8d内。
④控制污泥负荷。增加氧化沟内MLSS浓度,控制污泥负荷超过设计值0.076kgBOD5/kgMLSS.d ,使其翻倍达到0.150kgBOD5/kgMLSS.d左右。
通过半个月的运行控制,9月底SV30值开始下降,到10月初SVI达到120mg/l,丝状菌已经被彻底控制,出水清澈,SS达标,出水COD也由原来的60--80 mg/l降到30--50 mg/l,运行系统全面恢复正常。
结论
①活性污泥中丝状菌种类繁多,在条件适宜的情况下不会引起膨胀,只有在某一条件发生改变,适应七生长的某种丝状菌开始异常生长而引起污泥膨胀,表现为SV30值异常升高,污泥沉降性能降低,稍有不慎就会引起较严重的膨胀,出水水质超标。而在轻度膨胀和进水量适当时,出水COD值反而较低,这与丝状菌生长消耗大量COD有关。
②由于活性污泥中丝状菌种类繁多,因此引起膨胀的类型众多,原因复杂,要控制丝状菌的过度生长,就要严格控制环境因素和合理控制运行参数。
Abstract: With the activated sludge process generation, sludge bulking problem has been the operation of the advance in the management of people one of the biggest challenges. In the sewage treatment compared with the popularity of Western developed countries, such as the lunwen114Netherlands, Germany, Britain, the United States, 30% to 50% of the sewage treatment plant have occurred in varying degrees of sludge bulking problem. China's sewage treatment in an early start in Shanghai, almost all of the city sewage treatment plant and a number of industrial waste water treatment plants have a certain degree of filamentous expansion.
关键词:污泥膨胀 丝状菌 絮凝体
Key words: sludge bulking filamentous floc
1 前言
自从1914年Aldern和Lockett首次发明活性污泥法处理污水技术之后,到今天的七、八十年中,活性污泥工艺由于其处理出水水质好,工艺比较稳妥可靠,而且人们在长期的实践中,在设计和运行管理等方面也积累了丰富的经验,因此,活性污泥法得到广泛的应用。长期以来,它是各种废水处理,特别是城市污水处理工艺的主流。
但是伴随着活性污泥工艺的产生,污泥膨胀问题一直是运转管理中烦忧人们的最大难题之一。在污水处理比较普及的西方发达国家,象荷兰、德国、英国、美国,有30%~50%的污水处理厂都发生过不同程度的污泥膨胀问题。在我国污水处理起步较早的上海,几乎所有的城市污水处理厂和一些工业废水处理厂都存在一定程度的丝状菌膨胀问题。
2 概况
北京高碑店污水处理厂一期工程于九三年底建成并投入运行,设计处理能力50万吨/日,设计工艺为传统活性污泥法。从试运行到正式运行,处理水量逐年增加,从94年的日均处理污水25万吨至现在的日均处理污水50万吨,工艺运行一直比较稳定,出水水质达标,取得了良好的环境效益和社会效益。
高碑店污水处理厂虽然处理工艺比较成熟,但由于是一个大型污水处理厂,所以对工艺运行控制的要求就非常高,容易出现这样或那样的问题,处理这些问题的过程,正是我们提高运行管理水平的过程,同时这些经验也能对其它污水处理厂的运行起到参考作用。九八年二月中旬,高碑店污水厂发生了污泥膨胀现象,一发现问题,我们采到了相应措施,至四月下旬完全恢复正常。下面我们就此次出现的污泥膨胀问题的成因研究以及控制过程作一报告,以供参考。
3 污泥膨胀前运行状况
污泥膨胀是由于活性污泥中丝状菌异常增殖造成的,而丝状菌的增殖需要一个过程,同时由于该厂规模大,抗冲击能力强,发生污泥膨胀不是短期内就能形成的,会有一个较长时间的积累,所以,我们有必要对污泥膨胀前的一个月时间段运行状况作一回顾。
3.1 进水状况
(1)来水构成:
高碑店污水厂上游来水包括生活废水及东郊化工厂、酒精厂等工业废水,二者比例基本为1:1,即各占50%。经环保部门测定,水中重金属等有毒物质低于国家标准。
(2)来水水量:
高碑店污水厂上游污水收集管网收集到的污水总量据测算为80万吨/日,由于高污厂一期工程日处理能力仅为50万吨,故处理水量能稳定在50万吨/日,多余污水由上游溢流口排放。
(3)BOD5值
曝气池进水BOD5 在98年1月份普遍偏低,基本上处于100mg/l以下,特别是从下旬开始,处于明显的下降趋势,最低曾达40mg/l。
(4)水温:
基本保持稳定在14℃~15℃之间。
(5)PH值:
保持在7.5左右。
3.2 曝气池参数
(1)污泥浓度:
1月份污泥浓度处在较高的水平,维持在2000mg/l左右,从1月下旬到2月下旬呈现快速升高的趋势,最高达3500mg/l以上。
(2)污泥负荷:
从1月中、下旬开始,至2月上旬这段时间,污泥负荷呈下降趋势,基本都在0.1kgBOD5/kgMLSS.d以下,最低曾达到0.05 kgBOD5/kgMLSS.d。
(3)污泥龄:
1月中旬到1月底,污泥龄基本保持在9天左右,泥龄过长,表明污泥已部分老化,抗冲击能力差。
(4)溶解氧:
从1月至2月上旬,溶解氧普遍偏高,缺氧段在0.4mg/l以上,好氧段在3mg/l以上。
(5)污泥沉降比:
从1月下旬到2月上旬呈现明显上升趋势,最高曾达30%以上,说明污泥沉降性能正在变差。
(6)污泥指数:
1月开始污泥指数就一直呈现缓慢的上升趋势,表明污泥膨胀的发生趋势。
(7)回流比:
基本控制在70%左右。
(8)剩余污泥排放量:
控制在6000m3/d左右。
3.3 微生物镜检
根据每日运行报告的镜检内容发现,从1月中旬到2月上旬,微生物种类及数量呈减少趋势,但活性较好。活性污泥结构也逐渐变差,颜色逐渐发深灰色并有少量菌丝伸出,说明污泥活性及结构正在变差,已有发生丝状菌膨胀趋势。
3.4 二沉池出水
正常,比较清澈。
4 污泥膨胀发生时的主要现象
4.1二沉池反映现象
(1)沉面现象
在沉池池面上先出现零散的片状上浮污泥,并陆续蔓延至全池,该上浮污泥呈浅褐色,伴有大量细微泡沫,不易打散,加水稀释搅拌后仍不沉淀,无异常气味。。
(2)出水非常清澈
4.2 曝气池反映现象
曝气池池面形成细微的暗褐色泡沫,取曝气池活性污泥做30分钟沉降比时,发现絮凝体沉速变慢,活性污泥的压缩性能变差。污泥容积指数急剧上升,缺氧段漂浮大量深褐色污泥,致使溶解氧测定无法进行。回流污泥面上由于搅拌产生的气泡大(乒乓球大小),且不容易破碎。
4.3 微生物镜检
进行微生物观察时,发现大量的菌丝伸出菌胶团,菌丝形状稍弯,无分枝,长度在50um~200um之间,直径在0.7~1.4um之间,菌丝上有部分附着物,内有横隔,污泥结构变差,其它指标微生物数量很少。
