再生纸废水处理生化处理阶段.doc

再生纸废水处理生化处理阶段生物接触氧化工艺与SBR工艺对比分析 1.工艺论述 1.1 生物接触氧化工艺简介生物接触氧化法是一种好氧生物膜法工艺，接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中。该工艺兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。池内加设适宜形状和比表面积较大的生物膜载体填料，这样在填料表面形成生物膜，由于内部的缺氧环境势必形成生物膜内层供氧不足甚至处于厌氧状态，这样在生物膜中形成了由厌氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生动物和后生动物形成的长食物链的生物群落，能有效地将不能好氧生物降解的COD部分厌氧降解为可生化的有机物。由于池内填充了大量的生物膜载体填料，填料上下两端多数用网格状支架固定，当填料下部的曝气系统发生故障时，维修工作将十分麻烦。填料易老化，一般46年需更换一次。由于前端物化处理后废水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，极易造成脱膜，挂膜不稳定。脱落的生物膜和絮状污泥在二沉池沉淀效果较差，易导致出水SS超标。1.2 SBR工艺简介在序批式反应器系统（Sequencing Batch Reactor简称SBR法）中，曝气池、二沉池合二为一，在单一反应池内利用活性污泥完成污水的生物处理和固液分离，SBR是污水活性污泥生化处理系统的先驱，然而直到最近几年随着监控与测试技术的飞速发展，这一技术才得以完全更新并被美国环境保护署（US EPA）推荐为一项低投资、低操作成本及低维修费用，高效益的环境处理新技术。据EPA调查，在污水流量一定时，选择SBR要比传统的活性污泥法处理费用节省许多，这一点已被大量的工程实例所证实。工艺运行方式 SBR工艺主体构筑物由SBR反应池组成，SBR反应池的运行操作由进水、反应、沉淀、滗水和待机五个阶段组成。 进水期：污水进入反应池。 反应期：污水进入反应池中发生生化反应，在这阶段可以只混合不曝气，或既混合又曝气，使污水处在反复的好氧-缺氧中，反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定。 沉降期：在此阶段反应器内混合液进行固液分离，因该阶段在完全静止条件下进行，表面水力和固体负荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。 排水期：当沉淀阶段结束，设置在反应池末端的滗水器开动，将上清液缓缓滗出池外，当池内水位降到低水位时停止滗水。待机期：本处理系统多池运行，在每池滗水后完成了一个运行周期，在实际操作中，滗水所需时间往往小于理论最大时间，故滗水完成后两周期间闲置时间就是待机期，该阶段可视污水的水质、水量和处理要求决定其长短或取消。在此阶段可以从反应池排出剩余活性污泥。反应池排出的剩余污泥泥龄长，已基本稳定。SBR法与其它活性污泥处理技术比较有以下优点： SBR系统以一组反应池取代了传统方法及其它变型方法中的初次沉淀池、曝气池及二次沉淀池，整体结构紧凑简单，无需复杂的管线传输，系统操作简单且更具有灵活性。SBR反应池具有调节池均质的作用，可最大限度地承受高峰BOD5浓度及有毒化学物质对系统的影响。在污水流量低于设计值时，SBR系统可以调节液位计的设定值使用反应池部分容积，或调节反应时间，从而避免了不必要的电耗。其它生物处理方法则无这样的功能。因为对于每个反应单体而言出水是间断的，在高负荷时活性污泥不会流失，因而可以保持SBR系统在高负荷时的处理效率。而其它的生物处理方法在高流量负荷时经常会出现活性污泥流失的问题。SBR在固液分离时整体水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个SBR反应池容积都用于固液分离，较小的活性污泥颗粒都可得到有效的固液分离，因此，SBR的出水质量高于其它的生物处理方法。