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關鍵詞:污水處理廠;氧化溝;污泥膨脹;污泥沉降比;絲狀菌
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
新沂城市污水處理廠一期工程1999年4月開工,2002年9月調試運行,設計總規模3萬噸,采用三槽式氧化溝工藝,二期工程采用厭氧水解+A段生化池+底曝氧化溝改良工藝,出水水質按《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準設計;設計日處理4萬噸(其中前段調節、厭氧水解、A段生化池和中沉池作為一二期工程共用段,按7萬噸/日設計,滿足一期工程提標改造)。接納的廢水組成生活污水占60%,工業廢水占40%。由于排入進水管網的部分工業廢水水質成分復雜,且少數企業對環保重視不夠,導致進水COD濃度最高時達到8000mg/l,活性污泥污泥系統極度惡化,僅僅一天半時間SV30達到80%,污泥膨脹嚴重,出水各項指標均有所上升。
1 工藝流程
設計進出水水質見表1。
表1 設計進、出水水質
項 目 CODcr
(mg/l) BOD5
(mg/l) NH3-N
(mg/l) ss
(mg/l) TP
(mg/l) pH
進水() 500 300 35 300 3 6~9
出水() 60 20 8 20 1 6~9
Tab.1Designinfluentandeffluentquality
新沂市城市污水處理工藝流程圖見圖1。
圖1新沂市城市污水處理廠工藝流程
Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process
主要構筑物已設計參數:
調節池。兩組,單組尺寸為48m×30m×7.3m,有效水深為6.5m,水力停留時間為6h,每組處理水量為1954.17m3/h。起著調節水量和均化水質的作用。
A段曝氣池。兩組,單組尺寸為24m×10m×7.2m,有效水深為6m,水力停留時間為0.74h,溶解氧濃度為0.5mg/l。污泥產率系數為0.6kgDS/kgBOD5。起著吸附和水解的作用。
二期厭氧生物選擇池。兩組,單組尺寸為30m×8m×7m,水力停留時間為1h,有效水深為6m。
曝氣氧化溝。兩組,污泥齡為25d,有效水深為6m,水力停留時間為20.4h,污泥負荷為0.076kgBOD5/kgMLSS.d,缺氧區溶解氧濃度為0.5mg/l,好氧區濃度為2 mg/l,污泥濃度為4g/l,污泥回流比為100%,混合液回流比為200―400%,污泥產率系數為0.55 kgDS/kgBOD5。
3原因分析
二期工程調試正常運行后,進水組成由原來的純生活污水調整為生活污水:工業廢水為1:1,同時企業廢水偷排漏排現象較為嚴重,使本廠的進水水質波動較大,處理系統長期處于超負荷運轉狀態,有時進水COD、SS指標高達3000mg/l,總磷最高達15 mg/l,其它指標也相應增高,處理系統經常發生污泥膨脹。
3.1 進水水質分析與控制
針對進水COD、SS偏高、負荷偏大現象,對污水廠進水水質進行實時監控,對廠外管網進行普查,尋找源頭,在協調相關部門改善進水水質的同時,對每一個排放口的廢水進行不定時采樣分析,也找到排污規律和特點,制定合理的運行方案,調整好廠內應急設施。
9月下旬開始對進水進行控制:首先通過減少進水量盡量減少其對污水廠的沖擊,其次停止進水。這樣一來增加了調節池停留時間,提高了其去除率;二來對氧化溝加大曝氣量,提高溶解氧;第三及時加強排泥,減少污泥齡;第四投加聚鋁強制降低出水指標。
3.2 氧化溝運行參數分析與控制
①溶解氧。一直以來,控制溝內出水口溶解氧為2~4mg/l范圍內,出水指標也很穩定。工業廢水混入進水后,提高溶解氧到3~5 mg/l范圍內,并指派專人負責掌握溶解氧變化。
②污泥濃度。以前MLSS值控制在較低水平,平均為3000 mg/l左右。從接納工業廢水以來,由于部分企業廢水可生化性較低,需要加大污泥量對少量廢水實現包裹去除,故盡量控制MLSS在4000 mg/l以上。
③有機負荷。長期以來好氧池有機負荷一直控制在0.05―0.1 kgBOD5/(m3.d),接納工業廢水后開始控制在0.15 kgBOD5/(m3.d)左右。
④鏡檢。正常處理時鏡檢生物相主要以鐘蟲、枝蟲等比較活躍,工業廢水進入后,引發絲狀菌,本廠絲狀菌主要為諾卡氏絲狀菌、1701N型絲狀菌、021型、球衣菌等。
控制措施及效果
根據數據分析、絲狀菌鑒定和有關文獻報道,判斷主要是有毒的廢水和由于氧化溝有機負荷急劇增高,再加上氧化溝長期曝氣不足引起污泥膨脹。為此采取了以下控制措施:
①控制進水水質。嚴防高濃度有毒廢水進入收集管網。
②控制溶解氧。原有的溶解氧無法滿足微生物對高負荷廢水的降解消耗,低氧狀態下絲狀菌有很強的耐受力,故提高了溶解氧控制范圍。
③加強排泥,縮短泥齡??刂莆勰帻g在絲狀菌世代周期內,一般控制在6―8d內。
④控制污泥負荷。增加氧化溝內MLSS濃度,控制污泥負荷超過設計值0.076kgBOD5/kgMLSS.d ,使其翻倍達到0.150kgBOD5/kgMLSS.d左右。
通過半個月的運行控制,9月底SV30值開始下降,到10月初SVI達到120mg/l,絲狀菌已經被徹底控制,出水清澈,SS達標,出水COD也由原來的60--80 mg/l降到30--50 mg/l,運行系統全面恢復正常。
結論
①活性污泥中絲狀菌種類繁多,在條件適宜的情況下不會引起膨脹,只有在某一條件發生改變,適應七生長的某種絲狀菌開始異常生長而引起污泥膨脹,表現為SV30值異常升高,污泥沉降性能降低,稍有不慎就會引起較嚴重的膨脹,出水水質超標。而在輕度膨脹和進水量適當時,出水COD值反而較低,這與絲狀菌生長消耗大量COD有關。
②由于活性污泥中絲狀菌種類繁多,因此引起膨脹的類型眾多,原因復雜,要控制絲狀菌的過度生長,就要嚴格控制環境因素和合理控制運行參數。
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.
