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1、城市污水处理厂可持续的运行优化控制 一 城市污水处理技术进展 与其它技术的发展过程一样 随着经济的发展和科学技术的进步 城市污水处理技术也经历了一个由初级到高级逐步发展完善的过程 20世纪以前 仅限于物理方法和化学方法20世纪初 活性污泥法诞生20世纪20年代 二级生化处理系统形成并推广完善20世纪70年代 污水厂才逐步完善了二级处理工艺 随着水资源的日趋短缺 城市污水处理己从二级处理向三级处理过渡 人们将物理方法 化学方法 生化方法和物化方法有机地结合起来提高污水处理深度 以期达到城市污水的资源化 我国与世界其他国家城镇生活污水处理率比较 二 我国城市污水处理厂的现状及存在问题 1 现状城市
2、污水厂加快了建设步伐 从一定程度上改善了我国的地表水环境 尤其是城市水环境 污水处理厂增多污水日处理能力提高城市生活污水处理率上升2 存在问题1 总体处理能力偏低 地区分布不平衡城市污水处理厂主要集中在东部地区 全国污水处理能力的65 5 而中部和西部地区的污水处理能力仅占全国的18 8 和15 7 2 污水处理设施陈旧 运行负荷率有待进一步提高城镇生活污水收集系统之后 管网配套覆盖率低城市污水处理设施设计规模超过实际处理要求3 污水资源化率低 污泥利用率不高我国目前城镇生活污水再生利用量占污水处理量的5 左右 污泥利用率20 城市污水处理厂可持续运行的优化控制 三 我国城市污水处理厂的发展趋
3、势 随着我国经济的高速发展 城市化进程的加快 同时受水资源短缺和能源危机等影响 未来的城市污水处理厂将向以下方向发展 1 污水处理普及率更高城市污水处理的普及率及处理率将有很大的提高 污水处理设施的投资在国民经济总值中所占的比例会更大 2 推广低能耗高性能的污水处理工艺技术高效 低能耗的城市污水处理技术和工艺流程将得到积极的开发和利用 以节省投资 降低维护费和运行费 3 水处理排放标准提高4 多功能的污水处理技术更为流行随着城市的发展 城市用水的供需矛盾日益突出 污水处理厂不仅要承担控制污染的任务 还要承担解决城市水资源短缺的任务 城市污水处理厂的尾水资源化将是必然趋势 5 有关污水处理的政策
4、更加完善与城市污水处理厂的资源化相配套的相关政策 法律 法规更加健全 推进以节水型为中心的可持续社会的建成 2 城市污水处理厂的运行与管理 一 概论 城市污水处理厂是个复杂系统 涉及变化因子 如水质 水量 水温等多 工艺流程复杂 构筑物 设备及管线繁杂 调控因子多 同时污水处理厂又是耗能大户 需要资金投人大 运营费用高 如何使污水处理厂的运转优化 在保证出水水质的条件下减少运行费用 提高能源利用率 我国运行管理上主要体现在以下几个方面 1 污水处理厂缺乏系统综合运行调度国内外污水处理厂的运行管理均存在重单元管理和设备管理 而轻工艺的系统管理 污水处理各单元各个单元之间的联系不密切 有水质水量突
5、变等突发情况发生时 不易迅速作出调整 2 城市污水处理厂管理人员素质有待提高污水处理厂的运行是一个复杂的过程 要利用大型的构筑物 机械 设备与自控装置 还涉及到各种测试手段 这就要求有高素质的操作管理人员 以先进的技术 文明的方式 安全地搞好生产运行 3 自动化控制水平有待提高污水处理厂的高度自动化管理有利于控制污水处理厂的运行能及时发现处理设备异常 同时还可以节省人工 预处理工艺及其构筑物的运行 维护和管理厌氧生物处理工艺的运行与管理好氧生物处理工艺的运行与管理消毒与计量污泥处理构筑物 二 污水处理构筑物的运行 维护与管理 1 格栅 格栅主要通过栅网拦截作用是去除污水中体积较大的大块飘浮物
6、否则这些大块污物将堵塞水泵和管道 影响设备的正常运行 应记录每天发生的栅渣量 用容量或重量均可 根据栅渣量的变化 可以间接判断格栅的拦污效率 当栅渣比历史记录减少时 应分析格栅是否运行不正常 测定栅前 栅后水位 分析过栅流速控制是否合理 是否应及时清污 1 监测指标 流量分配调节 过栅流速的影响 2 格栅的运行维护 一 预处理系统 3 格栅控制方式 一是利用栅前栅后的液位差即过栅水头损失来自动控制格栅的开启 二是时间控制根据不同季节的栅渣量 设置格栅除污机的自动开停时间 栅渣量多时 开机时间设置长一些 反之 停机时间设置长一些 定期清洗水位测量仪的探头 纪录每天发生的栅渣量 通过栅渣量的变化规
