调试运管实战：污水厂的工艺调整

查看全部 · 发表于 2021-4-13 07:55:32

“有物混成先天地生。寂兮寥兮独立不改，周行而不殆，可以为天下母。吾不知其名，强字之曰道。强为之名曰大。大曰逝，逝曰远，远曰反。故道大、天大、地大、人亦大。域中有大，而人居其一焉。人法地，地法天，天法道，道法自然。”出自老子《道德经》第二十五章。两千多年前的老子，面对宇宙万物运行的内在的自我本身的规律，感慨万千，有了千古流传的《道德经》，让后世的人穷经皓首的研读，领悟万物的道理。而现代科技的发展，让更多自然界那些精妙的运行规律展现在人类面前，成为人类掌握自然，利用自然的基础。

在这众多的自然的规律中，微生物降解污染物质的规律成为了城市污水处理厂处理污水的基础。人们利用先进的科技手段不断的发现这些微生物组成的活性污泥的特性，并把这些特性应用于去除污水中的有机污染物，氮、磷等营养物质上去。

我们想就着《道德经》的玄学氛围聊聊污水厂的工艺调整，为什么从这个角度来谈污水厂的工艺调整，不是要故弄玄虚，而是要从“道法自然”的角度来聊聊工艺调整。从一开始做，我一直在强调一个概念，就是污水处理厂是一个自然强化的过程，它一定是来源于自然的。而我们人类只是发现了自然界的这个规律，并发现这个规律能把我们人类肆意生活造成的水体污染得到改善，从而利用工程的角度来加强这个自然规律，这也就是利用微生物处理污水的污水处理厂的基本原理。

但是我们在了解了污水厂的基本原理，对于我们的运行管理上还是远远不够的，因为运行管理需要的不仅是原理，还需要更多的现实中的各种异常工况和问题，运营人员的工艺调整工作是日常工作的重点，那么我们应该如何做好工艺调整？工艺调整在很多时候总会给运营人员带来困惑，面对复杂多变的现场问题该如何调整？为什么看似相同的问题，同样的工艺调整会适得其反？工艺调整的力度要多少合适？

今天的开篇就从自然的微生物角度来谈工艺调整，在前面的文章里我们已经了解污水处理的原理，在实际的运行中，污水厂会遇到各种不同的运行工况，这些运行工况往往从书本上无从找寻，对这些工况的工艺调整应该怎么做才会有效呢？如何针对各种不同的情况进行工艺调整，才能保证工艺调整的措施有效？今天就来聊聊工艺调整的原则---道法自然。

采用生物法处理的污水处理厂，处理核心来自于大量微生物聚集而成的活性污泥。微生物不是人类创造的，很多微生物的起源甚至早于人类，因而在人类利用微生物的时候，就要遵循微生物自身的本来规律。那么污水处理厂的工艺调整也是要在这个基本原理上进行调整的。

一个正常运行的污水处理厂，微生物处于一个相对稳定的状态下，在数量和种类上是保持恒定的，并在外界环境条件不变的情况下维持自然地生长状态。这种稳定的生存状态，对污水中的污染物质进行了有效的处理，保证了污水厂的良好的处理工况。当污水厂的外界环境条件发生变化，或者内部设施设备发生变化，都会对污水厂的工艺造成不同程度的影响。

这种影响来源于微生物对外界环境的改变所做出来的自然反应，类似于自然界中的生物对外界的刺激进行自我保护的行为。微生物的这种自然反应一般都会让污水厂的工艺向不稳定的状态发展，因为大量的微生物为了适应改变，需要进行自然地淘汰，这种微观上行为，反应出来就是出水达标到出水水质的超标。针对这些反应我们的工艺调整就是要针对微生物的生存环境的恢复和微生物自我保护机制的解除来展开。

工艺调整的目的在于工艺运行条件的恢复，出水水质的重新恢复。所有的这些目的来自于微生物在适宜的条件下自然的生长和繁殖，我们的工艺调整，也正是对微生物生存的环境进行调整，使其恢复到变化之前的环境。通过一些工程上的，设备设施上的调控手段使环境回到活性污泥的自然生存状态，使微生物能够恢复到原有的处理能力。

