1、東北低溫城市污水處理廠設(shè)計(jì)運(yùn)行探討1、低溫對(duì)污水處理工藝的影響目前，國內(nèi)外通用的污水處理技術(shù)主要是采用生物法，此方法具有處理徹底、有機(jī) 物降解率高、二次污染小、能耗低和運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)。但也存在微生物對(duì)環(huán)境的適 應(yīng)有要求，特別是水溫受自然環(huán)境影響的問題較難解決。國內(nèi)外大量的理論與試驗(yàn)研究 表明，正常水處理?xiàng)l件利用的是中溫菌，在1535C之間有較好的活性，當(dāng)水溫低于8C 或高于35°C時(shí)，微生物反應(yīng)的速度明顯降低。實(shí)際運(yùn)行中，水溫高于35°C的情況較少，降低水溫也比較容易。當(dāng)水溫低于8C時(shí)，中溫菌活性降低或死亡，但在北方地區(qū)保持水 溫不低于8C則是很困難的事，耗能和保溫都存

2、在問題。所以，如何保證北方地區(qū)污水處 理廠冬季正常運(yùn)行是一個(gè)急需解決的重要問題之一。溫度是一個(gè)重要的生態(tài)因子，是影響微生物生長與存活的最重要因素之一，對(duì)生物 個(gè)體的生長、繁殖、新陳代謝及生物種群分布和種群數(shù)量起著決定作用。此外，溫度對(duì) 活性污泥的絮凝沉降性能、曝氣池充氧效率以及水的粘度都有較大影響。由于低溫引起微生物生長緩慢和酶促反應(yīng)速度下降，必將導(dǎo)致活性污泥活性降低， 使得生物處理反應(yīng)速率下降。圖2 中溫性細(xì)菌生長速率和溫度關(guān)系圖3 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響根據(jù)生長溫度特性，微生物大致可分為 3類：高溫菌、中溫菌和低溫菌。低溫菌通常又被細(xì)分為兩類：一類是必須生活在低溫條件下，其最高生長溫度不

3、超過20C，在0C可生長繁殖的微生物稱為嗜冷菌；另一類是最高生長溫度高于 20C，在05C可生長繁殖的 微生物稱為耐冷菌。這兩類微生物的生態(tài)分布和低溫微生物學(xué)特征均存在差異，它們以 獨(dú)特的生理功能適應(yīng)環(huán)境當(dāng)環(huán)境溫度超過其最高生長溫度時(shí)，有些嗜冷菌細(xì)胞溶解且 隨之死亡。而耐冷菌比嗜冷菌更能忍受溫度波動(dòng)，其溫度適宜范圍也比較寬。因此，耐 冷菌更適用于污水處理。盡管已證明嗜冷性微生物在低溫下具有較高的污染物降解能力，并且已分離到幾種 耐低溫酵母菌，但是由于嗜冷性微生物種類較少，且污水中的生物量也少，易在活性污 泥中流失，所以其污染物去除能力沒有很好的發(fā)揮出來。又由于污水處理中的微生物大 多數(shù)是適溫微

4、生物，適溫微生物的最低生長溫度為 10C，低于10C時(shí)，起主要降解作用 的中溫菌已經(jīng)失去了降解有機(jī)物的能力，而冷適微生物由于世代時(shí)間較長，并且受自身 生理特性和各種生態(tài)因子的抑制作用，在數(shù)量上不能達(dá)到一定的程度，在量與質(zhì)上并未 形成優(yōu)勢(shì)群體，從而導(dǎo)致了生物處理效果的降低。因此，低溫條件下市政污水廠活性污 泥中微生物種群數(shù)量少、活性低、分解有機(jī)物能力弱、處理效率低、出水水質(zhì)差。在北方寒冷地區(qū)，水溫降低或過低可能使得污水處理過程出現(xiàn)一系列困難或問題， 包括物理與生物吸附能力下降，生物活性降低，沉淀不易，污泥膨脹等，導(dǎo)致污水處理 量與出水水質(zhì)很難保證與達(dá)標(biāo)。吸附作用水溫在5C以下時(shí)，溫度對(duì)活性污泥初