關鍵詞:污泥膨脹 絲狀菌 絮凝體
Key words: sludge bulking filamentous floc
1 前言
自從1914年Aldern和Lockett首次發明活性污泥法處理污水技術之后,到今天的七、八十年中,活性污泥工藝由于其處理出水水質好,工藝比較穩妥可靠,而且人們在長期的實踐中,在設計和運行管理等方面也積累了豐富的經驗,因此,活性污泥法得到廣泛的應用。長期以來,它是各種廢水處理,特別是城市污水處理工藝的主流。
但是伴隨著活性污泥工藝的產生,污泥膨脹問題一直是運轉管理中煩憂人們的最大難題之一。在污水處理比較普及的西方發達國家,象荷蘭、德國、英國、美國,有30%~50%的污水處理廠都發生過不同程度的污泥膨脹問題。在我國污水處理起步較早的上海,幾乎所有的城市污水處理廠和一些工業廢水處理廠都存在一定程度的絲狀菌膨脹問題。
2 概況
北京高碑店污水處理廠一期工程于九三年底建成并投入運行,設計處理能力50萬噸/日,設計工藝為傳統活性污泥法。從試運行到正式運行,處理水量逐年增加,從94年的日均處理污水25萬噸至現在的日均處理污水50萬噸,工藝運行一直比較穩定,出水水質達標,取得了良好的環境效益和社會效益。
高碑店污水處理廠雖然處理工藝比較成熟,但由于是一個大型污水處理廠,所以對工藝運行控制的要求就非常高,容易出現這樣或那樣的問題,處理這些問題的過程,正是我們提高運行管理水平的過程,同時這些經驗也能對其它污水處理廠的運行起到參考作用。九八年二月中旬,高碑店污水廠發生了污泥膨脹現象,一發現問題,我們采到了相應措施,至四月下旬完全恢復正常。下面我們就此次出現的污泥膨脹問題的成因研究以及控制過程作一報告,以供參考。
3 污泥膨脹前運行狀況
污泥膨脹是由于活性污泥中絲狀菌異常增殖造成的,而絲狀菌的增殖需要一個過程,同時由于該廠規模大,抗沖擊能力強,發生污泥膨脹不是短期內就能形成的,會有一個較長時間的積累,所以,我們有必要對污泥膨脹前的一個月時間段運行狀況作一回顧。
3.1 進水狀況
(1)來水構成:
高碑店污水廠上游來水包括生活廢水及東郊化工廠、酒精廠等工業廢水,二者比例基本為1:1,即各占50%。經環保部門測定,水中重金屬等有毒物質低于國家標準。
(2)來水水量:
高碑店污水廠上游污水收集管網收集到的污水總量據測算為80萬噸/日,由于高污廠一期工程日處理能力僅為50萬噸,故處理水量能穩定在50萬噸/日,多余污水由上游溢流口排放。
(3)BOD5值
曝氣池進水BOD5 在98年1月份普遍偏低,基本上處于100mg/l以下,特別是從下旬開始,處于明顯的下降趨勢,最低曾達40mg/l。
(4)水溫:
基本保持穩定在14℃~15℃之間。
(5)PH值:
保持在7.5左右。
3.2 曝氣池參數
(1)污泥濃度:
1月份污泥濃度處在較高的水平,維持在2000mg/l左右,從1月下旬到2月下旬呈現快速升高的趨勢,最高達3500mg/l以上。
(2)污泥負荷:
從1月中、下旬開始,至2月上旬這段時間,污泥負荷呈下降趨勢,基本都在0.1kgBOD5/kgMLSS.d以下,最低曾達到0.05 kgBOD5/kgMLSS.d。
(3)污泥齡:
1月中旬到1月底,污泥齡基本保持在9天左右,泥齡過長,表明污泥已部分老化,抗沖擊能力差。
(4)溶解氧:
從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:
從1月下旬到2月上旬呈現明顯上升趨勢,最高曾達30%以上,說明污泥沉降性能正在變差。
(6)污泥指數:
1月開始污泥指數就一直呈現緩慢的上升趨勢,表明污泥膨脹的發生趨勢。
(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 微生物鏡檢
根據每日運行報告的鏡檢內容發現,從1月中旬到2月上旬,微生物種類及數量呈減少趨勢,但活性較好?;钚晕勰嘟Y構也逐漸變差,顏色逐漸發深灰色并有少量菌絲伸出,說明污泥活性及結構正在變差,已有發生絲狀菌膨脹趨勢。
3.4 二沉池出水
正常,比較清澈。
4 污泥膨脹發生時的主要現象
4.1二沉池反映現象
(1)沉面現象
在沉池池面上先出現零散的片狀上浮污泥,并陸續蔓延至全池,該上浮污泥呈淺褐色,伴有大量細微泡沫,不易打散,加水稀釋攪拌后仍不沉淀,無異常氣味。。
(2)出水非常清澈
4.2 曝氣池反映現象
曝氣池池面形成細微的暗褐色泡沫,取曝氣池活性污泥做30分鐘沉降比時,發現絮凝體沉速變慢,活性污泥的壓縮性能變差。污泥容積指數急劇上升,缺氧段漂浮大量深褐色污泥,致使溶解氧測定無法進行。回流污泥面上由于攪拌產生的氣泡大(乒乓球大小),且不容易破碎。
4.3 微生物鏡檢
進行微生物觀察時,發現大量的菌絲伸出菌膠團,菌絲形狀稍彎,無分枝,長度在50um~200um之間,直徑在0.7~1.4um之間,菌絲上有部分附著物,內有橫隔,污泥結構變差,其它指標微生物數量很少。
4.4 SVI
從圖8中看出,SVI值從98年1月份開始緩慢上升趨勢,從2月下旬至3月上旬呈加速上升趨勢,最高達300以上,此段時間污泥膨脹程度最嚴重。
5 污泥膨脹成因及性質分析
5.1 污泥膨脹產生的研究理論
一般研究理論認為污泥膨脹的產生主要受以下三方面的因素影響。
(1)來水水質因素主要包括:
污水陳腐
營養物缺乏,不能維持BOD5∶N∶P=100∶5∶1 的比例關系
有毒物質偏高
(2)環境因素主要包括:
流量變化大,產生較大沖擊負荷
PH值偏低
水溫適宜25~30℃之間
(3)運轉條件因素主要包括:
污泥負荷偏低,一般小于0.15KgBOD5/kgMLSS.d
低溶解氧,小于1mg/l
污泥齡長,傳統活性污泥齡超過7天
5.2 污泥膨脹中絲狀菌種類及性質
(1)不同條件下膨脹污泥中占優勢的絲狀菌類群
有關研究列出下表:環境條件絲狀菌種類 低負荷微絲菌,諾卡氏菌,軟發菌,0041型菌,0092型菌,0675型菌,0581型菌,0961型菌,0803型菌,021N型菌 底DO濃度球衣菌,發硫細菌,1701型菌,021N型菌,1863型菌和軟發菌 硫化物質發硫細菌,貝氏硫細菌,1701型菌,021N型菌和球衣菌 營養不足(N,P)發硫細菌,021N型菌和球衣菌 pH值絲狀真菌
(2)常見絲狀菌性質(見下表) 絲狀菌性質
1701 諾卡
氏菌 0041 021N 0092 軟發菌球衣菌微絲菌 0581 1851 1863 硫絲菌 0603 N.limicola 0961 直徑(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 長度(μm) 100 50 ≥200 ≥200 50~100 50 ≥200 100~200 50~100 100 50 50~100 50 100 100 形狀稍彎稍彎稍彎卷曲稍彎直稍彎卷曲卷曲稍彎稍彎直稍彎卷曲稍彎 位置 p p p p p p p p p p f p,f p,f p p 分枝 - + - - - - T - - - -,F - - - - 滑動 - - - - - - - - - - - - - - - 鞘 + - + - - + + - -