因此我们今天说工艺调整的道其实就是尊重自然，很多的工艺管理人员，会简单的针对某一个指标谈问题，认为通过一些工程上设置的手段，就可以达到指标的降低，却忘记了这些手段是对污水厂的核心处理的微生物进行的自然恢复。工程上的设置的手段，或者一些书籍中描述内容，只是在某种特定环境条件下，对微生物的一种调整恢复。运营人员在实际应用中一定需要详细了解自己所在污水厂的自然条件，根据自己水厂的自然条件下，研判微生物的自然生存的状态，灵活应用基本的生物学的自然生存理论，才能做出更为有效的工艺调整措施。

在某些运营人员的实际工作中，有时也会出现进行了工艺调整，结果很不错，但是没有深入考虑为什么会有好的结果，再去让总结，只会简单的说调整了曝气，调整了回流，调整了排泥等等工艺措施。这些工艺措施背后的微生物自然条件的改变，却没有深入的思考，这种调整往往重复性差，容易在后期的调整中出现效果的偏差。对于一个以微生物为主体的污水处理的工业化水厂，是要有一个最为基础的概念，就是我们运营管理工作就是围绕微生物的自然生存而进行的，调整就是为了让微生物从不良状态恢复到最佳的生存状态。微生物的自然特性和自然的规律是我们必须尊重和遵循的，道法自然就是我们污水厂的工艺调整的原则。

用很大的篇幅来讲工艺调整的原则，应用实例涉及的较少，今后的一些会增加一些具体应用进行讨论。希望通过这篇文章的强调，让我们工艺管理人员了解，自然规律的依循需要深入的理解，并能够有效的贯穿在我们日常的工艺管理工作中去。人类生存于自然界中，我们可以利用自然，但是我们不能违背自然地规律，而是在遵循自然的道法中，得到人类需要的目的。

每一个污水厂的运营管理人员，都希望污水厂的工艺运行稳定，出水水质恒定达标，但其实在现场的管理人员都知道，在实际运行中，污水厂是会不断的受到各种外在和内在的因素的干扰，使微生物的生存环境受到各种不同程度的干扰，整体的运行工艺会偏离我们预期的正常轨道，导致出水水质变化，甚至超标。在这些异常情况下，工艺管理人员就要启动工艺调整措施，来修正微生物外界环境的变化，来恢复微生物的正常处理能力，从而把工艺处理达到良好的状态。

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管理人员如何有效的调整工艺，使污水厂的工艺运行路线得到修正呢？我们还是来了解下污水厂本身的内在规律。微生物本身生长所需要的有营养物质，也就是污水中的有机污染物，来维持自身的生长繁殖的需要；同时这些微生物都是以好氧微生物为主，它们在分解有机污染物的同时，需要消耗大量的氧气参与体内的污染物质降解过程；在微生物数量达到一定程度以后，微生物的数量和污水中提供的营养物质开始不平衡，就需要进行通过剩余污泥的排放进行微生物数量的调控，来达到营养物质和微生物的数量的匹配。这三个方面在污水厂的工艺运行中，是最为重要的工艺条件，简单的总结出来，就是在一个污水厂里的水、气、泥三者之间的稳定运行是保持污水处理正常运行的重要条件。

那么我们就能很明确的说，其实在我们的工艺调整中，这三者也是我们关注的重点，其实也是调整的手段。污水厂中，我们的工艺调整最终是要作用于生物池里庞大的数量级别的微生物上，但是我们知道单个微生物个体很小，受限于污水厂的运行条件，没有更好的工艺手段从单体上进行调控，所以更为有效的工艺调控措施就会从现有的工艺设施设备上来入手，通过改变整体的环境条件，来改善个体微生物的生存，这就是工艺调整的目的。

