史上最全的生化处理常见问题刨析及解决办法!

                                 

在污水处理过程中,会遇到各种各样的污水问题,比如:COD、氨氮、SS等指标不达标,污泥膨胀、浮泥、活性微生物死亡等,因为污水处理的原理都是相同的,所以污水处理研究从开始基本上是以生活污水作为研究蓝本的,以下我们以生活污水的为目标来总结运营过程中会遇到的问题:

一、进水水量与水质

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(一)进水水量

在我国,城市污水处理厂进水水量不足的现象普遍存在,这种吃不饱的原因既有通常被提到的污水收集管网建设滞后问题,也有设计能力超前的问题。这两方面原因导致许多地方的污水处理厂已经建成几年仍不能满负荷运行,有些污水处理厂甚至只能抽取厂区周边的河水进行处理,使得污水处理工艺控制增加了难度,也增加了工程投资的成本,造成资产的闲置与浪费,无谓地过多消耗本来就已非常紧张的污水处理资金。相反,有的污水处理厂存在长期超负荷运行状态,例如某污水处理厂一期工程规模为40万m3/d,二期工程规模为24万m3/d,但由于资金短缺而使二期工程建设滞后,一期实际处理量已达到52万m3/d,处理出水水质有所下降。为此,合理确定污水处理厂建设规模与分期,高效使用治污资金,以及尽量提高污水收集率,是实现污水减排的前提。

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(二)进水水质

由于城市污水收集管网不配套,雨污合流制管网较普遍,管网管理不到位,致使进入城市污水处理厂的进水中雨水、河道水和工业废水的比例较大。

以下进水水质情况均不利于污水处理厂的正常运行:

(1)进水中BOD、COD含量比设计值低,而氮、磷等指标则等于或高于设计值,从而增加污水脱氮除磷处理达标排放的难度;

(2)工业废水中的夹带油污或有毒物质对城市污水处理厂的生物系统造成巨大影响,在极端情况下这些油污或有毒物质会使整个生物系统瘫痪,微生物菌种死亡,整个污水处理厂不得不重新培养活性污泥;

(3)进水水质偏高,供氧与污泥脱水设备规格不能满足污水与污泥处理要求。其中垃圾渗滤液引入给城市污水处理厂运行所造成的影响需要给予足够重视。

对于污水收集与污水处理能力不协调问题,需要有关主管部门将城市排水管网和污水处理厂建设纳入城市建设近、远期总体规划,保证污水收集系统与污水处理厂同步或先行建设。同时做好新建污水处理厂服务范围内污水水质调查,以合理确定设计进水水质。

二、出水水质

我国近年建设的城市污水处理厂基本要求达到国家GB18918-2002中的一级B标准,在一些地区还有要求达到一级A标准。即使是原有已建项目,也在逐渐进行升级改造,以提高污水减排效果。

根据规定的污水处理排放标准要求,各城市污水处理厂采用适合于本地进水水质等客观条件的污水处理工艺技术,并加强运营管理。然而,在污水处理厂的实际运行管理过程中,仍会遇到一些来自不同方面的问题而导致处理出水水质不达标。

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(一)有机物超标

传统活性污泥工艺的主要功效是去除城市污水中的有机污染物质,设计与运行良好的活性污泥工艺,出水BOD5和SS均可小于20mg/L。

影响有机物处理效果的因素主要有:

(1)营养物

一般城市污水中的氮磷等营养元素都能够满足微生物需要,且过剩很多。但工业废水所占比例较大时,应注意核算碳、氮、磷的比例是否满足100:5:1。如果污水中缺氮,通常可投加铵盐。如果污水中缺磷,通常可投加磷酸或磷酸盐。

(2)pH

城市污水的pH值是呈中性,一般为6.5~7.5。pH值的微小降低可能是由于城市污水输送管道中的厌氧发酵。雨季时较大的pH降低往往是城市酸雨造成的,这种情况在合流制系统中尤为突出。pH的突然大幅度变化,不论是升高还是降低,通常都是由工业废水的大量排入造成的。调节污水pH值,通常是投加氢氧化钠或硫酸,但这将大大增加污水处理成本。

