城鎮(zhèn)生活污水處理廠A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的快速判別

姜科,王真真,戰(zhàn)琪,廖曉希,曹喆

(長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410004)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷深化,居民生活水平提高,城鎮(zhèn)生活污水的排放總量逐年增加。城鎮(zhèn)污水中的主要污染指標(biāo)包括生物化學(xué)需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、懸浮固體(SS)、pH值、氮、磷、有毒化合物等。目前較為流行的城鎮(zhèn)污水處理工藝為A2O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝、生物接觸氧化工藝、生物濾池以及膜生物處理工藝等基于活性污泥的生物處理工藝[1]。在我國(guó)現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中,主要關(guān)注的仍然是出水污染物濃度等末端參數(shù)及部分過(guò)程控制參數(shù),由于活性污泥工藝處理的周期性和末端控制指標(biāo)的滯后性[2],僅僅通過(guò)末端污染物參數(shù)的監(jiān)控難以做到全面、快速地對(duì)污水處理工藝運(yùn)行狀態(tài)的判斷和故障分析排除,對(duì)工藝運(yùn)行穩(wěn)定性不利。因此,需要建立基于污水處理工藝全過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)的快速判別方法,助力污水處理工藝的長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行。

A2O工藝通過(guò)厭氧、缺氧和好氧的組合以及不同的污泥回流方式來(lái)去除水中有機(jī)污染物和氮、磷[3],是目前城鎮(zhèn)污水處理廠中應(yīng)用最為廣泛的一種生活污水處理工藝。例如廣州大坦沙污水處理工程(15萬(wàn)t/d)、桂林市第四污水處理廠(10萬(wàn)t/d)、無(wú)錫市蘆村污水處理廠(二期,10萬(wàn)t/d)、昆明市第二污水處理廠(10萬(wàn)t/d)、青島市團(tuán)島污水處理廠(10萬(wàn)t/d)都采用了A2O工藝。

本文A2O工藝為例,對(duì)城鎮(zhèn)生活污水處理工藝運(yùn)行狀態(tài)的快速判別方法進(jìn)行了探討。通過(guò)A2O工藝原理分析和污水處理廠實(shí)地調(diào)研(長(zhǎng)沙花橋污水處理廠、長(zhǎng)沙雨花水質(zhì)凈化廠、長(zhǎng)沙洋湖污水處理廠等),結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[4-7],確定出A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的判別方法,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款可以快速識(shí)別、分析故障的軟件,一鍵確定異?，F(xiàn)象、故障原因和解決措施,助力A2O工藝的智慧運(yùn)維。

1 A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的常規(guī)判別

1.1 通過(guò)末端污染物監(jiān)控指標(biāo)判別

一般來(lái)說(shuō),末端污染物數(shù)據(jù)可以通過(guò)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備直接獲取,通過(guò)比對(duì)末端污染物數(shù)據(jù)和相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn),如城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918—2002),即可判別工藝運(yùn)行的整體狀態(tài)。

除此之外,還可以通過(guò)核算污染物實(shí)際去除率,并與污染物理論去除率進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算出相對(duì)誤差,判別工藝運(yùn)行的整體狀態(tài)。

A2O工藝中污染物的理論去除率如表1所示。

表1 A2O工藝中污染物的理論去除率

1.2 通過(guò)運(yùn)行過(guò)程工藝參數(shù)判別

工藝運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí),各過(guò)程控制參數(shù)如下:

1)溶解氧:A2O工藝中溶解氧DO的正常范圍為:厭氧段DO≤0.2 mg/L,缺氧段DO=0.2～0.5 mg/L,好氧段DO≥2 mg/L。

2)MLSS:A2O工藝中混合液懸浮固體濃度MLSS的正常范圍為2 000～4 500 mg/L。

3)污泥濃度:混合液揮發(fā)性懸浮固體(MLVSS)與MLSS的正常比值為0.75 左右。污泥沉降比(SV)的正常范圍是15%～30%。污泥容積指數(shù)(SVI)的正常值為50～150 mL/g。SV 和SVI、MLSS的換算關(guān)系為:SVI=SV×10/MLSS。

4)氣水比:曝氣量不足,會(huì)導(dǎo)致溶解氧含量不足、 硝化反應(yīng)不能正常進(jìn)行以及出水總氮和總磷濃度超標(biāo)。一般每噸污水需空氣5～12 m3。

5)氧化還原電位:厭氧段氧化還原電位(ORP)小于-250 mV,在缺氧段小于-100 mV。

6)混合液回流比:混合液回流比(內(nèi)回流比)=內(nèi)回流流量/進(jìn)水流量。一般混合液回流比的正常范圍在100%～400%。

7)外回流比:外回流比(污泥回流比)正常范圍在40%～100%。

8)外加藥劑用量:在深度處理階段,通常聚合氯化鋁用量為0.15～0.6 t/萬(wàn)m3污水,聚丙烯酰胺用量為0.01～0.1 t/萬(wàn)m3污水。

2 A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的間接判別

2.1 通過(guò)污水處理設(shè)施電耗判別

通過(guò)分析處理單位污水所使用的電耗來(lái)衡量工藝運(yùn)行情況。將每處理單位體積的污水所消耗的能耗折算為電能(kW·h/m3)表示,并與污水處理工藝典型電耗值進(jìn)行比較,分析工藝運(yùn)行狀態(tài)。