易产生污泥膨胀的丝状细菌在SBR反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制。而污泥膨胀问题是其它活性污泥方法中很常见且很难控制的问题之一。采用了稳定的自动化控制和先进的探测仪器和设备，以保证出水水质达到造纸工业水污染物排放标准（GB3544-2001）和当地环保部门的要求。模块设计而有利于处理规模增加时的扩建工程。处理流程简洁，控制灵活，可根据进水水质和出水水质控制指标处理水量，改变运行周期及工艺处理方法，适应性很强。2.工艺设计和经济比较下面选择两个方案分别对生物接触氧化和SBR工艺进行经济比较分析。2.1 方案一 2.1.1 原水水量水质Q 3600m3/dCODCr 1700mg/lBOD5 450mg/lSS 1250mg/l2.1.2 两种工艺对比分析的基础条件废水经过收浆后进入超效浅层气浮系统去除掉大部分的SS，后进入水解酸化阶段。两种工艺比较的基础是水解酸化处理后的废水，水质情况如下：CODCr 425mg/lBOD5 160mg/lSS 50mg/l排水水质均要求达到造纸工业水污染物排放标准（GB35442001）再生纸标准的要求，同时CODCr不大于70mg/l。污泥处理系统相同不做比较。电费按0.5元/度考虑。2.1.3 生物接触氧化工艺2.1.3.1 工艺设计 生物接触氧化池数量 2 座单池尺寸 1095.5m负荷 1.0kgBOD5/m3d接触时间 3.6h实际停留时间 6h填料层高度 3m曝气系统采用散流式曝气器曝气。鼓风机房数量 1间尺寸 9.97.23.3m设3台三叶罗茨鼓风机，二用一备。型号 HSR-150流量 17.15Nm3/min转速 1180rpm风压 58.8kPa功率 30kw平流沉淀池数量 1座表面负荷 1.0m3/m2h尺寸 2566.0m有效水深 2.5m污泥斗深 2.5m设行车刮泥机1台。型号 SHG6000功率 3.75kw2.1.3.2 投资估算方案一生物接触氧化系统投资估算见表1。表1 方案一生物接触氧化系统投资估算序号名称规 格单位数量单价（万元）合价（万元）1接触氧化池1095.5m座211.17522.352鼓风机房9.97.23.3m座14.994.993平流沉淀池2566.0m座118.9218.924散流式曝气器SSB600座1250.00851.065填料及支架150M35400.02010.806鼓风机HSR-150座310.5010.507行车刮泥机SHG6000台17.507.508多用管阀电气1.009小计77.11 2.1.3.3 运行成本分析风机24小时运行，耗电302241440度行车刮泥机12小时运行，耗电3.751245度生化部分吨水电费 0.206元/吨水填料更换（按使用5年考虑）10.810000/5/365/36000.016元/吨水生化部分运行成本0.222元/吨水2.1.3.4 构筑物占地构筑物占地面积425.04m2。2.1.4 SBR工艺2.1.4.1 工艺设计数量 2 座单池尺寸 24105.5m最高水位 5.0m最低水位 2.5m超高 0.5m污泥负荷 0.08kgBOD5/kgMLSSd污泥浓度 3000mg/L反应池运行周期 8小时每池内设1套滗水器，滗水速度600m3/h。SBR反应池产生的剩余污泥采用重力排至贮泥池。曝气系统采用散流式曝气器曝气。鼓风机房数量 1间尺寸 9.97.23.3m设3台三叶罗茨鼓风机，二用一备。型号 HSR-150流量 17.15Nm3/min转速 1180rpm风压 58.8kPa功率 30kw2.1.4.2 投资估算方案一SBR系统投资估算见表2。