活性污泥法工艺运行参数营养剂的投加的控制

洒家是环境人 2019-10-04 PM 48℃ 0条

1.书面定义及实践操作的理解

营养剂的投加,教科书上并没有特别的说明其定义,我们在理解的时候主要是要知道投加营养剂是为了向活性污泥提供营养支持,保证其正常的生长繁殖。实践中,营养剂投加不足会导致活性污泥诸多方面的问题,特别是活性污泥沉降比生物相显微镜方面能够发现诸多异常;而投加过量可导致放流出水的氮磷指标超标。

2.微生物对营养剂需求的原因

在处理生活污水时候,应该说污水的有机物和其他无机物之间的比例还是比较协调的,这时候活性污泥对各种营养元素的需求量不存在短缺问题;但是处理一般的工业废水时,经常会出现营养元素和微量元素的短缺和过量。

这里讲到的营养元素指的是微生物生长繁殖所必需的食物中除主要的碳氢化合物外的氮元素和磷元素,俗称氮磷,氮磷作为活性污泥的营养元素非常重要。

大家都知道活性污泥的微生物主体是细菌,细菌是由碳、氢、氮、磷、氧五种主要元素组成的,碳氢可以理解为有机物,因为有机物就是碳氢化合物,所以活性污泥生长的主体食物源即进流污水、废水中的有机物是供给活性污泥中细菌对碳氢的需求源。但是,微生物的正常生长繁殖仅有碳氢是远远不能保证细菌合成正常的细胞体的,其他氮磷元素同样需要补充。这也营养剂在活性污泥正常繁殖中的重要意义。

在实践操作中,考虑更多是食微比的概念,主要就是考虑污水、废水中碳氢对微生物的适调性状况,却往往忽略了营养剂对活性污泥正常繁殖所起的重要作用。这对细菌合成良好的新生活性污泥具有决定性意义。

3.营养剂对微生物供给的故障表现

3-14营养剂投加不当产生的结果及原因

营养剂投加情况

活性污泥的表现

原因分析

营养剂投加不足

活性污泥絮凝性差

活性污泥在分解有机物时需要配合比例的营养剂投加,当出现不足的时候就不能分解适合分解足量有机物的微生物了。在缺乏营养剂的状态下,活性污泥合成过程得不到氮磷的足量配合,絮凝性随即转差

活性污泥沉降性差

由于活性污泥絮凝性较差,过量细小的活性污泥絮团就更不能发挥较好的沉降性能了。同样,由于没能合成足够的微生物来应对进流相对高浓度的有机物,活性污泥处于高负荷状态,在污泥负荷较高的状态下出现活性污泥沉降性差也就成为必然了

活性污泥处理效果下降

处理效率的下降还是因为合成细菌体的时候营养剂的不足而导致不能有效和足量的合成。同时,活性污泥结构的松散和因沉降性差而流失是导致活性污泥处理效率差的另一个原因

二沉池流出水呈棕黄色

二沉池放流出水呈棕黄色有多种原因,其中因为活性污泥缺乏营养剂的足够补充二导致活性污泥合成和代谢的故障,就会发生活性污泥的解体,当解体的活性污泥溶解到水体中时便可以发现二沉池放流出水的异常了

营养剂投加过量

二沉池滋生青苔

青苔和藻类一样,利用光合作用进行繁殖,但同时需要营养剂作为必要元素。当营养剂投加过量时,极易导致在二沉池出水堰口上滋生青苔。在水质处理较好时也可发现藻类的踪迹。我们可以理解为投加入生化系统的氮磷过量导致活性污泥正常生长繁殖后不能全部利用尽投加的营养剂,在有富余的情况下就会出现相对的富营养化现象

二沉池出现浮泥

二沉池发生污泥上浮的原因很多,但是由于营养剂投加过多导致的活性污泥上浮,多半是活性污泥中存在过量的氮而导致活性污泥在厌氧状态下发生了活性污泥的反硝化现象。反硝化过程中产生的气体携活性污泥絮团上浮,其上浮状态常呈雪花片状上浮

4.营养剂投加点

营养剂作为微生物新陈代谢和繁殖的必要元素,就其投加位置来说,我们很清楚是投加在生化池内,但就具体位置而言,投加点设置在曝气池的首端时,尚不能与进流污水、废水快速混合,这对曝气池首端的活性污泥营养剂的供给来说是显得不足的。为了避免这种情况的发生,可以借鉴管道混合器的原理来改变这种不利状况,即在营养剂投加入生化系统之前就让营养剂与进流污水、废水进行充分的混合。当然也可以将营养剂投加到初沉池的出水堰中,同样能够达到相同的效果。

