DAT-IAT工艺活性污泥培养驯化及问题对策
抚顺市三宝屯污水处理厂( 简称抚顺污水厂) 是国家九五重大环境治理项目,辽河流域综合 治理的重点项目之一, 也是该项目中第一座投入运 行的城市污水处理厂。该污水厂总设计规模为 50 万 m3/ d, 分两期建设, 采用 SBR 法 DAT - IAT( De- mand Aeration Tank- Intermittent Aeration Tank) 二级生化处理工艺。第一期规模为 25 万 m3/ d, 占 地 14.46 hm2, 绿化面积 44%; 总装机容量5600 kW, 正常运行为 4 400 kW, 年运行总费用 3 620 万 元, 成本 0.4 元/ m3。主要接纳抚顺市城市生活污 水和除石油二厂、乙烯、腈纶等 20 家大型企业以外 的工业污水, 生活污水占 70% , 工业污水占30%。工程投资 2.5 亿元人民币, 其中世界银行贷款 1.1亿元人民币。2001 年月 12 月份竣工, 2002 年 1 月 4 日电气设备试运行, 4 月 22 日开始进行活性污泥 培养, 5 月末基本完成启动调试运行, 6 月初开始投 入正式运行, 11 月初通过了辽宁省环保局验收。抚 顺污水厂是目前国内外已经投产、规模最大的采用 DAT- IAT 工艺的城市污水处理厂, 因此, 对于较 大规模该类型工艺的活性污泥培养驯化和启动调试 可借鉴的经验很少。通过一个多月的摸索和尝试, 成功地完成了 DAT- IAT 工艺大型污水处理厂的活性污泥培养驯化和启动调试, 并已经稳定试运行近一年时间, 积累了一些经验和教训, 可供今后采用 DAT - IAT 工 艺的大型污水处理厂参考。
1 工艺概况
1.1 工艺流程( 见图 1) 。
1.2 工艺特点
抚顺污水厂核心处理单元是 DAT - IAT 工艺 系统, 该工艺系统是 SBR 法的一种改良, 既有传统 活性污泥法的连续性和高效性, 又有 SBR 法的灵活 性, 适用于水质水量变化大的情况。
DAT- IAT 由 DAT 和 IAT 串联组成, 两池中 间用导流墙隔开。DAT 连续进水, 连续曝气, 连续 出水进入 IAT ; IAT 连续进水, 间歇曝气, 间歇出水, 清水和剩余污泥由 IAT 排出。与典型的 SBR 反应 池一样, 其运行操作由进水、反应、沉淀、出水和待机 5 个阶段组成。
( 1) 进水阶段。污水是连续进入 DAT 池, 然后 再进入 IAT 池。整个 DAT - IAT 工艺系统的进水 是连续的, 这是对典型的 SBR 工艺的改造与区别, 使进水控制管理简单化了, 减少了不必要的麻烦。
(2) 反应阶段。反应阶段分两部分。首先在 DAT 中连续曝气, 进水与回流污泥及池中原液呈完 全混合状态。进来污水大部分有机物在 DAT 中得 到降解, 然后经 DAT 处理后的混合液通过导流墙连 续进入 IAT, 在 IAT 经过 1 h 的间歇曝气进一步降 解有机物。在 DAT - IAT 工艺系统中污泥属于延 时曝气, 是一种完全氧化法, 微生物处于内源呼吸阶段, 不但去除了水中污染物, 而且氧化了合成细胞物 质, 故该工艺剩余污泥量很少。在 IAT 曝气和沉淀 时, 开2 h 回流污泥泵, 污泥回流比200% , 将污泥从 IAT 池回流到 DAT 池, 保证 DAT 有充足新鲜的活 性污泥与刚进入 DAT 中的污水充分接触混合。
(3) 沉淀阶段。当 IAT 曝气停止时, 开始进入 1 h 的沉淀阶段, 活性污泥絮体处于静态沉淀状态。DAT 在下层流入 IAT 混合液流速很低, 对 IAT 泥 面产生的扰动很少, 不影响沉淀效果, 保持了典型 SBR 的良好固液分离特性。在反应阶段还净剩余 一部分剩余污泥, 在沉淀阶段开始 10 min 后开启剩 余污泥泵 15 min, 打入浓缩池。
