污水處理廠進水中大量泥沙對生產運行的影響研究

【摘要】針對青島市某污水處理廠近2年來進水系統(tǒng)含沙量激增，使生物處理系統(tǒng)活性污泥異常和污泥處理系統(tǒng)設備管道堵塞、異常磨損等，給污水處理廠運行帶來一系列不利影響。為盡量減少不利影響，需要對特細砂進入污水廠后的各類影響進行深入研究并尋找對策。

【關鍵詞】泥沙累積；工藝影響；應對措施

青島市某污水處理廠的進水來源40%的工業(yè)廢水、60%生活污水，近幾年來，隨著上游匯水區(qū)域的擴展和匯水流域的市政開發(fā)，進水水質發(fā)生了很大的變化，尤其是2014年以來進水中大量含細微沙泥的污水進入污水廠，對污水處理廠的生物系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)的工藝運行造成了很大的影響。污水中的細微砂含量高，粒徑小，易堵塞排泥管道，加速污泥泵粉碎機等設備磨損，減少生物池有效容積和降低氧傳遞效率，增加噸水電單耗。

青島市處于沿海丘陵地帶，地表含沙量高，部分城區(qū)雨污水分流制并不嚴格，雨天有部分混合污水通過溢流井進入污水管道，導致大量細微泥沙混和污水進入污水處理廠。污水中細砂主要包括沙子、礫石、施工黃土、煤渣等比有機物顆粒比重大，沉降速度快的固體顆粒，該廠曝氣沉砂池的設計參數(shù)是去除進水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的沙粒，但是根據(jù)有關研究數(shù)據(jù)沙粒粒徑在0.25mm以下的細砂所占比例65.7%，因此推斷有很大比例的細砂并不能在曝氣沉砂池沉降下來，所以對于污水中大量細砂對整個污水處理廠各工藝段影響的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1、污水廠簡介

此污水處理廠位于青島市市北區(qū)北部，占地面積15.5公頃，服務面積124平方公里，包含青島市市北區(qū)、李滄區(qū)及嶗山區(qū)的部分區(qū)域，服務人口約80萬。目前總處理設計規(guī)模17萬噸/日。現(xiàn)在出水主要指標達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準。生物處理采用多模式A/A/O工藝；一級A升級改造工程于2010年12月通水運行，采用MBBR強化脫氮與三級深度處理工藝；污泥處理工藝為中溫厭氧消化加離心脫水。近幾年出水水質穩(wěn)定，綜合出水水質達標率較高。

該污水廠的工藝流程圖如下：

2、細微泥沙累積在污水處理廠造成的各生產數(shù)據(jù)分析

該污水處理廠的進水水質受到較多因素影響，除了與收集的生活污水、工業(yè)污水的水質有關外，因上游匯水區(qū)域截污匯入部分河道污水，還受到降雨期間季節(jié)性特征等方面的影響，有機物濃度、TN、TP、懸浮固體等都呈現(xiàn)一定的季節(jié)性特征。

污水處理廠進水懸浮固體、COD、BOD等近兩年的變化特征如下：

從表一、圖一二可知，進水水質和2014年和2015年的進水水質和生物處理系統(tǒng)年變化規(guī)律，兩年的4月至10月的SS/COD均是高于年初年尾，1-3月11-12月的COD均較高，在7、8、9三個月COD含量達到最低，這表明隨著季節(jié)變暖雨水增多，污水中的無機物含量增加。對比2014、2015年的變化規(guī)律2014年的SS/COD還比較正常，均值為0.89，最高1.08，最低0.64，數(shù)據(jù)穩(wěn)定波動較少；但是2015年數(shù)據(jù)就波動較大，從最小0.54波動到2.16，與有關專家研究的合理比例1.1的比值相比，2014年的數(shù)據(jù)比較正常，2015年從5月份開始比值逐漸增加，這說明進水中無機物含量逐漸增加，尤其是7月份以后大量的細微泥沙進入了污水廠，由于沙量過大，遠遠超過了曝氣沉砂池的除砂負荷，導致大量泥沙進入后續(xù)各個工藝段，對正常工藝造成了嚴重影響。

從圖二MLVSS/MLSS的比值變化和表二的數(shù)據(jù)變化可知，隨著進水中泥沙的增加，活性污泥濃度增加較快，但是MLVSS過低，MLVSS/MLSS過低，同一個生物池數(shù)據(jù)比較分析，從2014年起持續(xù)下降，從2014年的均值0.52和0.48降至2015年的0.45和0.41，最低達到了0.26的極低值，活性污泥中的活性物質占比僅占正常比值0.6的43.3%，活性污泥的活性急速下降。為了保持工藝穩(wěn)定出水穩(wěn)定達標，需要保證單位體積內較多的微生物量，因此工藝控制時導致了MLSS持續(xù)上升，最高達到了10000mg/L的超高水平。

從圖三中沙水分離器分離的細沙泥干后照片可以看出分離出的物質含沙量極高，基本就是黃泥和細砂的混合物，含固率達到了16.69%，烘干后有機物含量比例僅占17.73%。

