北京航天城污水处理厂CASS法工艺调试及运行1Word下载.docx
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<30
6.0~8.5
<3
排放标准
60
20
50
4
1 工艺概况
1.1 工艺简介
在大量文献调研基础上,通过方案筛选,我们选用周期循环活性污泥法(CyclicActivatedSludgeSystem,简称CASS)。
该工艺最早是美国川森维柔废水处理公司1975年研究成功并推广应用的废水处理技术专利。
为将该工艺引进、消化,探讨适合我国国情的新型污水处理工艺,总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了模拟试验研究,并成功地应用于北京航天城污水处理厂。
1.2 工艺流程
污水处理厂高程布置如图1所示。
污水中含有较大颗粒的悬浮物和漂浮物,经过格栅截留,除去上述污染物,防止后续处理构筑物管道、阀门和水泵机组堵塞。
污水经集水池用潜污泵抽至沉砂池,在沉砂池中可除去比重较大的无机颗粒,污水经沉砂池后由配水管自流进入CASS池进行生物处理,出水达标后,部分用作农田灌溉或池塘补充水,剩余部分排放。
图1 北京航天城污水处理厂高程布置图(数字的单位为m)
CASS池是污水处理厂的核心,它在SBR的基础上前部设置了生物选择区,后部安装了可升降的自动滗水器,曝气、沉淀、排水均在同一池子内周期性循环进行。
生物选择区和主反应区之间由隔墙隔开,污水由生物选择区通过隔墙下部进入主反应区,托动水层缓慢上升。
整个CASS池平面24m×
24m,主反应区和预反应区长度分别为19.25m和3.75m,宽度方向分4格,每格可独立运行,池深5m,有效水深4.5m(污泥区高1.3m,缓冲区高1.7m),活性污泥界面以上最小水深为1.34m,每周期排水比约为1/3,CASS反应池构造简图示于图2。
图2 CASS反应池构造简图
2 工程调试和试运行
污水处理厂调试及试运行是污水处理工程建设的重要阶段,是检验污水处理厂前期设计、施工、安装等工程质量的重要环节。
设备安装完工后,按单体调试、局部联合调试和系统联合试运转三个步骤进行。
污泥的培养驯化采用接种培养法,具体是在CASS池中加入其它污水处理厂浓缩脱水后的污泥,闷曝24h,此后每天排出部分上清液并加入新的污水,逐步加大负荷,此阶段不排泥。
培养期间应通过镜检密切观察CASS池中微生物相的变化;
同时进行进、出水水质及反映活性污泥性能指标的测定,包括:
SV、MLSS、SVI、COD、BOD5等。
随着微生物培养时间的增加,检测到污泥中有大量活跃的原生动物和少量的后生动物,此时SVI=80mL/g~100mL/g,SV=18%~20%,MLSS=1200mg/L~1800mg/L,表明活性污泥培养基本成功。
此阶段完成后即可进入污水厂全面试运行阶段。
污水厂试运行是指在满负荷进水条件下,优化、摸索运行参数,取得最佳的去除效果,同时对工程整体质量进一步全面考核,为今后长期稳定运行奠定基础。
此阶段大致包括以下几方面工作:
滗水器控制参数的确定,CASS池运行周期及曝气、沉淀、排水、闲置时间的分配,自控系统的校正、污泥脱水过程中混凝剂的投加量等。
2.1 滗水器控制参数的确定
CASS工艺的特点是程序工作制,可依据进、出水水质变化来调整工作程序,保证出水效果。
滗水器是CASS工艺中的关键设备,工程采用的滗水器是我院环保中心和四达水处理公司在模拟试验基础上开发成功的新型滗水设备。
该滗水器采用丝杠套筒式,通过电机的运动,带动丝杠上下移动,从而带动连接于丝杠末端的浮动式滗水堰,完成滗水过程。
每次滗水阶段开始时,滗水器以事先设定的速度首先由原始位置降到水面,然后随水面缓慢下降,下降过程为:
下降10s,静止滗水30s,再下降10s,静止滗水30s…,如此循环运行直至设计排水最低水位,通过滗水器的堰式装置迅速、稳定、均匀地将处理后的上清液排至排水井,滗水器下降速度与水位变化相当,排出的始终是最上层的上清液,不会扰动已沉淀的污泥层。
滗水器上升过程是由低水位连续升至最高位置,即原始位置,上升时间通过调试摸索确定。
滗水器在运行过程中设有限位开关,保证滗水器在安全行程内工作。
调试工作主要是根据进出水水质及水量来探索滗水器的排水时间、滗水器最佳下降速度及排水结束后滗水器的上升时间。
2.2 CASS池运行周期的确定
根据实验室小试结果,原设计的CASS池运行周期是4h,其中曝气2h,沉淀1h,排水1h。
调试过程中发现原水浓度比设计原水浓度低,有必要根据实际废水水质情况来确定运行周期,根据进出水水质指标适当调整周期中各阶段时间的分配,如适当减少曝气时间、延长沉淀时间等,这样在保证出水水质的情况下节省了能耗。
污水厂实际运行周期仍是4h,其中曝气1.5h,沉淀1h,排水1h,闲置0.5h。
2.3 自控系统的校准
CASS工艺之所以在国外得到普遍应用,得益于自动化技术的应用。
北京航天城污水处理厂根据工艺流程与厂区设备分布状况,自动控制采用集散式控制系统,由我院环保中心与北京研华公司合作研制。
整套控制系统采用现场可编程控制(PLC)与微机集中监控,在污水提升泵房、4座CASS池及污泥脱水机房各设置1台现场控制机(可手动控制);
在中心监控室设有1台工控机和模拟显示屏。
现场控制机独立完成相应的参数设置、数据显示、自动控制、数据通信等全功能,中央控制计算机通过工业现场总线向各现场控制机传输和采集数据,并可根据进、出水水质变化适当调整工作程序,发现问题及时解决。
模拟显示屏显示工艺全过程的数据与状态。
2.4 运行结果
从每天监测的水质情况看,CASS工艺经过上述各阶段的调试和试运行,取得了良好效果。
