城市污水处理厂提高污泥浓度的理论与实践_李燕

第一作者:李燕,女,1969年生,硕士,副教授,主要从事水污染控制的设计与科研工作。＊中国矿业大学科技基金资助项目(No.0P080307)。城市污水处理厂提高污泥浓度的理论与实践＊李燕李昂张雁秋(中国矿业大学环境与测绘学院,江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州221008)摘要在城市污水处理厂运行中,通过提高污泥回流比实现提高污泥浓度是有限的。分点进水高效脱氮除磷(ECOSUN-IDE)工艺改变了传统的进水方式,在活性污泥系统中进行分点进水,大幅度提高了污泥浓度,从而改进了城市污水处理厂脱氮除磷效率。关键词活性污泥法污泥浓度回流比由于活性污泥法具有同时脱除碳、氮、磷且处理成本低等优点,已经在城市污水处理厂得到广泛应用,成为最为普遍、经济、有效的脱氮除磷方法。构成活性污泥法有3个基本要素,一是活性污泥;二是有机物浓度;三是溶解氧。提高污泥浓度可以提高微生物量,从而直接影响城市污水处理厂的脱氮除磷效率。但是曝气池污泥浓度不能大幅度提高。主要原因是高的曝气池污泥浓度对二沉池影响非常大,必然要求有较大的二沉池来满足曝气池高污泥浓度混合液的澄清要求,这样就使得二沉池的投资剧增。同时,高的曝气池污泥浓度必然要求高的污泥回流比,这样一方面使得回流污泥泵功率加大,运行费用增加;另一方面污泥回流系统的工程投资费用也相应增加。因此,大部分城市污水处理厂曝气池污泥质量浓度在2000～4000mg/L。1回流污泥浓度优化理论污泥回流比是活性污泥法工艺最重要的运行控制参数,它影响着整个活性污泥系统,并直接影响曝气池污泥浓度。曝气池污泥浓度计算公式:X0=rXr/(1+r)(1)式中:X0为曝气池污泥质量浓度,mg/L;r为污泥回流比;Xr为回流污泥质量浓度,mg/L。根据式(1),在回流污泥浓度一定的情况下,污泥回流比越大,曝气池污泥浓度越高。因此,若要提高曝气池污泥浓度,只有通过提高污泥回流比的方法,但是这种提高是非常有限的。很多水处理设计工作者曾经应用式(1)计算曝气池污泥浓度。例如,设回流污泥质量浓度为10000mg/L,取污泥回流比为4,计算得到曝气池污泥质量浓度为8000mg/L。这显然是不可能的。设回流污泥质量浓度为10000mg/L,在很多运行的活性污泥工艺系统中是常见的。但是,这种回流污泥浓度与污泥回流比为4的条件是矛盾的。在这种大污泥回流比的条件下,由于回流污泥在二沉池的浓缩时间已经大大缩短,回流污泥质量浓度不可能达到10000mg/L。因为,回流污泥浓度是污泥回流比的函数。根据式(1),笔者提出回流污泥浓度计算模型[1]:Xr=Xm(1+r)(1-e-kVrrQ)(1+re-kVrrQ)(2)式中:Xm为重力沉降情况下的最高污泥质量浓度,mg/L;k为污泥浓度变化常数,与二沉池构造和污泥特性有关;Vr为二沉池污泥区容积,m3;Q为处理水量,m3/s。曝气池污泥浓度和回流污泥浓度随污泥回流比的变化趋势见图1。由图1可以看出,污泥回流比增大,回流污泥浓度随之逐渐降低,而曝气池污泥浓图1污泥回流比对曝气池污泥质量浓度和回流污泥质量浓度的影响·103·李燕等城市污水处理厂提高污泥浓度的理论与实践DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2009.02.018度则逐渐增高;当污泥回流比趋向于无穷大时,两者趋向于同一数值。因此,城市污水处理厂在不扩大二沉池容积的前提下,通过提高污泥回流比实现提高污泥浓度的方法是有限的。2分点进水高效脱氮除磷工艺分点进水高效脱氮除磷工艺(ECOSUN-IDE)[2],通过改变传统的进水方式———分点进水,有效提高了活性污泥系统的污泥浓度。该工艺在徐州市、临沂市、沂水县、德州市4个城市污水处理厂工艺改造中得到成功应用。其工艺流程见图2。图2ECOSUNIDE工艺流程示意图ECOSUNIDE工艺提高污泥浓度的技术要点为:(1)不需提高污泥回流比或扩大二沉池容积;(2)全流程分点进水,实现厌氧区高污泥浓度(厌氧区污泥质量浓度可达到8000mg/L以上);(3)缺氧区/好氧区分点进水,一方面使好氧区污泥浓度提高,有利于硝化,另一方面提高缺氧池的污泥浓度,并通过进水提供反硝化碳源,促进反硝化。3工程实践以山东省沂水县城市污水处理厂改造为例,对污泥浓度的变化进行分析。沂水县城市污水处理厂设计规模为5万t/d,原处理工艺为水解池—生物滤池生化处理工艺,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)二级标准。采用ECOSUNIDE工艺进行改造,工程总投资为800万元,处理规模为5万t/d,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准。原工艺流程及改造工艺流程分别见图3和图4。将原水解池分为厌氧区/好氧区(O1),将原生物滤图3原工艺流程图4改造工艺流程O