4.4 SVI
从图8中看出,SVI值从98年1月份开始缓慢上升趋势,从2月下旬至3月上旬呈加速上升趋势,最高达300以上,此段时间污泥膨胀程度最严重。
5 污泥膨胀成因及性质分析
5.1 污泥膨胀产生的研究理论
一般研究理论认为污泥膨胀的产生主要受以下三方面的因素影响。
(1)来水水质因素主要包括:
污水陈腐
营养物缺乏,不能维持BOD5∶N∶P=100∶5∶1 的比例关系
有毒物质偏高
(2)环境因素主要包括:
流量变化大,产生较大冲击负荷
PH值偏低
水温适宜25~30℃之间
(3)运转条件因素主要包括:
污泥负荷偏低,一般小于0.15KgBOD5/kgMLSS.d
低溶解氧,小于1mg/l
污泥龄长,传统活性污泥龄超过7天
5.2 污泥膨胀中丝状菌种类及性质
(1)不同条件下膨胀污泥中占优势的丝状菌类群
有关研究列出下表:环境条件丝状菌种类 低负荷微丝菌,诺卡氏菌,软发菌,0041型菌,0092型菌,0675型菌,0581型菌,0961型菌,0803型菌,021N型菌 底DO浓度球衣菌,发硫细菌,1701型菌,021N型菌,1863型菌和软发菌 硫化物质发硫细菌,贝氏硫细菌,1701型菌,021N型菌和球衣菌 营养不足(N,P)发硫细菌,021N型菌和球衣菌 pH值丝状真菌
(2)常见丝状菌性质(见下表) 丝状菌性质
1701 诺卡
氏菌 0041 021N 0092 软发菌球衣菌微丝菌 0581 1851 1863 硫丝菌 0603 N.limicola 0961 直径(μm) 0.7 0.7 1.4 1.2~2 0.6 0.7 1.0 0.6 0.5 0.7 1.0 0.9~1.3 0.8 1.1 1.0 长度(μm) 100 50 ≥200 ≥200 50~100 50 ≥200 100~200 50~100 100 50 50~100 50 100 100 形状稍弯稍弯稍弯卷曲稍弯直稍弯卷曲卷曲稍弯稍弯直稍弯卷曲稍弯 位置 p p p p p p p p p p f p,f p,f p p 分枝 - + - - - - T - - - -,F - - - - 滑动 - - - - - - - - - - - - - - - 鞘 + - + - - + + - -
- 附着生长物 + - + - - - - - - + - - - - - 硫粒 - - - ± - - - - - - - + - - - 内含物 ± - - ± - - ± - - + ± ± + - - 横隔 + - + + ± - + - - ± + ± + ± ± 形状 o - r v r - o - - r,o s,o r r d,s,o r 革蓝染色 - + +,- - - - - + - + - - - ± - 纳氏染色 - g - -,± + - - -,g - - g - r,g + - 注:p为从絮体内伸出;f为自由悬浮在絮体之间;T为真分枝;F为家分枝;d为圆盘形;r为正方形;s为球形;o为椭圆形;v为可变;g为绿色(属蓝藻类)。
(3)关于诺卡氏菌
有关研究表明,诺卡氏菌是丝状菌的一种,是形成生物泡沫的主要原因,它具有极强的疏水性,很难清除和被机械破碎,经常出现在二沉池表面。
5.3 高碑店污水厂此次污泥膨胀成因及性质
(1)由微生物镜检可知,高碑店污水厂此次污泥膨胀属丝状菌膨胀而不是非丝菌膨胀。
(2)由各种图表可知,此次膨胀是因来水营养物缺乏(主要是BOD5偏低),进而导致污泥负荷偏低(小于0.1Kg BOD5/kg MLSS.d),污泥龄过长(9天),正常微生物食料缺乏,缺少活性,而丝状菌过度繁殖造成的。
(3)结合微生物镜检及二沉池表象,根据研究资料,我们认为,此次污泥膨胀中丝状菌类型主要为0041型菌及诺卡氏菌两种。
(4)根据丝状菌菌丝中度,我们认为此次污泥膨胀属中度膨胀。
6 控制措施及变化过程
6.1控制措施
通过分析,我们认为此次污泥膨胀主要是由于污泥负荷偏低引起的中度丝状菌膨胀,考虑到加药可能产生的副作用,决定通过调整工艺运行参数,重点加强对曝气池的管理,来改善污泥状况。从2月10日开始我们采取了以下措施:
(1)缩短污泥龄
主要是通过加大剩余污泥排放量来实现,由原来的每天排6000立方米加大到13000立方米,回流比仍控制在70%,使污泥龄由9天左右缩短到3天左右,从而加快活性污泥更新速度。
(2)提高污泥负荷
由于加大了剩余污泥排放量,必然降低曝气池污泥浓度,由原来的2000mg/l左右,降到1200mg/l左右,从而有效地提高了污泥负荷,从原来的0.1Kg BOD5/kg MLSS.d以下,提高到0.2Kg BOD5/kg MLSS.d以上。
(3)降低溶解氧
主要方法是从原来1500m3/min的供气量调整至1000 m3/min的供气量,使溶解氧由原来的4mg/l降至2mg/l左右,为活性污泥创造有利的生存环境。
6.2 采取控制措施后变化过程
这里首先需要说明的是进水状况从各种数据来看,基本保持稳定,这也就保证了控制措施的稳定性,下面就分析一下主要参数的变化过程。
(1)污泥浓度变化:
从图2看到,从2月10日开始控制,到3月3日,历时3周左右,使污泥浓度由原来的3500mg/l左右降至1000~1500mg/l之间,并一直保持此值。
(2)污泥负荷变化:
从图3看到,在开始控制的前3周左右的时间里,污泥负荷并没有明显的变化,从第四周开始有明显的上升趋势,从0.1Kg BOD5/kg MLSS.d逐步上升到0.3Kg BOD5/kg MLSS.d左右,但由于4月4日至10日,二系列初沉池进行维护,而使二系列停止进水,至使污泥负荷有所反复,但总的趋势是上升的,并在0.2~0.3Kg BOD5/kg MLSS.d之间。
(3)污泥龄变化趋势:
从图4看到,从2月10日~3月5日污泥一直控制在3天左右,从3月6日以后,由于设备、设施维修等原因,泥龄变化幅度较大,但基本保持在3~4.5天之间。
(4)溶解氧变化:
从图5看到,缺氧段溶解氧在1月份普遍偏高达0.4mg/l以上,在污泥发生膨胀后由于池面漂浮大量污泥,至使无法测定溶解氧值,在恢复后基本在0.2mg/l以下。从图6我们看到,好氧段溶解氧在1月份也普遍偏高,达4mg/l左右。在控制期变化幅度较大,主要是受鼓风机运行状态不稳,故而延长了控制时间,在稳定后基本保持在2~3mg/l之间。
(5)沉降比变化:
从图7看,从1月下旬开始,污泥沉降比从最低的11%开始,呈反复上升趋势,到3月下旬达到最高30%左右,之后呈现逐级回落,最后稳定在10%~3mg/l之间。
(6)污泥指数变化:
从图8看到,污泥指数的变化趋势非常清晰,从1月开始,就运行在缓慢的上升通道中,至3月中旬,也就是污泥膨胀高峰期,污泥指数发生了突然上扬到300以上,之后随着控制措施的作用,呈现缓慢下降趋势,至正常时保持在100左右。
(7)微生物相变化:
从2月9日,对曝气池末端混合液进行微生物观察时,所有的絮凝体上都有菌丝,但密度较低
从2月12日~3月2日,所有絮凝体上都有菌丝,密度中度,并且菌丝之间有较多相互交织,菌丝较长50~200um,菌丝上附着物较多,并有较多游离的菌丝,并且其它类型指示微生物极少,仅观察到轮虫、盾纤虫、偶尔有少量的钟虫,污泥结构较差。
