高碑店污水處理廠一期工程曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)的研究與評(píng)價(jià)
杭世珺 徐冬梅 曲際水
【摘要】 介紹了高碑店污水處理廠一期工程曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)試與評(píng)價(jià),著重探討了前置缺氧選擇器的生物機(jī)理,結(jié)果表明,采用前置缺氧選擇器可以抑制絲狀菌的過(guò)渡增長(zhǎng),改善污泥性能,防止污泥膨脹。
【關(guān)鍵詞】 曝氣池 推流式 選擇器 F/M 污泥膨脹
北京高碑店污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為近期100萬(wàn)m3/d,遠(yuǎn)期250萬(wàn)m3/d,近期100萬(wàn)m3/d分為兩期建設(shè),一期工程50萬(wàn)m3/d,已于一九九三年十月竣工投產(chǎn),二期工程50萬(wàn)m3/d,于一九九九年八月竣工。
該處理廠采用前置缺氧段活性污泥法工藝,即在推流式曝氣池前設(shè)置缺氧段(占生物處理池總?cè)莘e的1/12),其目的是改善污泥性質(zhì),防止污泥膨脹。一期工程投產(chǎn)以來(lái),已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近五年,取得了預(yù)期的良好效果。
高碑店污水處理廠一期工程(以下簡(jiǎn)稱高碑店污水處理廠)工藝流程如下圖所示:
·污水處理工藝流程:
·污泥處理工藝流程:
高碑店污水處理廠一期工程曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示:
夏: 13.9~14.5℃
25.2~25.6℃
經(jīng)過(guò)五年運(yùn)行,處理效果如表2所示:
為給高碑店污水處理廠遠(yuǎn)期工程提供更加合理的設(shè)計(jì)參數(shù),于1996年~1997年在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)定等手段,考察了一期工程曝氣池運(yùn)行效果,對(duì)曝氣池主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試與評(píng)價(jià),并試圖探討前置缺氧段的生物機(jī)理。
1 試驗(yàn)內(nèi)容、方法與裝置
1.1 試驗(yàn)內(nèi)容
·測(cè)定曝氣池耗氧速率;
·測(cè)定曝氣池內(nèi)溶解氧分布;
·測(cè)定曝氣池內(nèi)氨氮硝化程度;
·測(cè)定曝氣池內(nèi)污泥負(fù)荷、污泥齡及污泥產(chǎn)率的變化規(guī)律;
·觀察生物相。
1.2 試驗(yàn)方法與裝置
高碑店污水處理廠曝氣池分為兩系列,每系列6池,總計(jì)12池,每池為三廊道,每廊道長(zhǎng)95米,寬9米,總長(zhǎng)285米。
曝氣池進(jìn)水端設(shè)置缺氧段,長(zhǎng)24米,其后261米為好氧區(qū);缺氧區(qū)為總長(zhǎng)的1/12,相當(dāng)于停留時(shí)間42分鐘。
本測(cè)定選用7號(hào)曝氣池,測(cè)定點(diǎn)布置如圖1所示:圖中A、B、C、D、E、F為取樣點(diǎn)。A點(diǎn):表示缺氧段特性;B點(diǎn):表示缺氧向好氧過(guò)渡點(diǎn)的特性;C、D、E點(diǎn):表示第一、二、三廊道好氧區(qū)內(nèi)不同DO濃度點(diǎn)的特性;F點(diǎn):表示曝氣池出水特性;
1.2.1 耗氧速率測(cè)定
在曝氣池各測(cè)點(diǎn)取混合樣進(jìn)行曝氣,待溶解氧濃度達(dá)到6mg/1時(shí),停止曝氣,立即裝人3000ml三角瓶中滿水密封,然后用磁力攪拌器攪拌(見(jiàn)圖2),待D0濃度降至5mg/1時(shí)開(kāi)始記錄,每隔0.5分鐘記錄一次DO濃度,直到DO濃度降至0.5mg/1時(shí)停止。通過(guò)分析D0隨時(shí)間的變化獲得耗氧速率數(shù)值。
1.2.2 溶解氧測(cè)定
本測(cè)定采用美國(guó)科爾·帕默儀器公司產(chǎn)品YSI—58型(便攜)溶解氧測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定測(cè)點(diǎn)為圖1中A、B、C、D、E、F點(diǎn)。
1.2.3 氨氮測(cè)定
本測(cè)定采用納氏試劑分光光度比色法。
主要測(cè)樣為原水及圖1中B、D、F點(diǎn)。
1.2.4 生物相觀察