3、細微泥沙累積在污水系統(tǒng)中對污水廠運行的影響

大量細微泥沙進入生物處理系統(tǒng)后，對生物池的運行影響比較嚴重：一、大量細微泥沙使活性污泥的活性微生物占比降低，為維持一定的活性微生物量，需要適當增加污泥濃度、增加泥齡，這樣反而加劇了細微泥沙的淤積， 使細胞處于內源呼吸狀態(tài)，污泥活性進一步降低。二、為了保持高濃度活性污泥良好的懸浮狀態(tài)，提高氧的傳遞效率，需要增加曝氣量，大量的曝氣量雖然可以使污泥混合更均勻，但是會影響菌膠團凝聚，破壞絮體結構，能耗也相應增加。三、過高的溶解氧會使有機物分解過快，微生物營養(yǎng)缺乏，污泥老化，活性下降。四、泥沙增加了剩余污泥量，增加了污泥處理設備的處理負荷。如果不能及時排除還會造成污泥濃度持續(xù)升高，進入了一個惡性循環(huán)的怪圈。

大量細微泥沙導致預處理單元與泥處理單元設備經常堵塞。吸砂泵、初沉池排泥泵、污泥粉碎機、脫水機進泥泵、脫水機等等設備管道經常由于沙量太大堵塞，同時設備磨損嚴重，脫水機泵類轉動部位受損最重，比如粉碎機刀片原來2年更換一次，現(xiàn)在沙量最嚴重時1個月就把刀片磨禿了。在污泥處理過程中，大量沙粒存在會導致一種類似混凝土凝固的問題出現(xiàn)，只能通過人工從設備中挖出來，不但浪費人力，而且還時時存在著很大的安全隱患。

4、污水處理廠的應對措施

4.1除砂系統(tǒng)運行調控優(yōu)化，盡量提高除砂系統(tǒng)的除砂效果

進水前端曝氣沉砂池的除砂效果是最關鍵的一段：該污水廠常年處于水量超設計負荷運行，曝氣沉砂池的水力停留時間只有4min，不能延長，只能通過其他控制措施增加除砂效果。根據(jù)多年的運行經驗總結如下：控制污水在池中的旋流速度和旋轉圈數(shù)。旋流速度與砂粒粒徑有關，污水中的砂粒粒徑越小，要求的旋流速度越大。但旋流速度也不能太大，否則有可能將已沉下的砂粒重新泛起。旋轉圈數(shù)與除砂效率有關，旋轉圈數(shù)越多，除砂效率越高。在實際運行中可以通過調整曝氣強度來改變旋流速度和旋轉圈數(shù)，保證達到穩(wěn)定的除砂效率。當進入曝氣沉砂池的污水量增大時，水平流速也會加大，此時可以通過提高曝氣強度來提高旋流速度和維持旋轉圈數(shù)不變。

沉砂量取決于進水的水質，運行人員必須認真摸索和總結砂量的變化規(guī)律，及時將沉砂排放出去。排砂間隔時間太長會堵卡排砂管和刮砂機械，而排砂間隔時間太短又會使排砂數(shù)量增大、含水率提高，從而增加后續(xù)處理的難度。曝氣沉砂池的曝氣作用常常會使池面上積聚一些有機浮渣，也要及時清除，以免重新進水中隨水流入后續(xù)生物處理系統(tǒng)，增加后續(xù)處理的負荷。

4.2關注初沉池、濃縮池的工藝運行，保證良好的設備運行，提高除砂效果

初沉池的除砂效果好也能防止沙量進一步進入生物系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)：要經常檢查和控制初沉池的水力條件，保證進水和出水的均勻，防止水的偏流、斷流、出現(xiàn)死角，以保證較高的沉淀效率；保證浮渣的及時清除；保證排泥的穩(wěn)定和連續(xù)規(guī)律運行，根據(jù)進水水質及時調整排泥次數(shù)和排泥持續(xù)時間，盡量排除細微沙子，以免進入生物池對生物系統(tǒng)造成過大的影響；提高設備的關注度，盡量保證降低設備故障率，可以保證設備的高運轉率，保證除砂效果。

系統(tǒng)通過優(yōu)化后，日均除砂量由原來的6方/天，提高到了9方/天，除砂量提高了50%，排泥泵、脫水機系統(tǒng)的設備管道的堵塞現(xiàn)象也減少頻次。

5、結論與建議

5.1結論

（1）大量細微泥沙進入污水處理廠，不但對生物處理系統(tǒng)的微生物運行影響比較嚴重，影響生物活性、增加污水廠的能耗，而且還導致預處理單元與泥處理單元設備出現(xiàn)磨損、堵塞等嚴重影響生產運行的情況；

（2）污水處理廠可以通過一些應對措施來盡量減少沙量大對系統(tǒng)的影響，比如：除砂系統(tǒng)運行調控優(yōu)化，盡量提高除砂系統(tǒng)的除砂效果；關注初沉池、濃縮池的工藝運行、保證良好的設備運行，提高除砂效果。

5.2建議

（1）建議污水廠協(xié)調上游管網管理部門，盡量減少雨污混流的情況，尤其是盡量避免地表水進入污水管網；

（2）進一步開展曝氣沉砂池的去除沙量粒徑的研究，有必要的話增加去除其余粒徑沙子的除砂設備，盡量避免特細砂進入后續(xù)工藝段。