从3月3日~3月8日,丝状菌丰度降低,菌丝也变短,其中菌丝上有大量的附着物,并有较多的管叶虫、斜管虫,污泥结构较差;3月15日微生物相观察时,指示微生物明显减少,絮凝体中菌丝又明显增多、增长。3月16日~3月24日所有絮凝体上都有菌丝,密度偏高,较多的交织成网,菌丝上附着物较少,3月25日~4月3日,微生物相无明显变化,丝状菌密度中等,污泥的沉降性较差,4月10~4月13日,丝状菌丰度逐步下降,结构一般,有较多的毛虫类微生物出现,4月17日絮体上的菌丝变短,且密度极低。(见图片7)基本上恢复正常,钟虫类微生物增多,结构较好,污泥的沉降性能好。
(8)曝气池、二沉池池面变化及二沉出水水质:
从2月9日~3月2日,曝气池有大量暗褐色泡沫,不易破碎,易堆积,表明污泥膨胀仍在惯性发生,至3月3日时,暗褐色泡沫明显减少,这与曝气池MLSS降低有直接关系。在膨胀过程中,二沉池面上有大量的片状污泥上浮,由于二沉池是中心进水,周边出水的辐流式沉淀池,在出水堰板前有浮渣挡圈,阻止上浮污泥随水流失,上浮污泥给人工清除。
除3月14日、15日、16日及3月22日、23日这几天出水SS>30mg/l,这与DO过低有直接关系,其它出水水质SS为21.0~29.0mg/l,BOD为10~20mg/l。
7 结论
7.1污泥膨胀的提前判断
通过对各种趋势的分析,我们认为有两个参数对于污泥膨胀发生趋势的提前判断非常重要:一个就是污泥负荷是否连续两周以上时间维持在0.1Kg BOD5/kg MLSS.d以下,另一个就是污泥指数是否连续两周以上保持上升趋势,两者要同时参考,若同时发生,基本就可判断污泥膨胀将要发生的趋势,应立刻采取控制措施。
7.2控制污泥膨胀的时间
(1)控制措施产生作用的时间
从2月10日我们开始采取控制措施后,污泥膨胀仍惯性发展,到3月6日达到顶峰,期间为27天,然后开始转好,因此我们认为对污泥膨胀的控制措施不会立刻见到效果,而是有一定滞后期,该滞后期为污泥龄(9天)的3倍时间。
(2)从开始控制到完全恢复正常的时间
在本次控制过程中,由于设施维护导致3月6日~9日二系列停止进水4天,4月3日~9日二系列停止进水6天,同时,由于鼓风机系统故障频繁试机,使3月19日~25日这段时间供气不稳定,造成各项指标有所反复。从2月10日开始采取控制措施到4月20日完全恢复,实际共用了10周左右时间,但从图3、图5、图6、图7、图8,各项指标趋势分析,从3月6日开始至4月10日这段时间是由于设备、设施维修及故障等原因造成的控制反复,如整个系统运行连续稳定,那么这段时间中不稳定时间(约3周)应可省去,那么此程度的污泥膨胀的正常控制时间应为7周左右,而此前污泥龄为9天左右,故我们认为:这种中度污泥膨胀控制的时间应为污泥龄的5倍时间左右。
(3)综合上所述,污泥膨胀控制措施见效后的治愈期(2倍泥龄)应快于其滞后期(3倍泥龄)。
7.3 曝气池的控制参数:
通过本次污泥膨胀的控制,我们得出本厂曝气池的最佳控制参数如下:污泥浓度为1000~1500mg/l;污泥负荷为0.1~0.3kgBOD5/kgMLSS.d;污泥龄为4~6天;好氧段溶解氧为2~3mg/l;缺氧段溶解氧为0.2mg/l以下。
参考文献
1 许保玖《当代给水与废水处理原理讲义》清华大学出版社(1983)
2 翁稣颖等《环境微生物学》科学出版社(1987)
3 钱易《活性污泥沉降性能影响因素的研究环境工程科研论 文汇编》清华大学出版社(1984)
4 Michael Richard,Oliver Hao,David Jenkins(1985),Growth Kinetics of Sphaerotilus Species and their significance in activated sludge bulking,journal WPCF,Vol.57,No.2
5 钱易主编《现代废水处理新技术》中国科学技术出版社(1992)
6 顾夏声、李献文《水处理微生物学基础》中国建筑工业出版社(1991)
关键词:污水处理;活性污泥法;应用原理;影响因素
1 活性污泥法处理污水的基本性原理分析
活性污泥法主要是利用活性污泥中的一些好氧细菌以及原有的动物对污水中的有机的污水处理系统控制工作,加强对有机物来进行吸附、氧化并进行有效的分解,最终能够通过这些有机物变成二氧化碳和水。
生物化学的作用主要是在有氧的条件下来进行有效的实施,好氧的细菌凭借着自身所分泌的体外酶(一种具有生物化的活性蛋白质的生物催化作用),并能够将水中的胶体性的有机物能够分解成那种可以溶解的一些有机物的调整状态,连同污水当中所有的那些可以溶解的有机物的渗透情况来通过好氧细菌的细胞膜进入到其他新的细胞内部,然而也会通过一些细胞的生活活动的征兆体现出来。将有机物的氧化控制、分解以及合并成为新的细胞主体,并能够在最后的细菌体内酶的作用下,将有机物分解成为二氧化碳和水的成分,生物化学的过程也只能是在有氧的状态下综合进行的,也主要是利用细胞所分解出来的一些有机物所得到的能量以及营养产物才能合成新的原生质,并且在细菌的逐渐成长、分裂。
2 影响因素
在污泥生化处理的过程中关键性的处理措施主要是细菌的繁殖以及生长的调整控制工作来进行综合性的控制,根据影响效果的控制措施的不断控制,对于以下的影响因素还能够得到有效的管理控制。
2.1 有害物质中浓度的影响
还应该根据当前的状态来对有害的物质浓度控制在允许的范围,减少一定的危害性,若有较高浓度存在,则应对活性的污水来进行有效的实时性处理控制,否则也将会对微生物的生存以及水质情况造成一定的危害。
2.2 温度的影响
细菌能否正常的旺盛繁殖,其重要的影响因素就是温度的控制措施,通常情况下还应该将水温得到一定的控制,保证水温达到30℃,由于在生化的处理中,细菌都是属于一定的中温细菌控制措施,而且细菌内部的原生质以及酶大部分的构成部分是蛋白质,当存在较高温度时,蛋白质则会有凝固出现,从而破坏了酶的温度。当水温较低时,虽然无法造成细菌种类的快速性死亡,但也会对细菌有一定的影响,导致细菌停止繁殖。
2.3 PH值
PH值过高或者是过低都会使酶的活力有所降低,甚至是丧失一定的活力。而且正常情况下的PH值应控制在6.5~8.5之间。否则也将影响酶的存活质量。
2.4 污泥指数的影响
污泥指数主要是指吸附段的污水能够通过30min沉淀之后,在1g干污泥中在体积中的所占比例。大的污泥密度、污泥指数小、会有一定的凝聚沉淀形成一定的调整性控制,并且在澄清使用的过程中能够迅速的将水和沉淀物分离,这样就会具有较高的污泥指数,若是污泥松散,也就增加了和污泥的接触面积,对有机物的吸附及提供便利,存在良好的污水处理效果,若过高则会导致污泥形成膨胀,从而在沉淀池内流失。与污泥的吸附、凝聚、氧化能力以及沉淀性能有所兼顾。通常达到80~150最为适宜。应通过粪便水培养驯化的方式对活性污泥法中的活性污泥进行制作。
3 在实施过程中经常遇到的问题分析
若是污泥的上浮情况作为一种活性的污泥处理方法进行运行的一定故障信息控制,而且主要表现是:活性的污泥控制也将会二次沉淀池中出现的不沉淀后有上浮的情况都可能会直接导致清水上浮的流失。
3.1 污泥的膨胀