5.营养剂炮制方法

前面已经阐述过微生物生长繁殖所需的氮元素和磷元素,在供给氮元素的时候我们通常会选择用尿素进行炮制。尿素的含氮量在46%左右。炮制尿素的时候先放水入溶解槽,然后倒入尿素。当然在炮制尿素的时候,我们要注意不要将缝合用的线头拆卸到溶解槽内,以免堵塞加药泵,影响投药量及投药的效果。为了供给微生物所需的磷元素,我们可以炮制磷酸来提供磷元素,磷酸的浓度通常为85%。在炮制的时候,也可以先放水再投加磷酸入炮药槽,但是因为磷酸是腐蚀性液体,所以在炮制的时候,要佩戴防腐手套和防护眼镜。

6.营养剂投加方法

营养剂的投加方法通常有两种:一是将营养剂炮制成液体用定量泵投加;二是直接将固体或浓液体投加于生化池内。均匀连续地将营养剂投加入生化系统是非常有必要的,这可以充分发挥活性污泥降解能力,所以通过将营养剂炮制成稀溶液通过定量泵投加是比较理想的。相反,直接将营养剂抛洒入生化池就显得不可取,通过在设备故障或不稳定的时候可以临时使用,但就长远来讲还是要避免用此种方式供给营养剂。

7.营养剂投加量的确定

营养剂投加量的确定是合理投加营养剂的前提。在确定投加营养剂的量时,通常采用如下经验比例进行计算,即有机物:氮:磷=100:5:1。比例式中,有机物可以用BOD值来表示,氮用N来表示,磷用P来表示。实践中此比例值计算的时候,由于BOD值计算的滞后性,我们一般用COD值反推BOD值。但是,反推的比值需要检测多个对比值进行最终确认,而且也需要进行定期校验确认,这是COD转化为BOD正确性的重要保证。

此比值我们可以理解为每降解100g有机物,对应的需要降低5g氮和1g磷,才能保证活性污泥分解有机物时对营养剂的需求是平衡的。

下面通过一个例子来说明如何计算营养剂的投加量。

日处理水量:20000m3/d;

进入生化系统的COD值:500mg/l;

BOD/COD=0.4;

尿素含氮量:46%;

磷酸含磷量:85%。

计算:

每天投加尿素量=20000×500×0.4/1000×5/100/0.46=435kg

式中  20000——每日处理水量;

        500——进入生化系统的有机物含量;

        0.4——有机物浓度COD值转化为BOD值;

       1000——单位换算,即克转化为千克;

          5——有机物:氮:磷=100:5:1中氮的需求量比例;

100——有机物:氮:磷=100:5:1中有机物的需求量比例;

0.46——尿素中有效氮的含量;

每天投加磷酸的含量=20000×500×0.4/1000×1/100/0.85=47kg

式中  20000——每日处理水量;

        500——进入生化系统的有机物含量;

        0.4——有机物浓度COD值转化为BOD值;

       1000——单位换算,即克转化为千克;

          1——有机物:氮:磷=100:5:1中磷的需求量比例;

100——有机物:氮:磷=100:5:1中有机物的需求量比例;

0.85——磷酸中磷的含量。

8. 营养剂计算投加量和实际投加量的差值说明

通过营养剂投加量计算公式计算出的营养剂投加量往往较实际需求量大,这主要是因为忽视了进流污水、废水中或多或少还是含有营养剂的,如果忽略了这部分营养剂的含量,按理论投加量投加,出现排放水氮磷超标就比较正常了。因此要对进流污水、废水中氮磷值引起足够重视,将此部分氮磷含量计算出来,在理论计算值中扣除掉,这样投加的氮磷含量就不会过量了。

计算例如下(如前基本条件):

日处理水量:20000m3/d;

进入生化系统的COD值:500mg/l;

BOD/COD=0.4;

尿素含氮量:46%;

磷酸含磷量:85%;

进入生化系统的污水、废水含氮量:5mg/l;

进入生化系统的污水、废水含磷量:0.5mg/l。

计算:

进流水中氮含量的计算

N=20000×5/1000=100kg

式中   N——生化系统进流污水、废水中氮含量(kg);

20000——每日处理水量(m3/d);

       5——进入生化系统污水、废水中氮含量(mg/l);

    1000——单位换算,即克转化为千克;

100——计算出的最终流入生化系统的氮含量;

进流水中磷含量的计算

P=20000×0.5/1000=10kg

式中   N——生化系统进流污水、废水中氮含量(kg);

20000——每日处理水量(m3/d);

     0.5——进入生化系统污水、废水中磷含量(mg/l);

    1000——单位换算,即克转化为千克;

10——计算出的最终流入生化系统的磷含量;

7节中计算给出的答案是忽略进流污水、废水中营养剂的含量得出的。根据理论值计算出投加营养剂,就会出现出流水氨氮总磷偏高的现象,而在这个计算例中,我们就可以看到,如果没有扣除进流污水、废水的营养剂含量,实际就多投加尿素(100/0.46)=217kg,多投加了磷酸(10/0.85)=11.8kg,不但容易导致出流水的营养剂超标,就经济性方面也不合适。

9. 导致进流污水、废水营养剂偏高的原因

前已述及,通常的市政污水水质成分均衡,微生物所需的各种元素丰富,富含氮磷也很正常。但是,工业废水却总会缺少部分微生物所需的元素,特别是营养剂中的氮磷,这主要和工业废水成分单一有关。

