活性污泥(activesludge)是微生物群體及其所依附的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的總稱,活性污泥可分為好氧活性污泥和厭氧顆?;钚晕勰?,活性污泥主要用于處置廢水。A/O生化處置工藝(簡稱A/O工藝)是由厭氧和好氧兩局部反響組成的污水生物處置系統(tǒng),污水進入?yún)捬醭睾?,依次閱歷厭氧反硝化、好氧去有機物和硝化的階段,其流程特性是前置反硝化,硝化后局部出水回流入反硝化池,以提供硝酸鹽;A/O工藝特別合適煤氣化、有機化工等廢水的處置。
1、魯南化工污水處置系統(tǒng)及污泥系統(tǒng)簡況
1.1 工業(yè)污水處理系統(tǒng)工藝流程
兗礦魯南化工有限公司(簡稱魯南化工)是兗礦集團旗下一家高科技煤化工企業(yè),企業(yè)以煤為原料,經(jīng)過水煤漿加壓氣化工藝產(chǎn)出合成氣,進而生產(chǎn)甲醇、醋酸、醋酸乙酯、丁醇、聚甲醛等有機化工產(chǎn)品。
魯南化工現(xiàn)有污水與回用水處置系統(tǒng)建于2006年9月,2007年4月調(diào)試運轉(zhuǎn);項目總投資11700萬元,設(shè)計污水處置才能為26000m3/d,采用A/O工藝和雙膜法廢水處置工藝,其工藝流程見圖1。
污水處置系統(tǒng)主要對企業(yè)排放的生產(chǎn)、生活污水實施集中處置,生產(chǎn)廢水主要包括煤氣化廢水、有機化工廢水(包括甲醇、醋酸、丁醇、聚甲醛、醋酐、醋酸乙酯等安裝產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水、沖洗水),設(shè)計出水水質(zhì)達《污水綜合排放規(guī)范》(GB8978—1996)一級規(guī)范。
1.2 污水處置系統(tǒng)設(shè)計進出水水量及水質(zhì)(表1)
1.3 污泥處置系統(tǒng)的設(shè)計
污水處置系統(tǒng)設(shè)計正常進水懸浮物(SS)含量為35~60mg/L;其中,對造氣安裝、氣化安裝廢水懸浮物含量的請求為50~100mg/L。污泥處置系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計參數(shù)見表2。
污泥處置系統(tǒng)主要設(shè)備:污泥濃縮機2臺,規(guī)格:8.0m×5.0m,功率2×1.5kW;廂式壓濾機2臺,規(guī)格為Xm300/1500mm,處置才能5t/箱,功率2×4.0kW;氣動隔閡泵2臺,型號ARO666320-EEB-C(英格索蘭)。
2、污水處置系統(tǒng)污泥增加緣由及危害
2.1 污泥增加問題的呈現(xiàn)
2007年A/O系統(tǒng)投運以來,有機污染物負荷率不斷堅持在60%~80%,系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定,出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于《污水綜合排放規(guī)范》(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,隨著魯南化工多個新項目投運,有機污染物負荷顯著增加(達80%~110%),加之其他諸多要素的影響,2017年以后A/O生化系統(tǒng)污泥濃度高達11000~13000mg/L,且經(jīng)過顯微鏡檢驗(簡稱“鏡檢”)發(fā)現(xiàn)無機污泥占比擬高,污泥活性明顯降低,污泥脫水系統(tǒng)2臺廂式壓濾機連續(xù)運轉(zhuǎn),單臺每次出泥4~5t、每天出泥15~20t仍無法滿足污水系統(tǒng)排泥所需,污水處置系統(tǒng)運轉(zhuǎn)風(fēng)險較大。
2.2 污泥增加的緣由剖析
關(guān)于污泥增加的緣由,經(jīng)認(rèn)真排查與剖析,魯南化工排查梳理出以下方面的緣由。
(1)污水處置系統(tǒng)水力負荷、有機污染負荷增加。2017年以來,醋酸、醋酐安裝提產(chǎn),聚甲醛安裝達產(chǎn),多套安裝負荷的提升使得廢水量增加,COD、NH3-N等有機污染負荷增加,污泥負荷增高,污泥增殖疾速,泥量增加。
(2)煤氣化廢水懸浮物含量高。設(shè)計氣化廢水(進水)懸浮物含量≤100mg/L,實踐懸浮物含量均勻在150mg/L,最高達500mg/L,主要緣由是新建復(fù)合肥安裝占地而停用原廠內(nèi)預(yù)處置廓清池,氣化廢水保送流程改為直接送污水處置廠,廢水中的煤灰未得到有效沉降,造成污水處置系統(tǒng)污泥中無機組分含量增高。