表2 方案一SBR系统投资估算序号名称规 格单位数量单价（万元）合价（万元）1SBR反应池24105.5m座222.0544.102鼓风机房9.97.23.3m座14.994.993散流式曝气器SSB600座3340.00852.844滗水器XEF-600座216.0016.005鼓风机HSR-150座310.5010.506小计76.43 2.1.4.3 运行成本分析风机18小时运行，耗电302181080度吨水电费 0.15元/吨水2.1.4.4 构筑物占地构筑物占地面积575.04m2。2.2 方案二 2.2.1 原水水量水质Q 18000m3/dCODCr 1200mg/lBOD5 300mg/lSS 900mg/l2.2.2 两种工艺对比分析的基础条件废水经过收浆后进入超效浅层气浮系统去除掉大部分的SS，后进入生化阶段。两种工艺比较的基础是气浮处理后的废水，水质情况如下：CODCr 380mg/lBOD5 180mg/lSS 50mg/l排水水质均要求达到造纸工业水污染物排放标准（GB35442001）再生纸标准的要求，同时CODCr不大于70mg/l。污泥处理系统不做比较。 电费按0.5元/度考虑。2.2.3 生物接触氧化工艺2.2.3.1 工艺设计 生物接触氧化池数量 2 座单池尺寸 27205.5m负荷 1.0kgBOD5/m3d接触时间 4.32h实际停留时间 7.2h填料层高度 3m曝气系统采用散流式曝气器曝气。鼓风机房数量 1间尺寸 13.27.23.3m设5台三叶罗茨鼓风机，四用一备。型号 HSR-200流量 27.82Nm3/min风压 58.8kPa功率 45kw转速 810r/min辐流式沉淀池数量 1座表面负荷 1.06m3/m2h尺寸 306.0m池边水深 3.5m设全桥刮吸泥机1台。型号 SSG30功率 1.5kw2.2.3.2 投资估算方案二生物接触氧化系统投资估算见表3。表3 方案二生物接触氧化系统投资估算序号名称规 格单位数量单价（万元）合价（万元）1接触氧化池27205.5m座240.2380.462鼓风机房13.27.23.3m座16.656.653辐流式沉淀池306.0m座163.2963.294散流式曝气器SSB600座7500.00856.385填料及支架150M332400.0264.806鼓风机HSR-200座54.321.507全桥刮吸泥机SSG30台126.0026.008多用管阀电气2.009小计271.07 2.2.3.3 运行成本分析风机24小时运行，耗电454244320度行车刮泥机24小时运行，耗电1.52436度生化部分吨水电费0.121元/吨水填料更换（按使用5年考虑）64.810000/5/365/180000.02元/吨水生化部分运行成本0.131元/吨水2.2.3.4 构筑物占地构筑物占地面积1881.54m2。2.2.4 SBR工艺2.2.4.1 工艺设计数量 4 座单池尺寸 40185.5m最高水位 5.0m最低水位 2.9m超高 0.5m污泥负荷 0.075kgBOD5/kgMLSSd污泥浓度 3000mg/L反应池运行周期 8小时每池内设2套滗水器，滗水速度750m3/h。SBR反应池产生的剩余污泥采用重力排至贮泥池。曝气系统采用散流式曝气器曝气。鼓风机房数量 1间尺寸 13.27.24.2m设5台三叶罗茨鼓风机，四用一备。型号 HSR-200流量 27.82Nm3/min风压 58.8kPa功率 45kw转速 810r/min2.2.4.2 投资估算方案二SBR系统投资估算见表4。表4 方案二SBR系统投资估算序号名称规 格单位数量单价（万元）合价（万元）1SBR反应池40185.5m座447.27189.082鼓风机房13.27.24.2m座16.656.653散流式曝气器SSB600座20000.008517.004滗水器XEF-750座48.0032.005鼓风机HSR-200座54.321.506小计266.23 2.2.4.3 运行成本分析风机18小时运行，耗电454183240度吨水电费 0.09元/吨水2.2.4.4 构筑物占地构筑物占地面积2975.04m2。