但是,在实践操作中却可以看到如下现象:就是在检测调整池内的污水、废水时却还能检测到氮磷。看似矛盾的经检测结果,却给我们很多提示,不注意这一点的话通常很难把握最终向生化系统投加营养剂的量。那么,这些氮磷是哪里来的呢?要回答这个问题,需要从系统内的流程说起。通常进入调整池的污水、废水大多来自生产线上的污水、废水排放源,其中缺乏氮磷元素是非常普遍的,但是,来自压滤机的滤后水也会回流到调整池,另外生化系统的活性污泥废弃通常是要进入污泥浓缩池,而浓缩池上清液溢流后同样也回流到调整池内,如此,调整池中氮磷就会升高,特别是活性污泥排出剩余污泥时,通过浓缩池上清液回流进入调整池的磷含量是相当可观的。而氮的升高就没有磷这样明显了,其生产多与活性污泥的阶段性有关,在利用率不高时投加过量的尿素,自然会有部分回流到系统的首端调整池中。

10. 如何确认投加营养剂没有过量

要确认营养剂投加是否过量,通过理论计算并扣除进流污水、废水氮磷含量,由此得出的氮磷投加需求量理论上是对的,但往往还是会出现投加过多或过少的情况。那么如何找到一种快捷有效的方法来判断投加的氮磷是否适量并以此来指导投加量的修正呢?我们认为通过检测放流出水的氮磷含量是比较可行的方法。通常氮磷排放满足国家排放标准即可,但是这个检测值给我们在氨氮投加是否适量的方面的指导作用是明显的。理论上,检测到放流出水的氮磷值越小越好,因为检测值越小,代表微生物对投加补充的氮磷有效利用率越高,也越不浪费。同时,由于检测氮磷所需的检测时间不是太长,有利于及时对营养剂投加量进行调整。

11. 营养剂投加和其他控制指标的关系及联合分析方法

(1)营养剂投加和污泥负荷的关系。营养剂的投加量主要是依据进流废水中的有机物含量决定的,这在营养剂投加参考比值中也已提到。同样,活性污泥负荷与进流污水、废水有机物含量关系密切。当进流污水、废水中有机物含量过高时,就需要更多的活性污泥与之对应,增加活性污泥浓度自然需要多的营养剂作为合成细胞体的补充。相反,则活性污泥对营养剂的需求降低。活性污泥负荷的调整就活性污泥浓度这一可调措施来讲,往往是滞后的,但是,营养剂投加的调整则需要先行对应,这也是活性污泥浓度跟随调整的基础。

(2)营养剂投加与活性污泥沉降比的关系。活性污泥沉降比的好坏受到诸多方面的影响,这也是通过活性污泥沉降比的全程观察能够了解活性污泥系统诸多方面影响因素的原因。营养剂投加不足同样可以在活性污泥沉降比中得到确认。

当活性污泥缺乏营养剂的时候,活性污泥会出现解絮、菌胶团细小、出水浑浊等现象,主要还是因为活性污泥缺乏营养剂,导致活性污泥中微生物合成细胞体受限。这样的活性污泥沉降速度缓慢,处理效率低下,我们必须根据出流废水的氮磷检测数据,系统判断出活性污泥对营养剂的需求情况,避免出现营养剂投加不足的现象。

营养剂投加过量同样对活性污泥沉降不利,除了会发生污泥反硝化导致的污泥上浮,还会导致活性污泥系统中生物相的变化,我们可以从生物相观察中原生动物的种类得到印证,主要表现在爬行类纤毛虫的数量变化上。如楯纤虫的消失,累枝虫代替钟虫占优势等活性污泥原生动物的变化。从这个方面以发现营养剂投加过多,在一定时期内对活性污泥中的微生物的影响不大,但是长期过量投加,微生物种群将发生变化,影响的直接后果是活性污泥处理效率的低下。

(3)营养剂投加和原水成分的关系。营养剂的投加和进流污水、废水的原水成分关系密切,因为投加多少营养剂完全取决于进流污水、废水的有机物浓度和固有氮磷含量,我们从确定营养剂投加量的公式中就完全可以得到印证。并也提到市政污水由于主要污水来源是居民小区,所以其水质成分比较均匀,微生物所需的各种营养组分都能涉及到,这样的情况下,基本不需要补充额外的营养剂。而工业废水通常会缺少氮磷,但是有的工艺也不见得是这样的情况,主要还是从生产工艺中所用到的化学药品来进行分析。如果投加含有氮磷的化学药剂作为原辅料,那来自生产现场的排放废水中就含有或多或少的氮磷成分,有时甚至是过量的,这样对后续生化系统中的微生物来说可能是过量的,其结果是容易导致后段排水的氮磷超标。为此,我们有必要强化前段物化处理系统中对此部分过量氮磷的有效去除,特别是磷,可以通过投加氢氧化钙进行混凝沉淀去除。

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