细微泥沙对污水处理系统及运行能耗的影响

摘要

近年来国内部分城镇污水处理厂的运行数据表明，在取消初沉池后，生化池出现较为严重的泥沙淤积，淤沙通常占其有效高度的15％~40%，与此同时伴随有活性污泥浓度MLSS的大量提高和MLVSS/MLSS值的急剧减小，许多污水厂混合液的MLVSS/MLSS比值在0.3~0.5之间，远低于0.75的经验值，且污泥浓度常常高达5000~7000 mg/L，也高于2000~4000 mg/L的传统认知。这既有我国进水SS/BOD5值偏高、SS粒径偏小的原因，又与我国排水体制落后、预处理段效果不佳密切相关。论文在全面综述污水处理系统无机物及泥沙累积现状的基础上，以体积平均径（D[4,3]）分别为19.8μm、72.0μm、118.6μm（分别对应2＃、3＃、4＃系统，1＃为空白对照）的石英砂模拟进水中的细微泥沙，利用实验室SBR系统研究了不同粒径的细微泥沙对活性污泥性质、污泥产率和污水处理效果的影响，并进一步从经济的视角理论分析了细微泥沙对污水处理系统运行能耗和成本的影响，揭示了细微泥沙对污水处理系统不可忽视的负面作用。论文主要研究结论如下：
　　①在SBR运行36天后，按粒径递增顺序，污泥浓度从启动初期的3450mg/L左右分别提高至7898、5389、3742 mg/L，MLVSS/MLSS则从0.67左右分别下降为0.33、0.48、0.59。随着系统MLSS提高和MLVSS/MLSS值的下降，污泥混合液SVI和CST值也出现明显下降，掺入泥沙粒径为19.8μm的2＃反应器污泥特性变化最为明显，在运行36d后其SVI和CST值较之空白对照组分别降低了70.1%和57.1%。
　　②小粒径泥沙对出水浊度有一定影响，1＃~4＃系统出水背景浊度值分别为6.8、7.1、7.2和6.4NTU，36d后出水浊度分别变为6.1、13.3、9.8和5.6NTU。而细微泥沙对出水中COD、TP、TN的浓度和去除率无明显影响。
　　③针对我国进水 SS/BOD5值偏高且不稳定的特点，对广泛运用的德国 ATV污泥产率公式进行“泥沙归趋特性修正”。在引入悬浮系数ω后建立：此公式省略，去污泥产率修正公式，1＃~4＃反应器修正公式计算值与实测值的相对误差分别为5.2%、8.4%、8.9%、3.5%。基于修正污泥产率公式，拆解有机和无机部分，建立了f值预测表达式：此公式省略，1＃~4＃反应器计算值与实测值的相对误差分别为0.7%、18.3%、12.6%、4.4%。较之国内室外排水设计规范和德国ATV公式的YT、f计算值，上述两个修正公式计算值误差更小、更符合实际情况。
　　④以微生物菌体和EPS为主体的传统活性污泥浓度越高，其对应系统的氧传质系数就越低，当传统污泥浓度为5500mg/L、7900mg/L、10000 mg/L、12000 mg/L时，其对应系统的氧传质系数较之3685mg/L的空白污泥分别下降了8.8%、22.5%、42.3%和54.4%;而细微泥沙（泥沙浓度≤4213mg/L时）带来的活性污泥浓度提高，对系统氧传质系数无明显影响,当含沙污泥浓度为7898、5389、3742mg/L时（MLVSS≈2506mg/L），其对应系统的氧传质系数较之3685mg/L的空白污泥分别下降了2.7%、3.6%、－0.9%。
　　⑤泥沙淤积后，生化反应器有效容积不断减小。基于污泥负荷恒定，需提高传统污泥浓度来保证污水处理效果，在这个过程中系统氧传质系数KLa不断减小，直接增加了曝气系统能耗，其中粒径越大，这个效果就越明显。同时搅拌小试验证明：悬浮泥沙较多的2＃和3＃反应器污泥的搅拌混合能耗较1＃和4＃反应器提高了25%。
　　⑥大粒径泥沙主要提高生化单元曝气系统能耗和清淤成本，小粒径泥沙主要提高生化单元搅拌、推流和混合能耗。

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1 绪 论

1.1 我国水环境污染现状

1.2 城市污水处理厂现状

1.3 生化处理系统中的无机悬浮固体及细微泥沙

1.4 细微泥沙对活性污泥特性的潜在影响

1.5 无机悬浮固体及细微泥沙对活性污泥产率的潜在影响

1.6 细微泥沙对污水处理系统的潜在影响

1.7 课题的提出及主要研究内容

2 试验装置及研究方法

2.1 试验条件

2.2 试验系统

2.3 试验内容

2.4 测试指标与测试方法

2.5 污泥驯化及系统启动

3 细微泥沙对活性污泥特性的影响

3.1 研究目的与方法

3.2 实验结果与分析

3.3 本章小结

4 细微泥沙对活性污泥产率的影响及其计算方法

4.1 研究目的与方法

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

5 细微泥沙对污水处理系统运行能耗的影响

5.1 研究目的与方法

5.2 实验结果、理论预测与分析

5.3 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文