市政污水處理廠運(yùn)行效果的影響因素分析

市政污水處理廠運(yùn)行效果的影響因素分析

0常用水處理工藝近年來(lái)，已建成和運(yùn)營(yíng)的生活污水處理廠數(shù)量和城市廢水處理率顯著增加。這些污水處理廠以中小型為主,大多采用活性污泥法,工藝流程大都包括生物脫氮除磷等環(huán)節(jié),常見(jiàn)工藝有AO法、AAO工藝及各種改進(jìn)型、各種氧化溝工藝等,為改善城鎮(zhèn)水環(huán)境質(zhì)量奠定了硬件基礎(chǔ)。隨著大量污水處理廠建成投產(chǎn),新建污水處理廠迫切需要提高工藝運(yùn)行和操作水平以合格排放,為此,本研究以某污水處理廠近2年的運(yùn)行結(jié)果為例,討論其運(yùn)行效能,分析脫氮除磷的工藝影響因素,二沉池剩余污泥和污泥上清液直接回流的影響方式,提出優(yōu)化工藝運(yùn)行效果,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出水水質(zhì)的途徑,為國(guó)內(nèi)其他污水處理廠的運(yùn)行提供參考和借鑒。1廢水處理廠的技術(shù)操作1.1不完全合流制污水某污水處理廠位于錢塘江畔,污水大部分來(lái)源于分流制收集系統(tǒng),其余為不完全合流制污水。污水廠二期工程2001年開(kāi)始運(yùn)行,二級(jí)處理能力40萬(wàn)m3/d,工藝流程見(jiàn)圖1。1.2主要處理單元的工藝操作參數(shù)(1)小型離心鼓風(fēng)機(jī)項(xiàng)目共有兩組平流式曝氣沉砂池,并聯(lián)運(yùn)行。污水的停留時(shí)間(HRT)為3.5～5.3min,小型離心鼓風(fēng)機(jī)供氣,氣水比為0.15～0.19。運(yùn)行過(guò)程中,二沉池的剩余污泥也排入曝氣沉砂池,與污水混和后進(jìn)入初沉池。(2)氧消化設(shè)施測(cè)定h由2組共8座輻流式沉淀池組成,表面負(fù)荷1.72～2.56m3/(m2·h),HRT1.30～1.72h,堰上水力負(fù)荷最高為0.4m3/(s·m)。初沉池污泥經(jīng)過(guò)污泥泵輸送到污泥厭氧消化設(shè)施。由于污泥濃縮池存在問(wèn)題,二沉池剩余污泥在此與初沉污泥混和與濃縮。(3)污泥濃度及泥齡由2組推流式處理池組成。單池有效尺寸80m×10m×5.5m,共分為8個(gè)廊道,第1廊道安裝潛水?dāng)嚢铏C(jī),成為缺氧段,后7個(gè)廊道為好氧段,HRT分別為1h和6.4h。生物處理池的設(shè)計(jì)污泥濃度(MLSS)為2.5g/L,CODCr污泥負(fù)荷為0.19～0.21kg/(kg·d);泥齡(SRT)為5.28d。實(shí)際運(yùn)行中,生物處理池的污泥濃度最高達(dá)到6.58g/L,平均為3.67g/L,VSS/TSS為0.44～0.63,平均為0.53;由于進(jìn)水的CODCr和BOD5都較高,因此實(shí)際CODCr污泥負(fù)荷0.32kg/(kg·d)和BOD5污泥負(fù)荷0.11kg/(kg·d);生物處理池沒(méi)有內(nèi)回流系統(tǒng),僅有二沉池污泥回流到生物處理池進(jìn)水端,回流比77%～115%,回流污泥的濃度一般為6.5～7.5g/L;好氧池采用微孔盤曝氣方式,氣水比為6∶5,風(fēng)量可調(diào);實(shí)際運(yùn)行中好氧池曝氣不正常的區(qū)域較多。(4)hrt、24h由2組共8座輻流式二沉池組成,單池D=55m、表面負(fù)荷0.88m3/(m2·h),HRT3h。二沉池沉淀污泥大部分回流到生物處理池進(jìn)水端,剩余污泥通過(guò)剩余污泥泵打入沉砂池,與初沉污泥混和、沉淀后直接進(jìn)入污泥厭氧消化系統(tǒng)。