污水處理廠進(jìn)水中大量泥沙對生產(chǎn)運行的影響研究

【摘要】針對青島市某污水處理廠近2年來進(jìn)水系統(tǒng)含沙量激增，使生物處理系統(tǒng)活性污泥異常和污泥處理系統(tǒng)設(shè)備管道堵塞、異常磨損等，給污水處理廠運行帶來一系列不利影響。為盡量減少不利影響，需要對特細(xì)砂進(jìn)入污水廠后的各類影響進(jìn)行深入研究并尋找對策。

【關(guān)鍵詞】泥沙累積；工藝影響；應(yīng)對措施

青島市某污水處理廠的進(jìn)水來源40%的工業(yè)廢水、60%生活污水，近幾年來，隨著上游匯水區(qū)域的擴(kuò)展和匯水流域的市政開發(fā)，進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生了很大的變化，尤其是2014年以來進(jìn)水中大量含細(xì)微沙泥的污水進(jìn)入污水廠，對污水處理廠的生物系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)的工藝運行造成了很大的影響。污水中的細(xì)微砂含量高，粒徑小，易堵塞排泥管道，加速污泥泵粉碎機(jī)等設(shè)備磨損，減少生物池有效容積和降低氧傳遞效率，增加噸水電單耗。

青島市處于沿海丘陵地帶，地表含沙量高，部分城區(qū)雨污水分流制并不嚴(yán)格，雨天有部分混合污水通過溢流井進(jìn)入污水管道，導(dǎo)致大量細(xì)微泥沙混和污水進(jìn)入污水處理廠。污水中細(xì)砂主要包括沙子、礫石、施工黃土、煤渣等比有機(jī)物顆粒比重大，沉降速度快的固體顆粒，該廠曝氣沉砂池的設(shè)計參數(shù)是去除進(jìn)水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的沙粒，但是根據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù)沙粒粒徑在0.25mm以下的細(xì)砂所占比例65.7%，因此推斷有很大比例的細(xì)砂并不能在曝氣沉砂池沉降下來，所以對于污水中大量細(xì)砂對整個污水處理廠各工藝段影響的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1、污水廠簡介

此污水處理廠位于青島市市北區(qū)北部，占地面積15.5公頃，服務(wù)面積124平方公里，包含青島市市北區(qū)、李滄區(qū)及嶗山區(qū)的部分區(qū)域，服務(wù)人口約80萬。目前總處理設(shè)計規(guī)模17萬噸/日。現(xiàn)在出水主要指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。生物處理采用多模式A/A/O工藝；一級A升級改造工程于2010年12月通水運行，采用MBBR強(qiáng)化脫氮與三級深度處理工藝；污泥處理工藝為中溫厭氧消化加離心脫水。近幾年出水水質(zhì)穩(wěn)定，綜合出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率較高。

該污水廠的工藝流程圖如下：

2、細(xì)微泥沙累積在污水處理廠造成的各生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

該污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)受到較多因素影響，除了與收集的生活污水、工業(yè)污水的水質(zhì)有關(guān)外，因上游匯水區(qū)域截污匯入部分河道污水，還受到降雨期間季節(jié)性特征等方面的影響，有機(jī)物濃度、TN、TP、懸浮固體等都呈現(xiàn)一定的季節(jié)性特征。

