在污水处理过程中,总会遇到各种各样的污水问题,比如:COD、氨氮、TP等指标不达标,污泥膨胀、浮泥、活性微生物死亡等,当我们遇上这些问题的时候,不妨拿出这篇文章进行对照解决问题。
一、出水水质
1、有机物
(1)营养物
(2)pH
(4)温度
2、氨氮超标
导致出水氨氮超标的原因涉及许多方面,主要有:
生物硝化属低负荷工艺,F/M一般在0.05~0.15kgBOD/kgMLVSS·d。负荷越低,硝化进行得越充分,NH3-N向NO3-N转化的效率就越高。与低负荷相对应,生物硝化系统的SRT一般较长,因为硝化细菌世代周期较长,若生物系统的污泥停留时间过短,即SRT过短,污泥浓度较低时,硝化细菌就培养不起来,也就得不到硝化效果。SRT控制在多少,取决于温度等因素。对于以脱氮为主要目的生物系统,通常SRT可取11~23d。
生物硝化系统的回流比一般较传统活性污泥工艺大,主要是因为生物硝化系统的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸盐,若回流比太小,活性污泥在二沉池的停留时间就较长,容易产生反硝化,导致污泥上浮。通常回流比控制在50~100%。
生物硝化曝气池的水力停留时间也较活性污泥工艺长,至少应在8h以上。这主要是因为硝化速率较有机污染物的去除率低得多,因而需要更长的反应时间。
TKN系指水中有机氮与氨氮之和,入流污水中BOD5/TKN是影响硝化效果的一个重要因素。BOD5/TKN越大,活性污泥中硝化细菌所占的比例越小,硝化速率就越小,在同样运行条件下硝化效率就越低;反之,BOD5/TKN越小,硝化效率越高。很多污水处理厂的运行实践发现,BOD5/TKN值最佳范围为2~3左右。
(5)硝化速率
(6)溶解氧
(7)温度
(8)pH
3、总氮超标
(1)污泥负荷与污泥龄
(2)内、外回流比
(3)反硝化速率
(4)缺氧区溶解氧
(5)BOD5/TKN
(6)pH
(7)温度
4、TP超标
(1)温度
(2)pH值
(3)溶解氧
而在好氧区需要较多的溶解氧,以更利于聚磷菌分解储存的PHB类物质获得能量来吸收污水中的溶解性磷酸盐合成细胞聚磷。厌氧区的DO控制在0.3mg/L以下,好氧区DO控制在2mg/L以上,方可确保厌氧释磷好氧吸磷的顺利进行。
厌氧区硝态氮存在消耗有机基质而抑制PAO对磷的释放,从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。另一方面,硝态氮的存在会被气单胞菌属利用作为电子受体进行反硝化,从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸,从而抑制PAO的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。每毫克硝酸盐氮可消耗易生物降解的COD2.86mg,致使厌氧释磷受到抑制,一般控制在1.5mg/L以下。
由于生物除磷系统主要通过排出剩余污泥实现除磷,因此剩余污泥量的多少决定系统的除磷效果,而泥龄长短对剩余污泥的排放量和污泥对磷的摄取作用有直接的影响。污泥龄越小,除磷效果越佳。这是因为降低污泥龄,可增加剩余污泥的排放量及系统中的除磷量,从而削减二沉池出水中磷的含量。但对于同时除磷脱氮的生物处理工艺而言,为了满足硝化和反硝化细菌的生长要求,污泥龄往往控制得较大,这是除磷效果难以令人满意的原因。一般以除磷为目的的生物处理系统的泥龄控制在3.5~7d。