(5)污泥外運(yùn)混和污泥加熱后中溫發(fā)酵20d,熱量來(lái)自沼氣鍋爐;穩(wěn)定后的污泥經(jīng)壓濾脫水后外運(yùn);沼氣發(fā)酵上清液和污泥脫水上清液直接流回污水廠的進(jìn)水井。2工藝運(yùn)營(yíng)效果2.1生物處理效果進(jìn)水、初沉池出水和二沉池出水的CODCr濃度見(jiàn)圖2。進(jìn)水的CODCr周平均濃度在320～880mg/L之間,經(jīng)過(guò)沉砂池和初沉池后,濃度為182.0～544.5mg/L,平均去除率35.3%,由于生物處理后的剩余污泥進(jìn)入沉砂池并在初沉池濃縮,對(duì)初沉池具有一定的影響,有時(shí)初沉出水的CODCr與進(jìn)水相近,CODCr處理效率出現(xiàn)較大波動(dòng),反映為初沉池去除效率的波動(dòng)范圍(即標(biāo)準(zhǔn)差)達(dá)到12.8%;生物處理后二沉池出水的CODCr為52.3～90.2mg/L,平均(68.7±9.2)mg/L,總平均去除率(87.7±3.0)%,生物處理CODCr平均去除負(fù)荷率0.26kg/(kg·d)。BOD5濃度變化見(jiàn)圖3。進(jìn)水的BOD5濃度為103.6～265.5mg/L,初沉池的去除率為10.4%～64.5%,平均達(dá)到(39.0±9.8)%,遠(yuǎn)超過(guò)初沉池正常狀況的BOD5去除效率,這是因?yàn)槭Ｓ辔勰嗷亓鞯狡貧獬辽俺?經(jīng)過(guò)5.3min曝氣,具有生物絮凝等功能,因而污水的部分膠體狀或溶解性的有機(jī)物被去除;生物處理池雖然曝氣不均勻,且部分區(qū)域由于微孔曝氣盤破裂或者脫落,漏氣嚴(yán)重,DO為1～2mg/L,但BOD5去除十分徹底,出水的BOD5一般不超過(guò)15mg/L,平均為(12.2±2.2)mg/L,總平均去除率為(93.0±1.8)%,BOD5去除負(fù)荷0.084kg/(kg·d),可見(jiàn),生物處理的有機(jī)污染物去除十分徹底。進(jìn)水的SS濃度波動(dòng)很大,范圍為187.3～856.0mg/L,總平均322.0mg/L,初沉池發(fā)揮了較好的沉淀效能,初沉出水的SS平均為(167.2±68.2)mg/L,平均去除率為(48.1±21.0)%;二沉池出水的SS始終處于較低的水平,一般不超過(guò)25mg/L,2年的平均出水濃度為(20.1±3.7)mg/L。2.2進(jìn)出水tn濃度和去除tp濃度變化生物處理池HRT僅為7.4h,缺氧段HRT為1h,無(wú)法同時(shí)滿足生物脫氮和除磷的要求。由圖4可見(jiàn),進(jìn)水的NH3-N高于一般市政污水,平均達(dá)到(46.0±13.7)mg/L,而二沉池出水的NH3-N并沒(méi)有顯著降低,隨進(jìn)水的濃度變化而變化,平均出水為(28.3±12.6)mg/L,去除率為(38.4±20.5)%;生物處理池的NH3-N去除負(fù)荷率為0.016kg/(kg·d);從時(shí)間分布看,2003年的進(jìn)水濃度高,除7～9月的去除效率略好外,其余都較差;而2004年進(jìn)水的濃度相對(duì)較低,去除效率有所增加。進(jìn)出水TN濃度變化趨勢(shì)與氨氮相似。進(jìn)水的TN平均為(61.8±15.9)mg/L,呈現(xiàn)冬春季高、夏季低的特點(diǎn),初沉池的去除率平均為(17.1±5.8)%,可能是有機(jī)顆粒沉淀所致;二沉池出水TN的平均濃度為(38.8±13.3)mg/L,去除率在21.4%～62.9%,總平均去除率為(37.2±13.2)%,與通過(guò)回流比理論計(jì)算的脫氮效率相近,說(shuō)明在現(xiàn)有硝化能力的條件下,70%～110%的回流足以滿足要求。