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活性污泥工艺的运行参数

2014/6/6 17:09:39      点击:

描述活性污泥这个复杂生化系统的参数很多,可分为三大类。第一类是曝气池的工艺参数,主要包括污水在曝气池内的水力停留时间、曝气池内的活性污泥浓度、活性污泥的有机负荷等;第二类是关于二沉池的工艺参数,主要包括混合液在二沉池内的停留时间、二沉池的水力表面负荷,出水堰的堰板溢流负荷、二沉池内污泥层深度、固体表面负荷等;第三类是关于整个工艺系统的参数,包括入流水质水量、回流污泥量和回流比、回流污泥浓度、剩余污泥排放量、泥龄等。以上工艺参数相互之间联系紧密,任一参数的变化都会影响到其它参数。 在活性污泥法系统中,培养一定浓度、具有良好沉降性能的活性污泥,是系统运行的关键,也是保证出水水质的关键。指导活性污泥系统运行控制的关键工艺参数如下[54~58]

     ①  污泥负荷(Food to Microorganism Ratio  F/M) 也称污泥有机负荷率,即每公斤污泥每日承担的 BOD5 COD 公斤值。F/M的比值代表了微生物量与食物量之间的一种平衡关系,它直接影响活性污泥增长

速率、有机污染物的去除效率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。

若曝气池中污泥有机负荷率很高,有机物丰富,微生物的生长繁殖不受有机物影响,微生物以最大的速率氧化分解有机物并增殖自身。在这种营养丰富、能量水平高的条件下,微生物具有很高的活性,净化功能极强,但活性污泥较松散,絮凝、沉降性能差,造成二沉池的固液分离效果差,致使大量有机物随出水而去。

同时,整个处理系统抗负荷冲击能力较弱,造成运行中的困难。反之,F/M 值较小时,微生物氧化有机物的速率受到有机物浓度的限制。由于营养不够丰富、能量水平较低,微生物的活性较弱,但活性污泥的絮凝、沉降性能较好,污水经生21 物处理后的出水水质较好且稳定。传统活性污泥法系统通常将 F/M 控制在0.2~0.4KgBOD5/KgMLVSS.d 之间。当 F/M 低于 0.3kgBOD5/KgMLVSS.d 时可实现碳化物的完全净化,当 F/M 低于 0.15kg BOD5/KgMLVSS.d 时可实现生物硝化,当F/M 低于 0.05 kgBOD5/KgMLVSS.d 时可使污泥稳定[59]

。由此可见,F/M 值的范围受到对出水水质要求的限制。在实际工程中,应选择合适的 F/M 值,使活性污泥

系统满足去除要求。 如图 2.1 所示,设计时 Q S 确定,曝气池体积 V=FMXSQ∗∗/,选定 F/M X 后,即可确定 V。运行时,V 是确定的,Q S 始终处于波动状态,只有通过调节 X,才能确保 F/M 与设计值相符,达到所需的处理要求。X 可通过调节回流污泥量或排泥来达到调节的目的。

     ②  溶解氧浓度(Dissolved Oxygen  DO 

DO是好氧生物处理中极为重要的水质指标。DO水平的高低会直接影响到好氧微生物的代谢活性。为了在尽可能小的曝气池中以最短的时间,净化更多的有机污染物,提高处理系统的效率,必须向处理系统内提供足够的DO。充氧时曝气池内产生的紊流还可使废水与污泥充分混合,使污泥在到达二沉池前不会沉淀下来。

就好氧微生物而言,环境DO大于0.3mg/L时,对其代谢活动即已足够。由于活性污泥以絮体形式存在于曝气池中,经测定,直径为500µm的活性污泥絮粒,当周围的悬浮液DO2mg/L时,由于传氧阻力,絮粒中心的溶氧仅为0.1mg/L,已处于微氧和缺氧的状况。因此,DO过低必然会影响曝气池进水端或絮粒内部细菌的代谢速率。另外,有研究表明,DO过低一方面会抑制菌胶团细菌胞外多聚物的产生,导致污泥解絮,同时使吞噬游离细菌的微型动物数量减少,导致出水SS增加;另一方面会导致丝状菌大量繁殖,最终产生污泥膨胀;然而,DO过高除了会使能耗增加外,曝气叶轮的高速转动或强烈的空气搅拌还会将絮粒打碎,并易使污泥老化,使出水SS增加。一般认为,将曝气池出口处DO控制在2mg/L左右较为适宜。 正常的生物处理系统,活性污泥混合液进入二沉池后因废水中有机物基本上消耗殆尽,DO值不会太大地下降。若进出二沉池混合液DO值差异较大,说明废水的处理深度尚不够,出水未达稳定化。若曝气池中进水的流量及浓度不变,但DO值较平时大幅度上升,表明进水中毒物含量过高或pH值有突变,导致微生物受抑制(往往OUR<8mgO2/gMLSS.h);若曝气池中DO长期偏低,可能有两种原因,其一是活性污泥负荷过高(往往OUR>20mgO2/gMLSS.h),耗氧量增加所致,其二是供氧设施功率过小或效率过低。