(3)廢水排放規(guī)范提升?!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規(guī)范>等4項規(guī)范修正單的通知》(魯質(zhì)監(jiān)標(biāo)發(fā)[2011]35號)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,因排放規(guī)范提升而不能直排,2016—2017年對全廠循環(huán)水排污水實施管理,將循環(huán)水排污至凈化水廠三級沉淀池吸附沉淀后排放,此局部水量增加約400t/h,相應(yīng)增加絮凝劑投加5.6t/d,致三沉池負荷增加,污泥量增加約5t/d。
2.3 污泥增加的危害
由于上述緣由,污泥脫水系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)污泥處置所需,生化池污泥濃度最高增至13000mg/L且無機污泥占比大,每天有大量污泥不能從系統(tǒng)中脫出,久而久之對生化處置系統(tǒng)危害極大。詳細危害如下。
(1)生化污泥老化,對COD、NH3-N去除才能降落,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)生化池污泥濃度超越15000mg/L時,污泥將不再生長而是呈現(xiàn)死亡,該值為污泥濃度峰值,當(dāng)前生化池污泥濃度曾經(jīng)接近臨界值,如控制不好任由污泥濃度繼續(xù)增高,將會呈現(xiàn)污泥死亡、上浮等惡性事情。
(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。
(3)污泥增加會占用生化處置系統(tǒng)有效容積,限制進水量和對污染物的處置才能。
(4)污泥泥齡增長,耐沖擊性差,一旦受負荷沖擊,短期內(nèi)不易恢復(fù)生性。綜上,污水處置系統(tǒng)負荷增加,污泥不能及時排出,生化污泥濃渡過高,泥齡老化,會對污水處置系統(tǒng)的處置才能和出水水質(zhì)形成較大影響,存在較大的環(huán)保風(fēng)險。
3、應(yīng)對措施
針對污水處置系統(tǒng)暴顯露的污泥量增加問題,魯南化工從控制污水處置系統(tǒng)進水水質(zhì)、優(yōu)化設(shè)備運轉(zhuǎn)、改善污泥性狀、增設(shè)疊螺式污泥脫水機(增加排泥才能)等方面著手優(yōu)化與改良,于2019年1—6月提出并落實如下應(yīng)對措施。
3.1 控制氣化廢水進水
SS濃度煤氣化廢水中的煤灰等懸浮物是形成污水處置系統(tǒng)進水懸浮物含量高、生化污泥中無機組分高的重要緣由。為此,采取了如下措施:
①氣化車間從源頭增強管理,開好氣化壓濾設(shè)備,在界區(qū)內(nèi)充沛脫除煤灰等懸浮物;
②應(yīng)用原造氣安裝(由于高耗能等緣由,于2010年停用并撤除,在舊址建立了復(fù)合肥安裝)的平流沉淀池,將氣化廢水改道平流沉淀池充沛沉淀后再由泵打入污水處置系統(tǒng)調(diào)理池,平流沉淀池沉淀下來的煤灰經(jīng)過抓斗吊定期清算,隨氣化灰渣作為普通固廢實施處置。本項改造措施充沛利舊,僅新增2臺污水泵,投資20萬元。
3.2 改善污泥性狀,投加營養(yǎng)液
生化污泥所需的主要營養(yǎng)物質(zhì)有碳源(BOD/COD)、氮源、磷源和無機鹽等。碳是構(gòu)成細菌體的重要元素,細菌體中的各有機物均含有碳,污水中含碳的有機物即為細菌所能應(yīng)用的碳源。氮也是構(gòu)成生物體的重要元素,在細菌的蛋白質(zhì)、核酸等分子中均含有氮元素。魯南化工污水中NH3-N充足,無需補充氮源;細菌對無機鹽的請求并不高,污水中的無機鹽含量普通能滿足其生長所需;但細菌對磷的需求較多,普通工業(yè)污水中若磷缺乏,需投入一定的磷酸鹽作為磷源。魯南化工污水處置系統(tǒng)污泥存在氮源過量而碳源、磷源缺乏的問題,為改善污泥性狀,提升污泥活性,決議投加甲醇廢水和磷營養(yǎng)液(NaH2PO4)以補償碳源、磷源缺乏,O池依照C(BOD5)∶N∶P=100∶5∶1(其中,N以NH3-N計,P以PO4-P計)的比例調(diào)理。
3.3 增設(shè)疊螺式污泥脫水機以加大排泥量
