北方寒冷區(qū)域縣城污水處理廠冬季運營探討

李 健

山東公用環(huán)保科技集團有限公司 山東 濟寧 272100

經(jīng)過調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),我國的污水處理廠廣泛應用活性污泥法與生活膜法,在污水處理時,通過加入活性微生物主體作為處理方式,活性微生物與污水接觸后,能夠?qū)⒂袡C物降解為小分子物質(zhì),達到凈化的效果。活性污泥法技術(shù)應用較為廣泛,利用人工干預的方式給微生物營造出良好的生活環(huán)境,提高微生物的新陳代謝的水平,快速消化、分解污染物,達到水體凈化的作用。從運行效果好,活性污泥法中微生物活性對處理效果影響最大,而溶解氧、營養(yǎng)物、p H值、溫度等都會給微生物活性產(chǎn)生影響,尤其是溫度變化,影響最為明顯。我國的北方地區(qū)冬季非常寒冷,很多地區(qū)溫度在-20℃以下,而水溫下降后,微生物活性明顯的降低,給污水處理效果帶來不利的影響?；诖?本文重點分析冬季低溫對污水處理所產(chǎn)生的影響,以某某縣10000m3/d城市污水處理廠為例分析,探討冬季運行處理的措施。

1 污水處理廠現(xiàn)狀

1.1 水質(zhì)水量變化

某某縣城市污水處理廠設計處理能力為10000m3/d,出水水質(zhì)要求為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準,2010年時污水處理水量為5000m3/d,污水處理構(gòu)筑物及設備不能滿負荷運行,造成了資源的浪費。

某某縣近年來經(jīng)濟發(fā)展加速,人口數(shù)量激增,所以造成城市內(nèi)污水排放量不斷增多。2017年4月,為改變某某縣河東片區(qū)生活污水無序排放的現(xiàn)狀,有關(guān)部門對城區(qū)的污水管網(wǎng)進行了完善,擴大了收集范圍,建設了提升泵站,將河東片區(qū)生活污水收納到污水處理廠進行處理,目前污水處理量能夠達到9000m3/d,達到設計標準的90%以上。

隨著國家對于環(huán)保治理力度加大,某某縣根據(jù)當?shù)卣块T發(fā)布的相關(guān)文件,確定污水處理后的化學需氧量、氨氮、總氮三項指標要達到地表排水V級標準,所以決定對污水處理廠進行全面的升級改革,以達到國家規(guī)定的指標要求,并且投入試運行。

1.2 氨氮達標改造工程

污水處理廠實際運行中,由于某某縣城市污水處理廠進水COD(100mg/L)遠低于設計值(350mg/L),并且當時的實際處理水量僅有0.5萬噸/日,進水碳源嚴重不足,造成系統(tǒng)的脫氮除磷能力未達到設計要求,出水氨氮和總氮超標嚴重,冬季出水氨氮有時達到40mg/L以上,總氮也經(jīng)常超標。另外由于無保溫以及加熱措施,每年11月至次年4月運行時,水體水溫在5～10℃,制約著硝化反應,不利于生物反應池的運行。針對以上不足之處,對處理廠采取以下改造措施:

(1)提高生化反應池水溫

通過增加加熱裝置,提高生化反應池水溫到15℃以上,保證水處理效果。

(2)生化反應池防凍措施

某某縣的氣象資料顯示,歷年來冬季環(huán)境溫度最低在-20℃以下,污水內(nèi)有少量熱量快速散失。因此,一方面應落實曝氣池保溫處理,在池壁上鋪設一層厚度為10cm的發(fā)泡保溫板,達到保溫的效果;另一方面,升高鼓風機的溫度,鼓風機吹風之前,將其預熱處理,保證吹出的空氣溫度可以達到5℃～8℃,從而可以使得曝氣池水溫有所升高,同時對鼓風管道包覆保溫材料;另外在生化池加蓋保溫,加蓋方式采用索膜倉形式。