从上面的分析来看，工艺调整最终是对“水、气、泥”三者的平衡进行修正恢复的一个过程。但是这种修复过程，因为会受到来自不同方面条件制约，我们更应该做的是维持一个动态的平衡，而不是强制的修正为标准参数。污水厂的运行，是在不断变化的动态平衡下达到稳定出水的。而工艺调整的目的就是在这三者出现变化的时候，通过合理有效的手段来实现污水处理系统的新的动态平衡。我们来通过这三方面来具体分析下污水厂的工艺调整。

首先来看“水”，我们这里的水指污水，更具象一些，是指污水中的有机污染物质。微生物作为生物个体，它具有生物个体的一切生存习性，其中最为重要的就是需要吃东西，来维持自身的生存发展，而进水中的有机污染物就是微生物赖以生存的食物。在实际的运行工况中，进水的变化往往是很多的，而且不可控的因素很多，污水厂的外部管网覆盖面积广，杂质水源多，雨污合流这些都会造成进水水质的不断变化。出现这些进水变化的时候，我们就要及时的进行工艺调整，调整厂内的各设施、设备来进行对进水的匹配。

比如在中小城镇的雨季，城市管网的雨污合流制，在雨季会有大量的雨水进入到城市下水管网里，这些雨水对原来的管网里的生活污水进行了稀释，进入到污水处理厂以后，会造成污水量增加，污水浓度降低的运行工况，这样的工况会对微生物造成一个从营养丰富到营养不足的一个状态的变化。这个阶段的工艺调整如果是为了恢复原有的状态，应该是减少进水以及提高进水水质浓度，但是对于一个市政污水厂来说，进水量上万吨的级别是很普通的，在万吨级别的进水里，COD从100mg/L提升300mg/L上，这个投入的碳源数量非常巨大，是普通的运行水厂根本无法承担的，因此这个阶段的工艺调整措施不是针对进水浓度的恢复，而是对厂内微生物进行调整，通过加大排泥，降低活性污泥浓度，减少微生物数量，更少的微生物所需要的有机营养物质就会下降，从而适应雨水稀释后的进水浓度。

同时要进行曝气量的调节，因为微生物的数量下降以后，生存所需的氧气量也会随着减少，如果没有同步进行调节曝气，往往会导致微生物在过量的氧气中生存，快速的进入到老化期，导致老化污泥的一些问题出现。与雨季类似的情况，四季分明的冬季进水水质会因为生活习惯而升高，但是进水量会减少，这个期间的调整，同样不是以调整进水浓度为主，而是要对微生物数量进行提升，提高污泥浓度，增加曝气量等措施来实现一个新的动态平衡，达到新的动态平衡下的稳定运行。

从这个简单的例子，这三者之间的工艺调整其实不是，简单对一个变化了的项目进行调整，而是在现有的工艺调控措施下，对“水、气、泥”三者动态平衡的不断修正的过程。

再来看看“气”，对于好氧微生物来说，在对污水中的有机污染物进行分解的同时，大量的消耗氧气，在污水厂中，通过机械手段为微生物提供充足的空气，是正常工况的保证。但是在很多时候，会有不同的内外在因素，导致“气”的提供受到制约。比如风机设备的故障，曝气管路，曝气器的故障，外部进水水质的变化，都会影响“气”的有效供给。空气的有效供给，相对于“水”的不可控上，还有一定的可控，因为鼓风机或者表曝机是人为的因素，在一个污水厂里，各部门之间的协作，也是工艺管理和调控的重要内容。当气的检测溶解氧过低的时候，我们可以通过加开曝气设备，实现溶解氧的恢复，或者曝气设备出现故障，可以进行抢修来满足溶解氧的保证和供给。

在曝气设备暂时无法修复投用的时候，也要针对这种故障工况，进行工艺调整。由于空气供给量减少，大量的好氧微生物无法正常呼吸，就需要减少微生物的数量，而由于微生物的数量减少，对有机污染物的需求会大幅度减少，这时就要及时进行排泥和进水量的控制，让整个工艺在低曝气量下的实现新的动态平衡。

