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回顾 | 2016年全省污水处理工职业技能竞赛选手风采——虞伟权论文(二)
发表时间: 2017-02-24
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  • 厌氧预处理技术在绍兴污水处理厂升级改造中的中试研究

    研究背景

    绍兴污水处理厂是以处理印染废水为主的城市污水处理厂,其中印染废水占80%以上,生活污水占10%,化工废水3%,其余企业排污占7%左右。主要进水指标CODcr1200~2000mg/L,BOD5400~600 mg/L,B/C 0.25~0.50,SS400~600 mg/L,pH7~11,NH4-N40~50 mg/L,TP4~7 mg/L,色度250~400倍,具有污染物浓度高、pH波动大、色度高、B/C低且逐年下降等特点,污水处理难度大。

    现建有一二三期工程,总处理能力达到90余万m3/d。其中,一期工程采用混凝沉淀+厌氧+好氧工艺,设计处理水量30万m3/d(实际27万m3/d),设计厌氧池和好氧池为推流式形式,其设计HRT是10h和14h;二期工程采用混凝沉淀+氧化沟(普通单沟)工艺,设计处理水量30万m3/d(实际43万m3/d),设计氧化沟HRT 58h(实际40h);三期工程采用混凝沉淀+厌氧+氧化沟(Carrousel氧化沟的改良,进水端设有兼氧池)工艺,设计处理能力20万m3/d(实际能达到25万m3/d),设计厌氧池为内置沉淀池的类氧化沟形式的反应器,设计厌氧池、氧化沟和氧化沟内兼氧池的HRT是12.5h、36h和3.6h。一二三期工程设计进出水质指标见表1。

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    从实际运行情况来看,一二三期工程设计基本合理,出水均能达到设计的排放标准要求,但是还存在以下要问题:(1)进厂水质波动较大,现有调节池功能不强;(2)混凝沉淀不理想,(3)厌氧水解酸化功能单元效能未体现。在节能减排力度加大的背景下,绍兴市政府要求绍兴污水处理厂出水CODcr≤100mg/L,因此升级改造势在必行。

    业已证明,难降解有机废水经厌氧酸化预处理后可有效转化有机污染物,提高其生化性,并在许多工业废水处理中得到应用,主要工艺包括UASB、EGSB等[1-6]。结合绍兴综合废水水质和污水处理厂已有构筑物,采用厌氧折流板反应器(ABR)工艺开展中试研究,以期为大型综合污水处理厂厌氧酸化预处理工艺工程化应用提供技术依据。

    1.试验装置与流程图

    采用接近一期工程厌氧水解池(设计HRT10h)结构特征的ABR工艺作为研究对象,试验装置见示意图1。

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    中试装置尺寸L×B×H=3.5×1.5×3.6m,采用六个格室,每格室中间加设高60cm的交叉流填料;装置总容积17.85m3,有效容积是16.65m3。

    2.试验方法

    厌氧接种污泥来自污水处理厂好氧剩余污泥泥饼,厌氧进水来自污水处理厂原水混凝沉淀(混凝剂采用硫酸亚铁)出水,中试期间厌氧进水流量见图6,满负荷水量为1.5m3/h。

    运行1~86天期间,加酸调控厌氧进水pH≤9和投加营养元素N、P和铁、钴、镍等微量元素,以有利于厌氧微生物的培养,运行102~189天期间,混凝预处理效果较差,造成厌氧中试进水SS和CODcr浓度偏高,色度较高,对厌氧反应器运行造成冲击;运行163天后,对ABR一次性补充投加好氧活性污泥、连续30天投加营养元素N、P和铁、钴、镍等微量元素。为了考察厌氧效果,开展了厌氧降解性能分析和厌氧出水后续好氧试验(小试采用完全混合式曝气池,中试采取推流式曝气池)。

    3. 结果与讨论

    3.1 厌氧ABR工艺运行效果

    1、CODcr水质变化

    厌氧中试装置进出水CODcr浓度变化见图2,有机负荷与去除率变化见图3。

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    厌氧试验可分为4个阶段:

    (1)水量提升与污泥训化阶段(运行1~60天),处理水量逐步提升,但未提升到满负荷1.5m3/h。在此阶段,进水CODcr浓度676~1178mg/L(平均1002mg/L),CODcr去除率0~25%之间波动,平均8.44%。

    (2)厌氧效能逐步体现阶段(运行60~102天),运行78天后处理水量提升到1.5m3/h。在此阶段,厌氧进水CODcr浓度718~1112mg/L(平均906mg/L),COD去除率逐步攀升到40%~50%,平均为28.58%。