当一些活性的污泥内部出现一定的细菌来过度繁殖的时候,就会容易导致污泥的体积出现过度膨胀的情况,这样在水中也是不易沉降的,而且当这些污泥的膨胀情况持续的时间过长的话,也就直接导致曝气池内部的污泥浓度的降低,而在这其中最主要的原因主要是溶解氧的浓度出现过低的时候,污水中的微生物元素也会出现失调的状态,例如氮、磷的比例问题,而且若是长时间的失调,再加上PH值偏低的话,一些其他丝状的细菌就会借此机会大量的繁殖。因此在使用过程中还应及时的检查一定的污水量。
3.2 控制反硝化作用
由于在污水处理当中存在相应较多的蛋白质的控制措施,若是蛋白质水解酶的作用下就会被水解成相应的氨基酸,但是氨基酸在进入到曝气池就会通过氧化的过程转变成硝酸,该过程也主要属于消化的作用。一般情况下消化作用的进行也主要是在曝气池充分的条件下来进行试试的,若是在无氧的状态下,就会出现反噬的情况,活性污泥中的硝酸盐直接通过反硝化的作用,对硝酸盐所放出的氮气来进行有效的分解。在活性的污泥当中,氮气就会溢出来,从而变相的变大活性污泥的体积控制,而且会导致密度的变小,从而上浮从水面流失。若是反硝化作用能够有效的实施控制措施的有效调整,也将会进一步降低硝化作用下形成的硝酸盐浓度控制。
3.3 污泥腐败的情况控制
若是二次的沉淀池内部,长时间处于无氧的状态,这样活性的污泥也会直接因为缺氧的状态下产生的腐败,若是真的存在腐败那么就是发生了厌氧的反应,一般情况下能够使污泥变成黑色的主要是污泥内部存在大量的甲烷。硫化氢以及二氧化碳气体等情况,从而导致密度的降低。这样在浮上水面之后也就会随着水土流失掉。一般情况下,产生污泥腐败的主要性原因就是长期的不回流或者污泥回流的通道导致堵塞,这样在长时间的不回流污或者是回流污泥的通道不畅等情况,因此防止的方法就是在应用中要及时的进行回流的泥污情况,这样才能有效的保证疏通污泥的回流通道。
4 结语
综上所述,在许多城市中都对活性污泥污水处理方法进行应用,在使用该过程的时候还需要针对污水处理问题的投资控制问题来进行相应的控制,促使城市污水排放的形式能够达到一定的标准,并能够作为一种值得推广的污水处理方法来进行综合性调控,应得到有效地普及。
参考文献:
1 MBR工艺的工作原理
MBR(膜生物反应器)工艺的工作原理:首先通过活性污泥去除水中可生物降解的有机污染物,然后采用MBR膜(膜的孔径≤0.4 μm)将净化后的水和活性污泥进行固液分离[1],由于膜的高效固液分离能力使出水水质良好,悬浮物和浊度趋近于零,并可完全截留大肠杆菌等微生物,保持生物相的多样性。为了使得膜能够连续长期稳定地使用,在膜的下方以一定强度的错流空气不断对膜进行抖动,既起到为生物氧化的供氧作用,又能防止活性污泥附着在膜的表面造成膜的污染[2]。
2 MBR工艺的优点
(1)运行管理方便:MBR工艺通过膜将污水过滤,实现泥水分离,避免了传统的好氧生物处理过程中,由于高污泥负荷引起的污泥膨胀现象,确保了生物反应系统的正常运行和出水水质。
(2)占地面积小;因为传统的活性污泥工艺的活性污泥浓度一般在2 900~4 900 mg/L,约为MBR工艺的活性污泥浓度的1/3,而且MBR工艺不需生化沉淀池,故MBR工艺污水处理站的占地也相应减少了2/3。
(3)处理水质稳定:膜分离能够截留几乎所有的微生物,尤其针对难以沉淀的、增殖速度慢的微生物,因此系统内的生物相极大丰富,活性污泥驯化、增量的过程大大缩短,处理的深度和系统抗冲击的能力得以加强,处理水质稳定。
(4)具有很好的脱氮效果:MBR系统有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖,系统硝化效率得以提高[3]。
(5)泥龄长:延长泥龄的关键在于提高有机物的降解率。膜分离技术将污水中的大分子难降解成分“截留”在体积有限的生物反应器内,延长其停留时间,使难降解有机物降解更充分。如此,在低污泥负荷、长泥龄、高容积负荷下运行的反应器,可以实现基本无剩余污泥排放。
3 MBR工艺中消毒处理方法的选择
MBR工艺的出水已经符合回用要求,为了抑制细菌在水里的繁殖,还需要对水进行消毒。
消毒的目的主要是为了防止废水中的病原微生物污染生态环境和危害人类和牲畜的健康,而利用化学或物理的方法将其杀灭在废水中。
消毒方法大体上可分为两类:物理方法和化学方法。物理方法主要有加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等方法。化学方法是利用各种化学药剂进行消毒,常用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等[4]。氯消毒价格便宜、可靠又有成熟的经验,是应用最广的消毒剂。
在所有氯消毒剂中,二氧化氯有效氯含量最高,消毒效果最好,因此,我们采用二氧化氯消毒。考虑到二氧化氯发生器使用不稳定,并且制取二氧化氯所使用的原料中,盐酸属于危险品,采购、保管以及使用不方便,故采用成品二氧化氯直接投加。
4 MBR工艺中污泥与固废处理方法
污泥是水处理工程中的副产物,需要进一步处理污泥的目的:其一是合理处理或进一步利用有毒有害物质,最大限度稳定容易腐化发臭的有机物,防止二次污染;其二是对部分有机物进行综合二次利用,变废为宝。总之,对污泥进行减量、无害化、稳定及二次综合利用,确保污水处理的效果。
采用MBR工艺,污泥产量少,只需设置污泥贮存池,用于贮存MBR池产生的污泥,污泥池内污泥存满后用环卫车吸走外运处理。
5 MBR工艺中噪音控制措施
中水处理站的主要噪音源为鼓风机、水泵等动力设备,该方案采用如下措施降低噪声。
(1)在设备选型时,选择具有低噪音源的动力设备,并保持动力设备的运行状态处于正常工况,从源头上减少噪音的产生。
(2)施工过程中,风机配备进出口消音器,从而有效降低噪音值。
(3)风机安装中,采用变径管道进行连通,降低供气气管内气流流速,从而避免气流运行哮喘声。
(4)在设备底部以及接口处安装柔性接头以及隔震垫等,运行时声音很小,在机房外基本上听不到噪声[5]。
通过采取上述工程措施可完全保证噪声不对周围环境造成影响。
6 MBR工艺中废气控制措施
生活污水具有异味,在敞开的处理构筑物中会扩散,影响中水站附近环境,该方案采取如下措施控制异味扩散。
(1)所有的处理构筑物都设计为地下式,有效保证异味不会扩散。
(2)于异味集中区域(调节池、MBR池)顶部设引风管,将产生的异味气体引入就近的检查井中,保证异味不扩散。
(3)污水处理站上部覆土绿化。植被具有很强的异味吸收能力,而疏松多孔的土层与活性炭相似,也可以一定程度上吸收异味。在污水处理站的上部覆盖土层并种植植物便可以有效吸收异味,避免异味扩散到附近空间。
7 MBR工艺控制系统
中水站由PLC程序控制,24 h自动运行。控制系统通过主要控制指标(水位、时间、污泥量等)对各个动力设备(水泵、风机等)实施控制,同时还可监测处理量、pH和DO。
8 MBR工艺事故控制措施
考虑到高峰时(1.5倍系数)以及丰水期排水量(1.2倍系数)超过日处理量,设置应急池,用于贮存暂时处理不完的污水,待系统处理有余量后再进入处理系统进行处理。
9 经济技术分析
(1)大理复烤厂投运的污水处理及中水回用系统,污水水质、水量波动大,采用MBR膜生物处理工艺处理,出水水质相对稳定、可靠。
(2)该项目采用的地埋式中水处理站构筑物几乎不占地表面积。
(3)常规中水处理站设施都需每日开关电源、阀门等,但该项目设施采用全自动控制,不需专人值守、开关电源、阀门等,只需按保养制度定期保养,从而减轻操作人员操作负担,能为企业减少人员编制、减少成本支出。