在曝氣池A、B、C、D、E、F六個(gè)測(cè)點(diǎn)分別取混合液,待沉淀后取其活性污泥置于光學(xué)顯微鏡下觀察,照像顯微鏡為菜司公司BAI型。
1.2.5 化驗(yàn)方法
·MLSS:重量法
·BOD5:生化培養(yǎng)法(5天,20℃)
·CODcr:重鉻酸鉀法
·NH3—N:納氏比色法
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 處理廠運(yùn)行情況考察
2.1.1 水質(zhì)運(yùn)行情況
本運(yùn)行考察分別在夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12~1月)進(jìn)行,運(yùn)行結(jié)果詳見(jiàn)表3“高碑店污水處理廠水質(zhì)運(yùn)行數(shù)據(jù)表”,從表3中可看出:
·秋、冬季原水CODCr,BOD5,SS均較穩(wěn)定,原水平均BOD5濃度為144~196mg/l,平均CODCr濃度為323~446mg/l,平均SS濃度為317~539mg/l,除SS略高于原設(shè)計(jì)值外,其余均在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。
·夏季原水水質(zhì)變化較大,進(jìn)水濃度均較低,B0D5濃度為44~170mg/l,CODcr濃度為77~294mg/l,SS濃度為56~292mg/l。
·夏、秋、冬三季中,二沉池出水均較穩(wěn)定。平均BOD5濃度達(dá)4.67~7.8mg/l,平均CODcr濃度達(dá)20.3~44.6mg/l,平均SS濃度在14~23mg/l,均達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)《GB8978-96》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.2 污泥運(yùn)行情況
本測(cè)定分別在秋冬兩季進(jìn)行,運(yùn)行數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表4,從表4可以看出,剩余污泥排放量平均為8798~11969m3/d,而剩余污泥量設(shè)計(jì)值為8910~14256m3/d,污泥產(chǎn)率為0.9,因此設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值基本一致。
內(nèi)容
日期 進(jìn)水量 供氣量 溫度 曝氣池污泥負(fù)荷 原水 初沉池出水 二沉池出水 (萬(wàn)m3/d) (千m3/d) 氣溫 水溫 kgBOD5/KgVss.d CODCr(mg/l) BOD5(mg/3) SS(mg/1) CODCr
(mg/l BOD5
(mg/1) CODCr
(mg/1) BOD5
(mg/1) SS
(mg/l) 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 1996.9 42.66-51.84 1030-1790 23.0-26.0 19.8-21.3 0.05-O.13 244-739 446 90.5-295 196 212-926 539 78.1-257 45.6-90.5 12.8-45.6 20.3 0.8-2.48 1.28 1-2 14 1996.10 51.84-60.48 1190-1735 14.2-16.5 9.8-21.3 0.11-0.13 185-701 357 116-360 188 138-634 410 115-195 41.2-95.8 6.18-78.2 22.7 2.43-32.0 7.01 9-26 14 1996.11 47.52-51.84 1261-1770 149-639 323 87.1-188 144 133-856 387 14.5-52.5 44.6 3.38-10.8 7.8 2-6 21 1996.12 43.2-51.84 2005-2590 160-921 386 82.0-295 148 112-870 386 13.5-59.4 44.2 3.04-9.13 6.2 1-1 18 1997.1 43.2 1989-2102 0.8-1.3 13.9-14. 0.07-0.12 278-600 411 115-312 195 124-477 317 160-202 61.8-99.5 14.5-49.6 31.7 5.55-9.15 7.26 3-22 16 1997.7 44.1-60.48 32.0-36.0 25.2-25.1 0.065-0.09 83-285 197 44.4-144 92 77-292 231 72.6-180 39.7-80.7 6.48-37.9 20.8 2.42-19.5 7.24 6-22 21 1997.8 43.2-60.48 32.0-36.0 25.2-25. 0.07-0.10 78-294 165 44.5-170 83 56-198 169 71.5-182 40-83.2 6.65-37.1 32.8 3.35-15.9 5.92 0-5 23
