活性污泥系统运行的调节与控制870bab2a25c52cc58bd6bebc

活性污泥系统运行的调节与控制徐亚同华东师范大学（上海200062）摘要：废水生物处理系统运行管理的水平会极大地影响到处理效果。本文介绍了通过调节气──维持曝气池合适的溶解氧；水──保持匀质匀量地进水及合适的营养；泥──改善污泥的质量，维持系统中污泥合适的数量来达到系统长期稳定地达标运行和节省运行费用的目的。关键词：废水生物处理调节与控制运行AdjustmentandControlofActivatedSludgeSystemoperationXUYa-tongEastChinaNormalUniversity(Shanghai,200062)Abstract:Theoperationandmanagementlevelofthebiologicalwastewatertreatmentsystemplaysimportantroleintreatmentefficiency.Inordertoreachthegoalofsteadyandlowcostrunning,theoperatingtechniquesincludingair,waterandsludgeadjustingwereintroducedinthispaper,thatis,air–tomaintainappropriatedissolvedoxygeninaerationtank;water–tokeeppropernutritionandeveninfluent;sludge–toimprovethequalityofactivatedsludge.Keywords:biologicalwastewatertreatment;adjustmentandcontrol;operation从活性污泥法废水生物处理的原理中可以知道，活性污泥中的微生物在人工供氧的好氧条件下，可将废水中的有机污染物降解氧化成H2O、CO2、PO43-、NH3-N（或NO2--N、NO3--N）、H2S（或SO42-）等无机物，同时微生物可利用上述分解代谢中释放的能量将分解代谢过程中的中间代谢产物合成为微生物的细胞并以剩余污泥的形式排放出处理系统。为了强化活性污泥系统的处理效果，应使系统中的活性污泥微生物具有很强的氧化分解有机物的能力和良好的沉降凝聚性能，它们在进入二沉池后能很快地进行泥水分离，使上清液作为处理后出水排放，沉淀下来的污泥回流入曝气池前端或以剩余污泥的方式排放以维持曝气池中合适的微生物数量。为了在氧化分解有机物速率极快的废水处理系统中维持好氧并使污泥在系统中维持悬浮状态，必须人工向污泥微生物提供足够的氧气（曝气）。此外，在废水的水质、水量变化时，以及在工业废水处理中营养不足时，应采取适当的措施，使污泥微生物能获得充足的营养，以保持良好分解有机物的能力和沉降凝聚的性状。总之，可通过对系统中“泥、水、气”的调节，通过排泥和回流维持系统中合适的微生物数量；改善污泥的沉降凝聚性能；通过人工曝气控制曝气池中合适的溶解氧；使废水均衡地进入系统并具有合适的营养比例，以使系统长期稳定地达标运行。1气——维持曝气池合适的溶解氧1.1供氧的目的溶氧水平的高低会直接影响到好氧微生物的代谢活性。为了在尽可能小的曝气池中以最短的时间，净化更多的有机污染物，提高处理系统的效率，必须向处理系统内提供足够的溶解氧。充氧时曝气池内产生的紊流还可使废水与污泥充分混合，并使污泥在到达二沉池以前不会沉淀下来；经处理后排放的出水中带有一定的溶解氧，还具有后处理作用，使残存的有机物在天然水体中继续氧化分解。1.2活性污泥系统中合适的溶氧水平就好氧微生物而言，环境溶氧大于0.3mg/L时，对其正常代谢活动即已足够。活性污泥以絮体（floc）形式存在于曝气池中。经测定，直径为500微米的活性污泥絮粒，当周围的悬浮液溶氧为2.0mg/L时，絮粒中心的溶氧已降至0.1mg/L，已处于微氧和缺氧的状况。