一体化污水处理设备对市政污水的处理效果研究_吕玲洁.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 4 期 132 第 50 卷 总第 486 期 一体化污水处理设备对市政污水的处理效果研究一体化污水处理设备对市政污水的处理效果研究 吕玲洁，韩鹏*，朱进铭，崔晓春(南通星辰合成材料有限公司，江苏 南通 226000)摘 要运用一体化污水处理设备对市政污水进行处理实验，探讨了设备对 COD、氨氮、总氮的去除效果，同时探究了设备运行能耗和停运后快速重启方法。结果表明，一体化污水处理设备对 COD 和氨氮的去除率分别达到 95%98%和 70%80%之间，设备运行吨水能耗低，短期停运(4 d)可快速重启恢复运行，长期停运(20 d)可通过添加葡萄糖恢复污泥活性，设备运行稳定可靠。关键词一体化设备；市政污水；化学需氧量；运行能耗；快速重启 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0132-03 Study on Treatment Effect of Municipal Wastewater by Integrated Wastewater Treatment Equipment Lv Lingjie,Han Peng*,Zhu Jinming,Cui Xiaochun(Nantong Xingchen Composite Material Co.,Ltd.,Nantong 226000,China)Abstract:The integrated sewage treatment equipment was used to treat the municipal sewage.The effect of the equipment on the removal of COD,ammonia nitrogen and total nitrogen was discussed.At the same time,the energy consumption of the equipment and the quick restart after shutdown were explored.The results show that the integrated wastewater treatment equipment has a COD and ammonia nitrogen removal rate of 95%98%and 70%80%,respectively,and the energy consumption of the equipment is very low.The short-term shutdown(4d)can be quickly restarted and resumed.Discontinued(20 d)Sludge activity can be restored by adding glucose,and the equipment is stable and reliable.Keywords:integrated equipment；municipal sewage；COD；energy consumption；fast restart 农村污水处理当前受到越来越多的重视，全国大部分村镇污水排放前均未经有效处理，成为亟待解决的环境问题。一体化污水处理设备具有投资运行费用低、处理效果好、易管理、占地面积小等优点，可有效处理分散式污水，近几年得到重视和快速发展1-4。本研究以某市政污水厂进水作为研究对象，探究了一体化污水处理设备对含工业市政废水的处理，重点考察了设备对常规指标的处理效果、设备能耗以及停运周期对运行的影响等。此次研究实验对于以后的大面积推广和应用具有很好的示范作用。1 材料与方法材料与方法 1.1 污水处理厂简介 一体化污水处理设备安装在南通某市政污水处理厂，主要处理周边居民生活和工业混合废水，一体化设备通过提升泵从细格栅后集水井进水。污水处理厂以 A2/O-MBR 工艺为主，进水中工业废水占 50%以上，进水 BOD5/COD 值约 0.20.3。进水 COD、TN 波动较大，进水 COD 均值为 431268 mg/L，进水 TN 均值为 4112 mg/L。1.2 设备参数及工艺流程 一体化污水处理设备主体为碳钢材质，内衬防腐，内部结构主要由缺氧池、好氧池、沉淀池和砂滤池组成，其中好氧池有内置填料。图 1 为一体化设备示意图。