(4)MBR工艺具有容积负荷高、处理时间短、节约占地面积、生物活性高、污泥产量低等优势,是用于中水处理及回用工程先进而稳定的工艺。
(5)因风机房进风口采用双层隔音以及空气过滤器,风机房采用消声、吸音措施,从而对周围环境噪声污染小,有利于复烤厂厂区环境管理。
中图分类号:X70 文献标识码:A污泥膨胀是一个相当复杂的问题,一直是污水厂运行管理中困扰人们的难题之一,在20世纪70年代之后,特别是近20多年来,各国相继对污泥膨胀产生的原因及控制方法开展了大量的研究工作。在污泥膨胀中,若因缺乏预见性、工艺调整滞后或不当,很容易引起丝状菌污泥膨胀。如果不能得到及时处理,就会使废水处理工作陷入被动,甚至引发严重的水处理事故。笔者结合国内外研究成果及自己的多年工作经验,就污泥膨胀的原因及采取的措施及取得的成效做较为详尽的分析,以供大家参考。
1.污泥膨胀的类型
污泥膨胀(sludge bulking)指污泥结构极度松散,体积增大、上浮,难于沉降分离影响出水水质的现象。污泥膨胀有两种类型,一是由于活性污泥中大量丝状菌的繁殖而引起的污泥丝状菌膨胀,二是由于菌胶团细菌体内大量累积高粘性物质(如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脱氧核糖等形成的多类糖)而引起的非丝状菌性膨胀。在实际运行中,一般以污泥丝状菌膨胀为主,占90%以上,因此,本文重点研究丝状菌性污泥膨胀问题。发生污泥膨胀时,主要有以下特征:(1)二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g;(2)回流污泥浓度下降;(3)二沉池中污泥层增高。
2.污泥膨胀的影响因素
2.1污泥膨胀中丝状菌种类
目前在活性污泥中发现的丝状菌有三十多种,由于尚有部分丝状菌未获得鉴定。常见的有十几种,世界各地膨胀污泥中出现最频繁的丝状菌有微丝菌、发硫菌、软发菌、浮游球衣菌、0092型、0961型、0041型、0675型、1701型、021N型。在不同的地区和不同污水中有所差异。
2.2污水的种类和性质
污水的水温、pH 值、营养成分的含量等对污泥膨胀有明显的影响。研究表明,含有易生物降解和溶解的有机成分的污水,如:酿酒废水、乳品废水、石化废水和造纸废水等容易污泥膨胀;糖类物质过多的废水容易出现丝状菌污泥膨胀,过量的碳源使微生物不能充分利用而转变为多聚糖类胞外贮存物,这种贮存物是高度亲水性化合物,易形成结合水,影响污泥的沉降性能。
2.3溶解氧
溶解氧是活性污泥运行中重要的控制参数。微生物对有机物的降解过程伴随着氧的利用。曝气池中DO浓度的高低直接影响有机物的去除效率和活性污泥的生长。菌胶团细菌和浮游球衣菌对溶解氧的需要量差别大。菌胶团细菌是严格好氧菌,浮游球衣菌是好氧菌,但它的适应性强,在微量好氧条件下仍正常生长。在较低DO条件下,大部分好氧菌几乎不能继续生长繁殖,而丝状菌由于具有较长的菌丝,有较大的比表面积和较低的氧饱和常数,比絮状菌繁殖的速度快,从而导致污泥膨胀。
2.4污水温度
温度是影响微生物生长的重要因素之一,温度过低,微生物活性不足;温度过高,细胞中生物化学反映速率和生长速率加快。温度每升高10 ℃,生化反应速率增加1倍。此外,细胞的重要组成成分如蛋白质、核酸对温度较敏感,温度升高使其遭受不可逆性的破坏。一般认为,适宜活性污泥中微生物生长的温度为15℃~35℃。
2.5污水的pH值
活性污泥是一个动态的微生态系统,其中不同种属的微生物对pH值有不同的适应范围。过高或过低的pH值不仅影响外酶及细胞内酶的活性,而且影响微生物对营养物质的吸收。丝状菌适宜在pH值5~6.5的环境中生长,菌胶团菌适宜在pH值6~8的环境中生长。Peidi研究表明,在pH值较低(≤5)的情况下,易引起丝状菌膨胀。
2.6其他
此外,污泥负荷、冲击负荷、运行方式和处理工艺均会影响污泥膨胀。
低负荷条件下,丝状菌容易占生物相优势,从而引起膨胀。高负荷导致溶氧不足,DO浓度降低也会引起污泥膨胀;当处理过程中冲击负荷的改变,短时间内水质水量产生大的波动打破了体系中正常的生态系统,丝状菌易占优势,可引起污泥膨胀;采用不同的运行方式及处理工艺,也会影响污泥膨胀。
3.污泥膨胀的控制措施
污泥膨胀一直被视作好氧生物处理的癌症,首先,到目前为止,膨胀的机理还没有搞清;其次,控制对策确定不下来,因为找不到膨胀的原因。但是可以根据经验采取一定的措施进行控制。
早期控制丝状菌污泥膨胀的主要手段是投加药剂杀死丝状菌,或投加混凝剂和助凝剂以增加污泥絮体的比重,但这些方法往往无法彻底解决污泥膨胀问题,相反地可能会带来出水水质恶化的不良后果。其后人们逐渐认识到,活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌构成一个共生的微生物生态体系,在这种共生关系中,丝状菌是不可缺少的重要微生物,对于高效、稳定地净化污水起着重要作用,并逐渐地从简单杀死丝状菌过渡到利用曝气池中的生长环境调整丝状菌的比例,从而达到控制污泥膨胀的发生即进入环境调控阶段。
第一,采用生物选择器。该法是指在曝气池中形成有利于菌胶团细菌生长的环境。选择性地增值菌胶团菌,利用生物竞争机制抑制丝状菌的过度繁殖,达到控制污泥膨胀的目的。一般是在完全混合式、推进式曝气池前增加一个停留时间比蒲圻赤短的多的生物选择器,由于其中初始混合液的底物浓度高,使菌胶团细菌得到选择性的培养,成为优势菌。常用的选择器有好氧选择器、厌氧选择器及缺氧选择器。 该法在世界范围内迅速推广应用,已成为控制污泥膨胀的主要措施。第二,调整运行工艺条件。通过调控工艺条件改善污泥微生态系统,控制丝状菌群生长因子,最终实现控制污泥膨胀。例如:对曝气池中溶解氧浓度过低引起的污泥膨胀可增加曝气量或在推进式曝气池中合理分配曝气量(增加前端,降低后端),保持曝气池中合适的溶氧浓度来控制丝状菌型污泥膨胀。有关研究表明,提高溶解氧浓度至3.4mg/L运行一段时间可有效控制污泥膨胀;对缺乏营养(N和P)、pH过低引起的污泥膨胀,可以通过增加营养和调整 pH来控制和防治。第三,根据曝气池运行调节,如气量,污泥回流比等参数,从而改变曝气池中生物种群的生态关系,但是耗时太长,但是这是最根本的方法;第四,可以采用物化调节,提高污泥的沉淀性能,投加混凝剂,如氢氧化钙,氢氧化氯等,但是这只能解决眼前的问题,不是长久之计。第五,如果能确认时丝状菌膨胀,可以投加消毒剂灭活丝状菌,如臭氧、液氯、过氧化氢等,但是一定要控制消毒剂投量和灭活动力学过程,因为如果不适当,消毒剂也会将菌胶团细菌杀死。所以,可以根据不同的情况,采取不同的措施进行处理。
结束语
污泥膨胀是一个相当复杂的问题,因为影响污泥膨胀的因素太多。由于活性污泥对底物的降解是生物化学反应过程,形成活性污泥的微生物是多种微生物的群体,既受到污水水质条件的影响,又受到运行条件及环境的影响,如污水的种类、成分、浓度、水温、负荷、溶解氧、pH值及氮磷含量等因素都会对污泥膨胀产生影响,既可能一个因素起作用,也可能多个因素协同起作用,在不同的研究条件下就可能得出不同的结论,因此,对该课题进行全面、系统的研究十分必要。
参考文献
[1]崔和平,钟艳萍.丝状菌污泥膨胀的原因及其控制方法[J].中国给水排水,2004(06).