(4) 出水阶段。在 IAT 沉淀 1 h 后, 池水位上升 至最高点, 沉淀结束后, 旋转式滗水器下行, 将上清 液排出池外, 这时水位开始下降, 1 h 后, 水位降到 最低点, 停止滗水。本工艺设计的 1 h 出水阶段, 包 括滗水器延时运行 15 min, 滗水 35 min, 滗水器离 开水面复位 10 min( 即待机阶段) 。
(5) 待机阶段。IAT 从曝气开始到滗水结束为 一个运行周期, 两周期的间隔时间为待机阶段, 即滗 水停止到下一个周期曝气阶段开始。本工艺设为旋 转滗水器上行复位阶段 10 min 左右为待机阶段。上述 DAT - IAT 工艺系统运行是采用 PLC 程 序控制自动进行的。
1.3 主要设计参数
设计流量: 25 万 m3/ d。设计进水水质: BOD 190mg/ L, COD 450 mg/ L, SS 204 mg/ L, NH3- N 30 mg/ L。设计出水水质: BOD 25mg/ L, COD 100 mg / L, SS 25 mg/ L, NH3- N 15 mg / L。污泥负荷 F / M : 0085 kgBOD/ ( kgM LSSd) 。水力停留时间 HRT : DAT 为 746 h, IAT 为 311 h, 总计 1057 h。IAT 运行周期为 3 h, 其中曝气、沉淀和滗水各 1 h。DAT- IAT 反应器总容积为 174 960 m3, 分为 9 组; DAT 单池容积 8 640 m3, IAT 单池容积10 800 m3。
2 活性污泥培养驯化方案确定和培养初期进水水质条件
2.1 活性污泥培养驯化方案确定
根据小规模 DAT- IAT 工艺活性污泥培养驯 化经验, 初步提出流态连续形和间歇式培养驯化两套方案。
(1) 流态连续形培养驯化方案。
DAT- IAT 池 灌满水, 按着 PLC 设计程序, DAT 连续进水, 连续 曝气, IAT 连续进水, 间歇曝气, 间歇出水。IAT 运行时间分配方式和污泥回流完全按照上述设计要求 进行。开始不排剩余污泥, 当 M LSS 达到设计数据 时, 才开排剩余污泥泵。该方案的优点是基本按照 设计要求进行, 可与工艺系统的正常运行紧密结合, 实现活性污泥培养驯化与启动运行同步进行; 可按 照 PLC 设计程序进行, 自动化的程度高; 在活性污泥培养的同时可进一步与自动控制的试运行相结 合。该方案的缺点可能是活性污泥培养成熟期要长 一些。
( 2) 流态间歇式培养驯化方案。
将 DAT - IAT 池灌满水, 然后停止进水, 开始闷曝。闷曝 2~ 3 d, 停止曝气, 静沉 1 h, 然后进入部分新鲜污水。进水量由小到大逐渐增加, 以后循环进行闷曝、静沉和 进水三个过程, 当池中 M LSS 大于 1 000 mg/ L 时, 开始污泥回流, 停止闷曝, 连续进水, 连续曝气。最初回流比不能太大, 随着 MLSS 值升高, 逐渐将回 流比达到设计值。该方案为传统活性污泥法活性污 泥培养驯化的方法。该方案的优点是活性污泥培养 成熟期较连续培养驯化方式要短一些; 缺点是与设 计结合不紧密, 不能有效地利用工艺系统设计的自 动控制设备与程序。
通过综合分析比较和权衡利弊, 最后确定采用流态形连续活性污泥培养驯化方案。
2.2 活性污泥培养驯化初期进水条件
进水水质: BOD 50~ 120 mg/ L; COD 92~ 156 mg/ L; SS 40~ 180 mg/ L; NH3- N 19~ 26mg/ L。
培养污泥时环境( 4 月下旬) : 气温 4~ 20 ° , 平 均 6.5 ° ;
污水温度 11~ 13 ° ; pH 7.1~ 7.23。
3 培养驯化过程与结果
31 培养驯化过程
抚顺污水厂工程竣工和完成电气设备试运行时 恰值冬天最寒冷季节, 气温在- 29~ - 15 ° , 污水 温度低于 8 ° , 不利于活性污泥的培养驯化, 故决定 待水温升至 10 以上的 4 月下旬开始进行活性污 泥的培养驯化。
