循环式活污泥法污水处理厂的设计及运行.doc

循环式活性污泥法污水处理厂的设计及运行CASS工艺集曝气与沉淀于同一池内，取消了常规活性污泥法的一沉池和二沉池。工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段，运行中可根据进水水质和排放标准控制运行参数，如有机负荷、工作周期、水力停留时间等，通过调整这些参数使污水处理厂在满足出水水质要求的条件下降低运行成本。 1 工程设计1.1 污水处理厂概况北京航天城污水处理厂是为北京航天工程服务的，根据北京航天工程环境评价报告书所列数据，污水处理厂随航天工程的发展分二期建设，设计处理能力为7 200 m3/d，一期工程污水量为3 600 m3/d，主要包括工业废水、生活污水和门诊部污水，各自所占比例为18.0%、81.5%、0.5%，因此其污水主要是生活污水，污染物包括有机物、悬浮物和油类等。设计进、出水水质及排放标准(北京市水污染物排放二级标准)见表1。表1 设计进、出水水质及排放标准项目COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)pH矿物质(mg/L)进水3502502206.58.55.8出水5015306.08.53排放标准6020506.08.541.2 污水处理工艺1.2.1 工艺流程在北京航天城污水处理厂设计中采用CASS工艺，其流程如图1所示。1.2.2 主要构筑物、设备及其参数污水处理厂主要构筑物及设备示于表2。表主要构筑物及设备项目型号或基本尺寸数量旋转式格栅XGS10002集水池9.8m7.4m5.3m(H)1沉砂池15.9m4.2m3.2m(H)1CASS池424m6m5m1污泥浓缩池2600mm3m1污泥脱水机OCT10002工程设计参数是依据实验室模拟试验结果确定的：BOD污泥负荷为0.11 kgBOD/(kgMLSSd)；CASS池的运行周期为4 h,其中曝气2 h，采用连续进水，周期循环延时曝气法；整个CASS池容积2 880 m3，长度方向分主反应区和预反应区，其长度分别为19.25 m和3.75 m，宽度方向分4格，每格可独立运行，池深5 m，有效水深4.5 m(污泥区高1.3 m，缓冲区高1.7 m)，活性污泥界面以上最小水深为1.34 m，每周期排水比约为1/3。 CASS反应池构造简图示于图2。水下曝气机由潜水泵和射流器组成，充氧量6.07.0 kg/h，服务面积50 m2/台(有效水深5 m)，射流器电机功率5.5 kW/台。1.3 污水处理厂平面设计污水处理厂分二期建设，总用地0.72 hm2，设计时考虑远、近期结合，占地面积尽可能小。其平面规划按规范进行，绿化率为47%，环形道路，污水与污泥处理兼顾，常规分析化验仪器完备(见图3)。2 污水处理厂的调试运行2.1 污水处理厂调试设备安装完工后，按单体调试、局部联合调试和系统联合试运转三个步骤进行。联调的主要工作包括按图纸检查各构筑物的施工质量；各机械设备、仪表、阀件是否满足设计或污水处理厂生产工艺要求；各处理单元及连接管段流量的匹配情况；自动控制系统是否灵敏可靠；检查设备有无异常震动和噪音；对调试中发现的问题及时解决，系统工作正常后进入污泥培养、驯化阶段。污水处理厂的污泥培养采用接种培养法，具体是在CASS池中加入其他污水处理厂浓缩脱水后的污泥，闷曝24 h,以后每天排出部分上清液并加入新的污水，逐步加大负荷，此阶段不排泥。培养期间通过镜检观察CASS池中微生物相的变化，同时进行进、出水水质及活性污泥性能指标的测定(包括COD、BOD5、pH、DO、SV、MLSS、SVI等)。随着培养时间的增加，观测到污泥中有大量活跃的原生动物(如钟虫)和少量的后生动物(如轮虫)，此时SVI80100，SV18%20%，MLSS1 2001 800mg/L，表明活性污泥培养基本成功。此阶段完成后，即进入污水厂全面试运行阶段。2.2 污水厂试运行污水厂试运行是指在满负荷进水条件下，摸索、优化运行控制参数，取得最佳的去除效果，为今后长期稳定运行奠定基础。此阶段大致包括滗水器控制参数的确定，CASS池运行周期及每个周期内曝气、沉淀、排水、时延时间的分配，污泥脱水过程中混凝剂的投加量等，并以控制系统为核心全面检验污水处理系统的运行稳定性及处理效果。2.2.1 滗水器控制参数的确定滗水器的特点是程序工作制，它可依据进、出水水质变化来调整工作程序，保证出水效果。调试工作主要是根据进、出水水质来探索滗水器的排水时间、最佳下降速度与滗水速度的分配以及排水结束后滗水器的上升时间(时延阶段)等。