图图 1 一体化设备示意图一体化设备示意图 Fig.1 Schematic diagram of integrated equipment 一体化污水处理设备设计处理量为 50 m3/d，主要设计参数如下：填料污泥浓度 2500 mg/L；悬浮污泥浓度 3000 mg/L；内回流比 150%；污泥回流比 100%。主要工艺流程为：废水通过提升泵泵入缺氧池，与回流消化液和污泥在缺氧条件下发生反硝化反应去除总氮；后自流进入好氧池，好氧池内置填料，在好氧条件下去除 COD，发生硝化反应将氨氮转变为硝酸盐、亚硝酸盐；处理过的污水进入沉淀池进行泥水分离，上清液自留进入砂滤池过滤合格后外排。一体化污水处理设备设计进出水水质如表 1 所示。表表 1 一体化设备设计进出水指标一体化设备设计进出水指标 Tab.1 Design water inlet and outlet indexes of integrated equipment mg/L 项目 COD SS NH3-N TN TP pH BOD5 进水 400 200 35 50 4 69 200 出水 50 10 5 15/69 10 1.3 设备接种与启动 设备启动期向反应器内进水15 m3，接种污泥来自实验所在收稿日期 2022-08-12 作者简介 吕玲洁(1987-)，男，江苏高淳人，硕士研究生，主要研究方向为化工及工业水处理。*为通讯作者 2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 133 地污水处理厂压滤间脱水污泥(含水率90%)，按反应器内1 g/L污泥浓度投加剩余污泥 150 kg，闷曝 24 h 后开始低负荷连续进出水运行。好氧池污泥随着系统运行浓度持续增高，到稳定运行阶段 SV30 保持在 40%56%之间。1.4 测试方法 待分析水样每日上午 9 点送污水厂化验室进行分析。其中溶解性化学需氧量(SCOD)采用快速消解法测定，氨氮采用标准方法测得5-6，硝酸盐含量采用杭州陆恒生物测定试剂测定；pH 值由 pH 计测定；SV30 用 1000 mL 量筒测定；溶解氧含量采用便携式溶氧仪进行测定。2 结果与讨论结果与讨论 2.1 一体化污水处理设备对 COD 的处理效果 一体化污水处理设备于 5 月中旬运抵污水处理厂，经过 2天管路和电气安装后，具备进水条件，按照设备接种与启动方法，接种完毕后，开始设备运行。图 2 为一体化污水处理设备运行期间的进出水 COD 浓度变化，由图可知，在系统运行初期，进水 COD 浓度在 120450 mg/L 的范围内波动，且多数进水浓度低于 300 mg/L，这主要是由于地区阴天多雨导致进水流量偏大，进水 COD 浓度偏低。而此阶段系统内污泥浓度不高，系统运行没有到达稳定状态，出水水质较差，还无法达到设计出水标准。系统在持续运行 20 d 后污泥浓度增长较快，出水水质随污泥浓度的增高进一步变好。图图 2 系统运行期间进出水系统运行期间进出水 COD 浓度变化浓度变化 Fig.2 Change of COD concentration in inlet and outlet water during system operation 而当系统运行到第 28 d 后，进水 COD 浓度开始变高(300600 mg/L)，此阶段系统好氧池污泥浓度增加明显，SV30已达 40%以上，并且污泥浓度随系统运行持续增高，出水水质较好，出水稳定，出水 COD 在 1030 mg/L 范围内波动，对于 COD 的去除率保持在 95%98%之间。黄鸽黎7等进行了一体化污水处理设备处理流域分散污水的研究，发现在较低进水 COD 浓度(100150mg/L)下，平均去除率在 70%，当污泥浓度保持在 5mg/L 左右时，生化系统对有机物有很好的去除效果，也能抵抗来水冲击，达到稳定达标出水。通过以上实验结果表明：系统稳定运行后，进水 COD 浓度低于 400 mg/L 时，出水 COD 稳定在 1020 mg/L 的范围，达到设备设计出水 COD 要求。2.2 一体化污水处理设备对氨氮的处理效果 氨氮去除主要依靠硝化反应，硝化细菌在好氧条件下将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐，反硝化细菌在缺氧(溶解氧0.5 mg/L)条件下，利用有机物将硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气，从而达到脱氮的目的。氨氮浓度变化如图 3 所示，启动初期由于系统没有达到稳定运行状态，出水氨氮浓度较高。当系统稳定运行后，出水氨氮浓度呈降低趋势，表明污泥中硝化细菌在不断富集。运行 35 天后，由于进水氨氮变高，在 5095 mg/L 范围内，系统出水氨氮有所波动，但一体化污水处理设备对于氨氮的去除率已达到 70%80%，从氨氮去除量来说已经达到设计要求。