- 附著生長物 + - + - - - - - - + - - - - - 硫粒 - - - ± - - - - - - - + - - - 內含物 ± - - ± - - ± - - + ± ± + - - 橫隔 + - + + ± - + - - ± + ± + ± ± 形狀 o - r v r - o - - r,o s,o r r d,s,o r 革藍染色 - + +,- - - - - + - + - - - ± - 納氏染色 - g - -,± + - - -,g - - g - r,g + - 注:p為從絮體內伸出;f為自由懸浮在絮體之間;T為真分枝;F為家分枝;d為圓盤形;r為正方形;s為球形;o為橢圓形;v為可變;g為綠色(屬藍藻類)。
(3)關于諾卡氏菌
有關研究表明,諾卡氏菌是絲狀菌的一種,是形成生物泡沫的主要原因,它具有極強的疏水性,很難清除和被機械破碎,經常出現在二沉池表面。
5.3 高碑店污水廠此次污泥膨脹成因及性質
(1)由微生物鏡檢可知,高碑店污水廠此次污泥膨脹屬絲狀菌膨脹而不是非絲菌膨脹。
(2)由各種圖表可知,此次膨脹是因來水營養物缺乏(主要是BOD5偏低),進而導致污泥負荷偏低(小于0.1Kg BOD5/kg MLSS.d),污泥齡過長(9天),正常微生物食料缺乏,缺少活性,而絲狀菌過度繁殖造成的。
(3)結合微生物鏡檢及二沉池表象,根據研究資料,我們認為,此次污泥膨脹中絲狀菌類型主要為0041型菌及諾卡氏菌兩種。
(4)根據絲狀菌菌絲中度,我們認為此次污泥膨脹屬中度膨脹。
6 控制措施及變化過程
6.1控制措施
通過分析,我們認為此次污泥膨脹主要是由于污泥負荷偏低引起的中度絲狀菌膨脹,考慮到加藥可能產生的副作用,決定通過調整工藝運行參數,重點加強對曝氣池的管理,來改善污泥狀況。從2月10日開始我們采取了以下措施:
(1)縮短污泥齡
主要是通過加大剩余污泥排放量來實現,由原來的每天排6000立方米加大到13000立方米,回流比仍控制在70%,使污泥齡由9天左右縮短到3天左右,從而加快活性污泥更新速度。
(2)提高污泥負荷
由于加大了剩余污泥排放量,必然降低曝氣池污泥濃度,由原來的2000mg/l左右,降到1200mg/l左右,從而有效地提高了污泥負荷,從原來的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
主要方法是從原來1500m3/min的供氣量調整至1000 m3/min的供氣量,使溶解氧由原來的4mg/l降至2mg/l左右,為活性污泥創造有利的生存環境。
6.2 采取控制措施后變化過程
這里首先需要說明的是進水狀況從各種數據來看,基本保持穩定,這也就保證了控制措施的穩定性,下面就分析一下主要參數的變化過程。
(1)污泥濃度變化:
從圖2看到,從2月10日開始控制,到3月3日,歷時3周左右,使污泥濃度由原來的3500mg/l左右降至1000~1500mg/l之間,并一直保持此值。
(2)污泥負荷變化:
從圖3看到,在開始控制的前3周左右的時間里,污泥負荷并沒有明顯的變化,從第四周開始有明顯的上升趨勢,從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,二系列初沉池進行維護,而使二系列停止進水,至使污泥負荷有所反復,但總的趨勢是上升的,并在0.2~0.3Kg BOD5/kg MLSS.d之間。
(3)污泥齡變化趨勢:
從圖4看到,從2月10日~3月5日污泥一直控制在3天左右,從3月6日以后,由于設備、設施維修等原因,泥齡變化幅度較大,但基本保持在3~4.5天之間。
(4)溶解氧變化:
從圖5看到,缺氧段溶解氧在1月份普遍偏高達0.4mg/l以上,在污泥發生膨脹后由于池面漂浮大量污泥,至使無法測定溶解氧值,在恢復后基本在0.2mg/l以下。從圖6我們看到,好氧段溶解氧在1月份也普遍偏高,達4mg/l左右。在控制期變化幅度較大,主要是受鼓風機運行狀態不穩,故而延長了控制時間,在穩定后基本保持在2~3mg/l之間。
(5)沉降比變化:
從圖7看,從1月下旬開始,污泥沉降比從最低的11%開始,呈反復上升趨勢,到3月下旬達到最高30%左右,之后呈現逐級回落,最后穩定在10%~3mg/l之間。
(6)污泥指數變化:
從圖8看到,污泥指數的變化趨勢非常清晰,從1月開始,就運行在緩慢的上升通道中,至3月中旬,也就是污泥膨脹高峰期,污泥指數發生了突然上揚到300以上,之后隨著控制措施的作用,呈現緩慢下降趨勢,至正常時保持在100左右。
(7)微生物相變化:
從2月9日,對曝氣池末端混合液進行微生物觀察時,所有的絮凝體上都有菌絲,但密度較低
從2月12日~3月2日,所有絮凝體上都有菌絲,密度中度,并且菌絲之間有較多相互交織,菌絲較長50~200um,菌絲上附著物較多,并有較多游離的菌絲,并且其它類型指示微生物極少,僅觀察到輪蟲、盾纖蟲、偶爾有少量的鐘蟲,污泥結構較差。
從3月3日~3月8日,絲狀菌豐度降低,菌絲也變短,其中菌絲上有大量的附著物,并有較多的管葉蟲、斜管蟲,污泥結構較差;3月15日微生物相觀察時,指示微生物明顯減少,絮凝體中菌絲又明顯增多、增長。3月16日~3月24日所有絮凝體上都有菌絲,密度偏高,較多的交織成網,菌絲上附著物較少,3月25日~4月3日,微生物相無明顯變化,絲狀菌密度中等,污泥的沉降性較差,4月10~4月13日,絲狀菌豐度逐步下降,結構一般,有較多的毛蟲類微生物出現,4月17日絮體上的菌絲變短,且密度極低。(見圖片7)基本上恢復正常,鐘蟲類微生物增多,結構較好,污泥的沉降性能好。
(8)曝氣池、二沉池池面變化及二沉出水水質:
從2月9日~3月2日,曝氣池有大量暗褐色泡沫,不易破碎,易堆積,表明污泥膨脹仍在慣性發生,至3月3日時,暗褐色泡沫明顯減少,這與曝氣池MLSS降低有直接關系。在膨脹過程中,二沉池面上有大量的片狀污泥上浮,由于二沉池是中心進水,周邊出水的輻流式沉淀池,在出水堰板前有浮渣擋圈,阻止上浮污泥隨水流失,上浮污泥給人工清除。
除3月14日、15日、16日及3月22日、23日這幾天出水SS>30mg/l,這與DO過低有直接關系,其它出水水質SS為21.0~29.0mg/l,BOD為10~20mg/l。
7 結論
7.1污泥膨脹的提前判斷
通過對各種趨勢的分析,我們認為有兩個參數對于污泥膨脹發生趨勢的提前判斷非常重要:一個就是污泥負荷是否連續兩周以上時間維持在0.1Kg BOD5/kg MLSS.d以下,另一個就是污泥指數是否連續兩周以上保持上升趨勢,兩者要同時參考,若同時發生,基本就可判斷污泥膨脹將要發生的趨勢,應立刻采取控制措施。
7.2控制污泥膨脹的時間
(1)控制措施產生作用的時間
從2月10日我們開始采取控制措施后,污泥膨脹仍慣性發展,到3月6日達到頂峰,期間為27天,然后開始轉好,因此我們認為對污泥膨脹的控制措施不會立刻見到效果,而是有一定滯后期,該滯后期為污泥齡(9天)的3倍時間。
(2)從開始控制到完全恢復正常的時間
在本次控制過程中,由于設施維護導致3月6日~9日二系列停止進水4天,4月3日~9日二系列停止進水6天,同時,由于鼓風機系統故障頻繁試機,使3月19日~25日這段時間供氣不穩定,造成各項指標有所反復。從2月10日開始采取控制措施到4月20日完全恢復,實際共用了10周左右時間,但從圖3、圖5、圖6、圖7、圖8,各項指標趨勢分析,從3月6日開始至4月10日這段時間是由于設備、設施維修及故障等原因造成的控制反復,如整個系統運行連續穩定,那么這段時間中不穩定時間(約3周)應可省去,那么此程度的污泥膨脹的正??刂茣r間應為7周左右,而此前污泥齡為9天左右,故我們認為:這種中度污泥膨脹控制的時間應為污泥齡的5倍時間左右。