5、期吸附作用影響較大，水溫愈低愈明顯。0C時(shí)初期吸附作用不明顯，5C的吸附曲線初期吸附作用較高，隨著溫度的升高，初期吸附 效果變好。這是因?yàn)槔溥m微生物所分泌的細(xì)胞外聚合物變少以及酶催化作用的減少降低 了生化反應(yīng)速度，低溫時(shí)微生物本身代謝功能也逐漸減弱，吸附在活性污泥表面上的有 機(jī)物，不能很快被降解，未降解的有機(jī)物在活性污泥吸附表面上有所積累，在一定程度 上改變了被多糖類粘液層包覆的吸附表面的性質(zhì)，污泥的表面活性恢復(fù)的較慢，從而降 低了活性污泥的吸附作用。如果延長生物反應(yīng)時(shí)間，溫度對(duì)于COD去除率的影響將逐漸減少。這可以認(rèn)為總吸附表面積不會(huì)因水溫降低而減少，這就保證了低溫吸附去除作用 繼續(xù)存在。污

6、泥沉降 低溫條件下活性污泥的沉速較小，常溫條件下活性污泥的沉降性能明顯好于低溫條 件下活性污泥的沉降性能。主要原因如下，常溫條件下的中溫菌分泌的胞外聚合物較多， 使污泥的絮體結(jié)構(gòu)密實(shí)、大小適中，容易形成大塊絮狀體沉淀下來，因此具有良好的沉 降性能。而低溫條件下能夠代謝外源物質(zhì)的中溫菌的數(shù)量少，活性低。冷適應(yīng)微生物的 數(shù)量雖然有所上升但和常溫條件下的中溫菌相比數(shù)量較少，活性也較低。所以低溫條件 下微生物菌群的分泌能力低，胞外聚合物的數(shù)量大為減少，微生物間的相互作用變?nèi)酰?從而導(dǎo)致活性污泥顆粒細(xì)碎，不易形成大顆粒絮狀體，常常是細(xì)小的泥粒等速共沉，沉 速較小，溫度越低這種現(xiàn)象越明顯。從水質(zhì)特點(diǎn)上分析

7、，低溫環(huán)境下，水的粘滯性增高， 固體顆粒沉降阻力增大，降低了泥水分離效果，沉淀后的上清液仍有細(xì)小的懸浮顆粒隨 出水帶走。污泥膨脹有關(guān)研究表明在寒冷地區(qū)城市污水廠，除低氧、低負(fù)荷外，溫度也確是影響污泥膨 脹的重要因素。專家通過對(duì)膨脹污泥的顯微觀察和生化分析認(rèn)為微絲菌屬的小胸蟲在低 溫條件下會(huì)引起污泥膨脹。此細(xì)菌適合的生長環(huán)境是低溫、低負(fù)荷，在這種環(huán)境下它的 絲特別長，具有疏水性特點(diǎn)。低溫導(dǎo)致絲狀菌的過度生長是寒冷地區(qū)冬季和春季污泥膨 脹的主要原因。污泥脫水 對(duì)于低溫運(yùn)行的活性污泥，顆粒密度是影響污泥比阻的主要因素，而對(duì)于常溫活性 污泥，顆粒大小才是影響污泥比阻的主要因素。同時(shí)，低溫下絲狀菌的大量

