達(dá)坂城區(qū)第二污水處理廠改良Carrousel氧化溝啟動(dòng)運(yùn)行調(diào)試的研究

房 睿

（新疆維吾爾自治區(qū)水文局,新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

達(dá)坂城區(qū)第二污水處理廠位于烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū),污水主要來(lái)源為達(dá)坂城區(qū)的居民生活用水以及少量工業(yè)廢水,一期（2020年）設(shè)計(jì)規(guī)模為5000 m3/d,二期（2025年）設(shè)計(jì)規(guī)模為5000 m3/d,總處理水量為10000 m3/d。達(dá)坂城區(qū)第二污水處理廠主體工藝采用“Carrousel 2000氧化溝+深度處理”工藝,出水采用次氯酸鈉進(jìn)行消毒,出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。污水處理達(dá)標(biāo)后夏季用于城區(qū)林木的灌溉,冬季尾水儲(chǔ)存在該污水處理廠北側(cè)的蓄水庫(kù)。

1 啟動(dòng)調(diào)試期間水質(zhì)、水量

1.1 進(jìn)廠水量分析

（1）進(jìn)水量日變化

待污水處理廠進(jìn)水穩(wěn)定后,觀察記錄連續(xù)五日日進(jìn)水變化情況見(jiàn)表1。

表1 氧化溝進(jìn)水日變化情況

由表1數(shù)據(jù)可知,氧化溝每日進(jìn)水頻率為8~9 次,平均進(jìn)水量為182.9 m3,日均進(jìn)水量為1536.6 m3,占比設(shè)計(jì)水量的30.7%,白天（9∶00~21∶00）進(jìn)水次數(shù)與每次進(jìn)水量比夜間（21∶00~次日9∶00）多。

（2）啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水量變化情況

啟動(dòng)調(diào)試期間［1］（2020年5月~6月）日進(jìn)水量變化情況見(jiàn)圖1。

圖1 啟動(dòng)調(diào)試期間日進(jìn)水量變化

從啟動(dòng)調(diào)試期間日進(jìn)水量變化數(shù)據(jù)觀察,可知：?jiǎn)?dòng)調(diào)試期間該污水處理廠進(jìn)水量波動(dòng)較大,其中5月1日進(jìn)水量最低,僅有1209 m3；6月29日最高,達(dá)到2095 m3,為最低水量的1.73 倍；5月~6月平均日進(jìn)水量為1520.77 m3。

1.2 進(jìn)廠水質(zhì)變化

（1）水質(zhì)日變化① 化學(xué)耗氧量

待進(jìn)水穩(wěn)定后,該污水處理廠連續(xù)五日進(jìn)水化學(xué)耗氧量濃度變化見(jiàn)圖2。該污水處理廠進(jìn)水化學(xué)耗氧量濃度在127 mg/L~753 mg/L區(qū)間,平均值為368.22 mg/L,較高于設(shè)計(jì)值350 mg/L,但進(jìn)水化學(xué)耗氧量濃度波動(dòng)比較大,進(jìn)水化學(xué)耗氧量最大值為最小值的6 倍之多。

圖2 五日進(jìn)水化學(xué)耗氧量變化情況

② 總磷

待進(jìn)水穩(wěn)定后,該污水處理廠連續(xù)五日進(jìn)水總磷濃度變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 五日進(jìn)水總磷變化情況

該污水處理廠總磷進(jìn)水濃度在3.46 mg/L~8.29 mg/L區(qū)間,均高于設(shè)計(jì)值2.5 mg/L,平均濃度為4.85 mg/L,為設(shè)計(jì)值的1.94倍之多,除5 月11 日0 點(diǎn)和2點(diǎn)外,其余均在平均值范圍波動(dòng)［2］。