日期
剩余污泥排放量(m3/d) 回流污泥量(千m3/d) 污泥回流比(%) 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 1996.9 3020-25740 11969 273-465 390 65-90 67 1996.10 3240-17280 10937 245-367 341 42-72 62 1996.11 3960-17280 11327 101-346 276 50-68 56 1996.12 4320-17280 11479 259-346 268 / / 1997.1 4320一17280 8798 173-259 252 40-60 58
2.1.3 污泥負(fù)荷與污泥齡
從表3可以看出夏、秋、冬季污泥負(fù)荷在0.05~0.13KgBOD5/KgVss.d,而設(shè)計(jì)負(fù)荷為0.14KgBOD5/KgVss.d,實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值基本吻合。
根據(jù)實(shí)測(cè)污泥濃度、剩余污泥量及池容可以計(jì)算出污泥齡為3.5~5.4天,也與設(shè)計(jì)污泥齡4~6天基本一致。
2.2 耗氧速率
活性污泥耗氧速率綜合反映了活性污泥的凈化能力,它與污水性質(zhì)、所選用的工藝流程、工藝參數(shù)、運(yùn)行條件等密切相關(guān)。測(cè)定耗氧速率可間接地反映曝氣池的運(yùn)行狀況,并可為曝氣池設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)依據(jù)。
2.2.1 耗氧速度隨季節(jié)的變化情況
表5中列出了夏、秋、冬不同季節(jié)沿曝氣池池長(zhǎng)變化的耗氧速率和比耗氧速率值。其中冬季氣溫0.8~1.3℃,水溫13.9~14.5℃;秋季氣溫14.2~23℃,水溫19.8~21.8℃;夏季氣溫32~36℃,水溫25.2~25.6℃。圖3、圖4分別表示不同氣溫下耗氧速率和比耗氧速率沿池長(zhǎng)的變化曲線。
由上述表5、圖3、圖4可以看出:冬季比耗氧速率最大值(A點(diǎn))為0.1125mgO2/g.min,最小值(F點(diǎn))為0.0683mgO2/g.min,而秋季該值最大(A點(diǎn))為02462mgO2/g.min,最小(F點(diǎn))為0.1549mgO2/g.min,說(shuō)明耗氧速率隨溫度增加而增大。
但是從表5中還可以看出,夏季最大比耗氧速率(A點(diǎn))為0.2351mgO2/g.min,最小值(F點(diǎn))為0.1184mgO2/g.min,均小于秋季同值;這是因?yàn)楹难跛俾食芩疁赜绊懲?,還與其它因素有關(guān)。表1中1997年7~8月進(jìn)水BOD5為83~92mg/L,CODCr165~197mg/L,明顯低于秋季進(jìn)水BOD5為188~196mg/L,CODCr為357~446mg/L,說(shuō)明耗氧速率還與污泥負(fù)荷有關(guān),在一定條件下,污泥負(fù)荷低,耗氧速率也隨之降低。
2.2.2 需氧量沿池長(zhǎng)的變化
從圖3、圖4中可看出,推流式曝氣池的耗氧速率沿池長(zhǎng)逐漸降低,因而需氧量也逐漸減少,經(jīng)測(cè)定及分析,第一、二、三廊道需氧量分別占曝氣池總需氧量的40%,32%,28%,即三廊道需氧量比為1:0.8:0.7。
另外,需氧量與污泥齡及污泥負(fù)荷有關(guān),本測(cè)定在泥齡3.5~5.4天,污泥負(fù)荷為0.05~0.13kgBOD5/kvVSS.d條件下,去除1kgBOD5需氧量為1.56~1.2kgO2,平均值為1.43kgO2/kgBOD5。
2.3 溶解氧分布
供氧充分與否直接影響好氧生物處理過(guò)程中生物降解速率和處理效果。該廠曝氣池采用漸減曝氣方式,即曝氣頭設(shè)置密度呈遞減狀,經(jīng)測(cè)定,在表3所列供氧量條件下,溶解氧沿池長(zhǎng)變化如圖5所示,由圖5可以看出,曝氣池人口處DO濃度低于0.5mg/1,然后逐漸上升,至第二廊道達(dá)2.34mg/1左右,進(jìn)入第三廊道后又逐漸低至0.6~1.0mg/1左右。從表3還可以看出,此時(shí),二沉池出水BOD5達(dá)4~7mg/1,CODCr達(dá)20~30mg/1,SS達(dá)14~23mg/1,完全滿足二級(jí)處理出水要求。
2.4 氨氮硝化