3.两种工艺的技术经济对比分析两种工艺的技术经济对比分析见表5。表5 生物接触氧化工艺与SBR工艺的技术经济对比项目生物接触氧化工艺SBR工艺技术可行性生物膜中形成了由厌氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生动物和后生动物形成的长食物链的生物群落，能有效地将不能好氧生物降解的COD部分厌氧降解为可生化的有机物。整个过程在缺氧-好氧环境中交替进行，易产生污泥膨胀的丝状细菌在反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制。由于物化处理后废水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，极易造成脱膜。脱落的生物膜比重较小，在二沉池沉淀效果较差，易导致出水SS超标。固液分离时整体水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个反应池容积都用于固液分离，固液分离彻底，表面水力和固体负荷低，沉淀效率高，出水水质有保证。操作管理氧化池出水需设置泥水分离系统，一般设二沉池或气浮，整个系统复杂，操作管理不够方便。系统集进水、反应、沉淀、排水、闲置于一体，无需设置二次沉淀池，整体结构紧凑简单，无需复杂的管线传输，系统操作简单且更具有灵活性。 由于填料和支架的存在，曝气系统发生故障时维修困难，重新挂膜相对困难。 多池运行，曝气系统发生故障时可向其它池子倒换，维修方便，启动迅速。 约每4-6年需更换一次填料。 完全混合，可长期运行。投资 设备较多，一次性投资较大。 形式简单，一次性投资较小。运行费用 较高。 较低。占地面积 构筑物占地面积较小，由于结构复杂，实际占地面积需考虑通道和公共面积。 构筑物占地面积较大。 鉴于以上对比分析，在统一水质水量和统一出水要求的基础上，SBR工艺具有明显优势。但在实际操作中应按照客观条件和要求缜密分析，以采取合适的处理工艺。藻类控制对策研究一、综述 自1993年以来，每年冬季12月到次年3月份，我市花园口水源厂调蓄池中会出现藻类急剧繁殖的情况。源水中如果含有大量藻类，将会为水厂带来一系列的工艺和水质问题：会严重妨碍水厂的混凝、絮凝过程，使得加入混剂后难于形成密实的矾花，不易沉降，使滤前水浊度升高；堵塞滤池，缩短滤池反冲周期；藻尸穿透滤池，在清水池中形成泡沫，造成出厂水浊度升高；加氯后出现强烈的刺激性异味，市民反映十分强烈。现已查明，调蓄池进水口一级泵站处藻类含量一般低于100万个/升，出水口二级泵站处最高可达4400万个/升，且主要是硅藻。藻类在冬季在调蓄池内季节性快速生长繁殖的主要原因，一方面，冬季黄河的流量较小，污染相对较重，一般为V类水，超V类水也频繁出现。主要为氨氮和有机物污染，某些限制性生长元素如镁的含量也较其他季节为高，这就为藻类的生长繁殖提供了充足的营养。在藻类高发季节，原水的主要特征为：1、藻类主要为硅藻，占96%，最高达4400万个/升。2、氨氮含量增高，1.0m3.5mg/L，是一般季节的3倍。3、高锰酸盐指数升高，615mg/l，是一般季节的23倍。4、PH值略有升高，8.28.7。5、化学需氧量2064mg/L，是一般季节的510倍。6、镁的含量40100mg/L7、浊度5.532NTU冬季，黄河水含沙量最小，调蓄池中水的浊度不足10NTU，阳光透射性较好，有利于藻类光合作用的进行，这是导致藻类急剧生长繁殖的另一个重要原因。光是浮游植物生存的必要条件，光照的时间、光的强度能影响浮游植物的代谢率，从而影响它的生长率和繁殖率。特别是当调蓄池冰封以后，能产生一定的温室效应，更有利于藻类的生长和繁殖。黄河水被严重污染，致使水体中鱼类、甲壳动物如各种蟹虾等的数量急剧下降；调蓄池中杂草不生，致使生态严重失衡，这也是引起藻类快速繁殖的一个不可忽视的原因。