經(jīng)計算,當(dāng)前污水處置廠污泥產(chǎn)生量(折85%含水率)為25246kg/d,而污水處置廠2臺廂式壓濾機的污泥處置量(85%含水率干泥餅)為20t/d,污水處置廠污泥增殖量(折85%含水率)為5246kg/d,故需增設(shè)污泥脫水設(shè)備。
分離污水處置廠實踐場地狀況,研討廂式壓濾機的排泥效果,參考其他企業(yè)的污泥處置辦法,對常用的污泥脫水機實施比擬,最終決議增設(shè)疊螺式污泥脫水機(簡稱疊螺機)。疊螺機設(shè)備規(guī)劃緊湊,可顯著減少基建投資,具有裝置調(diào)試簡單、占空中積小、整機全密封操作、可連續(xù)進出料、工人勞動強度低(1人可同時操作多臺疊螺機)、毛病率低等優(yōu)點,運轉(zhuǎn)前設(shè)置好污泥的濃度、污泥量、加藥量等指標(biāo)即可自動連續(xù)地處置污泥。新增2臺污泥疊螺機及配套設(shè)備投資119萬元。
4、投資狀況及效果評價
4.1 投資狀況及運轉(zhuǎn)費用
2臺疊螺機及配套設(shè)備投資119萬元,2臺污水提升泵投資18萬元,土建費用5萬元,平流沉淀池利舊改造費用8萬元,優(yōu)化改造合計投入150萬元。
污水處置系統(tǒng)優(yōu)化改造后,增加的運轉(zhuǎn)費用主要為營養(yǎng)液投加,每天投加500kg,日增加藥劑費用約800元,折合噸廢水運轉(zhuǎn)本錢增加0.3元,但投加營養(yǎng)液為暫時性改善污泥性狀的措施,不會長期投加。
4.2 整體效果評價
(1)疊螺機投運后,運轉(zhuǎn)穩(wěn)定牢靠,大幅提升了系統(tǒng)的污泥處置才能,日產(chǎn)出含水率75%的污泥7.2~14.4t,完整滿足目前系統(tǒng)污泥增殖量處置需求,確保了三沉池和清污分流系統(tǒng)出水懸浮物含量達標(biāo)且穩(wěn)定;與此同時,生產(chǎn)中加大了對初沉池的排泥,以便及時將污泥中的無機成分脫除,有效降低污泥的無機組分含量,提升活性污泥的含量,從而提升了活性污泥的處置才能,保證了系統(tǒng)的長周期、平安、環(huán)保、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
(2)經(jīng)過源頭增設(shè)氣化廢水預(yù)處置程序,降低了污水處置廠進水懸浮物(煤灰)濃度,調(diào)理池進水發(fā)黑問題明顯改善,經(jīng)過3個月的運轉(zhuǎn),生化污泥組分得到改善,鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥中無機組清楚顯減少、有機組分增加,生化池污泥濃度大幅降低,污泥活性加強,出水水質(zhì)明顯改善。
4.3 進出水指標(biāo)比照
改造前后污水處置系統(tǒng)進出水指標(biāo)比照見表3。能夠得出結(jié)論:
①改造前后進出水水量及進水COD和NH3-N指標(biāo)根本無變化;
②經(jīng)過源頭管理,進水懸浮物含量由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標(biāo)的根底上進一步得到優(yōu)化,水質(zhì)滿足2019年山東省新公布的《流域水污染物綜合排放規(guī)范第1局部:南四湖東平湖流域》(DB37/3416.1—2018)請求;
④生化系統(tǒng)污泥濃度從11000~13000mg/L降至5000~7000mg/L,大幅降低,污泥中無機組清楚顯減少,有機組分增加。
5、結(jié)語
(1)2017年以后,隨著魯南化工多個新項目的投運,污水處置系統(tǒng)負荷增加,污泥不能及時、有效排出,生化污泥濃渡過高,泥齡老化,對系統(tǒng)處置才能和出水水質(zhì)形成較大影響,存在較大的環(huán)保風(fēng)險。后經(jīng)一系列優(yōu)化改良,保證了污水處置系統(tǒng)的良好運轉(zhuǎn)。
(2)生化污泥是整個生化處置系統(tǒng)的中心關(guān)注對象,應(yīng)經(jīng)過定期剖析污泥濃度、SV30等指標(biāo),并分離鏡檢判別生化污泥的活性情況,這對指導(dǎo)污水處置設(shè)備的平安、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)具有重要的意義。
(3)疊螺式污泥脫水機設(shè)備規(guī)劃緊湊,投資低,具有裝置調(diào)試簡單、占空中積小、毛病率低、操作煩瑣等優(yōu)點,且其運轉(zhuǎn)穩(wěn)定牢靠,值得在水處置范疇中推行應(yīng)用。