城鎮生活污水處理廠A2O工藝運行狀態的快速判別

姜科,王真真,戰琪,廖曉希,曹喆

(長沙環境保護職業技術學院 環境工程學院,湖南 長沙 410004)

隨著我國城鎮化進程的不斷深化,居民生活水平提高,城鎮生活污水的排放總量逐年增加。城鎮污水中的主要污染指標包括生物化學需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、懸浮固體(SS)、pH值、氮、磷、有毒化合物等。目前較為流行的城鎮污水處理工藝為A2O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝、生物接觸氧化工藝、生物濾池以及膜生物處理工藝等基于活性污泥的生物處理工藝[1]。在我國現有城鎮污水處理廠的運營管理過程中,主要關注的仍然是出水污染物濃度等末端參數及部分過程控制參數,由于活性污泥工藝處理的周期性和末端控制指標的滯后性[2],僅僅通過末端污染物參數的監控難以做到全面、快速地對污水處理工藝運行狀態的判斷和故障分析排除,對工藝運行穩定性不利。因此,需要建立基于污水處理工藝全過程運行狀態的快速判別方法,助力污水處理工藝的長期穩定高效運行。

A2O工藝通過厭氧、缺氧和好氧的組合以及不同的污泥回流方式來去除水中有機污染物和氮、磷[3],是目前城鎮污水處理廠中應用最為廣泛的一種生活污水處理工藝。例如廣州大坦沙污水處理工程(15萬t/d)、桂林市第四污水處理廠(10萬t/d)、無錫市蘆村污水處理廠(二期,10萬t/d)、昆明市第二污水處理廠(10萬t/d)、青島市團島污水處理廠(10萬t/d)都采用了A2O工藝。

本文A2O工藝為例,對城鎮生活污水處理工藝運行狀態的快速判別方法進行了探討。通過A2O工藝原理分析和污水處理廠實地調研(長沙花橋污水處理廠、長沙雨花水質凈化廠、長沙洋湖污水處理廠等),結合相關規范標準[4-7],確定出A2O工藝運行狀態的判別方法,在此基礎上,設計了一款可以快速識別、分析故障的軟件,一鍵確定異常現象、故障原因和解決措施,助力A2O工藝的智慧運維。

1 A2O工藝運行狀態的常規判別

1.1 通過末端污染物監控指標判別

一般來說,末端污染物數據可以通過在線監測設備直接獲取,通過比對末端污染物數據和相應的排放標準,如城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB 18918—2002),即可判別工藝運行的整體狀態。

除此之外,還可以通過核算污染物實際去除率,并與污染物理論去除率進行對比,計算出相對誤差,判別工藝運行的整體狀態。

A2O工藝中污染物的理論去除率如表1所示。

表1 A2O工藝中污染物的理論去除率

1.2 通過運行過程工藝參數判別

工藝運行狀態正常時,各過程控制參數如下:

1)溶解氧:A2O工藝中溶解氧DO的正常范圍為:厭氧段DO≤0.2 mg/L,缺氧段DO=0.2～0.5 mg/L,好氧段DO≥2 mg/L。

2)MLSS:A2O工藝中混合液懸浮固體濃度MLSS的正常范圍為2 000～4 500 mg/L。

3)污泥濃度:混合液揮發性懸浮固體(MLVSS)與MLSS的正常比值為0.75 左右。污泥沉降比(SV)的正常范圍是15%～30%。污泥容積指數(SVI)的正常值為50～150 mL/g。SV 和SVI、MLSS的換算關系為:SVI=SV×10/MLSS。

4)氣水比:曝氣量不足,會導致溶解氧含量不足、 硝化反應不能正常進行以及出水總氮和總磷濃度超標。一般每噸污水需空氣5～12 m3。

5)氧化還原電位:厭氧段氧化還原電位(ORP)小于-250 mV,在缺氧段小于-100 mV。

6)混合液回流比:混合液回流比(內回流比)=內回流流量/進水流量。一般混合液回流比的正常范圍在100%～400%。

7)外回流比:外回流比(污泥回流比)正常范圍在40%～100%。

8)外加藥劑用量:在深度處理階段,通常聚合氯化鋁用量為0.15～0.6 t/萬m3污水,聚丙烯酰胺用量為0.01～0.1 t/萬m3污水。

2 A2O工藝運行狀態的間接判別

2.1 通過污水處理設施電耗判別

通過分析處理單位污水所使用的電耗來衡量工藝運行情況。將每處理單位體積的污水所消耗的能耗折算為電能(kW·h/m3)表示,并與污水處理工藝典型電耗值進行比較,分析工藝運行狀態。