(3)綜合上所述,污泥膨脹控制措施見效后的治愈期(2倍泥齡)應快于其滯后期(3倍泥齡)。
7.3 曝氣池的控制參數:
通過本次污泥膨脹的控制,我們得出本廠曝氣池的最佳控制參數如下:污泥濃度為1000~1500mg/l;污泥負荷為0.1~0.3kgBOD5/kgMLSS.d;污泥齡為4~6天;好氧段溶解氧為2~3mg/l;缺氧段溶解氧為0.2mg/l以下。
參考文獻
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關鍵詞:污水處理;活性污泥法;應用原理;影響因素
1 活性污泥法處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細菌以及原有的動物對污水中的有機的污水處理系統控制工作,加強對有機物來進行吸附、氧化并進行有效的分解,最終能夠通過這些有機物變成二氧化碳和水。
生物化學的作用主要是在有氧的條件下來進行有效的實施,好氧的細菌憑借著自身所分泌的體外酶(一種具有生物化的活性蛋白質的生物催化作用),并能夠將水中的膠體性的有機物能夠分解成那種可以溶解的一些有機物的調整狀態,連同污水當中所有的那些可以溶解的有機物的滲透情況來通過好氧細菌的細胞膜進入到其他新的細胞內部,然而也會通過一些細胞的生活活動的征兆體現出來。將有機物的氧化控制、分解以及合并成為新的細胞主體,并能夠在最后的細菌體內酶的作用下,將有機物分解成為二氧化碳和水的成分,生物化學的過程也只能是在有氧的狀態下綜合進行的,也主要是利用細胞所分解出來的一些有機物所得到的能量以及營養產物才能合成新的原生質,并且在細菌的逐漸成長、分裂。
2 影響因素
在污泥生化處理的過程中關鍵性的處理措施主要是細菌的繁殖以及生長的調整控制工作來進行綜合性的控制,根據影響效果的控制措施的不斷控制,對于以下的影響因素還能夠得到有效的管理控制。
2.1 有害物質中濃度的影響
還應該根據當前的狀態來對有害的物質濃度控制在允許的范圍,減少一定的危害性,若有較高濃度存在,則應對活性的污水來進行有效的實時性處理控制,否則也將會對微生物的生存以及水質情況造成一定的危害。
2.2 溫度的影響
細菌能否正常的旺盛繁殖,其重要的影響因素就是溫度的控制措施,通常情況下還應該將水溫得到一定的控制,保證水溫達到30℃,由于在生化的處理中,細菌都是屬于一定的中溫細菌控制措施,而且細菌內部的原生質以及酶大部分的構成部分是蛋白質,當存在較高溫度時,蛋白質則會有凝固出現,從而破壞了酶的溫度。當水溫較低時,雖然無法造成細菌種類的快速性死亡,但也會對細菌有一定的影響,導致細菌停止繁殖。
2.3 PH值
PH值過高或者是過低都會使酶的活力有所降低,甚至是喪失一定的活力。而且正常情況下的PH值應控制在6.5~8.5之間。否則也將影響酶的存活質量。
2.4 污泥指數的影響
污泥指數主要是指吸附段的污水能夠通過30min沉淀之后,在1g干污泥中在體積中的所占比例。大的污泥密度、污泥指數小、會有一定的凝聚沉淀形成一定的調整性控制,并且在澄清使用的過程中能夠迅速的將水和沉淀物分離,這樣就會具有較高的污泥指數,若是污泥松散,也就增加了和污泥的接觸面積,對有機物的吸附及提供便利,存在良好的污水處理效果,若過高則會導致污泥形成膨脹,從而在沉淀池內流失。與污泥的吸附、凝聚、氧化能力以及沉淀性能有所兼顧。通常達到80~150最為適宜。應通過糞便水培養馴化的方式對活性污泥法中的活性污泥進行制作。
3 在實施過程中經常遇到的問題分析
若是污泥的上浮情況作為一種活性的污泥處理方法進行運行的一定故障信息控制,而且主要表現是:活性的污泥控制也將會二次沉淀池中出現的不沉淀后有上浮的情況都可能會直接導致清水上浮的流失。
3.1 污泥的膨脹
當一些活性的污泥內部出現一定的細菌來過度繁殖的時候,就會容易導致污泥的體積出現過度膨脹的情況,這樣在水中也是不易沉降的,而且當這些污泥的膨脹情況持續的時間過長的話,也就直接導致曝氣池內部的污泥濃度的降低,而在這其中最主要的原因主要是溶解氧的濃度出現過低的時候,污水中的微生物元素也會出現失調的狀態,例如氮、磷的比例問題,而且若是長時間的失調,再加上PH值偏低的話,一些其他絲狀的細菌就會借此機會大量的繁殖。因此在使用過程中還應及時的檢查一定的污水量。
3.2 控制反硝化作用
由于在污水處理當中存在相應較多的蛋白質的控制措施,若是蛋白質水解酶的作用下就會被水解成相應的氨基酸,但是氨基酸在進入到曝氣池就會通過氧化的過程轉變成硝酸,該過程也主要屬于消化的作用。一般情況下消化作用的進行也主要是在曝氣池充分的條件下來進行試試的,若是在無氧的狀態下,就會出現反噬的情況,活性污泥中的硝酸鹽直接通過反硝化的作用,對硝酸鹽所放出的氮氣來進行有效的分解。在活性的污泥當中,氮氣就會溢出來,從而變相的變大活性污泥的體積控制,而且會導致密度的變小,從而上浮從水面流失。若是反硝化作用能夠有效的實施控制措施的有效調整,也將會進一步降低硝化作用下形成的硝酸鹽濃度控制。
3.3 污泥腐敗的情況控制
若是二次的沉淀池內部,長時間處于無氧的狀態,這樣活性的污泥也會直接因為缺氧的狀態下產生的腐敗,若是真的存在腐敗那么就是發生了厭氧的反應,一般情況下能夠使污泥變成黑色的主要是污泥內部存在大量的甲烷。硫化氫以及二氧化碳氣體等情況,從而導致密度的降低。這樣在浮上水面之后也就會隨著水土流失掉。一般情況下,產生污泥腐敗的主要性原因就是長期的不回流或者污泥回流的通道導致堵塞,這樣在長時間的不回流污或者是回流污泥的通道不暢等情況,因此防止的方法就是在應用中要及時的進行回流的泥污情況,這樣才能有效的保證疏通污泥的回流通道。
4 結語
綜上所述,在許多城市中都對活性污泥污水處理方法進行應用,在使用該過程的時候還需要針對污水處理問題的投資控制問題來進行相應的控制,促使城市污水排放的形式能夠達到一定的標準,并能夠作為一種值得推廣的污水處理方法來進行綜合性調控,應得到有效地普及。
參考文獻:
1 MBR工藝的工作原理
MBR(膜生物反應器)工藝的工作原理:首先通過活性污泥去除水中可生物降解的有機污染物,然后采用MBR膜(膜的孔徑≤0.4 μm)將凈化后的水和活性污泥進行固液分離[1],由于膜的高效固液分離能力使出水水質良好,懸浮物和濁度趨近于零,并可完全截留大腸桿菌等微生物,保持生物相的多樣性。為了使得膜能夠連續長期穩定地使用,在膜的下方以一定強度的錯流空氣不斷對膜進行抖動,既起到為生物氧化的供氧作用,又能防止活性污泥附著在膜的表面造成膜的污染[2]。
2 MBR工藝的優點
(1)運行管理方便:MBR工藝通過膜將污水過濾,實現泥水分離,避免了傳統的好氧生物處理過程中,由于高污泥負荷引起的污泥膨脹現象,確保了生物反應系統的正常運行和出水水質。
(2)占地面積?。灰驗閭鹘y的活性污泥工藝的活性污泥濃度一般在2 900~4 900 mg/L,約為MBR工藝的活性污泥濃度的1/3,而且MBR工藝不需生化沉淀池,故MBR工藝污水處理站的占地也相應減少了2/3。
(3)處理水質穩定:膜分離能夠截留幾乎所有的微生物,尤其針對難以沉淀的、增殖速度慢的微生物,因此系統內的生物相極大豐富,活性污泥馴化、增量的過程大大縮短,處理的深度和系統抗沖擊的能力得以加強,處理水質穩定。