浮游植物通过光合作用固定太阳能，制造其他生物所需要的有机物质，这个过程是水生态系统运转的能源提供者，是生态系统整个生产过程的最初和基础环节，他们位于水体食物链的第一环节，是浮游动物和其他水生物的食物。浮游动物不能脱离浮游植物而生存，在这者之间经常进行着能量和物质的交换。许多经济鱼类，特别是我国特有的鲢、鳙都以浮游生物为食。不少经济甲壳运行如各种虾、蟹在幼虫期以硅藻、裸藻为食。一旦这个食物链断了，生态平衡就会被破坏。为了解决高含藻水给净水处理带来的困难，国内通常采用气浮沉淀池、原水预氯化、生物预处理、臭氧氧化活性碳过滤等工艺。考虑到在制水厂内采取措施的局限性，避免预氯化所产生的鱼腥味，我们根据公司自身的特点，重点研究了如何在水源地抑制藻类生长繁殖的二种方法：化学法、物理法，来解决藻类所带来的一系列的工艺和水质问题，取得了成效。二、 除藻方法研究郑州市自来水总公司东部供水系统是由花园口水源厂和白庙水厂组成。以黄河水为水源。黄河水经花园口水源厂进水闸自流进入沉砂池（350亩），自然沉淀后由一级泵站抽到调蓄池（1100亩，储水350万立方米，水深5米），二次自然沉淀后再由二级泵站将原水通过12公里管道送至白庙水厂处理。(一) 化学方法除藻硫酸铜具有特殊的抑制藻类生长的作用，考虑到饮水的安全性和对生态的影响，我们将试验分作两步，第一步先进行室外模拟实验，第二步进行生产试验。重点考察了硫酸铜抑制硅藻生长的情况、铜离子含量的变化以及对水中鱼类的影响。一、模拟试验1、试验目的(1)观察硫酸铜抑制水中藻类（主要是硅藻）繁殖的效果，找出抑制藻类生长的有效剂量。(2)观察硫酸铜对水中生物的影响。(3)观察投加硫酸铜后水中Cu2+含量的变化。2、试验方法室外设四个同形状同体积的容器，设加氧装置，分放同样水质同样体积的原水和多种鱼苗，其中一个容器中不投加硫酸铜，其余三个容器中加入不同剂量的硫酸铜，通氧，放置数天，测定藻类含量、铜离子含量、观察鱼类活动情况。3、结果从实验的结果看硫酸铜确有抑制藻类生长的作用，对于硅藻来说0.3mg/L硫酸铜的投加量已能抑制其生长和繁殖，对于鱼类的活动已没有表现出明显的不良影响，可以进行生产实验。结果见下表。表一：用硫酸铜抑制水中藻类繁殖的模拟实验结果项目容器号备注1234硫酸铜投加量(mg/L)0.00.30.51.0加氧 放置三天加硫酸铜前藻类数（个/L）1421010142101014210101421010加硫酸铜后藻类数（个/L）4641966+94734群299991142101142101藻类去除率(%)799090硫酸铜投加量(mg/L)0.00.30.51.0加氧放入鱼类放置两天加硫酸铜前藻类数（个/L）1105230110523011052301105230加硫酸铜后藻类数（个/L）3094644252624284202299991藻类去除率(%)777473铜离子残留量(%)0.050.050.070.12鱼类活动情况良好良好良好良好三、 生产试验1、试验方法在水源厂泵站处设投药设施和装置，将药液加至水泵的吸水口处，利用水泵的叶轮进行混合。在调蓄池中藻类有明显增加趋势时投加药剂。工艺流程如下：2、试验结果生产试验结果见表二及下图表二：用硫酸铜抑制藻类生长繁殖生产试验结果日期二级泵站处藻类含量（万个/L）日期二级泵站处藻类含量（万个/L）98.12.2412099.01.0336598.12.2535599.01.0418798.12.2832499.01.0515398.12.2931099.01.066898.12.3031099.01.133498.12.3136699.01.183899.01.013763、结果与讨论 98年12月30日开始进行第一次生产试验，此时调蓄池中藻含量已由24日的62万个/L上升到310万个/L，在一泵站处按0.3mg/L的量投加，四天以后，硅藻含量开始下降，至九九年一月十日降至48万个/升，此段时间一泵站处硅藻含量变化不大，为40万个/升左右。生产实验从98年月12月30日开始至99年2月20日止，当藻类含量有明显上升趋势时投加硫酸铜，藻含量降将至正常水平后停止投加。