活性污泥(activesludge)是微生物群體及其所依附的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的總稱，活性污泥可分為好氧活性污泥和厭氧顆?；钚晕勰啵钚晕勰嘀饕糜谔幚韽U水。A/O生化處理工藝(簡(jiǎn)稱A/O工藝)是由厭氧和好氧兩部分反應(yīng)組成的污水生物處理系統(tǒng)，污水進(jìn)入?yún)捬醭睾?，依次?jīng)歷厭氧反硝化、好氧去有機(jī)物和硝化的階段，其流程特點(diǎn)是前置反硝化，硝化后部分出水回流入反硝化池，以提供硝酸鹽;A/O工藝特別適合煤氣化、有機(jī)化工等廢水的處理。
1、魯南化工污水處理系統(tǒng)及污泥系統(tǒng)簡(jiǎn)況
1.1 污水處理系統(tǒng)工藝流程
兗礦魯南化工有限公司(簡(jiǎn)稱魯南化工)是兗礦集團(tuán)旗下一家高科技煤化工企業(yè)，企業(yè)以煤為原料，通過水煤漿加壓氣化工藝產(chǎn)出合成氣，進(jìn)而生產(chǎn)甲醇、醋酸、醋酸乙酯、丁醇、聚甲醛等有機(jī)化工產(chǎn)品。
魯南化工現(xiàn)有污水與回用水處理系統(tǒng)建于2006年9月，2007年4月調(diào)試運(yùn)行；項(xiàng)目總投資11700萬(wàn)元，設(shè)計(jì)污水處理能力為26000m3/d，采用A/O工藝和雙膜法廢水處理工藝，其工藝流程見圖1。
污水處理系統(tǒng)主要對(duì)企業(yè)排放的生產(chǎn)、生活污水進(jìn)行集中處理，生產(chǎn)廢水主要包括煤氣化廢水、有機(jī)化工廢水(包括甲醇、醋酸、丁醇、聚甲醛、醋酐、醋酸乙酯等裝置產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水、沖洗水)，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水量及水質(zhì)(表1)
1.3 污泥處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)正常進(jìn)水懸浮物(SS)含量為35～60mg/L；其中，對(duì)造氣裝置、氣化裝置廢水懸浮物含量的要求為50～100mg/L。污泥處理系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。
污泥處理系統(tǒng)主要設(shè)備：污泥濃縮機(jī)2臺(tái)，規(guī)格：8.0m×5.0m，功率2×1.5kW；廂式壓濾機(jī)2臺(tái)，規(guī)格為Xm300/1500mm，處理能力5t/箱，功率2×4.0kW；氣動(dòng)隔膜泵2臺(tái)，型號(hào)ARO666320-EEB-C(英格索蘭)。
2、污水處理系統(tǒng)污泥增加原因及危害
2.1 污泥增加問題的出現(xiàn)
2007年A/O系統(tǒng)投運(yùn)以來，有機(jī)污染物負(fù)荷率一直保持在60%～80%，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)，污泥性狀良好，生化系統(tǒng)污泥濃度維持在6000mg/L左右。2017年以后，隨著魯南化工多個(gè)新項(xiàng)目投運(yùn)，有機(jī)污染物負(fù)荷顯著增加(達(dá)80%～110%)，加之其他諸多因素的影響，2017年以后A/O生化系統(tǒng)污泥濃度高達(dá)11000～13000mg/L，且通過顯微鏡檢驗(yàn)(簡(jiǎn)稱“鏡檢”)發(fā)現(xiàn)無機(jī)污泥占比較高，污泥活性明顯降低，污泥脫水系統(tǒng)2臺(tái)廂式壓濾機(jī)連續(xù)運(yùn)行，單臺(tái)每次出泥4～5t、每天出泥15～20t仍無法滿足污水系統(tǒng)排泥所需，污水處理系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大。
2.2 污泥增加的原因分析
對(duì)于污泥增加的原因，經(jīng)認(rèn)真排查與分析，魯南化工排查梳理出以下方面的原因。