滗水器开始工作时，首先由原始位置下降到水面上，然后随水面缓慢下降，下降过程为：下降10 s，停止30 s，再下降10 s，停止30 s直至设计排水最低水位。滗水器上升过程是由低水位连续升至最高位置(即原始位置)，上升时间通过调试摸索确定，并设计有限位开关，保证滗水器在安全行程内工作。2.2.2 CASS池运行周期的确定根据实验室小试结果，原设计的CASS池运行周期是4 h，其中曝气2 h，沉淀1 h，排水1 h。调试过程中发现原水浓度比设计参数偏低，有必要根据实际废水情况来确定运行周期，根据进、出水水质指标调整周期中各阶段时间的分配。实际运行周期仍为4 h，其中曝气1.5 h，沉淀1 h，排水1 h，时延0.5 h，这样在保证出水水质的情况下节省了能耗。2.2.3 运行结果从每天监测的水质情况看，CASS工艺经过上述各阶段的调试和试运行，取得了良好效果。运行能耗合计0.27 元/(m3d)，实际运行进、出水水质如表3所示。表3运行进、出水水质项目COD(mg/L)BOD5(mg/L)pH进水708030356.87.5出水2076.87.53 结果讨论3.1 CASS池运行情况CASS反应器的进水端设置一挡板以防止进水短路，同时把反应池分为预反应区和主反应区，其中预反应区在防止污泥膨胀、保持良好出水水质、提高基质降解速率方面起着重要的作用。污水连续进入预反应区，首先与其中的污泥充分混合，使基质浓度较高，抑制丝状菌的优势生长。在沉淀和排水期间，由于污水从预反应区缓慢进入主反应区下部，水流呈层流状，不会扰动池中各水层，保证了出水水质。在曝气阶段，CASS池内污水随着时间的延长，基质浓度由高到低，生化反应推动力大，因此，反应速率和去除有机物效率较高。3.2 简单易行的自控系统根据我国的实际情况，本工程采用的自动控制系统为可编程控制器(PLC)，在控制室内的模拟屏上可以对目前的运行情况一目了然，并可根据当前的液位指示综合控制各部件的运行，主要控制参数有水量、CASS池曝气时间、沉淀时间、排水时间等等。简单易行的控制系统可以节省劳动力，方便操作，同时又不需要昂贵的监测仪器，减少了人力和物力投入，符合我国国情，是一种值得推广的自动化控制模式。3.3 曝气装置采用自吸式射流曝气器代替传统鼓风机曝气，消除了噪音污染，结构简单，易于维护管理，充氧能力强，动力效率高，还可根据进、出水情况和水中溶解氧浓度开启不同的台数，在保证处理效果的条件下达到经济运行的目的。3.4 滗水装置在航天城的污水处理工程中采用自行研制的新型滗水装置，其特点是按设置的程序工作，开始排水时，滗水器的下降速度与水面的下降速度基本相同，不会扰动已沉淀的污泥层，池子上部上清液通过滗水器的堰式装置排至排水井。该新型装置的应用，解决了CASS工艺应用中关键设备依靠外国进口的问题，为国家节省了外汇，为CASS工艺在我国推广应用创造了条件。3.5 CASS工艺的优点与传统活性污泥法相比，CASS工艺具有占地少、投资省、管理运行方便、处理效率高等优点，其投资比较示于表4(以Q7 200 m3/d为例)。表4CASS工艺与传统活性污泥法投资比较项目COD(mg/L)BOD5(mg/L)pH进水708030356.87.5出水2076.87.5循环移动载体生物膜反应器水力特性探讨引言 循环移动载体生物膜反应器是利用表面附着生物膜的填料，在好氧条件下，通过曝气来实现填料的循环移动，使水流与填料充分接触，达到高效处理有机废水的一种新型工艺，具有生物量高、不堵塞且无需反冲洗等特点。在本研究中，填料由聚乙烯材料制 成，密度为0.96gcm3，形状为小圆柱体（直径约10mm，高7mm），体内有米字支撑，外侧沿径向伸展许多尾翅。填料在反应器内的填充比根据实际需要确定，最高可达到70。生物膜可附着的比表面积约为500m2m3，由于生长在该柱形填料外表面的生物膜比内表面少得多，实际的附着表面积仅为350m2m3左右1。 1 流态特征 11 反应器构造循环移动载体生物膜反应器的有效水深1.20m有效容积172L，由导流板将其分成提升区和回落区，见图1。 12 水流流态在连续污水生物处理反应器中，水的流态存在两种型式推流式和完全混合式。但在大多数反应器中，水的流态介于两者之间。循环移动载体生物膜反应器大致符合完全混合的特征，载体在反应器内循环移动时，污水被不断提升形成循环，而且循环水量远大于进水量。当原水进人反应器后，会很快与循环水混合而被稀释，从而被均匀分散到整个反应器的容积内。具体表现为，在不同进水流量下，反应器内各区域的COD值相差不大，而且随着进水流量的增大，不同区域COD的差值越来越小，数据见表1。