     ③  泥龄(Sludge Retention Time  SRT)

曝气池内活性污泥总量与每日排放的污泥量之比,称为泥龄,即活性污泥在曝气池内的停留时间,因而又称为生物固体停留时间(Biological  Solid  Retention Time, BSRT),或细胞平均停留时间(Mean Cell Retention Time, MCRT),是活性污泥系统设计、运行和研究中一项十分重要的参数。活性污泥的泥龄反映了活性污泥系统中微生物的生长状态、生长条件、世代期等一系列基本特性,因此控制泥龄是选择活性污泥系统中微生物种类的一种方法,对系统的运行状况如出水水质、产泥量、需氧量都有重大影响。泥龄至少等于水力停留时间,  此时,曝气池内的微生物浓度很低,大部分微生物是充分分散的。当用回流使微生物的平均停留时间大于水力停留时间时,微生物浓度增加,改善了微生物的絮凝条件,提高了微生物在二沉池中的固液分离性能。但过长的泥龄使微生物老化,絮凝条件恶化,并增加了惰性物质引起的浊度。因此,微生物的停留时间应足够的长,促使微生物很好地絮凝,以便重力分离,但不能过长,过长反而促使絮凝条件变差。选择一定的污泥负荷和一定的MLSS浓度,就相应决定了微生物的平均停留时间。因而污泥负荷和泥龄存在着内在的联系。

根据泥龄的不同,可以把活性污泥系统分为4类:高负荷系统,泥龄0.5~2d,以去除BOD5SS为目标;中负荷常规活性污泥系统,泥龄3~7d,以去除BOD5SS为目标,加厌氧区可以高效除磷;中低负荷活性污泥消化系统,泥龄7~15d,去除目标包括BOD5SS、磷和氮(不完全反硝化);低负荷系统,泥龄15d以上,以BOD5

SS、氮(磷)为去除目标,基本上可实现稳定反硝化,某些情况下可提高COD去除率。

在实际运行控制中,泥龄的长短直接由剩余污泥的排放决定。

     ④  回流污泥量Qr (Sludge Recycle Flow)与回流比RRecirculating Ratio) 回流污泥量Qr是指从二沉池补充到曝气池的污泥量,是活性污泥系统的一个重要控制参数。通过调节Qr,可以改变工艺运行状态,保证运行的正常。 污泥中附着有大量的微生物,通过污泥回流确保曝气池的微生物达到一定浓度。污泥回流少,曝气池的微生物浓度偏低,细菌的生长率下降,影响污水处理效果;污泥回流过少,意味着污泥排放量的增加,从而增加污泥处置费用;而污泥回流过量时,沉淀池的进水量增加,从而增加了沉淀池的水力冲击,影响沉淀池的固液分离效果,使一些本来可沉淀在池底的颗粒性有机物随出水一道排出。 回流比R是回流污泥量与入流污水量之比,可根据实际运行需要加以调整。传统活性污泥工艺的R一般在25~100%之间。

     ⑤  混合液悬浮固体浓度(MLSS

混合液悬浮固体浓度可近似表示曝气池内微生物的浓度,是系统设计运行的一个重要参数。提高MLSS虽然可以降低污泥负荷率,提高处理效率,减少曝气池的体积,但也会产生不利的影响:1)过高的MLSS会改变混合液的粘滞性,增加扩散阻力,使供氧效率下降;另外,MLSS增加又使需氧量增加,使得系统供氧产生困难。2)过高的MLSS在后续的沉淀池中难以沉淀,影响出水水质。因此,对不同的水质、不同的工艺应根据具体情况探索合理的MLSS。传统活性污泥法的MLSS通常在1500~3000mg/L之间取值。