耗能高、占据土地过多、投资成本大、消耗时间长是传统的污水处理方法的弊端。城镇污水处理行业是高消耗能源行业,电能、药耗和燃料是其主要能源消耗的几个方面。其中污水处理厂中大型用电设备有搅拌推进器、潜水泵、风机、螺杆泵等。在污水处理工艺过程中,大量消耗能源工艺过程有:污泥处理、生物处理供氧、提升污水和污泥等,其中比重最大的是污泥处理和污水生物处理过程,生化处理阶段中在曝气、污水提升及污泥处理等方面能源消耗也较大。目前在我国常见的二级城镇污水处理厂能源消耗中,总能耗10%~20%是污水提升,总能耗的50%~70%是污水生物处理能耗(主要用于曝气供氧),总能耗的10%~25%是污泥处理,直接总能耗的70%以上是这三者能源消耗之和。
2城镇污水处理厂技术研究
(1)用电设备降耗节能措施。在污水处理中是非常重要的设备,运行过程中水泵消耗着大量的电能,因此为了实现泵房的,达到污水处理节能的目标,必须要有有效的提高水泵的运行效能的措施。首先,为了在最有效的节约能耗,选择合理的水泵是非常必要的。加速变频调速方面的研发,使电机的转速得到优化,进而降低排水的单耗。现实中。在污水净化工作中,进入变频工作的状态的电动机,变频器的运转速度就可以得到调整或者是在一定范围内选择电动机最佳的运转速度来实现节约能耗,综合上述,通过对于变频器调整,使得电动机在满足正常工作情况下,实现电流最小、效率最大化,实现了降耗节能的目标。其次,减小污水在处理过程中提升的高度,进而降低污水提升泵的扬程,合理利用地形,对水泵扬程进行设计也是非常必要的。同时在高程设计时尽可能的做到一次提升,选用合理的进水口、出水口和管道连接形式,降低水头损失可以进一步达到降低能耗的效果。(2)鼓风曝气部分降耗节能措施。曝气系统和其他机械系统(如搅拌、回流污泥和二沉池设备等)是生化处理单元的主要组成,这也是污水处理厂的核心部分,全厂能耗的50%~70%是在这里产生的,对整个水厂的成本影响较大的就是曝气系统的节能降耗。与曝气效率的高低有着直接关系是曝气设备的调节能力,如果控制不到位或者调节能力,均会造成能源浪费,所以,为提升曝气效率降低能耗,我们应选择调节能力合适的曝气设备。(3)污泥处理系统降耗节能措施。随着人们对能源需求不断增加,新的能源类型被开发,其中,目前广泛应用的能源类型就有太阳能。目前,已经有研究人员在污泥厌氧消化加热工作中应用太阳能方面进行了一定的研究。经过研究发现,具有较高的吸热效率的污泥,是一种较好的吸热体,随太阳辐射强度增高浅槽式集热器水温升高,且随水深增加而降低,集热器设备可以作为厌氧消化过程中的补充热源进行应用。此外,也有研究人员以自行设计的混合太阳能污泥干燥装置,对机械脱水后的污泥进行了干燥处理,研究了该方式对污泥干燥处理的可行性。经过研究发现,太阳能对污泥进行干燥具有较高的可行性。(4)其他消耗降耗节能措施。一定量的药剂在污泥消毒、调理及除磷过程中被消耗,虽然消耗不多,但一定的节能空间也是存在的。可以将生物除磷技术应用在除磷环节,这样不仅不需要投加药剂,而且产生的污泥量也较少。选择,还可以使用高分子混凝剂的化学除磷方式来进行除磷,以降低消耗药剂。还可以进行污泥调理(包括化学调理和物理调理这样可以有效的提升污泥的脱水性能。为了实现节能降耗的目标还可以选使用辐射技术对污泥进行消毒,代替高温高压。在污水处理过程中,污水处理剂的使用量关系到污水处理厂的降耗节能的水平,因此,根据污水处理剂的单价以及特点进行综合选择是在实际的工作流程中必不可少的,最大限度上提升效果,同时要保证药剂不对于环境造成污染的基础。并且也要考虑处理剂的用量。节约处理剂的用量可以在以下几方面考虑,即传统上污水处理过程中使用的处理剂可以采用天然高分子改性处理剂来代替,这种天然高分子改性处理剂更容易被生物所降解,并且得到更高的脱水效率。此外,对污水处理中所使用到的药剂的用量进行更为精确的计算,并且提前进行方案设计,以降低在污水处理过程中对于药剂造成的额外的浪费,以期达到最佳效果。
3结语
降低城镇污水处理厂的能源能耗,可以更好的促进城镇的可持续发展。因此在实际工作中,提高对污水处理厂能耗有效认识,选择更为合理工艺系统,在确保处理后污水能够符合排放的标准,更好的实现对水资源环境的保护的目标的同时降低能源消耗。
作者:郭骁玥 单位:西南交通大学土木工程学院
参考文献:
[1]相华旭.城镇污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施[J].科技创新与应用,2017(01):195.
[2]徐一雷.污水处理厂的节能控制及优化方式[J].科技展望,2017(03):80.
[3]王广卿.城镇污水处理节能降耗措施研究应用进展[J].科技视界,2016(14):257
[4]张虎军.城镇污水厂污泥处理处置节能降耗技术的应用[J].科技展望,2016(31):115-117.