(4)具有很好的脫氮效果:MBR系統有利于增殖緩慢的硝化細菌的截留、生長和繁殖,系統硝化效率得以提高[3]。
(5)泥齡長:延長泥齡的關鍵在于提高有機物的降解率。膜分離技術將污水中的大分子難降解成分“截留”在體積有限的生物反應器內,延長其停留時間,使難降解有機物降解更充分。如此,在低污泥負荷、長泥齡、高容積負荷下運行的反應器,可以實現基本無剩余污泥排放。
3 MBR工藝中消毒處理方法的選擇
MBR工藝的出水已經符合回用要求,為了抑制細菌在水里的繁殖,還需要對水進行消毒。
消毒的目的主要是為了防止廢水中的病原微生物污染生態環境和危害人類和牲畜的健康,而利用化學或物理的方法將其殺滅在廢水中。
消毒方法大體上可分為兩類:物理方法和化學方法。物理方法主要有加熱、冷凍、輻照、紫外線和微波消毒等方法?;瘜W方法是利用各種化學藥劑進行消毒,常用的化學消毒劑有氯及其化合物、各種鹵素、臭氧、重金屬離子等[4]。氯消毒價格便宜、可靠又有成熟的經驗,是應用最廣的消毒劑。
在所有氯消毒劑中,二氧化氯有效氯含量最高,消毒效果最好,因此,我們采用二氧化氯消毒??紤]到二氧化氯發生器使用不穩定,并且制取二氧化氯所使用的原料中,鹽酸屬于危險品,采購、保管以及使用不方便,故采用成品二氧化氯直接投加。
4 MBR工藝中污泥與固廢處理方法
污泥是水處理工程中的副產物,需要進一步處理污泥的目的:其一是合理處理或進一步利用有毒有害物質,最大限度穩定容易腐化發臭的有機物,防止二次污染;其二是對部分有機物進行綜合二次利用,變廢為寶??傊?,對污泥進行減量、無害化、穩定及二次綜合利用,確保污水處理的效果。
采用MBR工藝,污泥產量少,只需設置污泥貯存池,用于貯存MBR池產生的污泥,污泥池內污泥存滿后用環衛車吸走外運處理。
5 MBR工藝中噪音控制措施
中水處理站的主要噪音源為鼓風機、水泵等動力設備,該方案采用如下措施降低噪聲。
(1)在設備選型時,選擇具有低噪音源的動力設備,并保持動力設備的運行狀態處于正常工況,從源頭上減少噪音的產生。
(2)施工過程中,風機配備進出口消音器,從而有效降低噪音值。
(3)風機安裝中,采用變徑管道進行連通,降低供氣氣管內氣流流速,從而避免氣流運行哮喘聲。
(4)在設備底部以及接口處安裝柔性接頭以及隔震墊等,運行時聲音很小,在機房外基本上聽不到噪聲[5]。
通過采取上述工程措施可完全保證噪聲不對周圍環境造成影響。
6 MBR工藝中廢氣控制措施
生活污水具有異味,在敞開的處理構筑物中會擴散,影響中水站附近環境,該方案采取如下措施控制異味擴散。
(1)所有的處理構筑物都設計為地下式,有效保證異味不會擴散。
(2)于異味集中區域(調節池、MBR池)頂部設引風管,將產生的異味氣體引入就近的檢查井中,保證異味不擴散。
(3)污水處理站上部覆土綠化。植被具有很強的異味吸收能力,而疏松多孔的土層與活性炭相似,也可以一定程度上吸收異味。在污水處理站的上部覆蓋土層并種植植物便可以有效吸收異味,避免異味擴散到附近空間。
7 MBR工藝控制系統
中水站由PLC程序控制,24 h自動運行。控制系統通過主要控制指標(水位、時間、污泥量等)對各個動力設備(水泵、風機等)實施控制,同時還可監測處理量、pH和DO。
8 MBR工藝事故控制措施
考慮到高峰時(1.5倍系數)以及豐水期排水量(1.2倍系數)超過日處理量,設置應急池,用于貯存暫時處理不完的污水,待系統處理有余量后再進入處理系統進行處理。
9 經濟技術分析
(1)大理復烤廠投運的污水處理及中水回用系統,污水水質、水量波動大,采用MBR膜生物處理工藝處理,出水水質相對穩定、可靠。
(2)該項目采用的地埋式中水處理站構筑物幾乎不占地表面積。
(3)常規中水處理站設施都需每日開關電源、閥門等,但該項目設施采用全自動控制,不需專人值守、開關電源、閥門等,只需按保養制度定期保養,從而減輕操作人員操作負擔,能為企業減少人員編制、減少成本支出。
(4)MBR工藝具有容積負荷高、處理時間短、節約占地面積、生物活性高、污泥產量低等優勢,是用于中水處理及回用工程先進而穩定的工藝。
(5)因風機房進風口采用雙層隔音以及空氣過濾器,風機房采用消聲、吸音措施,從而對周圍環境噪聲污染小,有利于復烤廠廠區環境管理。
中圖分類號:X70 文獻標識碼:A污泥膨脹是一個相當復雜的問題,一直是污水廠運行管理中困擾人們的難題之一,在20世紀70年代之后,特別是近20多年來,各國相繼對污泥膨脹產生的原因及控制方法開展了大量的研究工作。在污泥膨脹中,若因缺乏預見性、工藝調整滯后或不當,很容易引起絲狀菌污泥膨脹。如果不能得到及時處理,就會使廢水處理工作陷入被動,甚至引發嚴重的水處理事故。筆者結合國內外研究成果及自己的多年工作經驗,就污泥膨脹的原因及采取的措施及取得的成效做較為詳盡的分析,以供大家參考。
1.污泥膨脹的類型
污泥膨脹(sludge bulking)指污泥結構極度松散,體積增大、上浮,難于沉降分離影響出水水質的現象。污泥膨脹有兩種類型,一是由于活性污泥中大量絲狀菌的繁殖而引起的污泥絲狀菌膨脹,二是由于菌膠團細菌體內大量累積高粘性物質(如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脫氧核糖等形成的多類糖)而引起的非絲狀菌性膨脹。在實際運行中,一般以污泥絲狀菌膨脹為主,占90%以上,因此,本文重點研究絲狀菌性污泥膨脹問題。發生污泥膨脹時,主要有以下特征:(1)二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g;(2)回流污泥濃度下降;(3)二沉池中污泥層增高。
2.污泥膨脹的影響因素
2.1污泥膨脹中絲狀菌種類
目前在活性污泥中發現的絲狀菌有三十多種,由于尚有部分絲狀菌未獲得鑒定。常見的有十幾種,世界各地膨脹污泥中出現最頻繁的絲狀菌有微絲菌、發硫菌、軟發菌、浮游球衣菌、0092型、0961型、0041型、0675型、1701型、021N型。在不同的地區和不同污水中有所差異。
2.2污水的種類和性質
污水的水溫、pH 值、營養成分的含量等對污泥膨脹有明顯的影響。研究表明,含有易生物降解和溶解的有機成分的污水,如:釀酒廢水、乳品廢水、石化廢水和造紙廢水等容易污泥膨脹;糖類物質過多的廢水容易出現絲狀菌污泥膨脹,過量的碳源使微生物不能充分利用而轉變為多聚糖類胞外貯存物,這種貯存物是高度親水性化合物,易形成結合水,影響污泥的沉降性能。
2.3溶解氧
溶解氧是活性污泥運行中重要的控制參數。微生物對有機物的降解過程伴隨著氧的利用。曝氣池中DO濃度的高低直接影響有機物的去除效率和活性污泥的生長。菌膠團細菌和浮游球衣菌對溶解氧的需要量差別大。菌膠團細菌是嚴格好氧菌,浮游球衣菌是好氧菌,但它的適應性強,在微量好氧條件下仍正常生長。在較低DO條件下,大部分好氧菌幾乎不能繼續生長繁殖,而絲狀菌由于具有較長的菌絲,有較大的比表面積和較低的氧飽和常數,比絮狀菌繁殖的速度快,從而導致污泥膨脹。
2.4污水溫度
溫度是影響微生物生長的重要因素之一,溫度過低,微生物活性不足;溫度過高,細胞中生物化學反映速率和生長速率加快。溫度每升高10 ℃,生化反應速率增加1倍。此外,細胞的重要組成成分如蛋白質、核酸對溫度較敏感,溫度升高使其遭受不可逆性的破壞。一般認為,適宜活性污泥中微生物生長的溫度為15℃~35℃。