③ 總氮、氨氮

待進(jìn)水濃度穩(wěn)定后［3］,該污水處理廠連續(xù)五日總氮、氨氮進(jìn)水濃度變化情況見(jiàn)圖4。

圖4 五日進(jìn)水總氮、氨氮變化情況

該污水處理廠總氮進(jìn)水濃度在39.58 mg/L~73.03 mg/L區(qū)間,平均濃度為52.03 mg/L,氨氮濃度在32.02 mg/L~61.12 mg/L區(qū)間,平均濃度為43.11 mg/L。由圖4 可知其進(jìn)水總氮、氨氮濃度波動(dòng)范圍較大,總氮進(jìn)水濃度［4］略低于設(shè)計(jì)值55 mg/L,但其氨氮平均濃度高于設(shè)計(jì)值32 mg/L。

通過(guò)對(duì)污水處理廠穩(wěn)定進(jìn)水后各污染物濃度［5］的分析,由于有少量工業(yè)廢水的摻入,所有進(jìn)水濃度最大值均超過(guò)設(shè)計(jì)值,進(jìn)水化學(xué)耗氧量、氨氮、總磷平均濃度均高于設(shè)計(jì)值。同時(shí)進(jìn)水化學(xué)耗氧量、總氮、氨氮濃度波動(dòng)較大,可能會(huì)給改良Carrousel氧化溝［6］的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

①進(jìn)水化學(xué)耗氧量濃度變化情況

該污水處理廠啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水化學(xué)耗氧量濃度的變化情況見(jiàn)圖5。

由圖5可知,進(jìn)水的日均化學(xué)耗氧量濃度在211.33 mg/L~532.33 mg/L之間,無(wú)較大波動(dòng),平均濃度為371.53 mg/L,但這期間進(jìn)水化學(xué)耗氧量大部分都超過(guò)350 mg/L,只有22 天化學(xué)耗氧量含量低于35.0 mg/L。

圖5 啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水化學(xué)耗氧量變化

② 進(jìn)水總磷濃度變化情況

該污水處理廠啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水總磷濃度的變化情況見(jiàn)圖6。

圖6 啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水總磷變化

啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水總磷濃度在3.42 mg/L~7.95 mg/L區(qū)間,均高于設(shè)計(jì)值2.5 mg/L,平均為5.10 mg/L,為設(shè)計(jì)值的2.04 倍。其中6 月的進(jìn)水總磷濃度明顯高于5 月。

③ 總氮、氨氮

該污水處理廠啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水總氮、氨氮濃度的變化情況見(jiàn)圖7。

圖7 啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水總磷變化

該污水處理廠啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)水總氮濃度在42.34 mg/L~67.24 mg/L區(qū)間,平均濃度為54.69 mg/L,氨氮濃度在29.12 mg/L~59.44 mg/L區(qū)間,平均濃度為44.59 mg/L。由圖7可知除5 月30 日與31 日外氨氮濃度均高于設(shè)計(jì)值。

古代對(duì)于過(guò)一段時(shí)間的意思有各種不同的表述方法，如“頃之”、“居頃之”、“良久”等。英譯文本中對(duì)此也采取了不同的表達(dá)：“平旦”譯為“When dawn came”；“居久之”譯為“after some time”；“頃之”譯為“following this”；“居無(wú)何”譯為“shortly after this”；“居頃之”譯為“sometime after”；“良久”譯為“after some time”。

2 污泥的培養(yǎng)

達(dá)坂城區(qū)第二污水處理廠于2019年12月完成修建,通過(guò)單機(jī)試車(chē)、調(diào)試負(fù)荷聯(lián)動(dòng),檢查曝氣系統(tǒng)、推流攪拌系統(tǒng)和污泥回流系統(tǒng)等,確保無(wú)滲漏后于2020年4月底開(kāi)始進(jìn)行污泥培養(yǎng)。接種、馴化活性污泥環(huán)節(jié)是污水處理廠的重中之重,通過(guò)將良好生長(zhǎng)的污泥接種到生物氧化池內(nèi)［7］,培養(yǎng)出能適應(yīng)新環(huán)境水質(zhì)、水溫等適應(yīng)性強(qiáng)的微生物,以此達(dá)到降解污水中有機(jī)污染物的目的。