從二沉池NO-3-N的出水看,一般不超過(guò)1.0mg/L,表明NO-3-N一方面被回流到缺氧段被反硝化消耗,另一方面,在好氧段的某些非曝氣區(qū)域NO-3-N被同步反硝化;因此,二沉池出水的NO-3-N濃度很低。圖5反映了TP在不同位置的濃度變化。進(jìn)水的總磷濃度變化也很大,介于6～16mg/L之間,初沉后TP降低到(7.9±3.4)mg/L,平均去除了23.5%,生物處理后的出水TP濃度0.8～5.9mg/L,平均為(2.7±1.8)mg/L,無(wú)法滿足排放要求。分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)進(jìn)水的磷不高于8.5mg/L時(shí),則出水的TP一般不高于1.5mg/L;當(dāng)進(jìn)水的TP超過(guò)10mg/L后,出水的TP均高于2mg/L;從季節(jié)變化看:每年的4月～9月出水的TP濃度均較低;而其他時(shí)間則偏高。從進(jìn)出水無(wú)機(jī)磷的變化看,進(jìn)水的PO3-43?4-P濃度為2.1～7.9mg/L,生物處理后,二沉池的PO3-43?4-P降低到1.5mg/L以下,平均為(0.9±0.5)mg/L。3問(wèn)題和討論3.1好氧池生物除磷工藝指標(biāo)調(diào)整運(yùn)行結(jié)果表明,CODCr、BOD5和SS的去除效果正常,而TN、NH3-N和TP的去除效果較低。分析影響TN和NH3-N去除效率不佳的原因有:生物處理的HRT不足,僅能滿足除磷和NH3-N部分硝化;曝氣不均勻且DO較低,硝化細(xì)菌在對(duì)DO的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì);盡管生物處理池的污泥濃度較高,但是污泥活性低(VSS/SS平均為0.53);進(jìn)水的有機(jī)物負(fù)荷率較高,不利于好氧池生物硝化;此外,污泥厭氧消化的上清液含高濃度的氮和磷,沒(méi)有任何處理而回流到進(jìn)水井,導(dǎo)致進(jìn)水TN增加。從工藝運(yùn)行參數(shù)看生物除磷的效率,由于生物硝化程度低,實(shí)際上以生物除磷為主,且CODCr/TP的比例高于30,TP和PO3-43?4-P應(yīng)具有良好的去除效率,但出水的濃度仍然偏高。分析其原因在于:盡管在生物處理單元污泥過(guò)量吸磷,但二沉池剩余污泥排泥不暢,實(shí)際SRT高于設(shè)計(jì)值;剩余污泥由泵送到初沉池,有21周的時(shí)間初沉池出水的PO3-4-P比進(jìn)水高(見(jiàn)圖6),說(shuō)明一部分被吸附的磷重新回到了處理系統(tǒng);還有一部分被去除的磷通過(guò)污泥消化上清液回到污水處理系統(tǒng),因而,通過(guò)排泥而去除的磷數(shù)量有限,導(dǎo)致出水的TP和PO3-43?4-P均較高。生產(chǎn)上可采取的改善措施有:調(diào)整厭氧缺氧段與好氧段的比例,適當(dāng)延長(zhǎng)厭氧缺氧段的HRT;提高生物處理池的污泥濃度,如達(dá)到4.5g/L左右;好氧段控制適當(dāng)?shù)腄O并實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化;投加懸浮狀填料,增加附著生物量,解決硝化細(xì)菌和聚磷細(xì)菌之間的泥齡矛盾,提高脫氮和除磷效率。3.2預(yù)處理初沉池及投加化學(xué)藥劑輔助除磷該污水廠的剩余污泥被直接泵入沉砂池,與初沉污泥混和、濃縮后直接厭氧消化。剩余污泥在沉砂池經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘曝氣與污水和固體顆?；旌?、接觸,在一定程度上起到了生物絮凝作用,初沉池的BOD5的去除率增加(如本研究接近40%)。