(3)提高充氧設施充氧能力

將曝氣頭改造成管式微孔曝氣管。現(xiàn)有微孔曝氣頭多有損壞,曝氣不均勻,溶氧利用率低。將曝氣頭曝氣改成微孔曝氣管。

(4)更換生化池內(nèi)組合填料

因生化池內(nèi)加熱管網(wǎng)的布置及曝氣管的更換,清了除原有的組合填料,更換新的組合填料。

(5)A2/O池增設生物選擇器

經(jīng)曝氣沉砂池處理后,污水進入預缺氧池(由厭氧池分割),促進內(nèi)源發(fā)生反硝化的反應,即利用回流污泥自身實現(xiàn)內(nèi)源反硝化,將其中部分NO3-N去除掉,能源節(jié)約比較明顯,防止使用過多的碳源,也能夠達到排放氣體穩(wěn)定性的要求,對于環(huán)境改善有一定的意義。

經(jīng)過系統(tǒng)的改造與升級之后,污水處理廠的總體處理效果提升明顯,排放水質(zhì)完全達到一級A標準的要求,符合排放的規(guī)定。

1.3 提標改造工程

根據(jù)某某縣當?shù)卣块T發(fā)布的外排廢水標準,其需氧量、氨氮、總磷三項符合V類標準要求。2019年,污水處理廠進行了提標改造,將“A2O+混凝過濾”工藝改造為“FBC改型A2O脫氮系統(tǒng)+CBF后置脫氮+濾布濾池+O3/UV高級氧化+BAC生物活性炭濾池”工藝,總投資4411.67萬元。

1.3.1 改造方案

(1)預處理段改造:新增篩網(wǎng)過濾單元

在預處理段新增精密過濾系統(tǒng),采用技術(shù)先進的篩網(wǎng)過濾單元替代原旋流沉砂池,以高效去除來水中的無機顆粒,為后續(xù)FBC生化系統(tǒng)運行的性能高效提供可靠保障,并減輕后續(xù)混凝過濾系統(tǒng)負荷。

(2)二級生化系統(tǒng)改造:建立FBC強化脫氮除磷系統(tǒng)

生化池按FBC+A2O工藝進行改造,缺氧池、好氧池采用添加懸浮填料,建立流化動力系統(tǒng)、填料阻隔約束系統(tǒng);強化對COD、BOD5、NH3-N、TN、TP的去除。

(3)更換中間水池提升泵,為后續(xù)新增的CBF、BAC單元提供所需的水頭。

(4)改造現(xiàn)有的混凝+活性砂系統(tǒng),其中活性砂設備全部拆除,空出的池容作為CBF及BAC的濾池反洗排污緩沖池。過濾形式采用濾布濾池成套設備,置于池上。

(5)新建O3/UV高級氧化+BAC生物活性炭濾池的工藝組合,氧化降解殘留的難降解有機物,進一步去除總氮、COD并達標。

(6)改造現(xiàn)有污泥脫水系統(tǒng)。

1.4 運營現(xiàn)狀

2010年12月,我公司與某某縣住房保障和城鄉(xiāng)建設管理局簽訂了《山西省某某縣10000m3/d城市污水處理委托運營合同》,運營期為10年。運營期內(nèi),在某某縣住房保障和城鄉(xiāng)建設管理局有關(guān)領導的大力支持下,我公司嚴格執(zhí)行規(guī)范化標準要求,各項設施正常的運行,污水處理廠的運行效果良好,出水水質(zhì)達到一級A標準的要求,且在整個運行期間,并未發(fā)生任何的安全事故與責任事故,達到節(jié)能減排的標準要求,環(huán)保價值較高,社會效益提升較為明顯,得到業(yè)主單位及主管部門的高度認可。