(1)污水處理系統(tǒng)水力負(fù)荷、有機(jī)污染負(fù)荷增加。2017年以來，醋酸、醋酐裝置提產(chǎn)，聚甲醛裝置達(dá)產(chǎn)，多套裝置負(fù)荷的提升使得廢水量增加，COD、NH3-N等有機(jī)污染負(fù)荷增加，污泥負(fù)荷增高，污泥增殖迅速，泥量增加。
(2)煤氣化廢水懸浮物含量高。設(shè)計(jì)氣化廢水(進(jìn)水)懸浮物含量≤100mg/L，實(shí)際懸浮物含量平均在150mg/L，最高達(dá)500mg/L，主要原因是新建復(fù)合肥裝置占地而停用原廠內(nèi)預(yù)處理澄清池，氣化廢水輸送流程改為直接送污水處理廠，廢水中的煤灰未得到有效沉降，導(dǎo)致污水處理系統(tǒng)污泥中無機(jī)組分含量增高。
(3)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)提升?！蛾P(guān)于批準(zhǔn)發(fā)布<山東省南水北調(diào)沿線水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)>等4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)修改單的通知》(魯質(zhì)監(jiān)標(biāo)發(fā)[2011]35號(hào))中，排水懸浮物指標(biāo)由70mg/L降至30mg/L，循環(huán)水排污原作為清凈下水直接排放，因排放標(biāo)準(zhǔn)提升而不能直排，2016—2017年對(duì)全廠循環(huán)水排污水進(jìn)行治理，將循環(huán)水排污至凈化水廠三級(jí)沉淀池吸附沉淀后排放，此部分水量增加約400t/h，相應(yīng)增加絮凝劑投加5.6t/d，致三沉池負(fù)荷增加，污泥量增加約5t/d。
2.3 污泥增加的危害
由于上述原因，污泥脫水系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)污泥處理所需，生化池污泥濃度最高增至13000mg/L且無機(jī)污泥占比大，每天有大量污泥不能從系統(tǒng)中脫出，長(zhǎng)此以往對(duì)生化處理系統(tǒng)危害極大。具體危害如下。
(1)生化污泥老化，對(duì)COD、NH3-N去除能力下降，影響出水水質(zhì)，出水COD、NH3-N升高。經(jīng)與山東省環(huán)科院專家交流得知，當(dāng)生化池污泥濃度超過15000mg/L時(shí)，污泥將不再生長(zhǎng)而是出現(xiàn)死亡，該值為污泥濃度峰值，當(dāng)前生化池污泥濃度已經(jīng)接近臨界值，如控制不好任由污泥濃度繼續(xù)增高，將會(huì)出現(xiàn)污泥死亡、上浮等惡性事件。
(2)生化污泥SV30在90%以上，懸浮顆粒多，不易沉降，沉降性能差，影響出水SS，存在排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。
(3)污泥增加會(huì)占用生化處理系統(tǒng)有效容積，制約進(jìn)水量和對(duì)污染物的處理能力。
(4)污泥泥齡增長(zhǎng)，耐沖擊性差，一旦受負(fù)荷沖擊，短期內(nèi)不易恢復(fù)活性。綜上，污水處理系統(tǒng)負(fù)荷增加，污泥不能及時(shí)排出，生化污泥濃度過高，泥齡老化，會(huì)對(duì)污水處理系統(tǒng)的處理能力和出水水質(zhì)造成較大影響，存在較大的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
3、應(yīng)對(duì)措施
針對(duì)污水處理系統(tǒng)暴露出的污泥量增加問題，魯南化工從控制污水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)、優(yōu)化設(shè)施運(yùn)行、改善污泥性狀、增設(shè)疊螺式污泥脫水機(jī)(增加排泥能力)等方面著手優(yōu)化與改進(jìn)，于2019年1—6月提出并落實(shí)如下應(yīng)對(duì)措施。
3.1 控制氣化廢水進(jìn)水
SS濃度煤氣化廢水中的煤灰等懸浮物是造成污水處理系統(tǒng)進(jìn)水懸浮物含量高、生化污泥中無機(jī)組分高的重要原因。為此，采取了如下措施：
