李 健
山东公用环保科技集团有限公司 山东 济宁 272100
经过调查可以发现,我国的污水处理厂广泛应用活性污泥法与生活膜法,在污水处理时,通过加入活性微生物主体作为处理方式,活性微生物与污水接触后,能够将有机物降解为小分子物质,达到净化的效果。活性污泥法技术应用较为广泛,利用人工干预的方式给微生物营造出良好的生活环境,提高微生物的新陈代谢的水平,快速消化、分解污染物,达到水体净化的作用。从运行效果好,活性污泥法中微生物活性对处理效果影响最大,而溶解氧、营养物、p H值、温度等都会给微生物活性产生影响,尤其是温度变化,影响最为明显。我国的北方地区冬季非常寒冷,很多地区温度在-20℃以下,而水温下降后,微生物活性明显的降低,给污水处理效果带来不利的影响。基于此,本文重点分析冬季低温对污水处理所产生的影响,以某某县10000m3/d城市污水处理厂为例分析,探讨冬季运行处理的措施。
1.1 水质水量变化
某某县城市污水处理厂设计处理能力为10000m3/d,出水水质要求为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,2010年时污水处理水量为5000m3/d,污水处理构筑物及设备不能满负荷运行,造成了资源的浪费。
某某县近年来经济发展加速,人口数量激增,所以造成城市内污水排放量不断增多。2017年4月,为改变某某县河东片区生活污水无序排放的现状,有关部门对城区的污水管网进行了完善,扩大了收集范围,建设了提升泵站,将河东片区生活污水收纳到污水处理厂进行处理,目前污水处理量能够达到9000m3/d,达到设计标准的90%以上。
随着国家对于环保治理力度加大,某某县根据当地政府部门发布的相关文件,确定污水处理后的化学需氧量、氨氮、总氮三项指标要达到地表排水V级标准,所以决定对污水处理厂进行全面的升级改革,以达到国家规定的指标要求,并且投入试运行。
1.2 氨氮达标改造工程
污水处理厂实际运行中,由于某某县城市污水处理厂进水COD(100mg/L)远低于设计值(350mg/L),并且当时的实际处理水量仅有0.5万吨/日,进水碳源严重不足,造成系统的脱氮除磷能力未达到设计要求,出水氨氮和总氮超标严重,冬季出水氨氮有时达到40mg/L以上,总氮也经常超标。另外由于无保温以及加热措施,每年11月至次年4月运行时,水体水温在5～10℃,制约着硝化反应,不利于生物反应池的运行。针对以上不足之处,对处理厂采取以下改造措施:
(1)提高生化反应池水温
通过增加加热装置,提高生化反应池水温到15℃以上,保证水处理效果。
(2)生化反应池防冻措施
某某县的气象资料显示,历年来冬季环境温度最低在-20℃以下,污水内有少量热量快速散失。因此,一方面应落实曝气池保温处理,在池壁上铺设一层厚度为10cm的发泡保温板,达到保温的效果;另一方面,升高鼓风机的温度,鼓风机吹风之前,将其预热处理,保证吹出的空气温度可以达到5℃～8℃,从而可以使得曝气池水温有所升高,同时对鼓风管道包覆保温材料;另外在生化池加盖保温,加盖方式采用索膜仓形式。
(3)提高充氧设施充氧能力
将曝气头改造成管式微孔曝气管。现有微孔曝气头多有损坏,曝气不均匀,溶氧利用率低。将曝气头曝气改成微孔曝气管。
(4)更换生化池内组合填料
因生化池内加热管网的布置及曝气管的更换,清了除原有的组合填料,更换新的组合填料。
(5)A2/O池增设生物选择器
经曝气沉砂池处理后,污水进入预缺氧池(由厌氧池分割),促进内源发生反硝化的反应,即利用回流污泥自身实现内源反硝化,将其中部分NO3-N去除掉,能源节约比较明显,防止使用过多的碳源,也能够达到排放气体稳定性的要求,对于环境改善有一定的意义。
经过系统的改造与升级之后,污水处理厂的总体处理效果提升明显,排放水质完全达到一级A标准的要求,符合排放的规定。
1.3 提标改造工程