一般1 t污水耗電量為0.2～0.35 kW·h(度),噸污水耗電量在此范圍內(nèi)時(shí),認(rèn)為工藝運(yùn)行狀態(tài)正常。污水處理工藝中,整個(gè)曝氣系統(tǒng)耗電約占整個(gè)污水處理廠50%以上,如所占比例偏少,說(shuō)明未全面使用曝氣系統(tǒng),工藝運(yùn)行狀態(tài)不正常。

2.2 通過(guò)活性污泥性狀判別

通常連續(xù)處理過(guò)程中的水質(zhì)分析只表示取樣點(diǎn)或者取樣這一時(shí)刻的狀態(tài)。如果有少量有毒物質(zhì)混入到了污水處理廠,除非毒物混入時(shí)間與取樣時(shí)間重疊,否則難以掌握是否有毒物混入。通過(guò)生物相診斷,只要曝氣池的生物受到毒物影響,毒物混入后就能推測(cè)出來(lái)。即使出現(xiàn)的生物種類發(fā)生了變化,通過(guò)殘留的尸體和痕跡,仍然可以大致判斷運(yùn)行狀態(tài)和異常原因。因此,有必要通過(guò)觀察活性污泥生物相、上清液透明度、污泥顏色、狀態(tài)、氣味等,定時(shí)檢測(cè)和計(jì)算反映污泥特性的有關(guān)參數(shù)。

判別規(guī)則為:

出水應(yīng)清澈透明,無(wú)明顯氣味,曝氣池大量泡沫并有下水道氣味說(shuō)明生物量不夠,單純大量泡沫可能混入其他廢水,出水發(fā)黃可能超標(biāo);

在總排口生長(zhǎng)較多的絲狀藻類可能出水總磷偏高;

查看出水堰口的生物特征,如有綠苔,說(shuō)明出水情況較好,如掛白膜,說(shuō)明出水氨氮較高;

觀察二沉池出水狀況,看出水是否帶有微小的污泥絮粒,正常情況下上清液透明,無(wú)漂泥。如果局部污泥大塊上浮而且污泥發(fā)黑帶臭味,則表明二沉池需加大排泥力度;如果二沉池出水混濁,則表明前道的生化處理不完全,即生化停留時(shí)間不夠。

2.3 通過(guò)污泥排放量判別

工藝運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí),一般處理水量和干泥產(chǎn)生量正常比例為1∶0.000 1～0.000 12;處理水量和濕泥產(chǎn)生量的正常比例(濕污泥含水率為80%)為1∶0.000 5～0.000 6。

2.4 通過(guò)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)判別

定義設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率=設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/(設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間+設(shè)備停運(yùn)時(shí)間)×100%

如果提升泵、曝氣風(fēng)機(jī)、污泥回流泵、剩余污泥泵、污泥脫水機(jī)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率偏離設(shè)計(jì)值±30%,則可以認(rèn)為A2O系統(tǒng)運(yùn)行不正常。

如果提升泵、曝氣風(fēng)機(jī)、污泥回流泵、剩余污泥泵、污泥脫水機(jī)等設(shè)備耗電總量偏離正常值的±30%,則可以認(rèn)為A2O系統(tǒng)運(yùn)行不正常。

3 A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的快速判別

作為污水處理運(yùn)營(yíng)技術(shù)人員,將上述常規(guī)判別方法和間接判別方法靈活運(yùn)用,即可實(shí)現(xiàn)A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的快速判別。但是,由于整體工藝設(shè)計(jì)的設(shè)備、構(gòu)筑物、參數(shù)眾多,如果能夠基于上述判別方法,設(shè)計(jì)自動(dòng)識(shí)別、分析A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的軟件,對(duì)助力快速判別有重要意義。

本文首先以工藝運(yùn)行參數(shù)、泥水性狀指標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等方面為切入點(diǎn),系統(tǒng)分析了正常狀態(tài)、異?，F(xiàn)象、異常原因及故障解決措施之間的關(guān)聯(lián),如表2～4所示。

表2 基于工藝運(yùn)行參數(shù)的運(yùn)維技巧

表2(續(xù))

表3 基于泥水性狀指標(biāo)的運(yùn)維技巧

表4 基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)維技巧

表4(續(xù))

基于表2～4設(shè)計(jì)得到的快速判別軟件如圖1所示。

只需要在軟件中輸入工藝、污泥和設(shè)備的參數(shù),就可以一鍵快速確定異?，F(xiàn)象、故障原因和解決措施,解決工藝參數(shù)復(fù)雜難記、易出錯(cuò)等問(wèn)題。

圖1 A2O工藝快速判別軟件

4 結(jié)論

本文以A2O工藝為例,通過(guò)工藝原理分析和污水處理廠實(shí)地調(diào)研,結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),依次確定了A2O工藝運(yùn)行狀態(tài)的常規(guī)判別方法和間接判別方法,提出了分別基于末端污染物監(jiān)控指標(biāo)、工藝參數(shù)、污水處理設(shè)施電耗、污泥排放量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等的判別依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,綜合分析了工藝運(yùn)行參數(shù)、泥水性狀指標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等方面的運(yùn)維技巧,設(shè)計(jì)了一款可以快速識(shí)別、分析故障的軟件,為實(shí)現(xiàn)A2O工藝的智慧、高效、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供了一種可借鑒的手段。