因此，溶氧过低必然会影响曝气池进水端或絮粒内部细菌的代谢速率；其次当溶氧低时，会使吞食游离细菌的微型动物数量减少，他们多会影响到处理的效果。然而溶氧过高，除了能耗增加外，曝气翼轮高速转动或强烈的空气搅拌还会使絮粒打碎，并易使污泥老化，这些也会使ESS增高而影响出水水质。一般认为，曝气池出口处溶解氧控制在2mg/L左右较为适宜，基本上可满足污泥中绝大多数好氧微生物对溶氧的需要。在普通推流式活性污泥法曝气池中，沿曝气池纵长方向溶氧水平是不同的：在进水端，由于废水中有机污染物浓度高，污泥的负荷及耗氧量均相当高，故溶氧水平低；在曝气池末端，有机物大多被降解，有机物浓度和污泥耗氧量降低，故溶氧水平上升；因此当出水端DO维持在2mg/L时曝气池前端尚不足2mg/L。采用多点进水或渐减曝气方式可有效地解决这一问题。其次，曝气池末端DO为2mg/L的曝气池泥水混合液在进入二沉池后，溶氧虽有下降，但在出水中还有残存的溶氧，有利于外排水的后氧化作用。1.3生物处理系统中溶氧的调节在鼓风曝气系统中，可控制进气量的大小来调节溶氧的高低。以曝气翼轮作充氧的处理系统，改变翼轮的转速或它的浸没深度来调节溶氧的高低，翼轮浸深超过它的最佳充氧浸没深度后，充氧能力减少，搅拌（使泥水混合）能力增加，在培菌初期或污泥负荷过低时即可采用这种方式运行。在曝气池溶氧长期偏低时，可能有两种原因。其一是活性污泥负荷过高，若检测活性污泥的耗氧速率，往往大于20mgO2/gMLSSh，这时须增大曝气池中活性污泥的浓度或增加曝气池的容积，适当降低污泥负荷。其二是供氧设施功率过小或效率过低，这时应设法改善之。由于氧的转移效率是气、液间接触表面及接触时间的函数，故喷气口应使释放的气泡尽量地小，如采用氧转移高的微孔曝气器等；有时还可加机械搅拌来打碎气泡，以增加气体的转移效率。2水──保持匀质匀量地进水及合适的营养2.1进水水质与水量的调节原则上，工业生产或生活中排放多少废水，受纳系统即要处理多少废水，但我们可在一定程度予以调整。首先可设置调节池，使废水更均衡地进入处理系统，从而避免冲击负荷对后续构筑物的影响。调节池体积的大小至少应能协调好进水与出水的平衡：调节池出水量（即后续处理构筑物处理水量）衡定的情况下，调节池水位应始终保持在设计满水位以下。在有完备的废水水量资料的情况下，可以很方便的得出所需调节池的有效调蓄体积；当水量资料缺乏时，可以按照相关废水类型参照已建废水处理厂来确定。从避免水质冲击负荷对后续构筑物的影响的功能上讲，调节池体积的确定是能协调好进水水质与出水水质的平衡：调节池出水水质越均衡，对后续构筑物的正常运作越有利。此时，调节池有效调蓄体积的大小由进水水质的变化确定。因工业废水的种类复杂多变，水量、水质情况千差万别，故设置调节池时，应协同考虑水量、水质的调蓄作用。一般来讲，工业废水水量不均衡，水质也不均衡，但调节池的主要功能是调节水质的作用。在化工、农药等工业废水处理中，常有浓脚水或浓废水事故性排放。为此，应设置事故池，加强对废水的检测，在有毒成份含量超过额定值时将其导入事故池暂时贮存，在生产恢复正常时再将它掺加到进水中逐步处理掉，添加量应以不影响活性污泥的活性为前提。2.2工业废水处理的营养问题人类的生存离不开食物，生化处理系统中的微生物同样需要营养。在处理城市生活污水时，水中营养成份全面而且均衡，因此对污泥微生物不存在任何问题。在处理工业废水时，某些工厂废水成份较单纯，如制糖废水、造纸废水、甲醛废水中只含有碳，如不注意，活性污泥微生物会生长不良，或因C/N比过高而引起丝状菌膨胀。另一些工厂如氮肥厂等排放的废水含氮量极高，会影响到污泥菌体胞外多聚物的形成，使污泥结构松散甚至解絮化。上述废水营养比例失调最终会影响到生化处理单元的效果，为此，须对活性污泥所需外加营养及其合理比例进行研究。㈠工业废水处理中活性污泥所需的外加营养不少工业废水营养成份单一，在采用生物法处理时，须投加某些必须的、但在工业废水中缺乏的营养成份（见表1）。