【关键词】污水处理厂;能耗;节能降耗;优化运行
1、城镇污水处理厂能耗组成
城镇污水处理厂的能量是推动各生物反应池及污水处理厂正常运转的必要条件,其能量消耗大体可以分为两类,即直接能耗和间接能耗。直接能耗包括污水提升泵、曝气系统、机械搅拌、污泥回流泵,污泥脱水等的电耗以及污泥消化投加的热能等; 间接能耗包括絮凝剂、外加碳源、氯气、活性炭等外加耗材生产过程所需的能量。
2、污水厂各处理单元节能降耗优化运行方法探讨
2.1 提升泵房单元节能优化技术探讨
污水提升泵的节能应首先从设计过程着手,考虑进行节能设计,根据管道系统的特性曲线正确科学地选择水泵,让水泵保证在其高效段工作,合理利用地形,减少污水的提升高度来降低水泵轴功率。
其次水泵配套电机的选择也非常重要,选择与水泵负荷相匹配的电机可使电机保持高效运转,虽然高效率电机价格比标准电机价格高15%~25%,但其运行维护费用低,投入运行后该部分投资可以很快回收。因此,在污水处理厂设计或升级改造工程中,可优先选用高效电机。
2.2 生化处理单元节能优化技术探讨
目前我国生化处理单元采用的技术仍然是以A/A/O 脱氮除磷工艺、氧化沟及SBR( 序批式活性污泥法) 三大工艺为主。处理单元节能降耗主要涉及3个方面: 曝气系统(主要) 、回流系统及药剂投加系统。
A/A/O 脱氮除磷工艺,SBR 工艺基本上都是采用微孔曝气,氧化沟工艺多采用转刷曝气器、倒伞式曝气器等进行机械曝气。
微孔曝气系统所需空气量由风机提供,罗茨鼓风机和TURPO 风机是当前污水处理厂中常用的鼓风机。罗茨风机通过变频器来实现节能,一般为中小型污水处理厂所采用,并且运行时必须采取相应的隔音措施。而TURPO 风机则利用其配套的MCP 控制开关柜,通过在线监测实时数据,结合进水流量情况进行风机导叶开度及开启台数的控制,对曝气量进行控制,避免风量浪费导致能耗过高。另外微孔曝气的曝气装置也是其重要组成部分,该装置材料的选择可提高氧气利用率,例如近年来被我国污水处理厂广泛采用的橡胶膜片式微孔曝气器扩散出的微小气泡直径为1.5~3.0 mm,具有较高的氧利用率和动力效率,逐步淘汰了陶粒、刚玉和粗瓷等材料制成的曝气装置。
机械曝气可分为转刷(碟) 和倒伞式曝气器两种。对于倒伞式曝气器来说,由于安装的设备数量较少,因此一般给其中1~2 台设备安装变频器来实现变负荷的节能运行。对于深沟式氧化沟采用转刷(碟) 曝气时,会相应配套推进器作为混合推流主要设备,推流设备一般耗能较低,因此水下推流设备不进行控制,保持常开; 而转刷( 碟) 则采用时序控制方式进行控制,通过控制开启台数及调整空间布置位置,以适应污水进水负荷的变化,从而实现节能优化运行。
对于A/A/O、氧化沟及SBR 工艺,曝气量的控制决定着整个系统的污水处理效果和污水处理厂的能耗水平。曝气量小会直接影响出水水质,曝气量大则会造成大量能耗,同时大量气体会打碎污泥絮体影响出水水质。目前大部分污水处理厂运行时只有当出水水质超标时才会改变曝气量,只要出水水质达到排放标准就维持曝气量恒定。当污水厂进水负荷变化时,出水指标就会产生较大波动。因为当进水负荷偏低时,会造成气量浪费,所以按需曝气将逐渐成为主要发展方向。
2.3 污泥脱水单元节能优化运行技术探讨
污泥脱水单元节能优化主要涉及脱水机类型选择、药剂的投加量等。污泥脱水机类型大致分为板框式污泥脱水机、带式污泥脱水机、离心式污泥脱水机和叠氏污泥脱水机。带式污泥脱水机受污泥负荷波动的影响小,具有出泥含水率较低且工作稳定启动能耗少等优点,但由于其存在运行环境条件较差、维护工作量大等方面的问题增加了基建费用,因而较少采用。板框式污泥脱水机与其他类型脱水机相比,污泥饼含固率最高,可高达35%,但其占地面积较大,间断式运行,效率低下,运行环境较差,存在二次污染。因此不少大型污水处理厂在污泥处理设备选型上还是更偏向于选择离心脱水机。
一些采用氧化沟工艺的污水处理厂会考虑适当延长污泥龄,减少排泥量并提高污泥中的灰分含量,这在一定程度上提高了进入污泥井的含固率,并通过合理调配二沉池、高效沉淀池排泥时间和排泥量,合理控制污泥浓缩池浓缩时间和进泥浓度等方式,提高离心机运行效率、减少脱水机组运行台数和运行时间,有效地降低能耗。
3、城市污水处理厂节能运行实例
某污水处理厂进行了节能降耗技术改造,达到了一定效果。该污水处理厂总占地面积为14.53 hm2,水厂总设计规模为35×104 m3 /d。设计分两期: 一期采用AB 工艺(其中B 段为MUCT 工艺) ,设计规模为10×104 m3 /d,于1998年投入运行; 二期采用厌氧池/三沟式氧化沟工艺,设计处理规模为25×104 m3 /d,于2001 年投入运行。
该污水处理厂最初考虑了精确曝气控制,但是最终产生的效果较差,因而于2009 年进行了节能改造,改造主要针对能耗较大的生化处理单元。改造内容包括将一期的MUCT 池在线溶解氧信号直接接入主控制柜,通过计算转换为所需风压值,让主控制柜根据实际风压与所需风压差值调整各风机导叶开度,从而实现改良型的压力与溶解氧的双重反馈控制系统,使其供氧电耗由0.066 7 降至0.048 kW・h /m3。二期厌氧池/三沟式氧化沟通过提升水泵的开启台数变化及在线溶解氧仪数值变化间接判断从而调整转刷曝气器开启台数和时间,实现转刷的时序控制。三沟式氧化沟单耗由0.173 9 降至0.158 7 kW・h /m3,达到了较为理想的节能效果。该污水厂实行相应的节能改造措施后电耗有一定下降。
结语
城市污水处理的能耗直接关系到污水处理业与环境、经济的可持续发展,因而污水处理能耗与效率的研究具有工程实用性和前瞻性,是一个综合性、可挖掘性的研究课题,然而当前关于这方面的研究还较少。
通过研究城镇污水处理厂的能耗组成、分布比例、耗能特点等可知,城镇污水处理厂节能降耗措施主要从污水提升系统、曝气系统、污泥处理系统等三方面入手,具体涉及泵、曝气设备、推动混合设备和污泥处理设备等主要耗能设备的节能选型和节能改造,优化运行管理措施。
结合我国城市污水处理现状,开展针对全国各种工艺的城市污水处理厂全流程运行能耗评估,并有针对性地开展节能降耗优化改造,将成为今后一个重要的研究方向。
参考文献
[1] 刘礼祥,张金松,施汉昌,等.城市污水厂全流程节能降耗优化运行策略探讨[J].中国给水排水,2009 ,25 (16):11-15.