(3)油脂

当污水中油类物质含量较高时,会使曝气设备的曝气效率降低,如不增加曝气量就会使处理效率降低,但增加曝气量势必增加污水处理成本。另外,污水中较高的油脂含量还会降低活性污泥的沉降性能,严重时会成为污泥膨胀的原因,导致出水SS超标。对油类物质含量较高的进水,需要在预处理段增加除油装置。

(4)温度

温度对活性污泥工艺的影响是很广泛的。首先,温度会影响活性污泥中微生物的活性,在冬季温度较低时,如不采取调控措施,处理效果会下降。其次,温度会影响二沉池的分离性能,例如温度变化会使沉淀池产生异重流,导致短流;温度降低会使活性污泥由于粘度增大而降低沉降性能;温度变化会影响曝气系统的效率,夏季温度升高时,会由于溶解氧饱和浓度的降低,而使充氧困难,导致曝气效率的下降,并会使空气密度降低,若要保证供气量不变,则必须增大供气量。

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二、氨氮超标

污水中氨氮的去除主要是在传统活性污泥法工艺基础上采用硝化工艺,即采用延时曝气,降低系统负荷。(实际案例分析可点击阅读。)

导致出水氨氮超标的原因涉及许多方面,主要有:

(1)污泥负荷与污泥龄

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。

(2)回流比

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%。

(3)水力停留时间

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。

(4)BOD5/TKN

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。很多城市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

生物硝化系统一个专门的工艺参数是硝化速率,系指单位重量的活性污泥每天转化的氨氮量。硝化速率的大小取决于活性污泥中硝化细菌所占的比例,温度等很多因素,典型值为0.02gNH3-N/gMLVSS×d。

(6)溶解氧

硝化细菌为专性好氧菌,无氧时即停止生命活动,且硝化细菌的摄氧速率较分解有机物的细菌低得多,如果不保持充足的氧量,硝化细菌将“争夺”不到所需要的氧。因此,需保持生物池好氧区的溶解氧在2mg/L以上,特殊情况下溶解氧含量还需提高。

(7)温度

硝化细菌对温度的变化也很敏感,当污水温度低于15℃时,硝化速率会明显下降,当污水温度低于5℃时,其生理活动会完全停止。因此,冬季时污水处理厂特别是北方地区的污水处理厂出水氨氮超标的现象较为明显。

(8)pH

硝化细菌对pH反应很敏感,在pH为8~9的范围内,其生物活性最强,当pH<6.0或>9.6时,硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。因此,应尽量控制生物硝化系统的混合液pH大于7.0。

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(三)总氮超标

污水脱氮是在生物硝化工艺基础上,增加生物反硝化工艺,其中反硝化工艺是指污水中的硝酸盐,在缺氧条件下,被微生物还原为氮气的生化反应过程。

导致出水总氮超标的原因涉及许多方面,主要有:

(1)污泥负荷与污泥龄

由于生物硝化是生物反硝化的前提,只有良好的硝化,才能获得高效而稳定的的反硝化。因而,脱氮系统也必须采用低负荷或超低负荷,并采用高污泥龄。

(2)内、外回流比

生物反硝化系统外回流比较单纯生物硝化系统要小些,这主要是入流污水中氮绝大部分已被脱去,二沉池中NO3--N浓度不高。相对来说,二沉池由于反硝化导致污泥上浮的危险性已很小。另一方面,反硝化系统污泥沉速较快,在保证要求回流污泥浓度的前提下,可以降低回流比,以便延长污水在曝气池内的停留时间。

运行良好的污水处理厂,外回流比可控制在50%以下。而内回流比一般控制在300~500%之间。

(3)反硝化速率

反硝化速率系指单位活性污泥每天反硝化的硝酸盐量。反硝化速率与温度等因素有关,典型值为0.06~0.07gNO3--N/gMLVSS×d。

(4)缺氧区溶解氧

对反硝化来说,希望DO尽量低,最好是零,这样反硝化细菌可以“全力”进行反硝化,提高脱氮效率。但从污水处理厂的实际运营情况来看,要把缺氧区的DO控制在0.5mg/L以下,还是有困难的,因此也就影响了生物反硝化的过程,进而影响出水总氮指标。