表1部分工业废水所需外加营养废水类型需外加的营养废水类型需外加的营养面包N水果和蔬菜N、P制瓶N、P造纸和纸浆N、P柠檬酸N梨N、P化学厂P酚N、P咖啡N菠萝N、P焦炉P破布、绳萦N、P玉米N甜菜制糖N棉布精炼N大豆N牛奶加工N、P纺织N粮食加工N、P醋N、P甲醛N、P酿酒N、P㈡污泥微生物所需营养的合理比例对缺N、P工业废水投加营养的数量最初系根据生活污水处理中污泥微生物对营养所需的比例而得出：有机物+O2+微生物+能量[中间产物]C.N.P.S.(C.N.P.S.H.O)异化同化合成微生物细胞(剩余污泥)CO2.NH3(NOX-)H2O.SO42-.PO43-在常规活性污泥系统中,若废水中C为100（即BOD5为100），大体上3/4的C经异化作用后被彻底氧化为CO2，1/4（即25）的C经同化作用合成为微生物细胞。从菌体中元素比例得知，N为C的1/5，P又为N的1/5，故在合成菌体时，25份C同时需5份N，1份P。因此在去除100份C所需的营养配比为BOD5:N:P＝100:5:1。污泥对N的需求与污泥产量成正比，N的需求是剩余污泥挥发性固体干重的9%-11%，P的需求量为N的1/7。此外，Fe的需求量约为10-20mg/L。为了维持高速率的厌氧处理，还需要Co，硫氨和VB12。泥龄与废水的BOD5:N:P的范围呈近似的线性关系（见图1、图2）。图1好氧处理中泥龄与污泥所需营养的比例50:5.4:150:5.4:1100:5.4:4100:5.4:1100:5.4:1150:5.4:1200:5.4:1200:5.4:105101520泥龄（天）BOD5:N:PCOD:N:P图2厌氧处理乙酸废水时，泥龄与污泥所需营养的比例800:5.4:11100:5.4:1900:5.4:41000:5.4:11200:5.4:11300:5.4:11400:5.4:1污泥衰减常数为0.5天1500:5.4:105101520泥龄（天）BOD5:N:PCOD:N:P从图1和图2中我们可以看到：①同好氧处理相比，废水厌氧处理时，污泥所需的N、P比例极低；②污泥泥龄越长，污泥所需N、P的比例越低；③在泥龄相同时，污泥产率Y越低，污泥所需N、P的比例越低。总之，污泥对废水营养比例的要求并非是个常数，对低速率的处理系统如延时曝气法等，污泥产率低，泥龄长，污泥所需N、P的比例较低，宜于用来处理N、P营养不足的废水，但这类处理设施占地较大，处理时间较长，在选用时应予以注意。㈢营养需求量的测定方法N.P平衡测算法使系统在一定的泥龄条件下运行一段时期后，测定污泥中N.P含量，即可根据进出水物料平衡原理估算出所需营养的数量。2.试凑法在缺营养的工业废水中，先按BOD5:N:P=100:5:1的比例投加营养，使Qs保持不变，在稳定运行后，逐步减少外加N、P的比例，直到处理效果转差或污泥凝聚沉降性能转差，这时即可得知所需营养量。为了降低处理成本，建议N、P源可分别选用液氨、尿素及磷酸氢二钠，此外还可因地制宜选用邻近地区含N、P量高的工业废水，在N源不足时还可投加腐化污泥及其上清液。从整体考虑，我们还应根据系统工程原理，提倡区域治理，以使营养成分各不相同的工业废水互相取长补短，相得益彰。3泥──改善污泥的质量，维持系统中污泥合适的数量3.1改善污泥的沉降比和凝聚性能，减少ESS出水中悬浮固体（ESS）的多少会极大地影响到处理的效果，据对美国城市污水厂资料的回归统计，ESS每增加10mg/L，出水的下列水质指标将会平均上升：BOD6.1mg/L、COD14.2mg/L、TOC5.3mg/L、TN1.2mg/L、TP0.2mg/L左右。由于进水中SS大部分已通过格栅、沉砂、初沉等预处理工艺而被去除，残留的少量SS在进入曝气池后被活性污泥所吸附并构成了污泥的组成部分，因此ESS实际上系由外漂的污泥所组成，ESS的多寡与活性污泥的沉降凝聚性能以及二沉池的运行工况有关。对正常的处理系统，ESS应小于30mg/L或仅占活性污泥浓度的0.5%以下，即曝气池中污泥浓度为2-4