?、贇饣囬g從源頭加強(qiáng)管理，開好氣化壓濾設(shè)施，在界區(qū)內(nèi)充分脫除煤灰等懸浮物;
?、诶迷鞖庋b置(由于高耗能等原因，于2010年停用并拆除，在原址建設(shè)了復(fù)合肥裝置)的平流沉淀池，將氣化廢水改道平流沉淀池充分沉淀后再由泵打入污水處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)池，平流沉淀池沉淀下來的煤灰通過抓斗吊定期清理，隨氣化灰渣作為一般固廢進(jìn)行處置。本項(xiàng)改造措施充分利舊，僅新增2臺(tái)污水泵，投資20萬(wàn)元。
3.2 改善污泥性狀，投加營(yíng)養(yǎng)液
生化污泥所需的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有碳源(BOD/COD)、氮源、磷源和無機(jī)鹽等。碳是構(gòu)成細(xì)菌體的重要元素，細(xì)菌體中的各有機(jī)物均含有碳，污水中含碳的有機(jī)物即為細(xì)菌所能利用的碳源。氮也是構(gòu)成生物體的重要元素，在細(xì)菌的蛋白質(zhì)、核酸等分子中均含有氮元素。魯南化工污水中NH3-N充足，無需補(bǔ)充氮源;細(xì)菌對(duì)無機(jī)鹽的要求并不高，污水中的無機(jī)鹽含量一般能滿足其生長(zhǎng)所需;但細(xì)菌對(duì)磷的需求較多，一般工業(yè)污水中若磷不足，需投入一定的磷酸鹽作為磷源。魯南化工污水處理系統(tǒng)污泥存在氮源過量而碳源、磷源不足的問題，為改善污泥性狀，提高污泥活性，決定投加甲醇廢水和磷營(yíng)養(yǎng)液(NaH2PO4)以彌補(bǔ)碳源、磷源不足，O池按照C(BOD5)∶N∶P=100∶5∶1(其中，N以NH3-N計(jì)，P以PO4-P計(jì))的比例調(diào)節(jié)。
3.3 增設(shè)疊螺式污泥脫水機(jī)以加大排泥量
經(jīng)計(jì)算，當(dāng)前污水處理廠污泥產(chǎn)生量(折85%含水率)為25246kg/d，而污水處理廠2臺(tái)廂式壓濾機(jī)的污泥處理量(85%含水率干泥餅)為20t/d，污水處理廠污泥增殖量(折85%含水率)為5246kg/d，故需增設(shè)污泥脫水設(shè)備。
結(jié)合污水處理廠實(shí)際場(chǎng)地情況，研究廂式壓濾機(jī)的排泥效果，參考其他企業(yè)的污泥處置方法，對(duì)常用的污泥脫水機(jī)進(jìn)行比較，最終決定增設(shè)疊螺式污泥脫水機(jī)(簡(jiǎn)稱疊螺機(jī))。疊螺機(jī)設(shè)備布局緊湊，可顯著減少基建投資，具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、占地面積小、整機(jī)全密封操作、可連續(xù)進(jìn)出料、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低(1人可同時(shí)操作多臺(tái)疊螺機(jī))、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行前設(shè)置好污泥的濃度、污泥量、加藥量等指標(biāo)即可自動(dòng)連續(xù)地處理污泥。新增2臺(tái)污泥疊螺機(jī)及配套設(shè)施投資119萬(wàn)元。
4、投資情況及效果評(píng)價(jià)
4.1 投資情況及運(yùn)行費(fèi)用
2臺(tái)疊螺機(jī)及配套設(shè)施投資119萬(wàn)元，2臺(tái)污水提升泵投資18萬(wàn)元，土建費(fèi)用5萬(wàn)元，平流沉淀池利舊改造費(fèi)用8萬(wàn)元，優(yōu)化改造合計(jì)投入150萬(wàn)元。
污水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造后，增加的運(yùn)行費(fèi)用主要為營(yíng)養(yǎng)液投加，每天投加500kg，日增加藥劑費(fèi)用約800元，折合噸廢水運(yùn)行成本增加0.3元，但投加營(yíng)養(yǎng)液為臨時(shí)性改善污泥性狀的措施，不會(huì)長(zhǎng)期投加。