當(dāng)生物處理池只有除碳或者硝化功能時(shí),則剩余污泥在初沉池沒(méi)有釋磷現(xiàn)象,它與初沉污泥混和后在泥斗區(qū)沉積,具有初步濃縮作用,有助于直接脫水和進(jìn)入后續(xù)生物穩(wěn)定處理;不過(guò),由于生物污泥進(jìn)入初沉池導(dǎo)致固體通量增加,生物污泥的積累時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易形成厭氧環(huán)境,可能出現(xiàn)飄泥現(xiàn)象,降低初沉功能。為此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮初沉池的泥斗和排泥泵做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)污水處理工藝具有脫氮除磷功能時(shí),如果投加化學(xué)藥劑輔助除磷,情況與前者相似(如德國(guó)的污水處理廠);如果沒(méi)有投加任何輔助除磷的化學(xué)藥劑,二沉池富磷剩余污泥回到初沉池的變化如下:首先,初沉池BOD5被過(guò)多去除對(duì)于后續(xù)脫氮除磷的碳源造成影響;其次,富磷污泥進(jìn)入曝氣沉砂池后如果聚磷菌吸磷未達(dá)到飽和,可能繼續(xù)吸磷;例如該污水廠共有70周初沉池出水PO3-43?4-P降低了28.3%,遠(yuǎn)高于常規(guī)初沉池PO3-43?4-P的去除率(常為10%～11%),由于曝氣沉砂池增加DO的效應(yīng)很弱,剩余污泥進(jìn)入初沉池后一旦出現(xiàn)厭氧環(huán)境,則必然釋磷,停留時(shí)間越長(zhǎng),剩余污泥釋磷越多。如該廠有21周出現(xiàn)初沉池出水的PO3-4-P比進(jìn)水高。可見(jiàn),當(dāng)污水處理廠以生物脫氮除磷為主運(yùn)行時(shí),為保證出水較低濃度的氮、磷,不宜將剩余污泥直接排入沉砂池和初沉池。3.3污泥上清液排放污水廠廢水污水廠污泥厭氧消化和污泥脫水上清液富含PO3-43?4-P和NH3-N,濃度分別高達(dá)125～229mg/L和558～1301mg/L,NH3-N的總量可占污水廠進(jìn)水氮的15%～20%。該廠的污泥厭氧消化上清液和污泥脫水上清液直接排放到進(jìn)水井,是導(dǎo)致污水廠進(jìn)水TN和TP濃度偏高、影響脫氮除磷效果的重要原因。而國(guó)內(nèi)的污水處理廠由于HRT停留時(shí)間短,且設(shè)計(jì)負(fù)荷率高,污泥上清液的氮和磷對(duì)污水處理系統(tǒng)的沖擊影響非常明顯,將可能使外排水的磷含量大幅增加而無(wú)法達(dá)標(biāo)。目前,國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的污水廠具有脫氮除磷功能,污泥消化和脫水上清液的處理因此變得日益重要。污泥上清液中的磷可采用化學(xué)沉淀去除,也可采用共沉淀等方法將NH3-N和磷一并去除,甚至可以考慮將其資源化回收利用。4氧段do過(guò)低、剩余污泥回流和脫水上清液的處理某污水處理廠近2年的運(yùn)行結(jié)果表明,CODCr、BOD5和SS的去除效果良好,有機(jī)物的污泥負(fù)荷率和去除負(fù)荷率均超過(guò)設(shè)計(jì)值;但是NH3-N、TN的去除效率分別僅為(38.4±20.5)%和(37.2±13.2)%,去除效率偏低不但與HRT有關(guān),還與好氧段DO過(guò)低、剩余污泥回流和污泥消化和脫水上清液直接回到污水處理系統(tǒng)有關(guān)。PO3-4-P和TP的去除受污泥消化上清液和剩余污泥回流的影響很大;當(dāng)進(jìn)水TP濃度不超過(guò)8.5mg/L時(shí),出水濃度可滿足排放要求。二沉池剩余污泥在沉