(5)BOD5/TKN

因为反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的,所以进入缺氧区的污水中必须有充足的有机物,才能保证反硝化的顺利进行。由于目前许多污水处理厂配套管网建设滞后,进厂BOD5低于设计值,而氮、磷等指标则相当于或高于设计值,使得进水碳源无法满足反硝化对碳源的需求,也导致了出水总氮超标的情况时有发生。

(6)pH

反硝化细菌对pH变化不如硝化细菌敏感,在pH为6~9的范围内,均能进行正常的生理代谢,但生物反硝化的最佳pH范围为6.5~8.0。

(7)温度

反硝化细菌对温度变化虽不如硝化细菌那么敏感,但反硝化效果也会随温度变化而变化。温度越高,反硝化速率越高,在30~35℃时,反硝化速率增至最大。当低于15℃时,反硝化速率将明显降低,至5℃时,反硝化将趋于停止。因此,在冬季要保证脱氮效果,就必须增大SRT,提高污泥浓度或增加投运池数。

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(四)总磷超标

城市污水处理厂除磷主要是依靠生物除磷,即在好氧段前增加厌氧段,使聚磷菌交替处于厌氧和好氧状态,实现磷酸盐的释放与吸收,并通过排放剩余污泥来达到除磷目的。在生物除磷难以达标的条件下,还可以考虑投加化学药剂来辅助除磷。化学除磷主要是通过混凝、沉淀和过滤等方法使磷成为不溶性的固体沉淀物,从污水中分离出来。

导致生物除磷出水总磷超标的原因涉及许多方面,主要有:

(1)污泥负荷与污泥龄

厌氧-好氧生物除磷工艺是一种高F/M低SRT系统。当F/M较高,SRT较低时,剩余污泥排放量也就较多。因而,在污泥含磷量一定的条件下,除磷量也就越多,除磷效果越好。

对于以除磷为主要目的生物系统,通常F/M为0.4~0.7kgBOD5/kgMLSS×d,SRT为3.5~7d。但是,SRT也不能太低,必须以保证BOD5的有效去除为前提。

(2)BOD5/TP

要保证除磷效果,应控制进入厌氧区的污水中BOD5/TP大于20。由于聚磷酸菌属不动菌属,其生理活动较弱,只能摄取有机物中极易分解的部分。因此,进水中应保证BOD5的含量,确保聚磷酸菌正常的生理代谢。但许多城市污水处理厂实际进水存在碳源偏低,氮、磷等浓度较高等现象,导致BOD5/TP值无法满足生物除磷的需要,影响了生物除磷的效果。

(3)溶解氧

厌氧区应保持严格厌氧状态,即溶解氧低于0.2mg/L,此时聚磷菌才能进行磷的有效释放,以保证后续处理效果。而好氧区的溶解氧需保持在2.0mg/L以上,聚磷菌才能有效吸磷。因此,对于厌氧区和好氧区溶解氧的控制不当,将会极大影响生物除磷的效果。另外,有些污水处理厂的进水为河道水,污水中溶解氧含量较高,若直接进入厌氧区,则不利于厌氧状态的控制,影响了聚磷菌放磷效果。

(4)回流比

厌氧-好氧除磷系统的的回流比不宜太低,应保持足够的回流比,尽快将二沉池内的污泥排出,防止聚磷菌在二沉池内遇到厌氧环境发生磷的释放。在保证快速排泥的前提下,应尽量降低回流比,以免缩短污泥在厌氧区的实际停留时间,影响磷的释放。

在厌氧-好氧除磷系统中,若污泥沉降性能良好,则回流比在50~70%范围内,即可保证快速排泥。

(5)水力停留时间

污水在厌氧区的水力停留时间一般在1.5~2.0h的范围内。停留时间太短,一是不能保证磷的有效释放,二是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成低级脂肪酸,以供聚磷菌摄取,从而也影响了磷的释放。