随着污泥浓度增高，氨氮去除效果有明显的提高，并呈进一步降低的趋势。王学文8等对分散式农村生活污水处理一体化设备工程应用与分析进行了研究，结果表明一体化污水处理设备具有处理效果好，投资低，运行费用低等优点。在设备稳定运行后，COD 和氨氮去除效果明显，氨氮从 84 mg/L 降至出水的 7.76 mg/L，排放指标达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级 A 标。图图 3 氨氮浓度变化氨氮浓度变化 Fig.3 Change of ammonia nitrogen concentration 2.3 系统运行期间 pH 值变化和滤池过滤效果 pH值对于系统的稳定运行具有重要影响，一般控制在68之间，pH 值过低容易酸化，造成系统崩溃，pH 值过高则会抑制生化反应。一体化污水处理设备进水在污水处理厂细格栅后的进水渠中，通过进水提升泵打入设备。图 4 为运行期间的pH 值变化趋势，由于污水处理厂进水水量大，进水 pH 值基本保持不变，变化范围较小，因此能够确保系统的稳定运行。图图 4 系统进出水系统进出水 pH 值变化值变化 Fig.4 pH value change of system inlet and outlet water 系统运行正常后，根据水厂进水数据，进水SS在118456 mg/L范围内波动，进水 SS 浓度变化较大。滤池反洗可以设定自动冲洗和手动冲洗，自动冲洗根据液位控制，当过滤速率下降，液位变高时，会连锁自动进行反冲洗，反冲洗水进入前端调节池中。正常运行期间每日需反洗清洗2次(早晚各一次)，滤池对于沉淀池出水SS能够起到有效截留，出水SS浓度在523 mg/L范围内波动。2.4 一体化污水处理设备运行能耗 图图 5 设备每日运行电耗设备每日运行电耗 Fig.5 Daily operation power consumption of equipment 广 东 化 工 2023 年 第 4 期 134 第 50 卷 总第 486 期 对每日用电量进行统计分析，能够很好的了解设备运行成本。在设备稳定运行后，由图5可知，通过每日定时查看电表，日电耗在6976 kwh范围内变化。吨水电耗在1.471.72 kWh/m3之间，吨水电耗偏高。这主要是由于进水杂质较多，堵塞篮式过滤器滤网造成日处理量有所降低，另一方面由于进水提升泵功率高，选型不匹配导致耗电量高。后续改进可通过进水端增加细格栅保证日处理量和选择合适的提升泵，来降低吨水电耗，降低运行成本。2.5 设备停机后的快速重启 设备停机后如何快速启动，是实际运行中会遇到的瓶颈问题。在本实验过程中，共设定 2 次重启过程：一次是停机 4 d后开机，一次是停机 20 d 后开机。分别测定短期和长期停机后，系统的快速恢复方法和运行效果。表 2 为设备短期停机 4 d 后重启运行效果，由表 2 可以看出，设备短期停机不会对微生物造成影响，系统出水 COD 和氨氮均达标，可以直接运行处理。表表 2 设备停机设备停机 4 d 后重启进出水水质后重启进出水水质 Tab.2 Restart the inlet and outlet water quality after 4 days of equipment shutdown mg/L 日期 COD 进 COD 出 氨氮进 氨氮出 硝酸盐进 硝酸盐出 第一天 254 15 41 5 17.5 1 第二天 122 10 37 4 2 48.5 设备停机 20 d 后再重新启动，好氧池表面漂浮有死泥，SV30 只有不到 10%，表明系统由于长期停运，活性污泥在缺少 COD 和溶解氧的情况下，大部分已经裂解，因此需要让系统快速恢复。首先开启曝气，让好氧池充氧，让残留的活性污泥恢复活性。表 3 列出了系统停机 20 d 后重启过程中进出水水质情况。由表 3 可知，如何让系统快速恢复是此次实验的主要目的，而通过添加葡萄糖(3 kg/d)，能够使污泥浓度快速增加，使系统快速恢复。葡萄糖相对于水厂进水 COD，易于微生物吸附降解，能够使微生物快速恢复活性，增加污泥浓度，SV30 从 10%增加到 20%只用了 34 天，同时出水水质也进一步变好。