污水生物除磷工艺中,厌氧段有机基质的种类、含量及微生物所需营养物质与污水中含磷的比值是影响除磷效果的重要因素。不同的有机物为基质时,磷的厌氧释放和好氧摄取效果是不同的。分子量较小的易降解有机物(如挥发性脂肪酸类等)容易被聚磷菌利用,将其体内储存的多聚磷酸盐分解释放出磷,诱导磷释放的能力较强,而高分子难降解有机物诱导聚磷菌释磷能力就较差。厌氧阶段磷的释放越充分,好氧阶段磷的摄取量就越大。另外,聚磷菌在厌氧阶段释磷所产生的能量,主要用于其吸收低分子有机基质以作为厌氧条件下生存的基础。因此,进水中是否含有足够的有机质,是关系到聚磷菌能否在厌氧条件下顺利生存的重要因素。一般认为,进水中COD/TP要大于15,才能保证聚磷菌有足够的基质,从而获得理想的除磷效果。
研究表明,当以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源作为释磷基质时,磷的释放速率较大,其释放速率与基质的浓度无关,仅与活性污泥的浓度和微生物的组成有关,该类基质导致的磷的释放可用零级反应方程式表示。而其他类有机物要被聚磷菌利用,必须转化成此类小分子的易降解碳源,聚磷菌才能利用其代谢。
糖原是由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖,是胞内糖的贮存形式。如上图所示聚磷菌中糖原在好氧环境下形成,储存能量在厌氧环境下代谢形成为PHAs的合成的原料NADH并为聚磷菌代谢提供能量。所以在延迟曝气或者过氧化的情况下,除磷效果会很差,因为过量曝气会在好氧环境下消耗一部分聚磷菌体内的糖原,导致厌氧时形成PHAs的原料NADH的不足。
对于运行良好的城市污水生物脱氮除磷系统来说,一般释磷和吸磷分别需要1.5~2.5小时和2.0~3.0小时。总体来看,似乎释磷过程更为重要一些,因此,我们对污水在厌氧段的停留时间更为关注,厌氧段的HRT太短,将不能保证磷的有效释放,而且污泥中的兼性酸化菌不能充分地将污水中的大分子有机物分解为可供聚磷菌摄取的低级脂肪酸,也会影响磷的释放;HRT太长,也没有必要,既增加基建投资和运行费用,还可能产生一些副作用。总之,释磷和吸磷是相互关联的两个过程,聚磷菌只有经过充分的厌氧释磷才能在好氧段更好地吸磷,也只有吸磷良好的聚磷菌才会在厌氧段超量地释磷,调控得当会形成一个良性循环。我厂在实际运行中摸索得到的数据是:厌氧段HRT为1小时15分~1小时45分,好氧段HRT为2小时~3小时10分较为合适。
A/O工艺保证除磷效果的极为重要的一点,就是使系统污泥在曝气池中“携带”足够的溶解氧进入二沉池,其目的就是为了防止污泥在二沉池中因厌氧而释放磷,但如果不能快速排泥,二沉池内泥层太厚,再高的DO也无法保证污泥不厌氧释磷,因此,A/O系统的回流比不宜太低,应保持足够的回流比,尽快将二沉池内的污泥排出。但过高的回流比会增加回流系统和曝气系统的能源消耗,且会缩短污泥在曝气池内的实际停留时间,影响BOD5和P的去除效果。如何在保证快速排泥的前提下,尽量降低回流比,需在实际运行中反复摸索。一般认为,R在50~70%的范围内即可。
出水中的悬浮物指标是否达标,主要取决于生物系统污泥的质量是否良好、二沉池的沉淀效果以及污水处理厂的工艺控制是否恰当。
(1)二沉池工艺参数选择
一般来说,影响沉淀池沉淀效果的主要工艺参数为水力停留时间、水力表面负荷和污泥通量。
污水在二沉池的水力停留时间长短,是二沉池运行的重要参数。只有足够的停留时间,才能保证良好的絮凝效果,获得较高的沉淀效率。因此,建议二沉池的水力停留时间设置在3~4h左右。
对于一座沉淀池来说,当进水量一定时,它所能去除的颗粒的大小也是一定的。在所能去除的这些颗粒中,最小的那个颗粒的沉速正好等于这座沉淀池的水力表面负荷。因此,水力表面负荷越小,所能去除的颗粒就越多,沉淀效率就越高,出水悬浮物的指标就越低。设计二沉池较小的水力表面负荷,有利于污泥等悬浮固体的有效沉淀。一般建议二沉池的水力表面负荷控制在0.6~1.2m³/m²·h。