最后来看看“泥”，在我们的工艺调整中的泥是特指的剩余污泥，在工艺调整中对污泥的有效管理主要是通过剩余污泥的排放实现的。很多在生物处理阶段活性污泥的异常工况，有相当大的比例都是来自于剩余污泥排放的不合理性。包括污泥泡沫，污泥膨胀，二沉池飘泥等等问题，因此“泥”工艺调整的重点就是剩余污泥的管理上。很多工艺管理人员有个想法就是认为泥多，污泥浓度高是保证一切出水达标的重点。但是这个观点其实是不正确的，活性污泥的生存曲线上可以看到随着数量的增多，微生物变化曲线。微生物会进入到衰老期，在老化状态下的活性污泥会出现多种工艺异常情况，特别是现在总磷的去除成为污水厂下一步监管的重点，长污泥龄是很难实现生物除磷的效果的。通过剩余污泥的排放，控制合理的污泥浓度，才能保证出水水质的稳定达标。

在日常的管理人员的肉眼观察中是无法看到的，但是正是它们孜孜不倦的生长繁殖，才使污水中的有机污染物得到了有效的分解和处理。因为其个体太小，普通的光学显微镜也只能看到很少的一部分，我们习惯把这部分称为污水厂的微观部分。

从运营管理人员角度来看，运营管理中，能够进行的工作主要是对各台套工艺设备设施的调整和管理，管理人员所能接触的都是设备设施的运行工况，这些运行工况可以通过一些表征的项目来了解到，这些工况帮助管理人员更直接的了解工艺运行的情况。由于这部分工艺运行情况可以通过更为表观的特征来把控，这样的项目相对于微生物来说就可以称为污水厂的宏观部分了。

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从污水厂的微观（水处理微生物）和宏观（工艺设施设备）上来聊聊污水处理厂的工艺调整。工艺调整作为污水厂日常运行中经常需要进行的工作来保障和校正污水厂污水处理工艺的稳定运行的工况，而深入理解工艺调整的机理，是作为管理人员进行工艺调整的最重要的基础。

从微观角度来说，污水厂里所有的工艺不正常都是来自于污水厂里的核心微生物的生存异状，这些微生物的异常生存造成了微生物对污水处理的效果下降，导致处理出水超标。工艺调整的目的是使这些微生物重新恢复到正常的生存情况，使其正常发挥其生理作用。工艺人员要清楚的认识这一点，就是工艺调整是为了污水厂里的微观部分的正常运作而进行的。但是由于每一个微生物的个体都是非常微小的，我们完全没有办法对每一个微生物的生存情况进行有效的管理和调整，所以我们要分析这些微观世界里的生物在生存异常的时候，会反映出来怎样的宏观表现。

举一个简单的例子，国内的污水厂里大部分都是采用好氧微生物作为降解微生物的，好氧微生物在有氧环境中生长繁殖，氧化有机物或无机物的产能代谢过程，以分子氧为最终电子受体，进行有氧呼吸。当生物处理段的微生物所需要的氧气量严重不足的情况出现时，大量的好氧微生物的活动会受到抑制，没有充足的氧气供给，这些微生物对污水中的有机污染物的降解能力就会下降，反映到宏观的观察上就可以看到，由于微生物的降解能力下降，好氧池内的有机污染物增加，好氧池内的水质受到污染物的影响开始变黑，并出现明显的臭味，并且由于处理效果下降，会造成出水水质的超标，这就是污水厂里的微观影响了宏观，从这个角度来说，污水厂里所有宏观上的表现都是由于微观世界的变化造成的。

从污水厂的宏观上来说，污水厂运营管理人员对工艺上的"气水泥"者进行调控，这些调控都是通过宏观上的一些工艺操作来进行的。这些操作是对生物处理段的环境因素进行的改变和调整，而这些生存环境的变化，使在其中的微生物进行适应，微生物得到更好的生存环境，在良好的环境中，充分发挥自我的生长繁殖作用，从而达到我们期望的降解污染物的目的。