    (3)厌氧ABR冲击阶段(运行102~162天)。此阶段,厌氧进水发生较大变化,厌氧效能逐步下降,厌氧进水CODcr766~1334mg/L(平均1022mg/L),CODcr去除率从最高的40%~50%逐步下降到10%,平均30.53%。

    (4)厌氧ABR效能恢复与低温运行阶段。运行162天后,针对ABR效能下降问题一次性补充投加好氧活性污泥、投加营养元素N、P和铁、钴、镍等微量元素、调控进水流量等措施以及运行189天后物化预处理混凝效果恢复(改善厌氧进水),才使得厌氧效果逐步恢复,CODcr去除率恢复到10%~50%之间。运行213天后气温持续下降,特别是运行243天后反应器温度下降到10~15℃(实际生产中冬季水温一般25~30℃以上),使得厌氧ABR中试效能发挥受到一定影响。

    在本中试过程中,由于水温、厌氧进水水质影响以及厌氧反应器效能问题,不能很好反映出有机负荷的变化对CODcr去除的影响。

    2、BOD5和B/C水质变化

    中试研究期间厌氧进出水BOD5和B/C水质变化曲线见图4和5。

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    分析可知:

    (1)经厌氧处理后BOD5浓度有所下降。在厌氧冲击阶段,BOD5去除率相对较高(15%~40%);厌氧ABR效能恢复阶段,厌氧进出水BOD5浓度差明显减小,显示水解酸化作用得到逐步增强。

    (2)在厌氧效能逐步体现和厌氧反应器受到冲击前的78~102天期间,B/C由进水的0.5~0.6提升到出水的0.6~0.7,平均值由进水的0.57升高到出水的0.68,提升19.2%;在厌氧反应器效能恢复后的213~257期间,B/C普遍在0.5~0.8之间,B/C平均值由进水的0.64提升到出水的0.70,提升9.0%。总体来说,厌氧中试装置运行良好阶段,B/C能提升9%~19%。

    3、色度水质变化

    绍兴综合污水色度主要来自纺织印染废水中的各种染料和助剂。中试期间厌氧进出水色度一般在200~300倍之间,厌氧出水色度(平均246倍)稍低于厌氧进水色度(平均261倍)。

    3.2 厌氧ABR工艺运行关键参数控制

    1、HRT变化

    水力停留时间(HRT)是厌氧反应器的核心控制参数,直接影响反应器的处理效果。水力停留时间的控制,既要考虑反应器的处理效能,又要考虑其处理水量能力,应综合考虑。从图6可见,控制ABR反应器HRT10~11h是能够发挥水解酸化效能作用。

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    2、pH变化

    为尽快驯化厌氧污泥,中试运行1~86天期间,通过加硫酸人为控制中试装置进水pH。试验期间反应器pH水质变化见图7。

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    从试验情况来看,控制厌氧进水pH≤9,有利于厌氧效能发挥。

    3、SS水质变化

    中试装置进出水SS水质变化如图8所示。

    运行102~189天期间,进入厌氧中试装置的SS浓度较高(平均387mg/L),出水SS浓度也偏高(平均239 mg/L),污泥流失严重,中试系统运行效能下降;而厌氧冲击前和效能恢复后进入中试装置的SS浓度(平均250 mg/L左右)相对较低,厌氧出水SS浓度也较低,中试系统基本运行正常;由此说明必须控制进入厌氧中试装置的SS浓度。试验表明,当厌氧进水SS<250mg/L时,中试装置基本能良好运行,在工程化应用方面有必要控制SS<200mg/L。

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    4、MLSS与MLVSS/MLSS变化

    中试期间,ABR工艺MLSS与MLVSS/MLSS变化见图9和图10。

    可见,中试装置内污泥浓度变化幅度比较大,说明装置内污泥层不均匀,流态不好;第一格室MLSS增加幅度较大,且MLVSS/MLSS比值比其余几格更低,说明SS沉淀累积明显;MLVSS/MLSS比值从最初的0.7下降到最低的0.4左右,无机化程度加剧。

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    5、水温变化

    水温是厌氧处理主要的环境条件,对反应效能有一定程度影响。运行初期水温逐步升高,见图11,但是运行227天后水温下降到20℃以下,运行44天后中试水温下降到10~15℃,给中试装置的高效运行带来较大的影响。

    由于实际生产运行水温普遍在20~40℃之间,如厌氧工艺应用于生产实际,将更有利于厌氧工艺的高效运行。

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    6、ORP变化

    监测表明,中试装置内ORP值一般低于-450mv,适合厌氧反应微生物生长需要[7]。

    3.3厌氧降解性能分析

    为了解废水生物处理前后水质变化情况,从而评价厌氧处理效果,开展了GC-MS(气相色谱-质谱联用)测定。样品前处理方法为自动固相萃取(SPE)和液液萃取(LLE)。