污水在好氧区的停留时间一般在4~6h,这样即可保证磷的充分吸收。

(6)pH

低pH有利于磷的释放,高pH有利于磷的吸收,而除磷效果是磷释放和吸收的综合。因此在生物除磷系统中,宜将混合液的pH控制在6.5~8.0的范围内。

由于对出水总磷指标要求的不断提高,除生物除磷外,化学除磷也得到越来越多地应用。但化学除磷在提高除磷效果的同时,也会因投加化学药剂而使剩余污泥量大大增加,进而增加污泥处理量与泥饼处置量。

实际中应根据实验来确定化学药剂的投加点与投加量,并及时调整,确保出水磷含量稳定达标,并尽可能降低药耗。

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(五)悬浮物超标

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。

造成二沉池出水悬浮物超标的原因有以下几个方面:

(1)二沉池工艺参数选择

二沉池设计参数是否选择恰当是出水悬浮固体指标会否超标的重要因素。许多城市污水处理厂在设计之初,为节约建设成本,将水力停留时间大大缩短,并尽量提高其水力表面负荷,造成运行时二沉池经常出现翻泥现象,致使出水悬浮固体超标。

另外,某些污水处理厂由于实际工艺调整需要,需将生物池污泥浓度控制在较高的水平时,也会造成二沉池固体表面负荷过大,影响出水水质。因此,一般认为应对二沉池的这几个工艺参数的设置留有较大的余地,以利于污水处理厂工艺的控制与调整。

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。

(1)二沉池水力停留时间

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。

(2)二沉池水力表面负荷

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。

(3)二沉池固体表面负荷

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。

(4)活性污泥质量

活性污泥质量的好坏是影响出水悬浮物是否超标的重要因素。高质量的活性污泥主要体现在四个方面:良好的吸附性能,较高的生物活性,良好的沉降性能以及良好的浓缩性能。

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。

(5)进水SS/BOD5

生物系统活性污泥中MLVSS比例与进水SS/BOD5有很大的关系,当进水SS/BOD5高时,生物系统活性污泥中MLVSS比例则低,反之则高。根据运行经验来看,当SS/BOD在1以下时,MLVSS比例可以维持在50%以上,当SS/BOD5在5以上时,VSS比例将会下降到20~30%。当活性污泥中MLVSS比例较低时,为了保证硝化效果系统就必须维持较高的泥龄,污泥老化情况较明显,导致出水SS超标。

(6)有毒物质

入流污水中含有强酸、强碱或重金属等有毒物质将会使活性污泥中毒,失去处理功效,严重的甚至发生污泥解体,造成污泥无法沉淀,出水悬浮物超标。解决活性污泥中毒问题的根本办法就是加强对上游污染源的管理。

(7)温度

温度对活性污泥工艺的影响是很广泛的。首先,温度会影响活性污泥中微生物的活性,冬季温度较低时,如不采取调控措施,处理效果会下降。其次,温度会影响二沉池的的分离功能。如温度的变化会使二沉池产生异重流,导致短流现象发生;温度降低时,会使活性污泥由于黏度增大而降低沉降性能等。

四、泥饼含水率

目前,对城市污水处理厂污泥考核的主要指标主要是泥饼含水率。

在我国,已经投入使用或在建的城市污水处理厂,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。

为保证污泥浓缩与脱水效果,在污泥脱水絮凝剂的配制方面,絮凝药剂的配制浓度应控制在0.1%~0.5%范围内。浓度太低则投加溶液量大,配药频率增多;浓度过高容易造成药剂粘度过高,可能导致搅拌不够均匀,螺杆泵输送药液时阻力增大,容易加快设备损耗和管路堵塞。另外,不同批次和不同型号的絮凝剂比重差别较大,需根据实际情况定期或不定期地标定药剂的配制浓度,适时调整药剂的用量,保证污泥脱水效果和减少药剂浪费。同时,干粉药剂在储存和使用过程中注意防潮防失效。

现在对污泥含水率要求越来越高,污泥干化渐渐提上日程,污泥干化一般有晾晒、高温干化、投加石灰做添加剂等办法,但是现在很多地方禁止投加石灰来降低含水率了,晾晒要求很大的空间而且臭气无法预防,而高温干化耗能太高,所以目前只能从药剂、脱水机、工艺来解决,目前比较先进的有高压隔膜压泥机、低温干化等等。以后大型的污水处理厂的污泥厌氧消化产沼气将会是个趋势。