二沉池的固体表面负荷的大小,也是影响二沉池沉淀效果的重要因素。二沉池的固体表面负荷越小,污泥在二沉池的浓缩效果越好。反之,则污泥在二沉池的浓缩效果越差。过大的固体表面负荷会造成二沉池泥面过高,许多污泥絮体来不及沉淀就随污水流出,影响出水悬浮物指标。一般二沉池固体表面负荷最大不宜超过150kgMLSS/m²·d。
(2)活性污泥质量
胶体状态的污染物首先必须被吸附到活性污泥絮体上,并进一步被吸附到细菌表面附近才能被分解代谢,因而吸附性能较差的活性污泥去除胶态污染物质的能力也差。活性污泥的生物活性系指污泥絮体内的微生物分解代谢有机污染物的能力,生物活性较差的活性污泥去除有机污染物的速度必然较慢。只有沉降性能良好的活性污泥才能在二沉池得以有效地泥水分离。反之,如果污泥沉降性能恶化,分离效果必然降低,导致二沉池出水浑浊,SS超标,严重时还可能导致活性污泥的大量流失,使系统内生物量不足,继而又影响对有机污染物的分解代谢效果。只有活性污泥具有良好的浓缩性能,才能在二沉池得到较高的排泥浓度。反之,如果浓缩性能较差,排泥浓度降低,就要保证足够的回流污泥量,提高回流比。但是,提高回流比会缩短污水在曝气池的实际停留时间,导致曝气时间不足,影响处理效果。
(3)进水SS/BOD5
(4)有毒物质
(5)温度
二、泥饼含水率
在我国,已经投入使用或在建的污水处理,普遍采用活性污泥法进行污水处理,活性污泥的污泥龄设计较短,且设计中基本不设污泥浓缩和污泥消化设施,使得剩余污泥量大,污泥中有机成分多,不易于脱水。因此,若要将泥饼含水率控制在80%以下,就需要加大PAM的投加量,从而使污水处理成本提高。
三、机电设备
若要使污水与污泥处理系统的正常稳定运行,保证与工艺配套机电设备的运行状况也是非常重要的。同时,机电设备的稳定高效运行,对污水处理厂节能降耗影响很大。
格栅除污机是污水处理工艺的第一道工序,也是污水处理厂内最容易出现故障的设备之一。一旦出现故障,污水处理厂将不能够正常进水。
Ø 格栅机卡阻:不管连续运行还是间歇运行,因为格栅机长时间与污水接触,容易造成轴承磨损,运行出现卡阻现象,造成链条或耙齿拉偏或其他机械故障。为此,需要加强格栅机相关机械部件的润滑保养,以及日常巡检要及时到位。
(二)提升水泵
因污水处理厂进水量一天24小时均有变化,以及配套污水收集系统完善程度的不同,使得不同时期污水处理厂进水量可能有较大变化,特别是合流制的排水系统,进水季节性变化的特征非常明显。因此,在潜水泵的选用和配置上,应留有较大的调节空间。通常可采样多台水泵抽排水量呈梯度配置,结合定速泵配合调速泵控制方式,其中定速泵按平均流量选择,满足基本流量需求。调速泵变速运转以适应流量的变化,流量波动较大时以增减运转台数作补充。
鼓风机是污水处理工艺的关键设备,耗能最大。风量、风压、电耗、噪音等是选用鼓风机的基本技术参数,使用中需结合工艺运行的特点,注意其适用的范围和调节能力。
在能耗控制上,可采用变频调节控制,设备配置方面,也可多台鼓风机风量呈梯度配置,针对不同的工况,以增强工艺运行调节的灵活性,同时减少电耗。
过滤器要定期清洁或更换,保证进口负压在规定范围以内,减少因负压过高导致的鼓风机喘震故障的发生。
目前大部分的曝气方式采用的是微孔膜曝气,有盘式、球冠式、板式、管式等橡胶膜微孔曝气器类型。曝气器使用一段时间后,因微孔堵塞,阻力增大和橡胶老化、弹性变差等,导致充氧效率均会下降。为避免曝气器的堵塞或阻力增加过大,应定期进行曝气器的清洗。可采用甲酸清洗或大气量高压空气清洗。采用甲酸清洗要小心控制甲酸的浓度、清洗的频次、注意操作安全;采用大气量空气清洗要小心控制气量大小、强度和清洗的频次。另外,注意要定期打开曝气系统的排水阀门,排出冷凝水。对严重堵塞或破损的曝气头要及时更换,保证生物池曝气的均匀性,防止出现死角,堆积污泥。