    检测表明,原水经过物化预处理和厌氧预处理后其水质发生了较大变化,峰数和峰高均明显减少,分别检出原水、厌氧ABR进水、厌氧ABR出水中有机物分别有114种、84种、44种。污染物质的减少说明采用厌氧ABR工艺处理绍兴综合污水作用明显。

    3.4 厌氧出水好氧效果评价

    对厌氧出水开展了好氧效果评价,小试采用完全混合式曝气池,中试采取推流式曝气池。小试试验装置是有效体积33L的完全混合式曝气池和有效体积10L的竖流式沉淀池;好氧中试研究1的试验装置是有效体积9.8m3的推流式曝气池和有效体积4.5m3的平流式沉淀池;好氧中试研究2试验装置是有效体积15m3的推流式曝气池和有效体积2.9m3的竖流式沉淀池。

    好氧效果评价中,控制好氧HRT14h,MLSS2.5~4.0g/L,DO2~4 mg/L,水温20~35℃条件下,好氧出水各指标(除CODcr)均达到节能减排力度加大后要求的污染物排放标准要求,出水CODcr水质变化见图12。

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    只从图12可知,经过小中试好氧工艺运行基本上能表明厌氧ABR出水好氧处理能达到较好效果。厌氧运行效能体现阶段(78~102天),出现CODcr浓度达到100mg/L情况;厌氧效能恢复运行后阶段(213~257天),出现CODcr浓度能达到120mg/L情况。

    3.5存在问题与建议

    (1)流态问题

    由于厌氧ABR反应器仅由水力作用促使泥水混合,因水力速度有限以及反应器内产气量未,使污泥容易在各格室沉积,水流短路以及产生水力死区情况,影响反应器效能。

    (2)污泥活性问题

    厌氧进水SS浓度较高(平均达292mg/L)情况和中试装置污泥流失(厌氧出水SS浓度平均达199mg/L)问题始终存在;且MLVSS/MLSS比值下降到0.4左右,如何保持系统内厌氧污泥活性是值得探讨的问题。

    (3)改进建议

    针对厌氧中试研究发现的问题,为了更好发挥厌氧作用,建议采取以下措施:减少进入厌氧单元SS(200mg/L以内)、安装低速搅拌潜水搅拌器、回流厌氧污泥、回流少量好氧污泥(回流比1%以内)补充到厌氧池前端、适当排厌氧污泥。

    4.结论

    1、厌氧ABR工艺运行关键控制参数是:HRT≥11h、pH≤9、反应水温25~35℃、进水SS≤200mg/L、MLSS20~40g/L。中试期间ORP值一般低于-450mv,满足厌氧反应的需要。

    2、HRT为11~12h,水温>30℃,厌氧运行良好时,厌氧ABR工艺能达到以下效能:(1)CODcr去除率达到40%~50%;(2)BOD5去除率5%~25%;(3)B/C由0.5~0.6提升到0.6~0.7,提升19%;(4)SS去除率21.8%;(5)色度由进水的261倍下降到246倍;(6)好氧处理出水CODcr浓度能达到100mg/L。当水温10~15℃,CODcr去除率为15%~30%,B/C提升0.06,好氧处理出水CODcr浓度能达到120mg/L。通过对厌氧进出水GC-MC分析表明,污水中的大分子有机物种类得到减少,说明厌氧反应器效能得到发挥。

    3、厌氧ABR中试装置存在短路、死区和厌氧污泥流失等问题,工程化尚需解决。

    参考文献

    [1]王方园,叶群峰,郭婷,刘哲俊. Fenton-UASB-A/O工艺处理医药化工中间体生产废水实例[J]. 给水排水, 2010, 36(4): 64~66.

    [2]朱乐辉,张玉,顾睿,朱忠榜. UASB+BCO+BAF工艺在中成药废水处理中的应用[J]. 水处理技术, 2009, 35(2): 111~116.

    [3]孔志燕,土济来,鞠伟伟. UASB+ A/O工艺处理二甲基甲酰废水的研究与工程应用[J]. 环境污染与防治, 2010, 32(3): 105~108

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    [6]王白杨,陈莉,龚小明,等. 两段ABR-A/0工艺在高浓度硫酸盐制药废水处理中的应用[J]. 给水排水, 36(4): 69~71.

    [7]胡纪萃. 废水厌氧生物处理理论与技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003: 52.

    文章来源:浙环修协污水处理委员会虞伟权委员




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