根据某某县当地政府部门发布的外排废水标准,其需氧量、氨氮、总磷三项符合V类标准要求。2019年,污水处理厂进行了提标改造,将“A2O+混凝过滤”工艺改造为“FBC改型A2O脱氮系统+CBF后置脱氮+滤布滤池+O3/UV高级氧化+BAC生物活性炭滤池”工艺,总投资4411.67万元。
1.3.1 改造方案
(1)预处理段改造:新增筛网过滤单元
在预处理段新增精密过滤系统,采用技术先进的筛网过滤单元替代原旋流沉砂池,以高效去除来水中的无机颗粒,为后续FBC生化系统运行的性能高效提供可靠保障,并减轻后续混凝过滤系统负荷。
(2)二级生化系统改造:建立FBC强化脱氮除磷系统
生化池按FBC+A2O工艺进行改造,缺氧池、好氧池采用添加悬浮填料,建立流化动力系统、填料阻隔约束系统;强化对COD、BOD5、NH3-N、TN、TP的去除。
(3)更换中间水池提升泵,为后续新增的CBF、BAC单元提供所需的水头。
(4)改造现有的混凝+活性砂系统,其中活性砂设备全部拆除,空出的池容作为CBF及BAC的滤池反洗排污缓冲池。过滤形式采用滤布滤池成套设备,置于池上。
(5)新建O3/UV高级氧化+BAC生物活性炭滤池的工艺组合,氧化降解残留的难降解有机物,进一步去除总氮、COD并达标。
(6)改造现有污泥脱水系统。
1.4 运营现状
2010年12月,我公司与某某县住房保障和城乡建设管理局签订了《山西省某某县10000m3/d城市污水处理委托运营合同》,运营期为10年。运营期内,在某某县住房保障和城乡建设管理局有关领导的大力支持下,我公司严格执行规范化标准要求,各项设施正常的运行,污水处理厂的运行效果良好,出水水质达到一级A标准的要求,且在整个运行期间,并未发生任何的安全事故与责任事故,达到节能减排的标准要求,环保价值较高,社会效益提升较为明显,得到业主单位及主管部门的高度认可。
提标改造工程2020年7月完成,目前已进入试运行调试阶段,工程的成功运行将进一步美化某某县城人居环境,改善某某的投资环境,保证沁河断面水质达标。
图1 全流程FBC改型A 2/O反硝化脱氮工艺
2.1 低温造成活性污泥沉降性能的下降
在城市生活污水处理厂中,选择应用活性污泥处理方式,在环境温度较低的情况,极易出现污泥膨胀性反应。北方地区冬季环境温度较低,活性污泥细胞分泌物也会不断的增多,其总量几乎是正常温度下的3倍左右,这就导致沉降性能、压缩难度升高。同时,出现低温膨胀之后,较之正常温度下的污泥,其表面带电荷的能力会下降,表面电荷量减小,造成污泥亲水性的增强。因为亲水性的增强,活性污泥的脱水性、沉降性会明天降低,泥水分离质量难以有效的提高。此外,低温条件之下,活性污泥的大颗粒比例会增加,使得污泥比阻增大,导致污泥沉降性能下降,处理效果难以满足要求,甚至还会导致污染问题的严重。
2.2 低温导致有机物去除效果下降
北方冬季环境温度较低,活性污泥在处理污水中,微生物因为受到低温环境的影响,导致其活性不断的下降,极大的影响污泥的处理效果,对于污水中有机物的去除效率产生极为负面的影响。随着温度不断下降,微生物活性降低会更加的明显,在某个范围内,微生物甚至会出现不活动的情况,直接导致休眠或者死亡。在很多地区的温度极低的情况下,微生物死亡现象比较常见,极大的影响微生物的处理效果,效率也会大幅降低,对污水处理产生不利的影响,危害生态环境的质量。
2.3 低温导致脱氮效果变差
在城市污水处理厂中,采用活性污泥处理方法进行污水处理,污水脱氮需要经过硝化反应与反硝化反应两个阶段。北方地区冬季环境温度较低,硝化菌生长速度会不断的减慢,进而影响污泥龄的增长。由于硝化菌的泥龄增长速度比较慢,所以就和异养菌形成一定的泥龄差,进而发生硝化菌流失的问题。同时,北方地区冬季低温还会给反硝化反应产生较大的影响。因为溶解氧与温度是以反比的关系存在,在低温条件下,污水处理系统的溶解氧速度升高,而反硝化反应也需要在缺氧条件下实现,所以反硝化反应受到很大的影响。因此,在北方环境温度较低的情况下,对于污水处理厂的硝化反应与反硝化反应都产生不利的影响。