进水量开始按设计水量的80%, 即 20 万 m3/ d, 逐渐调到设计水量 25 万 m3/ d。9 座反应池分为 3 组, 3 座为 1 组, 在时间周期分配上始终保证了有 3 个反应池在曝气, 3 个反应池在沉淀, 3 个反应池在 滗水。保证了连续出水, 均匀出水, 避免出水有断流 的现象。其它运行方式完全按着流态连续形培养驯 化方案进行。
3.2 培养驯化结果
在活性污泥培养驯化过程中反应池 M LSS 和 SV5 的变化趋势见表 1( 以 6# , 7# 池为例) , 进出水 水质见表 2, 生物镜检结果见表 3。
从 5 月 22 日以后, 活性污泥絮体基本形成, 出 水 BOD 54~ 128 mg/ L, 去除率 776% ~ 952% ; COD 39~ 945 mg/ L, 去除率 295%~ 863%; SS 9 ~ 19 mg / L, 去除率 647% ~ 915% ; NH3 - N 25 ~ 33 mg / L, 去除率 900%; T P11~ 12 mg/ L, 去 除率 647% ~ 676% 。各项出水水质指标达到或 优于设计目标, 成功地实现了 DAT - IAT 工艺系统 在低水温条件下的活性污泥培养驯化和启动运行。
4 培养驯化过程出现的问题与解决措施
4.1 低水温
在本次活性污泥培养驯化过程中, 进水水温低 成为影响活性污泥培养驯化效果和周期的主要问 题。由微生物学原理可知, 温度在 15° 以上微生物 活性正常, 低于 15 ° 活性下降, 低于 10 ° 明显下降, 低于 4° 其生理活性极低。所以温度低对活性 污泥的产生有很大影响, 有机物和其他污染物的降解率低, 特别是对硝化反应影响更大。
为了解决低水温带来的不利影响, 采取的主要措施如下:
( 1) 尽量避开特别低的水温时期。
事实上, 在该工程竣工和完成电气设备试运行后就可以进入活性 污泥的培养驯化和启动调试。但考虑到当时正是抚 顺地区进入一年中最寒冷季节, 平均气温在- 22 °以下, 污水温度低于 8 ° , 非常不利于活性污泥的培 养驯化, 故决定推迟活性污泥的培养驯化的时间等 待水温升到合适的温度。完全从水温的角度考虑, 应该选择水温升到 15 ° 以上的 6 月初为最有利时 期, 但由考虑到推迟的时间太长, 同时又会遇到雨季 带来的不利影响, 因此选择水温达 10 ° 以上的 4 月 下旬。
( 2) 采用流态连续形培养驯化方式可使反应器中水的温度与进水温度差较小。
抚顺地区在 4 月下 旬最低气温仍在 4 °以下, 平均气温为6.5 ° , 而由 污水管道进入反应器的初始温度为 13 ° 左右。如 果采用流态间歇式 闷曝培养驯化, 会由于长时间 的曝气对流和传导作用, 使反应器中水的热量大量 散失, 导致水温降低。而采用流态连续形培养驯化 方式, 污水在反应器中曝气时间相比较短, 水的热量 散失较少, 可使反应器中水的温度与进水温度差要小一些。
( 3) 通过适当控制曝气以减少不必要的热量损失。
因为气温比水温低, 曝气量越大水的热量损失 就越大。在活性污泥培养驯化初期, 微生物量少, 氧 的消耗量也少, 如果按照正常运行时的曝气量供给, 势必会形成过量曝气, 不但会造成能量的浪费, 也会 导致不必要的热量损失。因此, 应适当减少曝气量, 保证微生物正常需要量即可。本次活性污泥培养通 过控制使水中溶解氧在 2~ 25mg/ L。开 2 台鼓风 机, 前半个月鼓风机导叶轮开启度 25% ~ 32%, 鼓 风量 31 000 m3/ h, 风压 56~ 58 kPa; 后半个月鼓风 机导叶轮开启度 26% ~ 41% , 风压 58~ 60 kPa, 鼓 风量 46 000 m3/ h, 逐渐加大鼓风量。通过采用上述措施, 有效地控制了反应器中水 的热量损失, 在前半个月的活性污泥培养驯化初期, 尽管平均气温为 6.5°左右, 仍然保持池中水温在 11~ 13 °左右, 较进水温度仅仅降低 1~ 1.5 ° 。前半个月内出现了絮状活性污泥, MLSS 平均达到 了 1 000 mg/ L 左右。