污水處理廠進(jìn)水懸浮固體、COD、BOD等近兩年的變化特征如下：

從表一、圖一二可知，進(jìn)水水質(zhì)和2014年和2015年的進(jìn)水水質(zhì)和生物處理系統(tǒng)年變化規(guī)律，兩年的4月至10月的SS/COD均是高于年初年尾，1-3月11-12月的COD均較高，在7、8、9三個月COD含量達(dá)到最低，這表明隨著季節(jié)變暖雨水增多，污水中的無機(jī)物含量增加。對比2014、2015年的變化規(guī)律2014年的SS/COD還比較正常，均值為0.89，最高1.08，最低0.64，數(shù)據(jù)穩(wěn)定波動較少；但是2015年數(shù)據(jù)就波動較大，從最小0.54波動到2.16，與有關(guān)專家研究的合理比例1.1的比值相比，2014年的數(shù)據(jù)比較正常，2015年從5月份開始比值逐漸增加，這說明進(jìn)水中無機(jī)物含量逐漸增加，尤其是7月份以后大量的細(xì)微泥沙進(jìn)入了污水廠，由于沙量過大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了曝氣沉砂池的除砂負(fù)荷，導(dǎo)致大量泥沙進(jìn)入后續(xù)各個工藝段，對正常工藝造成了嚴(yán)重影響。

從圖二MLVSS/MLSS的比值變化和表二的數(shù)據(jù)變化可知，隨著進(jìn)水中泥沙的增加，活性污泥濃度增加較快，但是MLVSS過低，MLVSS/MLSS過低，同一個生物池數(shù)據(jù)比較分析，從2014年起持續(xù)下降，從2014年的均值0.52和0.48降至2015年的0.45和0.41，最低達(dá)到了0.26的極低值，活性污泥中的活性物質(zhì)占比僅占正常比值0.6的43.3%，活性污泥的活性急速下降。為了保持工藝穩(wěn)定出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需要保證單位體積內(nèi)較多的微生物量，因此工藝控制時導(dǎo)致了MLSS持續(xù)上升，最高達(dá)到了10000mg/L的超高水平。

從圖三中沙水分離器分離的細(xì)沙泥干后照片可以看出分離出的物質(zhì)含沙量極高，基本就是黃泥和細(xì)砂的混合物，含固率達(dá)到了16.69%，烘干后有機(jī)物含量比例僅占17.73%。

3、細(xì)微泥沙累積在污水系統(tǒng)中對污水廠運行的影響

大量細(xì)微泥沙進(jìn)入生物處理系統(tǒng)后，對生物池的運行影響比較嚴(yán)重：一、大量細(xì)微泥沙使活性污泥的活性微生物占比降低，為維持一定的活性微生物量，需要適當(dāng)增加污泥濃度、增加泥齡，這樣反而加劇了細(xì)微泥沙的淤積， 使細(xì)胞處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，污泥活性進(jìn)一步降低。二、為了保持高濃度活性污泥良好的懸浮狀態(tài)，提高氧的傳遞效率，需要增加曝氣量，大量的曝氣量雖然可以使污泥混合更均勻，但是會影響菌膠團(tuán)凝聚，破壞絮體結(jié)構(gòu)，能耗也相應(yīng)增加。三、過高的溶解氧會使有機(jī)物分解過快，微生物營養(yǎng)缺乏，污泥老化，活性下降。四、泥沙增加了剩余污泥量，增加了污泥處理設(shè)備的處理負(fù)荷。如果不能及時排除還會造成污泥濃度持續(xù)升高，進(jìn)入了一個惡性循環(huán)的怪圈。

大量細(xì)微泥沙導(dǎo)致預(yù)處理單元與泥處理單元設(shè)備經(jīng)常堵塞。吸砂泵、初沉池排泥泵、污泥粉碎機(jī)、脫水機(jī)進(jìn)泥泵、脫水機(jī)等等設(shè)備管道經(jīng)常由于沙量太大堵塞，同時設(shè)備磨損嚴(yán)重，脫水機(jī)泵類轉(zhuǎn)動部位受損最重，比如粉碎機(jī)刀片原來2年更換一次，現(xiàn)在沙量最嚴(yán)重時1個月就把刀片磨禿了。在污泥處理過程中，大量沙粒存在會導(dǎo)致一種類似混凝土凝固的問題出現(xiàn)，只能通過人工從設(shè)備中挖出來，不但浪費人力，而且還時時存在著很大的安全隱患。