2.4 低温影响聚磷菌除磷
污水处理厂应用活性污泥法处理,除磷工作主要是通过聚磷菌实现的。聚磷菌生活在好氧环境下,将污水内磷吸收处理,经过污泥回收到厌氧的环境中释放磷,从而达到去除磷的效果。经过上述处理措施,再通过每日将污泥内排放剩余污泥,达到完全去磷的效果。温度对于除磷的效果影响并不如脱氮影响大,在某个规定温度区间内,温度变化并不明显的情况下,生物除磷是基本可以实现的。经过试验分析发现,生物除磷的温度在10℃以上为最佳,这是因为温度较低时,聚磷菌的生长速度减慢。此外,还有研究发现,低温环境之下,兼氧厌氧聚磷菌发挥出重要的去磷作用。
2.5 低温使得菌群数量大幅减少
在污水处理系统内,活性污泥内微生物起到极为重要的作用,其中重要的微生物是黄杆菌、假单胞菌、大肠杆菌等,这些微生物最佳的生长环境是25℃以上,只要是温度降低,极易导致微生物的活动减慢,长期处于低温条件下,直接造成微生物的休眠或者死亡,从而使得活性污泥内的菌群数量减少,对于后续的处理效果和水平造成不利的影响。
3.1 加强保温措施提高进水温度
北方冬季环境温度较低的情况下,活性污泥中微生物受到很大的影响,进而导致微生物处理质量难以提高。要想解决这些问题,选择保温措施极为重要,促进污水温度的提升,使得微生物活性恢复正常,确保污水处理有效的进行。①设备连续运行,防止外露设备发生冻伤的情况,只要存在故障,立即采取措施处理。②厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池等设施都要采取保温处理措施,池壁表面铺设一层保温棉板或者苯板,池顶加盖,使用温室大棚的保温方式。③污水处理厂的管道应用电伴热缠绕的方式保温,保证污水温度不至于降到最低。④加药车间安装供暖设备,出入口设置棉布帘,温度处于合理范围内,药剂溶解效果合格,预防低温导致药剂沉底的情况。
3.2 更改工艺参数以适应低温环境
选择合适的工艺优化调节,保证低温条件下不会影响活性污泥的处理效果,确保水质符合规定标准要求。①适当增大污泥浓度,保证处理效果符合要求。污泥浓度提高后,参与污水处理的微生物数量会增多,分解效率也会得到提升。②增加污水停留时间。通过采取必要的保温措施外,还要延长污水停留时间,以保证微生物的分解有足够的时间,达到污水处理效果的提升。③减少剩余污泥的排放。利用这一方式有效的预防硝化菌因为温度低而导致污泥龄延长的情况。④适当的投入粉末活性炭等物质,在污水处理系统内形成生物膜,将污水内有害物质有效的处理,促进处理质量的提高。⑤提供必要的碳源。结合污水处理厂的实际情况,考虑到应用的需要,合理的加入碳源,从而使得温度较低时,微生物依然能够保持正常的生长。⑥进行必要的曝气控制,保持微生物的正常生长。⑦冬季温度较低的条件下,如果存在污泥膨胀的问题,要立即采取措施处理。
3.3 冬季运行水质分析
为了检验调整后污水处理效果,连续5日采样检测。连续五日COD进水均值321mg/L,出水均值34mg/L,符合一级A标准,可以排放到自然环境中。
经过改造措施应用到,冬季污水处理厂的运行中,COD、氨氮、总氮、总磷出水指标处于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅴ类水质标准以下,完全达到外排的标准,不会给环境造成任何污染的影响。
(1)冬季环境温度较低的情况下,活性污泥处理效果下降,导致有机物去除率降低,脱氮效果差;(2)为了预防低温条件产生不利影响,污水处理厂的关键工序采用必要的保温措施,以更好的提高污水处理的处理效率,达到正常运行的标准;(3)选择合适的污水处理工艺,优化与改革污水处理措施,消除低温对活性污泥处理的不利影响,达到排放的标准。
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