4.2 整體效果評(píng)價(jià)
(1)疊螺機(jī)投運(yùn)后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大幅提升了系統(tǒng)的污泥處理能力，日產(chǎn)出含水率75%的污泥7.2～14.4t，完全滿足目前系統(tǒng)污泥增殖量處理需求，確保了三沉池和清污分流系統(tǒng)出水懸浮物含量達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定;與此同時(shí)，生產(chǎn)中加大了對(duì)初沉池的排泥，以便及時(shí)將污泥中的無機(jī)成分脫除，有效降低污泥的無機(jī)組分含量，提高活性污泥的含量，從而提高了活性污泥的處理能力，保障了系統(tǒng)的長(zhǎng)周期、安全、環(huán)保、穩(wěn)定運(yùn)行。
(2)通過源頭增設(shè)氣化廢水預(yù)處理程序，降低了污水處理廠進(jìn)水懸浮物(煤灰)濃度，調(diào)節(jié)池進(jìn)水發(fā)黑問題明顯改善，經(jīng)過3個(gè)月的運(yùn)行，生化污泥組分得到改善，鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥中無機(jī)組分明顯減少、有機(jī)組分增加，生化池污泥濃度大幅降低，污泥活性增強(qiáng)，出水水質(zhì)明顯改善。
4.3 進(jìn)出水指標(biāo)對(duì)比
改造前后污水處理系統(tǒng)進(jìn)出水指標(biāo)對(duì)比見表3?？梢缘贸鼋Y(jié)論：
?、俑脑烨昂筮M(jìn)出水水量及進(jìn)水COD和NH3-N指標(biāo)基本無變化；
?、谕ㄟ^源頭治理，進(jìn)水懸浮物含量由150mg/L以上降至50mg/L以下；
③系統(tǒng)出水COD、NH3-N、懸浮物含量在原出水達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到優(yōu)化，水質(zhì)滿足2019年山東省新頒布的《流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)第1部分：南四湖東平湖流域》(DB37/3416.1—2018)要求；
?、苌到y(tǒng)污泥濃度從11000～13000mg/L降至5000～7000mg/L，大幅降低，污泥中無機(jī)組分明顯減少，有機(jī)組分增加。
5、結(jié)語(yǔ)
(1)2017年以后，隨著魯南化工多個(gè)新項(xiàng)目的投運(yùn)，污水處理系統(tǒng)負(fù)荷增加，污泥不能及時(shí)、有效排出，生化污泥濃度過高，泥齡老化，對(duì)系統(tǒng)處理能力和出水水質(zhì)造成較大影響，存在較大的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。后經(jīng)一系列優(yōu)化改進(jìn)，保證了污水處理系統(tǒng)的良好運(yùn)行。
(2)生化污泥是整個(gè)生化處理系統(tǒng)的核心關(guān)注對(duì)象，應(yīng)通過定期分析污泥濃度、SV30等指標(biāo)，并結(jié)合鏡檢判斷生化污泥的活性狀況，這對(duì)指導(dǎo)污水處理設(shè)施的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。
(3)疊螺式污泥脫水機(jī)設(shè)備布局緊湊，投資低，具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、占地面積小、故障率低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，且其運(yùn)行穩(wěn)定可靠，值得在水處理領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。（ >
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