4.2 进水 BOD 低营养源不足
进水 BOD 低, 微生物繁殖所需的营养源不足也 是影响本次活性污泥培养驯化的一个问题。抚顺城 市排水管道多数属于合流制, 在活性污泥培养驯化 阶段, 降了几场雨, 污水 BOD 平均低于 94 mg / L, 不 足设计值的 1/ 2( 见表 2) , 严重地影响了活性污泥絮 状形成的速度。可以采取投加粪便等方式解决营养 源不足的问题。但由于该污水厂距离城市较远, 水 量规模较大, 难以通过外加营养源的方式解决。仅 仅采取进水通过拦污栅直接进入反应池的方式, 减 少前处理的简单方法解决。但总的进水 BOD 较低, 这也是造成本次活性污泥培养驯化周期较长的主要 原因之一。
4.3 污泥上浮
培养 15 d 后, 在个别 IAT 出现了污泥上浮现 象。上浮污泥粒径为 30~ 40mm, 大小不等。后来 查明, 造成污泥上浮的原因一是曝气量不够, 缺乏溶 解氧; 二是排泥不及时, 污泥在系统中停留时间长。池中个别部位处于厌氧状态, 产生 H2S 气体; 有的 池子发生反硝化, 产生大量 N2 气。H2S 和 N2 气体 附在污泥絮体上, 使其密度减小, 造成污泥上浮。
发 现 3# , 9# 池子空气管路漏气, 使曝气分布不均匀, 局部污泥发生厌氧。有的池子排泥不均匀。对 3# , 9# 池子空气管路进行了修复。并对曝 气量进行调整, 增加鼓风机导叶轮开启度到 41%, 出风压力由56 kPa, 增加到 58~ 60 kPa, 出风量增加 到 46 000 m3/ h 保持池中污泥与污水处于完全混合 状态。对于反硝化造成的污泥上浮, 增加剩余污泥 排放, 每周期排污泥达到 25 min, 降低 SRT, 以达到 控制反硝化的目的。
4.4 泡沫
泡沫是活性污泥法处理中常见的一种运行现 象。在本次活性污泥培养驯化初期, DAT - IAT 池 中曾出现大量白色泡沫, 并到处飘飞, 远处看像似白 色雪花在翻滚。当 MLSS 达到 1 000 mg / L 左右时, 泡沫逐渐消失。
泡沫分两种: 一种是化学泡沫, 另一种是生物泡 沫。化学泡沫是由于污水中的洗涤剂和一些工业废 水中含表面活性物质在曝气的搅拌下形成的。在活 性污泥培养初期, 化学泡沫多, 这主要是因为在此阶 段活性污泥尚未形成, 所有产生泡沫的物质在曝气 作用下形成泡沫, 随着活性污泥增多, 微生物对形成 泡沫物质吸附与降解能力增强, 泡沫会逐渐消失。生物泡沫呈褐色泡沫, 它是由称作诺卡氏菌的一类 丝状菌形成的, 在本次活性污泥培养驯化过程中还 没有出现。
4.5 污泥回流与排泥
在本次活性污泥培养驯化前 1 周, 在曝气和沉 淀阶段, 开回流污泥泵 2 h, 回流比 200%。但由于 开始回流污泥量大, 所以缩短了污水在反应器中实 际停留时间, 缩短污水与池中活性污泥絮体充分接 触混合时间, 使污水还没有充分被活性污泥吸咐、扩 散、水解、代谢中就被水带入下一构筑物 IAT 池, 活 性污泥培养驯化效果较差。后来将回流污泥比降到 100% , 效果得到明显提高。如果在前 1 周, 回流污 泥泵回流比减半, 随着 MLSS 值升高, 逐渐将回流 比增高至设计值 200% , 其培养活性污泥时间更快, 效果会更好。
认为在活性污泥培养驯化阶段, M LSS 没有达 到设计数值, 不需排泥, 后来发生了上述污泥上浮现 象。为了降低 SRT, 解决过长的 SRT 产生污泥上浮 问题, 在培养驯化的第 19 天开始排放污泥。在滗水 后 15 min, 排 15 min 泥, 但由于排泥较清, 泥位较 低, 后改在沉淀 10 min 后排泥 15 min。