还是结合上面的例子，当微生物所需要的溶解氧严重不足的时候，生物池内出现活性污泥颜色变黑，有明显的臭味释放都是微生物反映到宏观上的信号。这个时候我们就要通过宏观上的调控进行微生物生存环境的改善，宏观调控手段“水气泥”三者之一的气的调控，通过增加曝气量，或者调整进水量、排泥量等（曝气量无法调节），这些手段，实现生物池内微生物的数量和溶解氧的匹配，恢复好氧微生物的氧气需求，在满足了生存所需的氧气以后，好氧微生物的生存环境得到恢复，对污水中的有机污染物就进行了有效去除，这个时期就能看到生物池内的颜色由黑色转为正常的土黄色，生物池内臭味也明显改善直至消除。

这就是宏观的调控最终改善了微观的生存环境，微观的稳定生存改善了宏观的出水情况，所以工艺调控其实就是微观机理和宏观调整的相互结合的过程，微观影响宏观的表征，宏观作用于微观的生存；微观对宏观的调控做出回应，宏观得到微观变化的改善，这就是污水厂的工艺调控的机理。

根据这个理论，作为污水厂运营管理人员需要认真了解三方面的内容，一方面就是微观方面，要了解好氧微生物降解有机污染物BOD的机理，要了解生物脱氮的硝化菌和反硝化菌的反应机理和过程，要了解生物除磷的聚磷菌的反应机理和过程；另一方面就是宏观方面，要了解自己厂内“水气泥”的三方面的调控手段，工艺管线、水泵、风机、回流泵、剩余污泥泵、管道阀门的调整渠道和方式；第三方面也就是最重要的一方面，就是要能把宏观的调控和微观的变化有机的结合在一起，不能割裂的看待工艺调控，只有把污水厂的微观和宏观的相互之间的关联关系理解了，才能更有效的做好日常的工艺调整工作，实现最终出水水质的达标。

治污者说 · 发表于 2021-4-13 07:56:22

“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”这就是著名的蝴蝶效应的诗意一样的描述，蝴蝶效应（The Butterfly Effect）是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，同时也存在不可测的“变数”，往往还会适得其反，一个微小的变化能影响事物的发展，表明事物的发展具有复杂性。

污水处理厂的工艺运行，往往存在着多个相互作用的因素，包括溶解氧，进水量，进水浓度，污泥浓度，水温，营养物质，设备运行，工艺管线，工艺阀门等等因素。这些因素在工艺稳定运行的情况下，相互作用，共同保持着一个动态的平衡，为核心的微生物种群提供这适宜的生存环境，保障它们最大能力的发挥处理效果，使污水处理达标。在工艺出现异常的情况下，我们需要对这些因素进行调整，那么这么多的错综复杂的因素，交织在一起，该如何进行调整，才能达到工艺调整的目的呢？今天用蝴蝶效应这个话题来继续讨论污水处理厂的工艺调整的方式。

蝴蝶效应是一个微小的变化也会影响事物的发展，而在每一个污水处理厂里，也相当于一个复杂的系统，而我们所做的工艺调整是对复杂系统的主动变化，那么后期的发展可能会出现很多不同方向的偏差，如何规避这种蝴蝶效应的偏差呢？那就需要我们的工艺调整需要有一定的方式方法来确保工艺调整的明确目的。

首先，污水厂运营管理人员在工艺调整时，调整的幅度是微调。很多污水厂的工艺调整工作往往会出现过犹不及的情况，比较常见的比如污泥浓度高，污泥出现老化，二沉池出现飘泥现象，导致出水的COD，SS升高，于是就加大排泥，一直排到污泥浓度从高转为低，造成水处理能力下降，长污泥龄的硝化菌也被大量的排出系统外，通过这样的调整，出水指标已经不仅仅是COD超标，氨氮也随着超标了。这样的调整往往把一个工艺异常调整称为另一个工艺异常，没有起到工艺恢复的目的。