7、律 调整格栅的定时开停时间 使格栅的运行更为高效 4 定时巡视检查 污水厂内最易发生故障的设备之一 定时现场巡视 观察格栅上的栅渣量 水头损失 格栅是否局部堵塞 格栅及输送机是否有异常声音 栅条是否变形 栅齿是否脱落 前后渠道是否沉砂 5 卫生安全 防止人员中毒 并减轻硫化氢对设备的腐蚀 强制通风 排除硫化氢和甲硫醇等恶臭有毒气体 及时清除栅渣 防止腐败产生恶臭 栅渣堆放处应经常清洗 搅拌器 风机开始供气 对沉砂进行提升 在风机开启之前 还应首先开启自来水 进行洗砂 风机与砂水分离器交替运行 风机和砂水分离器的运行时间均可依据污水中的含砂量来调节 由时间继电器控制 工作顺序是 沉砂 洗砂一排砂
8、一出砂 涡轮沉砂池 1 监测指标 2 沉砂池 测量并记录每天的除砂量应定期测定沉砂池和洗砂设备排砂中的有机物含量 对于曝气沉砂池 应准确记录每天的曝气量 曝气沉砂池通过调整曝气强度 可以改变污水在池内的旋流速度 2 运行控制 3 初沉池 每班测排泥量 每天测一次排泥含固量 每班应记录以下内容 排泥次数 排泥时间 排浮渣次数 浮渣量 温度和pH值 刮泥机及泥泵的运转情况 1 监测指标 2 运行控制 表面负荷 停留时间 堰上负荷 排泥浓度下降初沉池一般采用间歇排泥 当发现排泥浓度下降 可能的原因是排泥时间偏长 应调整排泥时间 经常测定排泥管内的污泥浓度 达到3 时需排泥 比较先进的方法是在排泥管路
9、上设置污泥浓度计 当排泥浓度降至设定值时 泥泵自动停止 或根据时间控制排泥 排泥泵的开停时间可根据运行经验设定 浮渣槽溢流若发现浮渣槽溢流 可能的原因是浮渣挡板淹没深度不够 或刮渣板损坏 或清渣不及时 也有可能浮渣刮板与浮渣槽不密合 排泥不及时若排泥不及时 SS去除率会降低 并造成泥斗 泥管和刮泥设备堵塞 SS去除率低除排泥不及时之外 表面负荷过大 停留时间太短 进水整流不合理 出水堰板不平 密度流 风力 污水严重腐败等都能使SS去除率降低 3 异常问题的分析 1 厌氧消化的影响因素与控制要求 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段 因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准 温度因素
10、营养与C N比生物固体停留时间 污泥龄 氨氮 硫酸盐 含盐量有毒物质酸碱度 pH值和消化液的缓冲作用 二 厌氧生物处理运行控制 2 厌氧反应器的启动 1 厌氧活性污泥来源污水厂消化池污泥 工业废水厌氧处理装置中厌氧污泥 好氧生物系统排出的剩余污泥化粪池或排水沟渠底泥其它来源 2 厌氧活性污泥培养 接种污泥量 与培养时间成成比 增加接种污泥量可以缩短培养期 逐渐提高温度 升温过快 易导致污泥上浮 升温速度一般0 5 1 h 启动初期 适量进水 低负荷运行生活污水或易生化废水为主 负荷提高期 pH值稳定的条件下 逐渐加大负荷 观察去除效果 产气率 酸碱度变化 3 厌氧活性污泥驯化 异步培养法 先培
11、养后驯化 同步培养法 同时培养驯化 启动期反应器进出水COD浓度变化情况 负荷提高期水力负荷曲线 负荷提高期反应器容积负荷及COD去除率的变化 负荷提高期反应器气体产量变化 厌氧污泥的主要聚集形式包括颗粒 granules 絮体 flocs 絮状污泥 nocculentsludge 等 定义 团体和颗粒是结构紧密的聚集体 这些聚集体沉降后呈现固定的形态 絮体和絮状污泥则是具有蓬松结构的聚集体 这些聚集体沉降后无固定形态 3 厌氧颗粒污泥 1 厌氧颗粒污泥的形成 提高单位反应器中微生物量的有效方法之一是形成颗粒污泥 目前的研究认为形成颗粒污泥的条件至少有一下两点 由一些无机物的晶体 CaCO3