4、污水處理廠的應(yīng)對措施

4.1除砂系統(tǒng)運行調(diào)控優(yōu)化，盡量提高除砂系統(tǒng)的除砂效果

進(jìn)水前端曝氣沉砂池的除砂效果是最關(guān)鍵的一段：該污水廠常年處于水量超設(shè)計負(fù)荷運行，曝氣沉砂池的水力停留時間只有4min，不能延長，只能通過其他控制措施增加除砂效果。根據(jù)多年的運行經(jīng)驗總結(jié)如下：控制污水在池中的旋流速度和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。旋流速度與砂粒粒徑有關(guān)，污水中的砂粒粒徑越小，要求的旋流速度越大。但旋流速度也不能太大，否則有可能將已沉下的砂粒重新泛起。旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與除砂效率有關(guān)，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)越多，除砂效率越高。在實際運行中可以通過調(diào)整曝氣強(qiáng)度來改變旋流速度和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，保證達(dá)到穩(wěn)定的除砂效率。當(dāng)進(jìn)入曝氣沉砂池的污水量增大時，水平流速也會加大，此時可以通過提高曝氣強(qiáng)度來提高旋流速度和維持旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不變。

沉砂量取決于進(jìn)水的水質(zhì)，運行人員必須認(rèn)真摸索和總結(jié)砂量的變化規(guī)律，及時將沉砂排放出去。排砂間隔時間太長會堵卡排砂管和刮砂機(jī)械，而排砂間隔時間太短又會使排砂數(shù)量增大、含水率提高，從而增加后續(xù)處理的難度。曝氣沉砂池的曝氣作用常常會使池面上積聚一些有機(jī)浮渣，也要及時清除，以免重新進(jìn)水中隨水流入后續(xù)生物處理系統(tǒng)，增加后續(xù)處理的負(fù)荷。

4.2關(guān)注初沉池、濃縮池的工藝運行，保證良好的設(shè)備運行，提高除砂效果

初沉池的除砂效果好也能防止沙量進(jìn)一步進(jìn)入生物系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)：要經(jīng)常檢查和控制初沉池的水力條件，保證進(jìn)水和出水的均勻，防止水的偏流、斷流、出現(xiàn)死角，以保證較高的沉淀效率；保證浮渣的及時清除；保證排泥的穩(wěn)定和連續(xù)規(guī)律運行，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及時調(diào)整排泥次數(shù)和排泥持續(xù)時間，盡量排除細(xì)微沙子，以免進(jìn)入生物池對生物系統(tǒng)造成過大的影響；提高設(shè)備的關(guān)注度，盡量保證降低設(shè)備故障率，可以保證設(shè)備的高運轉(zhuǎn)率，保證除砂效果。

系統(tǒng)通過優(yōu)化后，日均除砂量由原來的6方/天，提高到了9方/天，除砂量提高了50%，排泥泵、脫水機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備管道的堵塞現(xiàn)象也減少頻次。

5、結(jié)論與建議

5.1結(jié)論

（1）大量細(xì)微泥沙進(jìn)入污水處理廠，不但對生物處理系統(tǒng)的微生物運行影響比較嚴(yán)重，影響生物活性、增加污水廠的能耗，而且還導(dǎo)致預(yù)處理單元與泥處理單元設(shè)備出現(xiàn)磨損、堵塞等嚴(yán)重影響生產(chǎn)運行的情況；

（2）污水處理廠可以通過一些應(yīng)對措施來盡量減少沙量大對系統(tǒng)的影響，比如：除砂系統(tǒng)運行調(diào)控優(yōu)化，盡量提高除砂系統(tǒng)的除砂效果；關(guān)注初沉池、濃縮池的工藝運行、保證良好的設(shè)備運行，提高除砂效果。

5.2建議

（1）建議污水廠協(xié)調(diào)上游管網(wǎng)管理部門，盡量減少雨污混流的情況，尤其是盡量避免地表水進(jìn)入污水管網(wǎng)；

（2）進(jìn)一步開展曝氣沉砂池的去除沙量粒徑的研究，有必要的話增加去除其余粒徑沙子的除砂設(shè)備，盡量避免特細(xì)砂進(jìn)入后續(xù)工藝段。