8、出現(xiàn)導(dǎo)致了 污泥絮體疏松、密度減小，進(jìn)一步導(dǎo)致污泥比阻和沉降指數(shù)增大。與常溫運(yùn)行活性污泥 相比，低溫運(yùn)行活性污泥所攜帶的負(fù)電荷少而具有更高的親水性；低溫活性污泥的胞外 分泌物中含有更多的粘性物質(zhì)，使污泥的壓縮性降低而難于沉降。2、寒冷地區(qū)水質(zhì)水量特點(diǎn)污水是以其物理、化學(xué)和生物的組分來表征的。污水處理廠設(shè)計(jì)的前提條件是必須 正確掌握污水的水質(zhì)，由于污水的組成成分極其復(fù)雜，難以用單一指標(biāo)來表示其性質(zhì)。 因此，在眾多的水質(zhì)指標(biāo)中，按污水中雜質(zhì)形態(tài)大小分為懸浮態(tài)物質(zhì)和溶解態(tài)物質(zhì)兩大 類，每類按其化學(xué)性質(zhì)又可分為有機(jī)性物質(zhì)和無機(jī)性物質(zhì)；按是否消耗水體中溶解氧， 又可分為生物化學(xué)需氧量(BOD和化學(xué)需氧量

9、(COD等。在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，污 水水質(zhì)是確定處理設(shè)備能力和操作特性并確保達(dá)到處理目標(biāo)的必要條件，也是污水處理 廠規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。城市污水中污染物的含量與用水量、排水系 統(tǒng)、氣候以及生活習(xí)慣等相關(guān)，北方地區(qū)冬季寒冷，污水溫度低，同時(shí)由于生活習(xí)慣的差異，城鎮(zhèn)污水具有以下特點(diǎn)。(1) 水溫低。氣溫隨著季節(jié)呈周期變化，而水溫則隨氣溫變化，但其變幅相對(duì)較小， 特別是污水管道中水溫變幅不大。北方低溫地區(qū)的市政污水溫度一般在 815°C，少數(shù)在 68°C。(2) 水質(zhì)較差。由于該類地區(qū)冬季蔬菜較貴，居民多以肉食為主，且地下水位較深， 污水中滲入水少，居民用水量小

10、，洗浴水少，故水質(zhì)較差，含油多，污染物含量高。低 溫下管道自分解能力弱，夜間水質(zhì)較好，白天差，晝夜變化較大。(3) 水量變化大。該類地區(qū)冬季晝短夜長，所以白天的污水排放較為集中，而夜間 污水量較少，所以晝夜水量變化較大，易對(duì)污水廠形成水質(zhì)水量沖擊由于其特殊的水質(zhì)水量特點(diǎn)，在選擇城市污水處理工藝時(shí)，不僅要考慮水質(zhì)水量波 動(dòng)對(duì)工藝的影響，更要考慮溫度變化對(duì)工藝的影響，并在設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施， 保證低溫條件下市政污水廠的正常運(yùn)行。XXX市位于吉林省，屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，夏季溫?zé)岫嘤?，?季寒冷漫長，春秋季較短。年均氣溫 4.3 C,極端最低氣溫達(dá)到零下40C，多年平均降 雪約2

11、0mm歷年最大積雪深度達(dá)到460mn左右，最大凍土深度約-1.90m。XXX污水處理廠北緯約44度，屬于我國北緯35度以北的地區(qū)，冬季寒冷，冰凍 期長，降雪量大，晝短夜長，冬季進(jìn)水溫度一般在 610C，水量、水質(zhì)變化較大，易對(duì) 污水處理廠形成水質(zhì)、水量沖擊，使活性污泥中活性污泥微生物種群數(shù)量少、活性低、 分解有機(jī)物能力弱，導(dǎo)致污水處理效率低，出水水質(zhì)較差。3、寒冷地區(qū)污水廠工藝設(shè)計(jì) 在寒冷地區(qū)建設(shè)污水處理廠時(shí)，除要充分考慮原水的水質(zhì)狀況、水量變化、處理水 的出路、占地面積、運(yùn)行費(fèi)用等因素外，還需考慮低溫對(duì)生物處理的影響。由于特殊的 氣候條件，北方地區(qū)污水廠設(shè)計(jì)時(shí)必須慎選設(shè)計(jì)參數(shù)，注意構(gòu)筑物及設(shè)