(1)用硫酸铜抑制硅藻繁殖效果显著，能从根本上解决由硅藻带来的一系列水质问题，尤其是水腥味的问题，能够降低制水生产成本，提高水质，社会效益明显，是今后解决水腥味的一个重要途径。(2)硫酸铜的投加量的大小应严格控制，在生产实验中发现，投加量为0.3mg/L时不影响水中鱼类的活动，若投加量提高到0.5mg/L以上，调蓄池中许多小鱼成群游向二泵站，被水泵抽送至白庙水厂，当投加量降至0.3mg/L后，此现象消失。(3)生产实验发现，硫酸铜抑制绿藻繁殖的效果较差，0.3mg/L的投加量不能抑制绿藻的繁殖，甚至投加量提高到0.5mg/L，对绿藻繁殖的抑制作用也不明显，抑制绿藻的繁殖应采取生物防治和物理防治方法。(4)投加硫酸铜后，在试验的浓度范围内，水中铜离子含量稍有增大，且均低于0.2mg/L。(5)生产实验中发现，水中镁离子的含量对绿藻的生长有重要的影响。九九年二月水源厂调蓄池中第一次出现绿藻大量繁殖，经调查分析，当时源水指标除了镁含量与往年同期有较大差异外，其他指标与往年相比没有明显的变化。当时镁的含量约为70mg/L，以往同期则为40mg/L。因此初步断定镁的含量对绿藻的生长有重要的影响。(6)由于调蓄池中有一条挖泥船在清挖底泥，因此不会产生铜的积累性污染。(二) 改变调蓄池的运行方式，防止藻类大量繁殖对于藻类的生长，如果只满足营养、温度、阳光等条件而不提供其繁殖的时间，经常变化其生存环境，一样能达到抑制其繁殖地目的。1、调蓄池运行水位的改变与藻类含量的关系通过对水源厂、白庙水厂96年99年四年的生产报表进行统计分析发现，调蓄池运行水位的变化与藻类含量有着密切的关系。(1)97年前（包括97年）没有将除藻与调蓄池运行水位的变化联系在一起，因此在藻类高发期，调蓄池的水位没有多大变化。如图1、图2。(2)98、99两年在藻类高发期改变调蓄池运行水位，藻类含量变化很大*在调蓄池水位下降的过程中，不同种类的藻类含量变化情况不一样。如果水中所含藻类主要是硅藻，则随着水位的降低，硅藻含量升高，如图3。如果水中所含藻类主要是绿藻，则在水位下降的过程中，绿藻含量没有明显变化，如图4。*在调蓄池水位上升的过程，随着水位的上升，无论是何种藻类，含量均明显下降，最后降至正常水平，如图3、图4所示。假如水中所含藻类主要是硅藻，随着水位的上升，无论是何种藻类，含量均明显下降，最后降至正常水平，如图3、图4所示。假如水中所含藻类主要是硅藻，随着水位的降低含量升高，这种现象是与硅藻的生活习性相一致的。因为硅藻主要生活和分布于水的较深部位。绿藻主要分布于水的上部，由于调蓄池较浅，仅有45米，绿藻在垂直分布上相对均匀，因此随着水位的降低，含量变化不明显。当水位降至92.5米（黄海高程）以下，在急剧升起后，由于稀释作用和水质的变化，降低了藻类的含量，抑制了藻类的繁殖。2、改变调蓄池运行水位，防止藻类繁殖生产实验99年12月4日开始改变调蓄池运行水位，由93.04米逐步降至12月17日91.97米，保持至21日后将水位升高，29日升至92.98米，保持到2000年1月3日又将水位降低，18日降至91.47后将水位升高，1月22日升至92.04米，一直保持到3月15日实验结束。结果见附表一。3、结果与讨论1)99年12月至2000年3月，通过采取改变调蓄池运行水位的措施，有效的避免了藻类的繁殖。该方法不消耗任何材料，不增加生产费用，不向水中投加任何化学药剂，是在黄河河道稳定时，抑制藻类繁殖的首选方法。2)调蓄池水位之所以高低变化，是为了避免调蓄池个别地方出现死水区，达到变化水质的目的。3)当调蓄池出现冰封时，由于“温室效应”，在同等停留时间内，藻类含量明显上升。但在选定的运行水位91.592.0米时，藻类含量最高达424万个/升（仅一天），对正常水处理影响不明显。(三) 效益分析 我们选取三年同一时间段的情况进行对比，a、97年12月至98年3月。b、98年12月至99年3月。c、99年12月至20