提標改造工程2020年7月完成,目前已進入試運行調(diào)試階段,工程的成功運行將進一步美化某某縣城人居環(huán)境,改善某某的投資環(huán)境,保證沁河斷面水質(zhì)達標。

圖1 全流程FBC改型A 2/O反硝化脫氮工藝

2 冬季低溫對污水處理帶來的影響

2.1 低溫造成活性污泥沉降性能的下降

在城市生活污水處理廠中,選擇應用活性污泥處理方式,在環(huán)境溫度較低的情況,極易出現(xiàn)污泥膨脹性反應。北方地區(qū)冬季環(huán)境溫度較低,活性污泥細胞分泌物也會不斷的增多,其總量幾乎是正常溫度下的3倍左右,這就導致沉降性能、壓縮難度升高。同時,出現(xiàn)低溫膨脹之后,較之正常溫度下的污泥,其表面帶電荷的能力會下降,表面電荷量減小,造成污泥親水性的增強。因為親水性的增強,活性污泥的脫水性、沉降性會明天降低,泥水分離質(zhì)量難以有效的提高。此外,低溫條件之下,活性污泥的大顆粒比例會增加,使得污泥比阻增大,導致污泥沉降性能下降,處理效果難以滿足要求,甚至還會導致污染問題的嚴重。

2.2 低溫導致有機物去除效果下降

北方冬季環(huán)境溫度較低,活性污泥在處理污水中,微生物因為受到低溫環(huán)境的影響,導致其活性不斷的下降,極大的影響污泥的處理效果,對于污水中有機物的去除效率產(chǎn)生極為負面的影響。隨著溫度不斷下降,微生物活性降低會更加的明顯,在某個范圍內(nèi),微生物甚至會出現(xiàn)不活動的情況,直接導致休眠或者死亡。在很多地區(qū)的溫度極低的情況下,微生物死亡現(xiàn)象比較常見,極大的影響微生物的處理效果,效率也會大幅降低,對污水處理產(chǎn)生不利的影響,危害生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。

2.3 低溫導致脫氮效果變差

在城市污水處理廠中,采用活性污泥處理方法進行污水處理,污水脫氮需要經(jīng)過硝化反應與反硝化反應兩個階段。北方地區(qū)冬季環(huán)境溫度較低,硝化菌生長速度會不斷的減慢,進而影響污泥齡的增長。由于硝化菌的泥齡增長速度比較慢,所以就和異養(yǎng)菌形成一定的泥齡差,進而發(fā)生硝化菌流失的問題。同時,北方地區(qū)冬季低溫還會給反硝化反應產(chǎn)生較大的影響。因為溶解氧與溫度是以反比的關(guān)系存在,在低溫條件下,污水處理系統(tǒng)的溶解氧速度升高,而反硝化反應也需要在缺氧條件下實現(xiàn),所以反硝化反應受到很大的影響。因此,在北方環(huán)境溫度較低的情況下,對于污水處理廠的硝化反應與反硝化反應都產(chǎn)生不利的影響。

2.4 低溫影響聚磷菌除磷

污水處理廠應用活性污泥法處理,除磷工作主要是通過聚磷菌實現(xiàn)的。聚磷菌生活在好氧環(huán)境下,將污水內(nèi)磷吸收處理,經(jīng)過污泥回收到厭氧的環(huán)境中釋放磷,從而達到去除磷的效果。經(jīng)過上述處理措施,再通過每日將污泥內(nèi)排放剩余污泥,達到完全去磷的效果。溫度對于除磷的效果影響并不如脫氮影響大,在某個規(guī)定溫度區(qū)間內(nèi),溫度變化并不明顯的情況下,生物除磷是基本可以實現(xiàn)的。經(jīng)過試驗分析發(fā)現(xiàn),生物除磷的溫度在10℃以上為最佳,這是因為溫度較低時,聚磷菌的生長速度減慢。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),低溫環(huán)境之下,兼氧厭氧聚磷菌發(fā)揮出重要的去磷作用。