从运行机理上来说，由于污水厂里的核心处理是极其大量的微生物聚集在一起进行的生物化学反应的过程，而且这么大量的微生物所需要的各种条件是不一样的。污水厂里的这些微生物有些可以迅速适应外界的改变，有些却会花更多的时间来调整自身的适应状态，这样外界环境的变化是需要微生物的一个逐渐适应的过程。而一些大幅度的工艺调整往往给微生物带来非常巨大的改变，使微生物突然进入到一个新的环境，由于通过工艺设备进行的调整，使微生物的环境因素变化太大，变化太快，微生物无法发挥自身的适应能力，甚至有些微生物就基本失去活性。

在这样的情况下，就会产生污水处理系统的复杂变化，原有的动态平衡完全被打破，系统失去稳定性，出水超标就是很必然的事情了。为了配合微生物的这种逐步适应的过程，我们的工艺调整也要逐步小幅度的进行，这样的操作才更适合微生物的整体生存规律，利用它们自身的适应能力，保存它们的生存活性，使微生物系统不发生大的改变，便于平衡的微小的调整，实现水质有目标性的回归正常出水水质。

其次，在工艺调整时，要有目的性的调整。工艺调整的目的是为了整个污水处理系统重新回到处理出水达标的动态平衡的状态下去，那么调整的目的就是回归稳定的常态，所以这就要求污水厂的工艺管理人员，要建立厂里的稳定运行的工况，对工况下的各个因素范围都要有一个全面的总结和标识。每个工艺异常其实都是稳定状态下某些因素出现了故障，导致了异常，对于出现的异常要进行分析，是那些因素偏离导致的异常，而工艺调整就是为了调整这些异常偏离的因素，使其恢复到正常的状态，这就是我们工艺调整的要有明确的目的性，在每次调整的之前，要明确具体的影响因素，才能保证调整的有效性。

这个目的来源于工艺人员对工艺变化因素的准确分析和判断。比如常见的溶解氧不足，如果只是从这个表象来分析，那我们就只需要加开曝气设备装置，增加溶解氧就可以了，但是往往溶解氧的降低不仅仅来源于曝气设备的问题，可能来源于进水浓度的变化，可能来源污泥浓度的偏高。这两种的因素在采取增加曝气设备以后，就会出现两种不同的结果，进水浓度偏高，微生物营养物质增多，反应需要的氧气增多，造成溶解氧降低，调整溶解氧可以保证微生物的处理能力，保证出水水质达标；而对于污泥浓度偏高的情况，微生物数量超过正常所需要的数量，偏多数量的微生物需要消耗更多的氧气来维持生存，如果这时我们加大曝气量，使这部分多余的微生物得到了充足的氧气，但是没有足够的营养物质来保证微生物的生存所需，这样就会加快微生物的老化，会导致二沉飘泥，出水超标的情况出现，因此此时不是加大曝气，而是应该加大排泥。所以认真分析外观成因，才是准确调整的保证。

第三，工艺调整需要时间来验证。工艺调整往往是由于出水超标出现后才启动的，这个时期，环保部门的压力，行政管理的压力会不断的压在工艺调整人员身上，此时工艺运营人员特别希望自己的工艺调整瞬间见效，特别是一些大型的污水厂，工艺调整往往需要很长时间的变化，这期间运行人员的压力非常大，这时候会造成工艺人员的对自己的判断有怀疑，甚至被其他人的一些建议误导，造成更为复杂的工艺混乱。

工艺调整的对象其实是改变微生物的生存环境，使微生物恢复到正常的生存状态，但是在污水厂里，活性污泥里面的微生物的数量极其巨大，数量越大，它们的缓冲能力越强，抗击改变的能力也越强，所以往往工艺调整需要更多的时间来进行，才能切实改变到微生物自身的生存状态里面去，这也就是工艺调整的时间较长的原因。这个是不可改变的，但是处于现实的情况，特别是现阶段外界监督严格的情况，工艺人员要避免这种情况，只能从日常入手，尽可能保证不出现异常，如果是非工艺运行因素和外界变化，要做好异常上报，确定合理的调整时间，保证充足的调整时间段，来恢复微生物的正常运行。