12、備管閥的保溫。 要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，保證在低溫季節(jié)也能正常運(yùn)行。(1) 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇適當(dāng)降低污水處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷和表面負(fù)荷設(shè)計(jì)參數(shù)。(2) 池體設(shè)計(jì)除超高外，池體宜全部設(shè)于地下，從而滿足池體冬季保溫的需要。(3) 鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)應(yīng)考慮提高風(fēng)溫的加熱室設(shè)計(jì)，將冷空氣溫度加熱至 812 C,以 提高曝氣池水溫，這樣可使曝氣池水溫在最冷月份保持在 8 C以上，并在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)適當(dāng) 放大設(shè)計(jì)參數(shù)。(4) 池型設(shè)計(jì)適當(dāng)減小池子的平面尺寸，加大池子豎向尺寸，減少平面散熱面積。(5) 利用太陽能，采用采光保溫罩等加蓋措施，減少生物反應(yīng)池內(nèi)熱量散失，防止 冬季降雪引起的反應(yīng)池內(nèi)污水降溫。(6) 設(shè)備及管閥

13、設(shè)計(jì)設(shè)備最好設(shè)于室內(nèi)，否則應(yīng)采取保溫措施。管、閥宜設(shè)于管廊 內(nèi)。(7) 污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)有污泥回流時(shí)宜取回流比的上限，以維持生物池的高生物量。(8) 污水處理各露天構(gòu)筑物池壁采用發(fā)泡保溫板保溫，外砌磚圍護(hù)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行保溫 處理。4、寒冷地區(qū)污水廠運(yùn)行不得不采取增大污泥回流量、增長污水停留時(shí)間等措施，這些措施可能又進(jìn)一步會(huì) 降低污水水溫，尤其是污水停留時(shí)間的增長，會(huì)導(dǎo)致污水水溫隨時(shí)間線性下降。通?？赏ㄟ^增大污泥回流量、增長污水停留時(shí)間等措施讓耐低溫菌盡可能代謝污染 物。目前的工程中一般采用降低污泥負(fù)荷、增加污泥回流量、增長水力停留時(shí)間甚至對(duì) 池體做升溫或保溫等措施，以保證污水廠在冬季時(shí)的正常運(yùn)行，但這

14、不僅會(huì)增加工程的 投資和運(yùn)行費(fèi)用，還會(huì)帶來污泥膨脹等一系列問題?，F(xiàn)行的解決辦法非常有限，在我國部分北方城市常用的措施有：(1) 曝氣池、二沉池等池壁采用發(fā)泡保溫板保溫，外砌磚圍護(hù)(爐渣、膨脹珍珠巖 等填充)結(jié)構(gòu)，池頂加蓋等保溫措施；(2) 鼓風(fēng)機(jī)一側(cè)設(shè)空氣預(yù)熱室，將冬季-25-30 C的冷空氣預(yù)熱到58C；空氣管 道設(shè)置管廊，便于保溫處理等。(3) 適當(dāng)加熱污泥，包括回流污泥；(4) 用熱蒸汽給進(jìn)入曝氣池的污水加熱。 現(xiàn)行的這些辦法會(huì)增加污水處理的成本。5、問題分析5.1 設(shè)計(jì)規(guī)模XXX污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模 2xi04m/d，目前實(shí)際處理水量1.5 x 1041.6 x 104nVd , 實(shí)際規(guī)