2.5 低溫使得菌群數(shù)量大幅減少

在污水處理系統(tǒng)內(nèi),活性污泥內(nèi)微生物起到極為重要的作用,其中重要的微生物是黃桿菌、假單胞菌、大腸桿菌等,這些微生物最佳的生長環(huán)境是25℃以上,只要是溫度降低,極易導致微生物的活動減慢,長期處于低溫條件下,直接造成微生物的休眠或者死亡,從而使得活性污泥內(nèi)的菌群數(shù)量減少,對于后續(xù)的處理效果和水平造成不利的影響。

3 冬季污水處理解決措施

3.1 加強保溫措施提高進水溫度

北方冬季環(huán)境溫度較低的情況下,活性污泥中微生物受到很大的影響,進而導致微生物處理質(zhì)量難以提高。要想解決這些問題,選擇保溫措施極為重要,促進污水溫度的提升,使得微生物活性恢復正常,確保污水處理有效的進行。①設備連續(xù)運行,防止外露設備發(fā)生凍傷的情況,只要存在故障,立即采取措施處理。②厭氧池、缺氧池、好氧池、二沉池等設施都要采取保溫處理措施,池壁表面鋪設一層保溫棉板或者苯板,池頂加蓋,使用溫室大棚的保溫方式。③污水處理廠的管道應用電伴熱纏繞的方式保溫,保證污水溫度不至于降到最低。④加藥車間安裝供暖設備,出入口設置棉布簾,溫度處于合理范圍內(nèi),藥劑溶解效果合格,預防低溫導致藥劑沉底的情況。

3.2 更改工藝參數(shù)以適應低溫環(huán)境

選擇合適的工藝優(yōu)化調(diào)節(jié),保證低溫條件下不會影響活性污泥的處理效果,確保水質(zhì)符合規(guī)定標準要求。①適當增大污泥濃度,保證處理效果符合要求。污泥濃度提高后,參與污水處理的微生物數(shù)量會增多,分解效率也會得到提升。②增加污水停留時間。通過采取必要的保溫措施外,還要延長污水停留時間,以保證微生物的分解有足夠的時間,達到污水處理效果的提升。③減少剩余污泥的排放。利用這一方式有效的預防硝化菌因為溫度低而導致污泥齡延長的情況。④適當?shù)耐度敕勰┗钚蕴康任镔|(zhì),在污水處理系統(tǒng)內(nèi)形成生物膜,將污水內(nèi)有害物質(zhì)有效的處理,促進處理質(zhì)量的提高。⑤提供必要的碳源。結(jié)合污水處理廠的實際情況,考慮到應用的需要,合理的加入碳源,從而使得溫度較低時,微生物依然能夠保持正常的生長。⑥進行必要的曝氣控制,保持微生物的正常生長。⑦冬季溫度較低的條件下,如果存在污泥膨脹的問題,要立即采取措施處理。

3.3 冬季運行水質(zhì)分析

為了檢驗調(diào)整后污水處理效果,連續(xù)5日采樣檢測。連續(xù)五日COD進水均值321mg/L,出水均值34mg/L,符合一級A標準,可以排放到自然環(huán)境中。

經(jīng)過改造措施應用到,冬季污水處理廠的運行中,COD、氨氮、總氮、總磷出水指標處于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅴ類水質(zhì)標準以下,完全達到外排的標準,不會給環(huán)境造成任何污染的影響。

4 結(jié)語

(1)冬季環(huán)境溫度較低的情況下,活性污泥處理效果下降,導致有機物去除率降低,脫氮效果差;(2)為了預防低溫條件產(chǎn)生不利影響,污水處理廠的關(guān)鍵工序采用必要的保溫措施,以更好的提高污水處理的處理效率,達到正常運行的標準;(3)選擇合適的污水處理工藝,優(yōu)化與改革污水處理措施,消除低溫對活性污泥處理的不利影響,達到排放的標準。