一般1 t污水耗電量為0.2～0.35 kW·h(度),噸污水耗電量在此范圍內時,認為工藝運行狀態正常。污水處理工藝中,整個曝氣系統耗電約占整個污水處理廠50%以上,如所占比例偏少,說明未全面使用曝氣系統,工藝運行狀態不正常。

2.2 通過活性污泥性狀判別

通常連續處理過程中的水質分析只表示取樣點或者取樣這一時刻的狀態。如果有少量有毒物質混入到了污水處理廠,除非毒物混入時間與取樣時間重疊,否則難以掌握是否有毒物混入。通過生物相診斷,只要曝氣池的生物受到毒物影響,毒物混入后就能推測出來。即使出現的生物種類發生了變化,通過殘留的尸體和痕跡,仍然可以大致判斷運行狀態和異常原因。因此,有必要通過觀察活性污泥生物相、上清液透明度、污泥顏色、狀態、氣味等,定時檢測和計算反映污泥特性的有關參數。

判別規則為:

出水應清澈透明,無明顯氣味,曝氣池大量泡沫并有下水道氣味說明生物量不夠,單純大量泡沫可能混入其他廢水,出水發黃可能超標;

在總排口生長較多的絲狀藻類可能出水總磷偏高;

查看出水堰口的生物特征,如有綠苔,說明出水情況較好,如掛白膜,說明出水氨氮較高;

觀察二沉池出水狀況,看出水是否帶有微小的污泥絮粒,正常情況下上清液透明,無漂泥。如果局部污泥大塊上浮而且污泥發黑帶臭味,則表明二沉池需加大排泥力度;如果二沉池出水混濁,則表明前道的生化處理不完全,即生化停留時間不夠。

2.3 通過污泥排放量判別

工藝運行狀態正常時,一般處理水量和干泥產生量正常比例為1∶0.000 1～0.000 12;處理水量和濕泥產生量的正常比例(濕污泥含水率為80%)為1∶0.000 5～0.000 6。

2.4 通過設備運轉狀態判別

定義設備運轉率=設備運轉時間/(設備運轉時間+設備停運時間)×100%

如果提升泵、曝氣風機、污泥回流泵、剩余污泥泵、污泥脫水機等設備運轉率偏離設計值±30%,則可以認為A2O系統運行不正常。

如果提升泵、曝氣風機、污泥回流泵、剩余污泥泵、污泥脫水機等設備耗電總量偏離正常值的±30%,則可以認為A2O系統運行不正常。

3 A2O工藝運行狀態的快速判別

作為污水處理運營技術人員,將上述常規判別方法和間接判別方法靈活運用,即可實現A2O工藝運行狀態的快速判別。但是,由于整體工藝設計的設備、構筑物、參數眾多,如果能夠基于上述判別方法,設計自動識別、分析A2O工藝運行狀態的軟件,對助力快速判別有重要意義。

本文首先以工藝運行參數、泥水性狀指標、設備運行狀態等方面為切入點,系統分析了正常狀態、異常現象、異常原因及故障解決措施之間的關聯,如表2～4所示。

表2 基于工藝運行參數的運維技巧

表2(續)

表3 基于泥水性狀指標的運維技巧

表4 基于設備運行狀態的運維技巧

表4(續)

基于表2～4設計得到的快速判別軟件如圖1所示。

只需要在軟件中輸入工藝、污泥和設備的參數,就可以一鍵快速確定異常現象、故障原因和解決措施,解決工藝參數復雜難記、易出錯等問題。

圖1 A2O工藝快速判別軟件

4 結論

本文以A2O工藝為例,通過工藝原理分析和污水處理廠實地調研,結合相關規范標準,依次確定了A2O工藝運行狀態的常規判別方法和間接判別方法,提出了分別基于末端污染物監控指標、工藝參數、污水處理設施電耗、污泥排放量、設備運轉狀態等的判別依據。在此基礎上,綜合分析了工藝運行參數、泥水性狀指標、設備運行狀態等方面的運維技巧,設計了一款可以快速識別、分析故障的軟件,為實現A2O工藝的智慧、高效、穩定運營提供了一種可借鑒的手段。