表表 3 设备停机设备停机 20 d 后快速重启过程后快速重启过程 Tab.3 Fast restart process after 20 days of equipment shutdown 日期 葡萄糖添加量/(kg/d)COD 进/(mg/L)COD 出/(mg/L)氨氮进/(mg/L)氨氮出/(mg/L)硝酸盐 进/(mg/L)硝酸盐出/(mg/L)SV30/%1 0 353 41 69 43 67 46 10 2 3 212 30 73 51 0 7 15 3 3 253 21 56 18 0 5 20 4 0 158 14 71 27 0 21 20 5 3 151 27 51 21 0 12 23 2.6 实验期间出现的问题及解决措施 启动初期：在系统接种活性污泥进水运行后，在好氧反应区出现大量泡沫，且泡沫通过顶部人孔溢出箱体四处飘散。启动期产生泡沫主要是由于污泥驯化未完成，进水负荷过高，水中大部分有机物没有得到有效降解。活性污泥呈分散悬浮状，未形成絮体，水中富含各种微生物产生代谢物质和各种有机物，则会形成大量的泡沫9。待反应器运行 47 天后，泡沫会明显消失，同时伴随出水水质逐步变好。运行期间：系统正常运行期间，出水 COD 和氨氮均能满足设计指标，通过监测出水数据发现出水硝酸盐含量一直较高，表明虽然氨氮通过硝化反应去除，但仍以硝态氮的形式存在，从而无法满足总氮排放要求。通过观察沉淀池浮泥现象也能看出，在沉淀池底部发生部分反硝化反应生成氮气，当氮气达到一定量时，就会因为浮力托举污泥上浮。一体化设备前端设置缺氧池进行反硝化反应，但由于进水氨氮浓度超过设计处理浓度，且消化液回流比控制在 150%，回流过低，缺氧池没有补充碱度满足反硝化反应等，顾无法达到总氮去除效率。吨水能耗：通过分析每日用电量和处理水量能够得出吨水电耗在 1.471.72 kWh/m3之间，吨水处理能耗过高，主要原因还是由于进水提升泵设备选型和处理水量偏差造成的。进水提升泵选型流量过高，必须在出口端设置回流，通过阀门控制进水流量。其次由于污水厂进水杂质过多，经常堵塞进水过滤器，导致进水流量部分时段偏低，没有达到设计水量。后续工程应用阶段需要考虑设备选型和进水预处理，去除杂质，才能降低吨水单耗，实现节能。曝气系统故障：一体化设备运行 2 个多月后，日常检查期间发现好氧池部分区域曝气不均匀，判定为曝气管破裂。更换破裂管式曝气器需要将设备停运，污水排出，待充分通风换气后，人员才能下去更换，有一定的安全风险，且设备必须停运，污水排空，增加了工作量。后续建议更换为可提升式曝气器，故障曝气管可直接提升后更换，不需要停运进入受限空间维修，提升了安全性和可操作性。3 结论结论(1)本次实验检验了一体化污水处理设备对设计参数内污染物的处理能力和设备的稳定运行效果。在处理 COD 效果上，满足进水 400 mg/L 的处理浓度，出水稳定在 1020 mg/L，对于氨氮能够达到 70%80%的去除效率。由于污水厂进水水质变化较大，该设备也具有一定的抗冲击能力。(2)对于设备停机后重新启动运行，短期停机(4 d 左右)不会对微生物造成影响，设备可以直接开机运行。而长时间停机(20 d 左右)，会造成污泥浓度降低，有死泥漂浮。通过添加葡萄糖可以快速恢复微生物活性和增加污泥浓度，使系统正常运行，对于工程运行具有指导作用。(3)一体化设备处理生活污水和工业、生活混合污水具有较好的效果，对于处理分散型农村生活污水非常适合。参考文献参考文献 1裴廷权，操艳兰，王志帅，等新型一体化污水处理装置处理生活污水的实验研究C2016 中国环境科学学会学术年会，2016 2邵培兵，董晓清，莫碧琴我国粤西地区分散式农村污水一体化处理设备应用情况J中国环保产业(9)：5 3徐珊珊，李奇键，雷文文，等一体化污水处理设备对农村生活污水的处理效果以昆明市盘龙区铁冲小流域内火烧营村为例J 环境科学导刊，2017，36(3)：99-101 4王学文，曹少飞，王慧娟，等分散式农村生活污水处理一体化设备工程应用与分析研究J环境科学与管理，2019，265(12)：71-74 5Gogate P R，Pandit A BA review of imperative technologies for wastewater treatment II：hybrid methodsJAdvances in Environmental Research，2004，8(3)：553-597 6王心芳，魏复盛，齐文启水和废水监测分析方法J北京：中国环境出版社，2002：216-219 7黄鸽黎，刘芳，张鹤，等一体化污水处理设备在石马河流域工程应用案例J广东化工，2022，49(06)：138-140+161 8王学文，曹少飞，王慧娟，等分散式农村生活污水处理一体化设备工程应用与分析研究J环境科学与管理，2019，44(12)：67-70 9沈娜，杨昌柱，濮文虹，等颗粒污泥反应器运行中生物泡沫的形成与控制J中国给水排水，2012，28(21)：23-26 (本文文献格式：吕玲洁，韩鹏，朱进铭，等一体化污水处理设备对市政污水的处理效果研究J广东化工，2023，50(4)：132-134)