因为工艺的差别,有部分污水处理工艺不带二沉池,如SBR、UNITANK等,而且其池底是平的,容易在排泥时形成泥层漏斗。后期排出的混合液浓度降低,未能排出足量的污泥,导致剩余污泥浓度的下降,带来污泥处理能耗、药耗的上升。
(六)脱水机
1、离心脱水机
若要离心脱水机的污泥脱水处理达到理想的分离效果,可以从两方面来考虑:
Ø 转速差越大,污泥在离心机内停留时间越短,泥饼含水率就越高,分离水含固率就可能越大。反之,转速差越小,污泥在离心机内停留时间越长,固液分离越彻底,但必须防止污泥堵塞。利用转速差可以自动地进行调节,以补偿进料中变化的固体含量。
Ø 当污泥性质已经确定时,可以改变进料投配速率,减少投配量改善固液分离;增加絮凝剂加注率,可以加速固液分离速度,提高分离效果。
Ø 开机报警或振动报警
Ø 轴温过高报警
Ø 主机报警而停机
Ø 离心脱水机不出泥
这种情况多发生在雨季,由于来水量大,对生物池的污泥负荷冲击大,导致剩余污泥松散、污泥颗粒小。而污泥颗粒越小,比表面积越大(呈指数规律增大),则其拥有更高的水合强度和对脱水过滤更大的阻力,污泥的絮凝效果差且不易脱水。此时,如不及时进行工艺调整,则离心脱水机可能会出现扭矩力不从心的现象(过高),恒扭矩控制模式下差速会进行跟踪。一旦差速过大,很容易导致污泥在脱水机内停留时间短、固环层薄;另一方面,转速差越大,由于转鼓与螺旋之间的相对运动增大,对液环层的扰动程度必然增大,固环层内部分被分离出来的污泥会重新返至液环层,并有可能随分离液流失。这种情况下会产生脱水机不出泥的现象。
2、带式压滤脱水机
为保持带式压滤脱水机的正常运行,需注意以下操作与维护事项:
(1)对有预脱水区(浓缩区)的,保证布泥均匀;
(2)滤带刮刀采用软性材质,减少对滤带和滤带接口处的磨损;
(3)保证滤带冲洗水压力,滤带冲洗系统尽量采用不锈钢自净喷嘴,能够自行冲掉堵塞在喷嘴的脏物,保证滤带的孔隙率和污泥脱水效果;
(4)经常维护自动防偏带装置与增减压装置,减少滤带边沿磨损;
(5)保证自控系统设有连锁保护装置,防止误动作给整机造成的损伤。
Ø 滤带打滑
Ø 滤带跑偏
Ø 滤带堵塞严重
Ø 泥饼含固量下降
四、检测仪表
因为仪表监测的污水中杂质多,环境差,经常容易导致在线仪表测量产生误差较大,或者损坏率高,极大地影响了污水处理厂在线监控的力度和自动化控制水平。
由于污水处理厂特殊的构筑物设计及大量地处理污水,污水处理厂发生雷击现象普遍比较严重,对室外设备安全运行构成较大的威胁。对现场设备和仪表的二、三级防雷,防止出现被雷击而使现场设备和仪表的损坏。如果为了控制工程造价而缺少这些设施,那么在今后的运行管理工作中将付出更大的代价。
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工业是节能降碳的重点领域,也是实现“3060”碳达峰碳中和目标的关键。党的二十大报告明确提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,推进降碳、减污、扩绿、增长,完善能源消耗总量和强度调控,重点控制化石能源消费,逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度。为了回顾 2023 年工业企业在节能降碳、绿色可持续发展方面的成就,了解当下的创新技术和应用,《流程工业》编辑部在 2024 年第一期特别策划了“工业碳中和”专题,邀请了一批国内外优秀的工业企业分享观点和产业实践,为广大的流程工业企业提供绿色可持续发展的启迪和借鉴。
作者:本刊编辑部
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