2.1 污泥培養(yǎng)結(jié)果分析

達(dá)坂城區(qū)第二污水處理廠啟動(dòng)期間氧化溝內(nèi)污泥濃度增長(zhǎng)情況見(jiàn)圖8。

圖8 氧化溝內(nèi)活性污泥增長(zhǎng)情況

從圖8氧化溝內(nèi)活性污泥增長(zhǎng)情況可以看出：從污泥接種曝氣到后期注水,再到污泥濃度升高到1500 mg/L過(guò)程中,除第13 天外,由于氧化溝到二沉池的管道發(fā)生淤積堵塞［8］,進(jìn)行疏通工作使污泥濃度下降外,其余過(guò)程中污泥濃度均呈現(xiàn)顯著的上升態(tài)勢(shì),在第30 天濃度達(dá)到了最高值2678.9 mg/L。運(yùn)行期間每日取好氧段的污泥進(jìn)行監(jiān)測(cè),在第1 天~第10 天時(shí)通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)許多污泥分散絮凝體出現(xiàn)在上清液中,說(shuō)明污泥負(fù)荷增加了,活性污泥絮凝體體積和數(shù)量均在減少,且膠團(tuán)的顏色深重,邊緣模糊不清,外部形狀欠均勻,且存在少數(shù)漫游蟲(chóng)和鐘蟲(chóng)。在對(duì)活性污泥培養(yǎng)一定周期后,隨著活性污泥絮凝體體積的變大,呈現(xiàn)出松散、欠緊密的狀態(tài),老齡化污泥的比例在增加,隨后,漫游蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)數(shù)量也逐步增加［9］。從培養(yǎng)周期的第25 天起,膠團(tuán)顏色正常化,沉降和吸附性能均得到改善［10］,絮凝體邊緣明顯清晰化,上清液也變得清澈透亮,微生物的數(shù)量變多,種類(lèi)變得豐富,出現(xiàn)了極少數(shù)的楯纖蟲(chóng)、輪蟲(chóng)、根足蟲(chóng)、鞭毛蟲(chóng)等主要指標(biāo)性微生物。運(yùn)行后期結(jié)果表明：馴化污泥工作已基本完成,可以進(jìn)行下一階段的調(diào)試工作,體現(xiàn)出活性污泥性能和成熟度較高,菌膠體穩(wěn)定性好,且顏色較淺,主要微生物指標(biāo)均正常出現(xiàn),微生物的代謝變得活躍,上清液清澈透亮。

2.2 運(yùn)行參數(shù)調(diào)試

在完成培養(yǎng)污泥后,按照設(shè)計(jì)運(yùn)行模式進(jìn)入調(diào)試階段,調(diào)試初期前6 天進(jìn)出水濃度的處理效果,數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 調(diào)試初期前6天進(jìn)出水濃度 單位：mg/L

污水處理廠每日處理水量在1500 m3左右,屬于低負(fù)荷運(yùn)行［11］,出水化學(xué)耗氧量濃度在15.13 mg/L~30.12 mg/L區(qū)間,去除率達(dá)為91.9%~95.6%,能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；出水氨氮濃度在3.50 mg/L~6.61 mg/L區(qū)間,去除率在87.2%~92.1%；但出水總磷、總氮濃度平均值為1.82 mg/L、35.48 mg/L,未能達(dá)到出水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn),其平均去除率為60.63%和34.48%。

針對(duì)氧化溝系統(tǒng)總磷、總氮去除效果不佳的情況,對(duì)其相關(guān)影響因素進(jìn)行剖析：

（1）污泥齡（SRT）

污水處理廠在運(yùn)行過(guò)程中一般將SRT控制在15 d~20 d之間,該污水處理廠在前期培養(yǎng)污泥過(guò)程中,污泥濃度未達(dá)到設(shè)計(jì)濃度3500 mg/L,由于長(zhǎng)期未排泥,使得污泥齡增高。生物除磷需要通過(guò)排泥方可實(shí)現(xiàn)［12］,長(zhǎng)期未排泥是造成總磷去除率不高的主要原因,應(yīng)逐步加強(qiáng)排泥力度。