曝氣池中氨氮去除受污水中pH、水溫、堿度、CODCr等影響。本測(cè)定沿池長(zhǎng)取不同測(cè)點(diǎn),測(cè)定水溫為13.9~25.6℃,pH7.2~7.75,堿度330~241mg/1。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖6,從圖6中可以看出:秋季原水NH3—N21mg/l,出水可達(dá)3.4mg/l;冬季原水NH3—N32.4mg/1,出水可達(dá)0.93mg/1;原設(shè)計(jì)值為30mg/1,實(shí)測(cè)曝氣池氨氮去除率為84%,硝化效果良好。
2.5 生物相觀察
正常運(yùn)行條件下,曝氣池內(nèi)生物種類繁多,且較活躍,主要有原生動(dòng)物和后生動(dòng)物,如鐘蟲(chóng)、楯纖蟲(chóng)、聚縮蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、鞘居蟲(chóng)、輪蟲(chóng)等(見(jiàn)圖7:生物相照片),生物相沿池長(zhǎng)變化不大,但冬季生物數(shù)量較秋季為少。
項(xiàng)目
內(nèi)容
日期 池長(zhǎng)(m) 耗氧速率(mgO2/1.min) 比耗氧速率(mgO2/1.min)
范圍 平均 平均 1996.9.100-1996.10
(秋季) 12/(A) 0.3757-0.4985 0.4561 0.2462 24/(B) 0.4296-0.5964 0.5244 0.2031 90/(C) 0.3822-0.4759 0.4342 0.1749 142.5/(D) 0.3642-0.4159 0.3893 0.1636 214/(E) 0.3494-0.3986 0.3888 0.1566 285/(F) 0.3659-0.3932 0.3693 0.1549 1997.1.10-1997.1.2
(冬季) 12/(A) 0.2204-0.2638 0.2415 0.1125 24/(B) 0.283-0.3123 0.3026 0.1056 90/(C) 0.2643-0.2858 0.2747 0.00925 142.5/(D) 0.2415-0.2866 0.2698 0.0909 214/(E) 0.2593-0.2652 0.2644 0.0812 285/(F) 0.1425-0.2406 0.2135 0.0683 1997.7.15-1997.8.(夏季) 12/(A) 0.3569-0.3923 0.3736 0.2351 24/(B) 0.3777-0.4253 0.3849 0.2148 90/(C) 0.2809-0.3666 0.3258 0.1752 142.5/(D) 0.2467-0.2950 0.2707 0.1539 214/(E) 0.2397-0.2842 0.2648 0.1356 285/(F) 0.2380-0.2712 0.2526 0.1184
3 結(jié)論與分析
?、?采用前置缺氧段(缺氧選擇器)活性污泥法工藝可以抑制絲狀菌的過(guò)度增長(zhǎng),防止污泥膨脹。
污泥膨脹是自活性污泥法問(wèn)世以來(lái),一直困擾著人們的最大難題之一。美國(guó)有1/2污水廠由于出水懸浮物過(guò)高而不能達(dá)標(biāo);荷蘭40~50%城市污水廠存在污泥膨脹問(wèn)題;德國(guó)315座活性污泥處理廠中,45%存有絲狀菌過(guò)度增長(zhǎng)狀況;英國(guó)調(diào)查了65座污水處理廠其中27座年平均SVI高于200;我國(guó)幾乎所有城市污水處理廠都存有一定程度的絲狀菌膨脹現(xiàn)象??梢?jiàn)活性污泥法工藝中污泥膨脹是一個(gè)世界范圍的普遍問(wèn)題。
污泥膨脹有絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹,造成各種類型的污泥沉降性能不良的多數(shù)原因,是由于絲狀菌過(guò)度增長(zhǎng),因此,抑制絲狀菌過(guò)度增長(zhǎng)是防止污泥膨脹的主要途徑。
生物選擇器是應(yīng)用生物競(jìng)爭(zhēng)的原理,人為地在曝氣池中造成某種有利于選擇性地發(fā)展菌膠團(tuán)細(xì)菌的生態(tài)環(huán)境,使菌膠團(tuán)細(xì)菌迅速增長(zhǎng),抑制絲狀菌過(guò)度增殖,從而控制污泥膨脹。
其具體方法是在推流式曝氣池前段設(shè)置一個(gè)停留時(shí)間比曝氣池短得多的區(qū)段,稱為生物選擇器。在生物選擇器內(nèi),起始原污水的基質(zhì)濃度很高,可局部提高F/M比值,在此環(huán)境下,菌膠團(tuán)細(xì)菌迅速攝取、轉(zhuǎn)化并貯存污水中大部分可溶性有機(jī)物,奪取了絲狀菌的營(yíng)養(yǎng)源,成為優(yōu)勢(shì)菌,在后續(xù)的曝氣池中,由于絲狀菌缺少營(yíng)養(yǎng)而受到抑制,菌膠團(tuán)細(xì)菌卻可繼續(xù)氧化內(nèi)源貯存物而得到增殖,因而抑制了絲狀菌增長(zhǎng),控制了污泥膨脹的發(fā)生。