2.5污水的pH值
活性污泥是一個動態的微生態系統,其中不同種屬的微生物對pH值有不同的適應范圍。過高或過低的pH值不僅影響外酶及細胞內酶的活性,而且影響微生物對營養物質的吸收。絲狀菌適宜在pH值5~6.5的環境中生長,菌膠團菌適宜在pH值6~8的環境中生長。Peidi研究表明,在pH值較低(≤5)的情況下,易引起絲狀菌膨脹。
2.6其他
此外,污泥負荷、沖擊負荷、運行方式和處理工藝均會影響污泥膨脹。
低負荷條件下,絲狀菌容易占生物相優勢,從而引起膨脹。高負荷導致溶氧不足,DO濃度降低也會引起污泥膨脹;當處理過程中沖擊負荷的改變,短時間內水質水量產生大的波動打破了體系中正常的生態系統,絲狀菌易占優勢,可引起污泥膨脹;采用不同的運行方式及處理工藝,也會影響污泥膨脹。
3.污泥膨脹的控制措施
污泥膨脹一直被視作好氧生物處理的癌癥,首先,到目前為止,膨脹的機理還沒有搞清;其次,控制對策確定不下來,因為找不到膨脹的原因。但是可以根據經驗采取一定的措施進行控制。
早期控制絲狀菌污泥膨脹的主要手段是投加藥劑殺死絲狀菌,或投加混凝劑和助凝劑以增加污泥絮體的比重,但這些方法往往無法徹底解決污泥膨脹問題,相反地可能會帶來出水水質惡化的不良后果。其后人們逐漸認識到,活性污泥中的菌膠團細菌和絲狀菌構成一個共生的微生物生態體系,在這種共生關系中,絲狀菌是不可缺少的重要微生物,對于高效、穩定地凈化污水起著重要作用,并逐漸地從簡單殺死絲狀菌過渡到利用曝氣池中的生長環境調整絲狀菌的比例,從而達到控制污泥膨脹的發生即進入環境調控階段。
第一,采用生物選擇器。該法是指在曝氣池中形成有利于菌膠團細菌生長的環境。選擇性地增值菌膠團菌,利用生物競爭機制抑制絲狀菌的過度繁殖,達到控制污泥膨脹的目的。一般是在完全混合式、推進式曝氣池前增加一個停留時間比蒲圻赤短的多的生物選擇器,由于其中初始混合液的底物濃度高,使菌膠團細菌得到選擇性的培養,成為優勢菌。常用的選擇器有好氧選擇器、厭氧選擇器及缺氧選擇器。 該法在世界范圍內迅速推廣應用,已成為控制污泥膨脹的主要措施。第二,調整運行工藝條件。通過調控工藝條件改善污泥微生態系統,控制絲狀菌群生長因子,最終實現控制污泥膨脹。例如:對曝氣池中溶解氧濃度過低引起的污泥膨脹可增加曝氣量或在推進式曝氣池中合理分配曝氣量(增加前端,降低后端),保持曝氣池中合適的溶氧濃度來控制絲狀菌型污泥膨脹。有關研究表明,提高溶解氧濃度至3.4mg/L運行一段時間可有效控制污泥膨脹;對缺乏營養(N和P)、pH過低引起的污泥膨脹,可以通過增加營養和調整 pH來控制和防治。第三,根據曝氣池運行調節,如氣量,污泥回流比等參數,從而改變曝氣池中生物種群的生態關系,但是耗時太長,但是這是最根本的方法;第四,可以采用物化調節,提高污泥的沉淀性能,投加混凝劑,如氫氧化鈣,氫氧化氯等,但是這只能解決眼前的問題,不是長久之計。第五,如果能確認時絲狀菌膨脹,可以投加消毒劑滅活絲狀菌,如臭氧、液氯、過氧化氫等,但是一定要控制消毒劑投量和滅活動力學過程,因為如果不適當,消毒劑也會將菌膠團細菌殺死。所以,可以根據不同的情況,采取不同的措施進行處理。
結束語
污泥膨脹是一個相當復雜的問題,因為影響污泥膨脹的因素太多。由于活性污泥對底物的降解是生物化學反應過程,形成活性污泥的微生物是多種微生物的群體,既受到污水水質條件的影響,又受到運行條件及環境的影響,如污水的種類、成分、濃度、水溫、負荷、溶解氧、pH值及氮磷含量等因素都會對污泥膨脹產生影響,既可能一個因素起作用,也可能多個因素協同起作用,在不同的研究條件下就可能得出不同的結論,因此,對該課題進行全面、系統的研究十分必要。
參考文獻
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耗能高、占據土地過多、投資成本大、消耗時間長是傳統的污水處理方法的弊端。城鎮污水處理行業是高消耗能源行業,電能、藥耗和燃料是其主要能源消耗的幾個方面。其中污水處理廠中大型用電設備有攪拌推進器、潛水泵、風機、螺桿泵等。在污水處理工藝過程中,大量消耗能源工藝過程有:污泥處理、生物處理供氧、提升污水和污泥等,其中比重最大的是污泥處理和污水生物處理過程,生化處理階段中在曝氣、污水提升及污泥處理等方面能源消耗也較大。目前在我國常見的二級城鎮污水處理廠能源消耗中,總能耗10%~20%是污水提升,總能耗的50%~70%是污水生物處理能耗(主要用于曝氣供氧),總能耗的10%~25%是污泥處理,直接總能耗的70%以上是這三者能源消耗之和。
2城鎮污水處理廠技術研究
(1)用電設備降耗節能措施。在污水處理中是非常重要的設備,運行過程中水泵消耗著大量的電能,因此為了實現泵房的,達到污水處理節能的目標,必須要有有效的提高水泵的運行效能的措施。首先,為了在最有效的節約能耗,選擇合理的水泵是非常必要的。加速變頻調速方面的研發,使電機的轉速得到優化,進而降低排水的單耗?,F實中。在污水凈化工作中,進入變頻工作的狀態的電動機,變頻器的運轉速度就可以得到調整或者是在一定范圍內選擇電動機最佳的運轉速度來實現節約能耗,綜合上述,通過對于變頻器調整,使得電動機在滿足正常工作情況下,實現電流最小、效率最大化,實現了降耗節能的目標。其次,減小污水在處理過程中提升的高度,進而降低污水提升泵的揚程,合理利用地形,對水泵揚程進行設計也是非常必要的。同時在高程設計時盡可能的做到一次提升,選用合理的進水口、出水口和管道連接形式,降低水頭損失可以進一步達到降低能耗的效果。(2)鼓風曝氣部分降耗節能措施。曝氣系統和其他機械系統(如攪拌、回流污泥和二沉池設備等)是生化處理單元的主要組成,這也是污水處理廠的核心部分,全廠能耗的50%~70%是在這里產生的,對整個水廠的成本影響較大的就是曝氣系統的節能降耗。與曝氣效率的高低有著直接關系是曝氣設備的調節能力,如果控制不到位或者調節能力,均會造成能源浪費,所以,為提升曝氣效率降低能耗,我們應選擇調節能力合適的曝氣設備。(3)污泥處理系統降耗節能措施。隨著人們對能源需求不斷增加,新的能源類型被開發,其中,目前廣泛應用的能源類型就有太陽能。目前,已經有研究人員在污泥厭氧消化加熱工作中應用太陽能方面進行了一定的研究。經過研究發現,具有較高的吸熱效率的污泥,是一種較好的吸熱體,隨太陽輻射強度增高淺槽式集熱器水溫升高,且隨水深增加而降低,集熱器設備可以作為厭氧消化過程中的補充熱源進行應用。此外,也有研究人員以自行設計的混合太陽能污泥干燥裝置,對機械脫水后的污泥進行了干燥處理,研究了該方式對污泥干燥處理的可行性。經過研究發現,太陽能對污泥進行干燥具有較高的可行性。(4)其他消耗降耗節能措施。一定量的藥劑在污泥消毒、調理及除磷過程中被消耗,雖然消耗不多,但一定的節能空間也是存在的??梢詫⑸锍准夹g應用在除磷環節,這樣不僅不需要投加藥劑,而且產生的污泥量也較少。選擇,還可以使用高分子混凝劑的化學除磷方式來進行除磷,以降低消耗藥劑。還可以進行污泥調理(包括化學調理和物理調理這樣可以有效的提升污泥的脫水性能。為了實現節能降耗的目標還可以選使用輻射技術對污泥進行消毒,代替高溫高壓。在污水處理過程中,污水處理劑的使用量關系到污水處理廠的降耗節能的水平,因此,根據污水處理劑的單價以及特點進行綜合選擇是在實際的工作流程中必不可少的,最大限度上提升效果,同時要保證藥劑不對于環境造成污染的基礎。并且也要考慮處理劑的用量。節約處理劑的用量可以在以下幾方面考慮,即傳統上污水處理過程中使用的處理劑可以采用天然高分子改性處理劑來代替,這種天然高分子改性處理劑更容易被生物所降解,并且得到更高的脫水效率。此外,對污水處理中所使用到的藥劑的用量進行更為精確的計算,并且提前進行方案設計,以降低在污水處理過程中對于藥劑造成的額外的浪費,以期達到最佳效果。