13 水力性能在反应器内，废水循环的动力来源于提升区和回落区的压差，此压差等于流体流动的动能、沿程阻力损失以及局部阻力损失之和2。以反应器底部质量为m的微元为研究对象，根据能量方程，得： （1-Zh）mgh-（1-Zt）mgh mut22-muh2/2+imut2/2 (1)式中：m元体的质量，g；g重力加速度，m/s2Zh回落区气体的滞留量，无量纲；Zt提升区气体的滞留量，无量纲；uh回落区液体流速，ms；ut提升区液体流速，ms；h反应器的高度，m；i沿程阻力和局部阻力系数之和。（1）式两边同时除以mg，得： （1-Zh）h-（1-Zt）h ut22gut22g +iut2/2g （2）由于在提升区曝气，大量气体在提升区上部逸出，回落区夹带的气体滞留量很小，与提升区相比可忽略不计，即Zh0上式可简化得： Zthut2/2g-ut2/2g+iut2/2g （3）而uh=(AtAh）ut式中：At、Ah分别为提升区和回落区的横截面积，得：Zt=ut2（1At2Ah2+i)2gh （4）假定提升区气体滞流量二；与供气量Qg成正比，即ZtKQg，代入得：KQg=ut2（1At2Ah2+i）2gh （5） 由式（5）可知：气量Qg对反应器中液体的循环及混合情况影响很大。当Qg和h一定时，循环速度与提升区和回落区的面积之比AtAh、阻力系数有关。影响阻力系数i的主要因素是导流板底与反应器底之间的距离，因为回落区下向流动流体在导流板底部经180度转弯进人提升区而向上流动，这种流动方向的改变造成的水头损失较大。当Qg和h固定时，导流板底与反应器底部的距离越大，则阻力越小，循环速度越大。若Qg固定，导流板上下位置固定，左右位置也固定（AtAh固定），增大反应器的有效水深h，虽然流体的沿程阻力损失也增大，但其增大幅度小于h的增大，所以上升流速也增大。若AtAh固定，h一定，气量Qg越大，ut越大，也就是说，在已经确定了反应器的设计参数后，只能通过控制气量Qg来控制反应器内的循环移动速度。但Qg变大，能耗将增加而使处理工艺不经济。本试验所用的循环移动载体生物膜反应器导流板距反应器底部的距离为250mm，提升区与回落区的横截面积比23，提升区的水流速度大于回落区，有利于载体的循环移动。试验表明，反应器内的循环速度越大，越有利于流体通过剪切作用脱除过厚的生物膜，保持较高的生物活性。但如果循环速度过大，则载体表面的生物膜很薄，大部分生物以悬浮状态存在而且如果发生在反应器的启动初期，将造成挂膜困难。为了实现载体的提升循环，曝气量必定存在一个最低值。随着气速的增加，载体在提升区的上升速度和回落区的下沉速度均增大；随着填充比的增加，在相同气速下载体的运动速度减小。在不同填充比时，填料的运动速度与气速的关系见表2。 2 充氧性能 循环移动载体生物膜反应器采用鼓风曝气，空压机送出的压缩空气先进人贮气罐，在稳压阀控制下，用微孔曝气头曝气。本试验用氧转移系数KLa来评价空气扩散装置的供氧能力，利用亚硫酸钠和催化剂氯化钻进行脱氧，化学反应式为：Na2SO3+(1/2)O2Na2SO4 表2 在不同填充比时，填料的运动速度与气量的关系 气量（m3.h-1)填料在提升区上升速度/（s.m-1)填料在回落区上升速度/（s.m-1)填充比50%填充比30%填充比50%填充比30%0.50.100.190.0500.150.60.130.230.0670.200.70.150.340.0800.210.80.170.400.0830.230.90.200.460.1000.311.00.230.500.1600.35理论上与1mg的氧完全反应需要7.9mg的亚硫酸钠，但是为了使液体完全脱氧，向水中添加的量要大于理论值3，实际投加量为每1mg的氧投加8-12mg Na2SO3和0.20.5mg的CoCl2。在溶解氧为时稳定的状态下，进行曝气充氧，待反应器内的载体循环移动后再控制气量，每隔一段时间测定溶解氧值，直到饱和为止。水中溶解氧的变化率或转移率，可用如下公式4表示：dCdtKLa（CsC） （6）积分得：Ln（CsC）KLatb （7）式中：KLa氧总转移系数，表示在曝气过程中氧的总传递性；Cs饱和溶解氧浓度，mgL；C溶解氧浓度，mgL；t时间，min；b积分常数。根据充氧过程中Ct关系，作Ln（CsC）-t的曲线，可得到一条直线，其斜率为-KLa，曲线越陡，说明KLa值越大，氧传递的阻力越小，氧传递的速度也越快。本试验采用0.6、0.8和1.0m3h三组不同的气量，在填料填充比为0、30和50时进行试验，数据见表3。 表3 KLa与填充比及气量的关系填充比/%气量/（m3.h-1)KLa/min-100