15、模與原設(shè)計(jì)略有出入，這是我國目前污水處理廠普遍存在的問題。設(shè)計(jì)規(guī)模偏大， 導(dǎo)致設(shè)備與運(yùn)行狀態(tài)不符，運(yùn)行控制狀態(tài)調(diào)整困難，由此產(chǎn)生出水水質(zhì)超標(biāo)，同時(shí)造成 水處理成本增加。5.2 污水水質(zhì)國家標(biāo)準(zhǔn)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ14 87 (2005年版)中，建議對(duì)城市污水處理廠 的設(shè)計(jì)水質(zhì)需要進(jìn)行調(diào)查，然后確定進(jìn)水水質(zhì)。然而，有關(guān)的調(diào)查方法，取得的數(shù)據(jù)處 理等則未作規(guī)定。由于缺乏水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和有效的數(shù)據(jù)處理方法，目前己建成的部分城 市污水處理廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)與設(shè)計(jì)水質(zhì)存在較大差異，嚴(yán)重影響了城市污水處理廠的運(yùn) 行。XXX污水處理廠設(shè)計(jì)水質(zhì)偏高，目前實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)約為設(shè)計(jì)水質(zhì)的一半左右，原 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)確定方法

16、需要進(jìn)一步探討，對(duì)當(dāng)?shù)爻鞘形鬯|(zhì)狀況缺乏詳細(xì)調(diào)查，緊緊 依靠吉林當(dāng)?shù)赝愇鬯幚韽S的設(shè)計(jì)水質(zhì)來確定設(shè)計(jì)水質(zhì)，由此造成設(shè)計(jì)偏差，從而導(dǎo) 致污水處理廠建成后，進(jìn)水負(fù)荷不足，造成一定的投資浪費(fèi)，并造成實(shí)際運(yùn)行的困難。5.3 運(yùn)行管理 由于原設(shè)計(jì)水量水質(zhì)與實(shí)際狀態(tài)不一致，需要根據(jù)實(shí)際狀況調(diào)整運(yùn)行策略，從而保 證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，避免造成運(yùn)行成本過高。CAS生物反應(yīng)池是污水二級(jí)處理的核心，采用 4系并聯(lián)運(yùn)行，CASK藝具有一定的靈 活性，可以根據(jù)水質(zhì)水量變化調(diào)整運(yùn)行的個(gè)數(shù)以及各個(gè)反應(yīng)時(shí)段的時(shí)間，從而達(dá)到最佳 運(yùn)行狀態(tài)。目前XXX污水處理廠按照原設(shè)計(jì)控制方案運(yùn)行，造成處理負(fù)荷過低，難以 維持較高的活性污泥量

17、，同時(shí)導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用過高。吉林地區(qū)冬季最冷月氣溫可降至-20-30 C,在常溫條件下培養(yǎng)的污泥隨著水溫的降 低，需要進(jìn)行微生物的種屬篩選和淘汰，逐步適應(yīng)了低溫的自然環(huán)境，建立了新的生物 平衡關(guān)系。當(dāng)溫度在10C時(shí)，保持較穩(wěn)定的低溫運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間，污水溫度與微生 物建立穩(wěn)定的平衡關(guān)系后，處理效果可接近正常溫度的水平。目前XXX污水處理廠緊緊經(jīng)過一個(gè)冬季的考驗(yàn)，去年冬季開始調(diào)試，缺乏冬季運(yùn) 行的經(jīng)驗(yàn)。6、技術(shù)調(diào)整方案針對(duì)XXX污水處理廠現(xiàn)狀，從輸水管網(wǎng)、進(jìn)水水質(zhì)、控制策略、冬季保溫等方面 提出以下技術(shù)調(diào)整改造方案。6.1 污水收集2010年XXX市總?cè)丝?67萬人，其中城鎮(zhèn)人口 21萬人。由于當(dāng)