3結語
降低城鎮污水處理廠的能源能耗,可以更好的促進城鎮的可持續發展。因此在實際工作中,提高對污水處理廠能耗有效認識,選擇更為合理工藝系統,在確保處理后污水能夠符合排放的標準,更好的實現對水資源環境的保護的目標的同時降低能源消耗。
作者:郭驍玥 單位:西南交通大學土木工程學院
參考文獻:
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【關鍵詞】污水處理廠;能耗;節能降耗;優化運行
1、城鎮污水處理廠能耗組成
城鎮污水處理廠的能量是推動各生物反應池及污水處理廠正常運轉的必要條件,其能量消耗大體可以分為兩類,即直接能耗和間接能耗。直接能耗包括污水提升泵、曝氣系統、機械攪拌、污泥回流泵,污泥脫水等的電耗以及污泥消化投加的熱能等; 間接能耗包括絮凝劑、外加碳源、氯氣、活性炭等外加耗材生產過程所需的能量。
2、污水廠各處理單元節能降耗優化運行方法探討
2.1 提升泵房單元節能優化技術探討
污水提升泵的節能應首先從設計過程著手,考慮進行節能設計,根據管道系統的特性曲線正確科學地選擇水泵,讓水泵保證在其高效段工作,合理利用地形,減少污水的提升高度來降低水泵軸功率。
其次水泵配套電機的選擇也非常重要,選擇與水泵負荷相匹配的電機可使電機保持高效運轉,雖然高效率電機價格比標準電機價格高15%~25%,但其運行維護費用低,投入運行后該部分投資可以很快回收。因此,在污水處理廠設計或升級改造工程中,可優先選用高效電機。
2.2 生化處理單元節能優化技術探討
目前我國生化處理單元采用的技術仍然是以A/A/O 脫氮除磷工藝、氧化溝及SBR( 序批式活性污泥法) 三大工藝為主。處理單元節能降耗主要涉及3個方面: 曝氣系統(主要) 、回流系統及藥劑投加系統。
A/A/O 脫氮除磷工藝,SBR 工藝基本上都是采用微孔曝氣,氧化溝工藝多采用轉刷曝氣器、倒傘式曝氣器等進行機械曝氣。
微孔曝氣系統所需空氣量由風機提供,羅茨鼓風機和TURPO 風機是當前污水處理廠中常用的鼓風機。羅茨風機通過變頻器來實現節能,一般為中小型污水處理廠所采用,并且運行時必須采取相應的隔音措施。而TURPO 風機則利用其配套的MCP 控制開關柜,通過在線監測實時數據,結合進水流量情況進行風機導葉開度及開啟臺數的控制,對曝氣量進行控制,避免風量浪費導致能耗過高。另外微孔曝氣的曝氣裝置也是其重要組成部分,該裝置材料的選擇可提高氧氣利用率,例如近年來被我國污水處理廠廣泛采用的橡膠膜片式微孔曝氣器擴散出的微小氣泡直徑為1.5~3.0 mm,具有較高的氧利用率和動力效率,逐步淘汰了陶粒、剛玉和粗瓷等材料制成的曝氣裝置。
機械曝氣可分為轉刷(碟) 和倒傘式曝氣器兩種。對于倒傘式曝氣器來說,由于安裝的設備數量較少,因此一般給其中1~2 臺設備安裝變頻器來實現變負荷的節能運行。對于深溝式氧化溝采用轉刷(碟) 曝氣時,會相應配套推進器作為混合推流主要設備,推流設備一般耗能較低,因此水下推流設備不進行控制,保持常開; 而轉刷( 碟) 則采用時序控制方式進行控制,通過控制開啟臺數及調整空間布置位置,以適應污水進水負荷的變化,從而實現節能優化運行。
對于A/A/O、氧化溝及SBR 工藝,曝氣量的控制決定著整個系統的污水處理效果和污水處理廠的能耗水平。曝氣量小會直接影響出水水質,曝氣量大則會造成大量能耗,同時大量氣體會打碎污泥絮體影響出水水質。目前大部分污水處理廠運行時只有當出水水質超標時才會改變曝氣量,只要出水水質達到排放標準就維持曝氣量恒定。當污水廠進水負荷變化時,出水指標就會產生較大波動。因為當進水負荷偏低時,會造成氣量浪費,所以按需曝氣將逐漸成為主要發展方向。
2.3 污泥脫水單元節能優化運行技術探討
污泥脫水單元節能優化主要涉及脫水機類型選擇、藥劑的投加量等。污泥脫水機類型大致分為板框式污泥脫水機、帶式污泥脫水機、離心式污泥脫水機和疊氏污泥脫水機。帶式污泥脫水機受污泥負荷波動的影響小,具有出泥含水率較低且工作穩定啟動能耗少等優點,但由于其存在運行環境條件較差、維護工作量大等方面的問題增加了基建費用,因而較少采用。板框式污泥脫水機與其他類型脫水機相比,污泥餅含固率最高,可高達35%,但其占地面積較大,間斷式運行,效率低下,運行環境較差,存在二次污染。因此不少大型污水處理廠在污泥處理設備選型上還是更偏向于選擇離心脫水機。
一些采用氧化溝工藝的污水處理廠會考慮適當延長污泥齡,減少排泥量并提高污泥中的灰分含量,這在一定程度上提高了進入污泥井的含固率,并通過合理調配二沉池、高效沉淀池排泥時間和排泥量,合理控制污泥濃縮池濃縮時間和進泥濃度等方式,提高離心機運行效率、減少脫水機組運行臺數和運行時間,有效地降低能耗。
3、城市污水處理廠節能運行實例
某污水處理廠進行了節能降耗技術改造,達到了一定效果。該污水處理廠總占地面積為14.53 hm2,水廠總設計規模為35×104 m3 /d。設計分兩期: 一期采用AB 工藝(其中B 段為MUCT 工藝) ,設計規模為10×104 m3 /d,于1998年投入運行; 二期采用厭氧池/三溝式氧化溝工藝,設計處理規模為25×104 m3 /d,于2001 年投入運行。
該污水處理廠最初考慮了精確曝氣控制,但是最終產生的效果較差,因而于2009 年進行了節能改造,改造主要針對能耗較大的生化處理單元。改造內容包括將一期的MUCT 池在線溶解氧信號直接接入主控制柜,通過計算轉換為所需風壓值,讓主控制柜根據實際風壓與所需風壓差值調整各風機導葉開度,從而實現改良型的壓力與溶解氧的雙重反饋控制系統,使其供氧電耗由0.066 7 降至0.048 kW?h /m3。二期厭氧池/三溝式氧化溝通過提升水泵的開啟臺數變化及在線溶解氧儀數值變化間接判斷從而調整轉刷曝氣器開啟臺數和時間,實現轉刷的時序控制。三溝式氧化溝單耗由0.173 9 降至0.158 7 kW?h /m3,達到了較為理想的節能效果。該污水廠實行相應的節能改造措施后電耗有一定下降。
結語
城市污水處理的能耗直接關系到污水處理業與環境、經濟的可持續發展,因而污水處理能耗與效率的研究具有工程實用性和前瞻性,是一個綜合性、可挖掘性的研究課題,然而當前關于這方面的研究還較少。
通過研究城鎮污水處理廠的能耗組成、分布比例、耗能特點等可知,城鎮污水處理廠節能降耗措施主要從污水提升系統、曝氣系統、污泥處理系統等三方面入手,具體涉及泵、曝氣設備、推動混合設備和污泥處理設備等主要耗能設備的節能選型和節能改造,優化運行管理措施。
結合我國城市污水處理現狀,開展針對全國各種工藝的城市污水處理廠全流程運行能耗評估,并有針對性地開展節能降耗優化改造,將成為今后一個重要的研究方向。
參考文獻
[1] 劉禮祥,張金松,施漢昌,等.城市污水廠全流程節能降耗優化運行策略探討[J].中國給水排水,2009 ,25 (16):11-15.