（2）MLSS/MLVSS

在氧化溝處理工藝中,污泥濃度應(yīng)控制在較低水平范圍,否則容易出現(xiàn)污泥齡老化現(xiàn)象［13］,進(jìn)而影響出水水質(zhì)狀況。達(dá)坂城區(qū)第二污水處理廠氧化溝系統(tǒng)中MLSS在3100 mg/L左右,而MLVSS僅有1200 mg/L左右,系統(tǒng)中MLSS/MLVSS僅為0.4,而通常生活污水MLSS/MLVSS的值應(yīng)該控制在0.75區(qū)間,說(shuō)明改良Carrousel氧化溝的活性污泥中生物量較少,污泥發(fā)生老化。

（3）污泥沉降比（SV30）

對(duì)氧化溝中好氧段進(jìn)行采樣分析,計(jì)算沉降比［14］,發(fā)現(xiàn)污泥沉降性能較差,沉淀30 min后,液面有少量棕色污泥顆粒,上清液中也有少量污泥顆粒,量筒壁上有少量氣泡附著。多次測(cè)量其SV30 都在50%以上,根據(jù)測(cè)定結(jié)果判定其可能發(fā)生污泥膨脹老化。

通過(guò)對(duì)以上氧化溝系統(tǒng)的排泥狀況、污泥年齡、MLSS/MLVSS和污泥沉降過(guò)程進(jìn)行觀察與分析,表明該污水系統(tǒng)的活性污泥已發(fā)生老化和膨脹［15］。污泥老化會(huì)引起菌膠團(tuán)中微生物的數(shù)量驟減,活性大幅度下降,從而影響系統(tǒng)的脫氮除磷效果。

根據(jù)氧化溝系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)以及相關(guān)參數(shù)的分析,結(jié)合污水處理廠的實(shí)際情況,從以下兩個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整：第一、針對(duì)長(zhǎng)期未正常排泥導(dǎo)致泥齡過(guò)長(zhǎng),污泥發(fā)生老化問(wèn)題,通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)污泥齡（SRT）改善系統(tǒng)的污泥性能；第二、針對(duì)總氮去除效果不佳的情況,將碳源投加時(shí)間由每8 h投加一次調(diào)整為氧化溝每次進(jìn)水后投加,總量保持150 kg/d不變,調(diào)整曝氣模式,研究適合該系統(tǒng)的曝氣模式。通過(guò)對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行比較,最終確定污水處理系統(tǒng)的最佳運(yùn)行參數(shù)組合。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明：結(jié)合氧化溝系統(tǒng)的運(yùn)行情況對(duì)SRT、曝氣模式進(jìn)行調(diào)試,調(diào)試結(jié)果表明：當(dāng)SRT=16 d時(shí),系統(tǒng)對(duì)總磷、總氮的去除效果最佳,對(duì)化學(xué)耗氧量、氨氮的去除效果與SRT=20 d時(shí)無(wú)較大差異；選用“氧化溝進(jìn)水開(kāi)始曝氣,停止進(jìn)水則停止曝氣”的曝氣模式在系統(tǒng)穩(wěn)定性以及污染物去除效果方面優(yōu)于連續(xù)曝氣與“曝氣2 h+停曝2 h”的曝氣模式,在試運(yùn)行期間,雖然進(jìn)水量較少,僅有設(shè)計(jì)值的30%左右,且進(jìn)水總磷、氨氮遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值,但出水總磷、總氮、氨氮、化學(xué)耗氧量平均濃度分別為0.12 mg/L、5.97 mg/L、0.48 mg/L、10.67 mg/L,平均去除率分別為97.75%、89.64%、98.93%、96.40%,表明該改良Carrousel氧化溝工藝的脫氮除磷及有機(jī)物的去除效果非常好。