根據(jù)選擇器內(nèi)部運(yùn)行條件不同,可分為好氧型、缺氧型和厭氧型,本設(shè)計(jì)采用缺氧型選擇器,即在推流式曝氣池前設(shè)置為總池容1/12的缺氧段,相當(dāng)水力停留時(shí)間42分鐘。該缺氧選擇器除需保持較高的基質(zhì)濃度梯度外,菌膠團(tuán)細(xì)菌在有硝酸鹽存在的缺氧條件下,有比絲狀菌高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)的基質(zhì)利用率和硝酸鹽還原速率,由于高碑店污水廠好氧水力停留時(shí)間8.38hr硝化較安全,回流污泥中硝酸鹽濃度較高,缺氧段內(nèi)有足夠的硝酸鹽,因此菌膠團(tuán)細(xì)菌得以迅速增長(zhǎng),至使絲狀菌受到抑制。從該廠1997、1998年運(yùn)行數(shù)據(jù)(見(jiàn)表6、表7)可以看出,曝氣池SVI值始終維持在40~112之間,其中絕大部分SVI值低于100,證明了推流式曝氣池前段設(shè)缺氧選擇器改善污泥沉降性能控制污泥膨脹,是合理的和成功的。近年來(lái),開(kāi)始提倡氧化溝處理工藝前增設(shè)缺氧選擇器的方法,回流污泥可按不同比例投加到生物選擇器,其目的也是根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物濃度變化,調(diào)整投加回流污泥量,提高其原水F/M比,控制污泥膨脹。
?、?曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)測(cè)運(yùn)行參數(shù)基本一致(見(jiàn)表8),可以認(rèn)為設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇是合理的。
/ 1997.7.11 75.2 1997.7.23 53.0 1997.8.15 51.2 / / 1997.7.12 82.6 1997.7.24 72.3 1997.8.18 55.3
/ 1997.7.13 58.4 1997.7.25 52.6 1997.8.19 48.2 /
1997.7.14 61.2 1997.7.26 71.9
項(xiàng)目 設(shè)計(jì)值 實(shí)測(cè)值 曝氣池污負(fù)荷(kgBOD↓5kg Vss.d) 0.14 0.05~0.13 產(chǎn)泥量(m↑3/d) 8910~14256 8789~11969 污泥泥齡(d) 4.13~6.19 3.5~5.4
?、?水溫對(duì)曝氣池耗氧速率有明顯影響,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用冬季低溫污泥負(fù)荷值,保證冬季系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
?、?由于合流制污水廠夏季雨水較多,進(jìn)水B0D5濃度及污泥負(fù)荷較低,導(dǎo)致耗氧速率降低,因此夏季應(yīng)注意鼓風(fēng)機(jī)供氣量的調(diào)節(jié),避免過(guò)量曝氣。
⑤ 推流式漸減曝氣工藝三廊道實(shí)測(cè)需要氧量比例為1:0.8:0.7,可作為參考值。
?、?本處理工藝好氧段水力停留時(shí)間為8.38hr,氨氮去除率可達(dá)84%,硝化較安全,回流污泥可為缺氧選擇器提供較充足的硝酸鹽,利于菌膠團(tuán)細(xì)菌的迅速增長(zhǎng)。采用該工藝,應(yīng)考慮足夠的好氧硝化水力停留時(shí)間。
?、?曝氣池生物相觀察表明,生物相種群及數(shù)量沿池長(zhǎng)及隨季節(jié)變化不大,說(shuō)明曝氣池運(yùn)行狀態(tài)較穩(wěn)定,為活性污泥微生物創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境,有利于微生物的繁殖生長(zhǎng)。
4 建議
本次測(cè)定只是在現(xiàn)有的工況條件下進(jìn)行,若條件允許,建議改變運(yùn)行工況,對(duì)其作進(jìn)一步的測(cè)定與考查。
參考文獻(xiàn)
[1]須藤隆一著,《廢水處理的生物學(xué)》,1977年
[2]井出哲夫編著,《水處理工學(xué)》,1986年
[3]王凱軍編著,《活性污泥膨脹的機(jī)理與控制論》,1992年
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