4.6 水质检测
由于污水厂刚进入启动运行, 化验分析人员对 取样时间、位置和分析操作不熟练等原因, 造成了化 验项目不全面, 结果不连续, 准确率低等问题, 缺乏 对活性污泥培养驯化效果的全面了解程度和准确 性, 影响了对系统的及时调整, 在不同程度上延长了 活性污泥培养驯化周期。发现该问题后及时加强了 水质检测人员的培训, 开设了相关的水质化验项目, 并在污泥沉降比( SV) 项目分析方面有所改进。
常规的 SV30是指曝气池混合液静止沉降 30 min 后污泥所占体积。但在对培养驯化初期的活性 污泥分析过程中发现, 不同性能的活性污泥 SV30差 别较小。通过摸索采用 SV5, 即用 5 min 污泥沉降 体积来判断污泥沉降性能较合适。因为在 5 min 时, 沉降性能不同污泥其体积差别最大, 且节省测定 时间。当培养驯化的活性污泥絮凝性能形成, 或 M LSS 达到或接近达到设计值时, 又恢复了对 DAT 和 IAT 活性污泥 SV30的测定。
生物相在水处理中起着重要的指示作用。在处 理生活污水的活性污泥中, 存在着大量的原生动物 和部分微型后生动物。在培养初期这些微型动物逐 渐形成, 这些动物有代谢、分解、氧化有机物的作用, 它们和细菌一样, 可以通过体表吸收溶解有机物, 然 后使之氧化、分解; 另一些可以吞噬废水中细小的有 机物颗粒或游离细菌, 因此起到了净化污水的作用, 固着型的纤毛虫还可以分泌粘液, 从而有利于絮体 的形成。因此在活性污泥培养初期, 开展了生物相 检测, 并充分利用指示性生物对活性污泥培养驯化 和启动调试的指导作用。在活性污泥培养驯化 15 天后通过生物镜检发现污水中有固着型的钟虫、累 枝虫, 并逐渐增多, 这时我们可以看到污泥絮体开始 形成并逐渐增多。由表 3 看出, 钟虫、累枝虫随着培 养循序进行逐渐增多, 从 7# DAT 中 MLSS 递增, 钟 虫、累枝虫数量也增加, 而且增加的速度很快, 污泥 絮体已经开始形成, 说明培养活性污泥向良好的方 向发展。26 天以后, 出现少量慢游虫、盾纤虫、固着 足吸管虫, 吸管虫出现说明污泥培养成熟了。一个 月后出现线虫, 说明活性污泥培养正常。42 天后见 轮虫, 但是数量不多, 轮虫在有机物含量低, 出水水 质良好时才会出现, 故轮虫的存在说明处理效果好。
4.7 设备故障
由于在本次活性污泥培养驯化过程中, 全部按 设计的自动控制程序进行, 及时发现电气、自控、机 械设备和管路系统的故障, 并及时进行了检修和调 整。发现的设备故障主要有: 污水提升泵出力不足, 达不到设计流量; 曝气管路漏气, 布气不均匀; 集水 井液位控制偏低等问题。
5 结语
抚顺污水厂采用流态连续形活性污泥培养驯化方法, 在平均气温为 6.5° , 反应器中水温 11~ 13 ° 的低温的不利条件下, 成功地进行了 DAT - IAT 工艺大型污水处理厂的活性污泥培养驯化和启 动调试。培养驯化周期 30 d 左右, 活性污泥絮体基 本形成。在低气温的 4 月下旬开始培养驯化较原定 的 6 月初, 使污水厂提前 1 个多月投入运行, 多处理 污水 800 万 m3/ d, 获得了良好的工程和环境效益。目前抚顺污水厂已经稳定试运行近一年时间, 各项 出水水质指标和能耗等其他指标达到了或优于设计目标。
抚顺污水厂在活性污泥培养驯化和启动调试过 程中, 及时采取措施有效地解决了低气温、低水温、 进水营养源不足、污泥上浮和设备故障等问题。所 积累的经验和教训, 对于在北方寒冷地区低水温条件下, 采用 DAT- IAT 工艺及相关工艺大型污水处理厂的活性污泥培养驯化和启动调试具有一定指导 和借鉴意义。
参考文献：王长生 傅金祥 《抚顺污水处理厂活性污泥培养驯化与启动调试》
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