【关键词】 丝状菌膨胀 剩余污泥 杀菌剂 综合治理
烯烃污水处理装置主要承担来自烯烃部的生产污水和厂区生活污水及污染雨水的处理任务,其主要成分为乙烯、聚乙烯、聚丙烯、环氧乙烷/乙二醇等。装置的纯氧曝气池是由德国Linde公司引进的。有效容积1520 m3。由于装置一直在较低的负荷运行,将纯氧曝气池改为表面曝气池使用。纯氧曝气池密封性较强,空气的置换较慢,因此加装了引风机,提高气相中的氧分压,保证充氧速率,满足水处理过程对氧的需求。装置运行中常发生丝状菌膨胀的故障。
1 装置简介
1.1工艺流程
图1 污水处理工艺流程图
1.2 污泥膨胀的影响
污泥膨胀时可以看到很多如发丝一样的丝状菌,使菌胶团间的距离增大,使活性污泥沉降性能差。严重时,污泥指数甚至达到300 ml/g,二次沉淀池难以实现固液分离,出水浑浊,造成污泥严重流失,直接影响出水的COD和悬浮物达标。同时污泥脱水也加大了难度,泥饼含水率升高。由于污泥的流失,限制了装置的污泥负荷的调整;沉降性能的下降,限制了装置的水力负荷的调整。装置的整体调控受到限制,处理能力降低。
2 消除污泥丝状膨胀的方法
污泥丝状菌膨胀后,也采用常规的投加絮凝剂和调整运行参数的方法,恢复污泥性能,由于池内菌胶团的数量较少,丝状菌占有的比例较大,一、二个月污泥性能也没有恢复。对于生产装置连续长时间出水超标,各个层面的压力都很大,经讨论研究决定:采用了投加剩余污泥的方法,快速恢复装置对污染物的降解能力。
2.1 投加活性污泥
对丝状菌膨胀造成的污泥严重流失,投加剩余污泥是快速增加生物量的最佳方法之一,剩余污泥以本装置和同类装置的污泥最为理想,其它装置的次之。本次投加剩余污泥,选用的是本装置脱水后(性能较好时)的剩余污泥和其它装置装置的剩余污泥约3吨(干泥),加入到回流污泥井内,用回流污泥泵完成,提升污泥和打散污泥的两项任务。加入剩余污泥二、三天后镜检观察,好氧菌胶团重新成为优势菌种,污泥浓度由2 g/L增加到5 g/L,污泥指数也降到了200 ml/g以下。经过10天左右的恢复、驯化,装置降解污染物的能力提高,二沉池出水COD降到60 mg/L以下,达到了国家一级排放标准,减少了对水体环境的污染。
由于活性污泥中,丝状菌的数量并没有减少;且丝状菌又具有比表面积大,获取底物营养方面要比菌胶团更有优势等因素。因此,在外界各方面条件适宜的情况下,污泥丝状菌膨胀的故障还会发生。
2.2 投加杀菌剂
为消除丝状菌潜在的影响,决定投加杀菌剂对丝状菌进行灭活。选用次氯酸钠作为杀菌剂,通过烧杯实验,次氯酸钠的投加量在10 mg/L时,对丝状菌较好有灭活作用;投加量在500 mg/L以上时,丝状菌基本上被氧化分解。实际生产中,一次性投加次氯酸钠16桶(每桶25公斤),平均加入每段曝气池,生产负荷也不需要调整。如果,按照500 mg/L投加,不但成本过高,装置中的微生物有被大量灭活的危险性,给装置的安全生产造成巨大隐患。加入次氯酸钠一段时间后,生物相中基本没有丝状菌,这正是利用了丝状菌比表面积大的特点,单位体积的丝状菌,比菌胶团承受的杀菌剂要多,杀菌剂对丝状菌灭活作用也大,菌胶团只是表层受到了一些损失,通过微生物正常繁殖和剩余污泥的排放,逐步更新被灭活的菌胶团,对装置的处理能力没有影响。
2.3 引入含杀菌剂污水
正常运行时,每周对活性污泥进行2--3次的镜检,发现有丝状菌增多的迹象时,根据丝状菌数量的多少确定次氯酸钠的投加量,从而扼制丝状菌的生长繁殖,将丝状菌膨胀的故障消除在萌芽状态,确保生化系统的稳定运行和出水的达标排放。这一措施虽然效果较好,但每月需消耗约2吨次氯酸钠,大大地增加了污水处理成本。
在排放口有一股与本系统出水混合排放的污水,其中包括一部分间是歇排放的循环水,水中含有杀菌剂。本着综合治理的原则,在排放口加装了一台潜水泵,将混合后的水回调至曝气池入口,水量约30 m3/h。即可以稀释、稳定进水水质;又可以将间歇排放的杀菌剂调入曝气池,控制丝状菌繁殖,节约了生产成本。图三,是当前的生物相。增加会调水后,进水COD基本稳定,污泥沉降性能良好,装置运行平稳,出水指标保持在排放标准以下。说明:装置采取回调水的措施得当,达到了预期目的。
3 结论
(1)丝状菌膨胀故障所带来的污泥流失和出水超标故障,通过投加剩余污泥的方法可以快速恢复,从而减少对水体环境的污染。
【关键词】污泥;处理方法;最终处置
0 引言
随着我国城镇化水平不断提高,污水处理设施建设得到了高速发展。据《2013-2017年中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计,2010年我国城镇污水处理厂已经建有2500多座,城市污水处理能力已达到每天1.22亿吨,为实现国家的减排目标和水环境改善,做出了巨大贡献。但是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥,以含水率80%计,全国年污泥总产水量将很快突破3000万吨,污泥处理形势十分严峻。因此,针对污水厂污泥的成份、含水率等方面的情况,选择合适的污泥处理处置工艺,对于推进污泥的综合利用,实现资源化、能源化具有重要作用。
1 污泥处理处置原则
(1)污泥处理处置规划应纳入国家和地方城镇污水处理设施建设规划。污泥处理处置规划应符合城乡规划,并结合当地实际与环境卫生、园林绿化、土地利用等相关专业规划相协调。
(2)污泥处理处置应统一规划,合理布局。污泥处理处置设施宜相对集中设置,鼓励将若干城镇污水处理厂的污泥集中处理处置。
(3)应根据城镇污水处理厂的规划污泥产生量,合理确定污泥处理处置设施的规模;近期建设规模,应根据近期污水量和进水水质确定,充分发挥设施的投资和运行效益。
(4)城镇污水处理厂新建、改建和扩建时,污泥处理处置设施应与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。污泥处理必须满足污泥处置的要求,达不到规定要求的项目不能通过验收;目前污泥处理设施尚未满足处置要求的,应加快整改、建设,确保污泥安全处置。
(5)城镇污水处理厂建设应统筹兼顾污泥处理处置,减少污泥产生量,节约污泥处理处置费用。对于污泥未妥善处理处置的,可按照有关规定核减城镇污水处理厂对主要污染物的削减量。
(6)严格控制污泥中的重金属和有毒有害物质。工业废水必须按规定在企业内进行预处理,去除重金属和其他有毒有害物质,达到国家、地方或者行业规定的排放标准。
2 污泥处理处置方法比较
2.1 卫生填埋
卫生填埋处置方法简单、易行、成本低,污泥又不需要高度脱水,适应性强。但是污泥填埋也存在一些问题,尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体,如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷,若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。
2.2 土地利用
污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点,被认为是最有发展潜力的一种处置方式,科学合理的土地利用,可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地(如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地)的修复与重建,减少了污泥对人类生活的潜在威胁,既处置了污泥又恢复了生态环境。
2.3 焚烧
湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍,没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难,而且在能耗上也是极不经济的。以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法之一,它能使有机物全部碳化,杀死病原体,可最大限度地减少污泥体积;但是其缺点在于处理设施投资大,处理费用高,设备维护成本高,而且产生强致癌物质二恶英。
2.4 污泥干燥
污泥干燥是应用人工热源以工业化设备对污泥进行深度脱水的处理方法,尽管污泥干燥的直接结果是污泥含水率的下降(脱水),但与机械脱水相比,其应用目的与效果均有很大的不同。污泥机械脱水(也包括污泥浓缩),其应用的目的以减少污泥处理的体积为主,但脱水污泥饼除了含水率和相关的物理性质,如流动性与原状污泥有差异外,其化学、生物等方面性质并不因脱水而产生变化。污泥干燥则由于提高水分蒸发强度的要求,使用人工热源,其操作温度(对污泥颗粒而言)通常大于100℃,干燥对污泥的处理效应,不仅是深度脱水,还具有热处理的效应。
2.5 石灰投加技术
脱水后的污泥进入料斗,料斗中加入石灰和氨基璜酸,石灰投量为湿泥量的10%-15%,氨基璜酸的投量约为石灰投量的1%。由于氨基璜酸在反应过程中产生氨气,增强了整个工艺的杀菌效果,降低了反应温度。污泥、生石灰和氨基璜酸在料斗中搅拌后,由双螺旋进料机推入柱塞泵进料口,通过柱塞泵送入反应器,在70℃下停留30 min,输出的产品可达到美国EPA PART503 CLASS A标准。反应后的污泥泵送至料仓,密封容器中产生的气体经洗涤塔处理后排放。