12、形成颗粒污泥的中心 微生物和有机物在上面发生沉积和自凝聚 从而形成颗粒污泥 在UASB的启动阶段 由于升流式污泥床的水力筛分作用将一部分分散悬浮的生物絮体排出反应器 使比重大的污泥颗粒保持在反应器内 颗粒污泥基本成熟后的扫描电镜照片 运行第120天 2 颗粒污泥的培养条件 一般需要2 4个月 可分为 启动期 颗粒污泥形成期 颗粒污泥成熟期 接种污泥的选择 维持稳定的环境条件 如温度 pH值等 污泥负荷0 05 0 1kgCOD kgSS d 容积负荷应小于0 5kgCOD m3 d保持反应器中低的VFA浓度 表面水力负荷应大于0 3m3 m2 d 淘汰絮状污泥 进水中可适当提供无机微粒 如钙和
13、铁 同时应补充微量元素 如Ni Co Mo 3 颗粒污泥的沉速及其变化 4 厌氧反应器运行控制 1 有机负荷对处理效果的影响 反应器针对特定的废水存在一个最大运行负荷区间 继续增加负荷造成系统运行极不稳定 挥发酸积累处理效率降低 甚至系统破坏 2 pH值对处理效果的影响 参与厌氧消化的两大类微生物所适应的pH值范围并不一致 3 酸碱度的影响 为了保证pH值稳定 厌氧消化液中碱度 挥发酸含量必须保持一定的平衡 挥发酸越低越好 挥发酸越低出水COD越低一般VFA 100 300mg L 碱度 一般大于1500mg L 影响硫酸盐还原菌与产甲烷菌关系的重要指标是COD SO4比值 4 硫酸盐的影响
14、5 温度避免温度大幅度波动 降温幅度越大 影响越大 恢复时间越长 1 污泥膨胀类型 丝状菌膨胀丝状菌过度繁殖引起絮体松散 沉淀恶化 SVI200 2000 最常见 非丝状菌膨胀 法国有30 的污水处理厂有污泥膨胀德国有50 的污水处理厂有污泥膨胀美国有60 的污水处理厂有污泥膨胀 结合水过量增多 污泥相对密度变小 体积显著增大 沉淀性能变差 三 好氧生物处理运行控制 表征污泥沉降性能的主要参数 污泥沉降比SV 污泥指数SVI SVI值大于150mL g 固液两相不能正常分离 污泥面成层沉降速度ZSV 丝状菌长度 1 非丝状菌性污泥膨胀 菌体外蓄积大量高粘性多糖类物质 多糖类物质分子中含有很多羟
15、基 与水结合性强 成亲水性造成絮体松散 2 丝状菌膨胀 比表面大 沉降性能差耐低营养耐低氧适合高C N的废水 丝状菌生理特点 丝状菌污泥膨胀的原因氮 磷不足pH值低BOD负荷过低水温偏高DO不足废水中糖类 碳水化合物含量较多硫化氢含量高反应器的流态 2 活性污泥膨胀控制方法 1 临时性控制方法 药剂助沉法混凝剂 助凝剂 粘土 硅藻土 控制投加量 杀灭丝状菌丝状菌对化学药剂敏感 控制剂量可以杀灭丝状菌而减少对菌教团损害 液氯 次氯酸钠 二氧化氯 双氧水 2 工艺控制方法 改变完全混合为推流式 改变流态 设置生物选择器 根据生物选择性行理论 设置高负荷的生物选择器区 改变构造 设置厌氧 好氧交替运
16、行 有利于菌胶团 增加填料 曝气池前端设置软性填料 利于丝状菌固着生长 回流污泥定期加氯 辅助手段 增加首端曝气量 避免溶解氧不足 3 泡沫 化学泡沫由洗涤剂或化学药品引起 随着活性污泥的生长 大量的洗涤剂会被微生物所吸收 泡沫也就消失了 若发现有白浪状的泡沫 应当减少剩余污泥的排放量 若发现浓黑色的泡沫 表明污泥衰老 应当增加剩余污泥排放量 生物泡沫生物泡沫呈褐色 也可在曝气池上堆积很高 并进入二沉池随水流走 由于诺卡氏菌引起的生物泡沫 是污水中含大量油 脂类物质引起 诺卡氏菌引起泡沫 防治措施 泥龄控制消泡剂喷水消泡加氯消除诺卡氏生物泡沫 4 生物脱氮活性污泥法 1 生物硝化的控制因素 F M 一般都在0 15kgBOD kgMLVSS d 以下 负荷越低 硝化进行得越充分 泥龄SRT 硝化细菌增殖速度较慢 世代期长 如果不保证足够长的SRT 硝化细菌就培养不起来 也就得不到硝化效果 实际运行中 SRT控制在多少 取决于温度等因素 回流比R 回流比一般比传统活性污泥法大 混合液中含有大量的硝酸盐 如果回流比太小 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 硝化工