【關鍵詞】 絲狀菌膨脹 剩余污泥 殺菌劑 綜合治理
烯烴污水處理裝置主要承擔來自烯烴部的生產污水和廠區生活污水及污染雨水的處理任務,其主要成分為乙烯、聚乙烯、聚丙烯、環氧乙烷/乙二醇等。裝置的純氧曝氣池是由德國Linde公司引進的。有效容積1520 m3。由于裝置一直在較低的負荷運行,將純氧曝氣池改為表面曝氣池使用。純氧曝氣池密封性較強,空氣的置換較慢,因此加裝了引風機,提高氣相中的氧分壓,保證充氧速率,滿足水處理過程對氧的需求。裝置運行中常發生絲狀菌膨脹的故障。
1 裝置簡介
1.1工藝流程
圖1 污水處理工藝流程圖
1.2 污泥膨脹的影響
污泥膨脹時可以看到很多如發絲一樣的絲狀菌,使菌膠團間的距離增大,使活性污泥沉降性能差。嚴重時,污泥指數甚至達到300 ml/g,二次沉淀池難以實現固液分離,出水渾濁,造成污泥嚴重流失,直接影響出水的COD和懸浮物達標。同時污泥脫水也加大了難度,泥餅含水率升高。由于污泥的流失,限制了裝置的污泥負荷的調整;沉降性能的下降,限制了裝置的水力負荷的調整。裝置的整體調控受到限制,處理能力降低。
2 消除污泥絲狀膨脹的方法
污泥絲狀菌膨脹后,也采用常規的投加絮凝劑和調整運行參數的方法,恢復污泥性能,由于池內菌膠團的數量較少,絲狀菌占有的比例較大,一、二個月污泥性能也沒有恢復。對于生產裝置連續長時間出水超標,各個層面的壓力都很大,經討論研究決定:采用了投加剩余污泥的方法,快速恢復裝置對污染物的降解能力。
2.1 投加活性污泥
對絲狀菌膨脹造成的污泥嚴重流失,投加剩余污泥是快速增加生物量的最佳方法之一,剩余污泥以本裝置和同類裝置的污泥最為理想,其它裝置的次之。本次投加剩余污泥,選用的是本裝置脫水后(性能較好時)的剩余污泥和其它裝置裝置的剩余污泥約3噸(干泥),加入到回流污泥井內,用回流污泥泵完成,提升污泥和打散污泥的兩項任務。加入剩余污泥二、三天后鏡檢觀察,好氧菌膠團重新成為優勢菌種,污泥濃度由2 g/L增加到5 g/L,污泥指數也降到了200 ml/g以下。經過10天左右的恢復、馴化,裝置降解污染物的能力提高,二沉池出水COD降到60 mg/L以下,達到了國家一級排放標準,減少了對水體環境的污染。
由于活性污泥中,絲狀菌的數量并沒有減少;且絲狀菌又具有比表面積大,獲取底物營養方面要比菌膠團更有優勢等因素。因此,在外界各方面條件適宜的情況下,污泥絲狀菌膨脹的故障還會發生。
2.2 投加殺菌劑
為消除絲狀菌潛在的影響,決定投加殺菌劑對絲狀菌進行滅活。選用次氯酸鈉作為殺菌劑,通過燒杯實驗,次氯酸鈉的投加量在10 mg/L時,對絲狀菌較好有滅活作用;投加量在500 mg/L以上時,絲狀菌基本上被氧化分解。實際生產中,一次性投加次氯酸鈉16桶(每桶25公斤),平均加入每段曝氣池,生產負荷也不需要調整。如果,按照500 mg/L投加,不但成本過高,裝置中的微生物有被大量滅活的危險性,給裝置的安全生產造成巨大隱患。加入次氯酸鈉一段時間后,生物相中基本沒有絲狀菌,這正是利用了絲狀菌比表面積大的特點,單位體積的絲狀菌,比菌膠團承受的殺菌劑要多,殺菌劑對絲狀菌滅活作用也大,菌膠團只是表層受到了一些損失,通過微生物正常繁殖和剩余污泥的排放,逐步更新被滅活的菌膠團,對裝置的處理能力沒有影響。
2.3 引入含殺菌劑污水
正常運行時,每周對活性污泥進行2--3次的鏡檢,發現有絲狀菌增多的跡象時,根據絲狀菌數量的多少確定次氯酸鈉的投加量,從而扼制絲狀菌的生長繁殖,將絲狀菌膨脹的故障消除在萌芽狀態,確保生化系統的穩定運行和出水的達標排放。這一措施雖然效果較好,但每月需消耗約2噸次氯酸鈉,大大地增加了污水處理成本。
在排放口有一股與本系統出水混合排放的污水,其中包括一部分間是歇排放的循環水,水中含有殺菌劑。本著綜合治理的原則,在排放口加裝了一臺潛水泵,將混合后的水回調至曝氣池入口,水量約30 m3/h。即可以稀釋、穩定進水水質;又可以將間歇排放的殺菌劑調入曝氣池,控制絲狀菌繁殖,節約了生產成本。圖三,是當前的生物相。增加會調水后,進水COD基本穩定,污泥沉降性能良好,裝置運行平穩,出水指標保持在排放標準以下。說明:裝置采取回調水的措施得當,達到了預期目的。
3 結論
(1)絲狀菌膨脹故障所帶來的污泥流失和出水超標故障,通過投加剩余污泥的方法可以快速恢復,從而減少對水體環境的污染。
【關鍵詞】污泥;處理方法;最終處置
0 引言
隨著我國城鎮化水平不斷提高,污水處理設施建設得到了高速發展。據《2013-2017年中國污泥處理處置深度調研與投資戰略規劃分析報告》統計,2010年我國城鎮污水處理廠已經建有2500多座,城市污水處理能力已達到每天1.22億噸,為實現國家的減排目標和水環境改善,做出了巨大貢獻。但是污水廠的建設及運行伴隨產生了大量剩余污泥,以含水率80%計,全國年污泥總產水量將很快突破3000萬噸,污泥處理形勢十分嚴峻。因此,針對污水廠污泥的成份、含水率等方面的情況,選擇合適的污泥處理處置工藝,對于推進污泥的綜合利用,實現資源化、能源化具有重要作用。
1 污泥處理處置原則
(1)污泥處理處置規劃應納入國家和地方城鎮污水處理設施建設規劃。污泥處理處置規劃應符合城鄉規劃,并結合當地實際與環境衛生、園林綠化、土地利用等相關專業規劃相協調。
(2)污泥處理處置應統一規劃,合理布局。污泥處理處置設施宜相對集中設置,鼓勵將若干城鎮污水處理廠的污泥集中處理處置。
(3)應根據城鎮污水處理廠的規劃污泥產生量,合理確定污泥處理處置設施的規模;近期建設規模,應根據近期污水量和進水水質確定,充分發揮設施的投資和運行效益。
(4)城鎮污水處理廠新建、改建和擴建時,污泥處理處置設施應與污水處理設施同時規劃、同時建設、同時投入運行。污泥處理必須滿足污泥處置的要求,達不到規定要求的項目不能通過驗收;目前污泥處理設施尚未滿足處置要求的,應加快整改、建設,確保污泥安全處置。
(5)城鎮污水處理廠建設應統籌兼顧污泥處理處置,減少污泥產生量,節約污泥處理處置費用。對于污泥未妥善處理處置的,可按照有關規定核減城鎮污水處理廠對主要污染物的削減量。
(6)嚴格控制污泥中的重金屬和有毒有害物質。工業廢水必須按規定在企業內進行預處理,去除重金屬和其他有毒有害物質,達到國家、地方或者行業規定的排放標準。
2 污泥處理處置方法比較
2.1 衛生填埋
衛生填埋處置方法簡單、易行、成本低,污泥又不需要高度脫水,適應性強。但是污泥填埋也存在一些問題,尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴重污染的液體,如果填埋場選址或運行不當會污染地下水環境。填埋場產生的氣體主要是甲烷,若不采取適當措施會引起爆炸和燃燒。
2.2 土地利用
污泥土地直接利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優點,被認為是最有發展潛力的一種處置方式,科學合理的土地利用,可減少污泥帶來的負面效應。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的污染而成為污泥土地利用的有效方式。污泥用于嚴重擾動的土地(如礦場土地、森林采伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區等需要復墾的土地)的修復與重建,減少了污泥對人類生活的潛在威脅,既處置了污泥又恢復了生態環境。
2.3 焚燒
濕污泥干化后再直接焚燒應用得較為普遍,沒有經過干化的污泥直接進行焚燒不僅十分困難,而且在能耗上也是極不經濟的。以焚燒為核心的污泥處理方法是最徹底的污泥處理方法之一,它能使有機物全部碳化,殺死病原體,可最大限度地減少污泥體積;但是其缺點在于處理設施投資大,處理費用高,設備維護成本高,而且產生強致癌物質二惡英。
2.4 污泥干燥
污泥干燥是應用人工熱源以工業化設備對污泥進行深度脫水的處理方法,盡管污泥干燥的直接結果是污泥含水率的下降(脫水),但與機械脫水相比,其應用目的與效果均有很大的不同。污泥機械脫水(也包括污泥濃縮),其應用的目的以減少污泥處理的體積為主,但脫水污泥餅除了含水率和相關的物理性質,如流動性與原狀污泥有差異外,其化學、生物等方面性質并不因脫水而產生變化。污泥干燥則由于提高水分蒸發強度的要求,使用人工熱源,其操作溫度(對污泥顆粒而言)通常大于100℃,干燥對污泥的處理效應,不僅是深度脫水,還具有熱處理的效應。
2.5 石灰投加技術
脫水后的污泥進入料斗,料斗中加入石灰和氨基璜酸,石灰投量為濕泥量的10%-15%,氨基璜酸的投量約為石灰投量的1%。由于氨基璜酸在反應過程中產生氨氣,增強了整個工藝的殺菌效果,降低了反應溫度。污泥、生石灰和氨基璜酸在料斗中攪拌后,由雙螺旋進料機推入柱塞泵進料口,通過柱塞泵送入反應器,在70℃下停留30 min,輸出的產品可達到美國EPA PART503 CLASS A標準。反應后的污泥泵送至料倉,密封容器中產生的氣體經洗滌塔處理后排放。