18、地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平限 制，污水管網(wǎng)雨污混接是突出的問題。雨污分流系統(tǒng)改造不到位，雨污混流、地下水滲 入以及河水倒灌等問題導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水污染物濃度降低。應(yīng)按照“廠網(wǎng)并舉、管網(wǎng)適度超前”的原則，采取一切必要措施，加快污水收集系 統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度，及時(shí)足量地將污染物收集到污水處理廠予以處理，充分發(fā)揮污水處理設(shè) 施的污染物減排效益。應(yīng)加大對(duì)現(xiàn)有雨污合流系統(tǒng)的改造力度，盡量實(shí)現(xiàn)雨污分流，由于客觀困難無法實(shí) 現(xiàn)分流的區(qū)域應(yīng)加大截留倍數(shù)，盡量提高污染物收集率，減少直接向水體溢流。另外， 應(yīng)強(qiáng)化對(duì)管網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)管理，及時(shí)進(jìn)行大修維護(hù)，防止污水大量外滲或地下水大量滲入。 應(yīng)在污水管網(wǎng)的安全溢流口設(shè)置逆止裝置，防止河水大

19、量倒灌進(jìn)污水管網(wǎng)，降低污水處理效率。6.2 低負(fù)荷運(yùn)行策略由于實(shí)際處理水量不足，約為設(shè)計(jì)的 80%進(jìn)水COD勺為設(shè)計(jì)的50%目前污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷不足原設(shè)計(jì)的一半，導(dǎo)致現(xiàn)有污水處理廠運(yùn)行出現(xiàn)一定問題。CAST中污泥濃度偏低主要是由于進(jìn)水負(fù)荷太低造成的，在進(jìn)水負(fù)荷不足，采用原設(shè)計(jì)的 4 池運(yùn)行方式和曝氣強(qiáng)度，必然導(dǎo)致活性污泥營養(yǎng)不足，產(chǎn)生自我消減，反硝化碳 源不足，從而導(dǎo)致目前處理效果不加，特別是出水氨氮超標(biāo)。同時(shí)浪費(fèi)曝氣的電耗。CASK藝運(yùn)行具有一定的靈活性，根據(jù)目前水量水質(zhì)現(xiàn)狀，可以適當(dāng)調(diào)整CAS工藝,采用 2格或3格運(yùn)行方式，達(dá)到微生物增殖的合適負(fù)荷，提高污泥濃度，并保證出水達(dá)標(biāo)。6.3

20、CAST運(yùn)行周期CAS運(yùn)行一個(gè)周期包含進(jìn)水、曝氣、沉淀和潷水4個(gè)階段，根據(jù)目前水量水質(zhì)現(xiàn)狀， 污泥濃度、污泥齡以及污泥回流比等控制參數(shù)，可以適當(dāng)調(diào)整每個(gè)周期和其中任何一個(gè) 階段時(shí)間，保證每個(gè)階段達(dá)到最佳效果。6.4 運(yùn)行參數(shù)控制冬季微生物的增殖緩慢，數(shù)量不高，消耗氧的數(shù)量少，冬季污水中原有少量熱量經(jīng) 鼓風(fēng)曝氣會(huì)很快散發(fā)，使原本較低的進(jìn)水溫度降得更低，因此通過控制曝氣量以減少曝 氣過程中對(duì)水的熱量損失。另外可以提高污泥回流比，減少污泥排放，延長污泥齡，維 持CAS中較高的污泥濃度。6.5 耐冷菌馴化XXX地區(qū)進(jìn)入秋季，氣溫就開始下降。在常溫條件下培養(yǎng)的污泥隨著水溫的降低，需要進(jìn)行微生物的種屬篩選和淘汰，逐步適應(yīng)了低溫的自然環(huán)境，建立了新的生物平衡 關(guān)系，保證冬季污水處理廠基本處于正常運(yùn)行狀態(tài)。6.6 生物強(qiáng)化生物強(qiáng)化處理工藝是指向生化處理系統(tǒng)中投加高效菌種或載體，以提高系統(tǒng)中的微 生物活性或濃度、強(qiáng)化生化處理效果的一種有效手段。冬季向系統(tǒng)投加在低溫條件下仍可有效降解污染物的耐冷菌、經(jīng)固定化處理的耐冷 菌、遺傳工程菌等，通過高效菌種的直接作用或共代謝