进水水质:
CODCr=70mg/L~80mg/L,BOD5=30mg/L~35mg/L,pH=6.8~7.5;
出水经常保持在CODCr=20mg/L以下,BOD5=7mg/L左右,SVI=80mL/g~100mL/g,SV=18%~20%,pH=6.8~7.5,优于国家排放标准。
CASS工艺产生的污泥量较少,污泥性质稳定,具有良好的沉降、絮凝、脱水性能。
调试至今半年过去了,未发生污泥膨胀现象,这样更从实践上验证了CASS工艺的优越性。
3 CASS工艺的特点
从北京航天城污水处理厂的运行实践来看,CASS工艺与其它污水处理工艺相比确实是一种先进实用的工艺。
具体体现在以下几个方面:
(1)此工艺建设费用低,与常规活性污泥法相比,省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备,工艺流程简洁,建设费用可节省10%~25%,占地面积可减少20%~35%。
(2)运转费用省。
由于曝气是周期性的,重新开始曝气时,氧浓度梯度大,传递效率高,节能效果显著,运转费用可节省10%~25%。
此外,本工程采用水下曝气机代替传统鼓风机曝气,消除了噪音污染。
(3)有机物去除率高,出水水质好。
(4)管理简单,运行可靠,能有效防止污泥膨胀。
与传统的SBR工艺相比,CASS最大的特点在于增加了一个生物选择区,且连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水),没有明显标志的反应阶段和闲置阶段。
设置生物选择区的主要目的是使系统选择出良好的絮凝性生物。
据有关资料[1]介绍,污泥膨胀的直接原因是丝状菌的过量繁殖。
由于丝状菌比菌胶团的比表面积大,因此,有利于摄取低浓度底物。
而一般丝状菌的比增殖速率比其它细菌小,在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物和增殖,但由于菌胶团细菌比增殖速率较大,其增殖量也很大,从而占优势。
所以CASS池首端设计合理的生物选择区可以有效地抑制丝状菌的生长和繁殖,克服污泥膨胀。
(5)控制系统设计紧密结合CASS工艺特点,管理简单,运行可靠。
CASS工艺要求周期性地对相关设备进行控制,在系统设计与软件编程上我们采取了以下做法:
①滗水器的滗水量采用了准PWM法,即在排水进程滗水器间歇下降,由于下降时间与间歇时间均可方便设定,实现了非调速滗水机滗水量的控制;
②监控室内可方便地设定曝气量;
③采取了超低水位进程暂停、超高水位声光报警等较完备的保护措施。
④污水提升泵采用自动循环备用的自控模式,使每台泵的运行几率尽可能相同;
避免了自动备用方式造成的主泵过度运转。
日处理量7200m3/d的北京航天城污水处理厂,需操作管理工5~8人,而我国相同规模采用传统污水处理工艺则需操作管理工30人以上。
(6)污泥产量低,性质稳定。
SBR工艺总结
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SBR污水处理技术
SBR是序列间歇式活性污泥法(SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess)的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,又称序批式活性污泥法。
与传统污水处理工艺不同,SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,非稳定生化反应替代稳态生化反应,静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作,SBR技术的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,无污泥回流系统。
正是SBR工艺这些特殊性使其具有以下优点:
1、理想的推流过程使生化反应推动力增大,效率提高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好。
2、运行效果稳定,污水在理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。
3、耐冲击负荷,池内有滞留的处理水,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击。
4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活。
5、处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。
6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度,有效控制活性污泥膨胀。
7、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法,利于废水处理厂的扩建和改造。
8、脱氮除磷,适当控制运行方式,实现好氧、缺氧、厌氧状态交替,具有良好的脱氮除磷效果。
9、工艺流程简单、造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应器,无二沉池、污泥回流系统,调节池、初沉池也可省略,布置紧凑、占地面积省。
SBR系统的适用范围
由于上述技术特点,SBR系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。
就近期的技术条件,SBR系统更适合以下情况:
1)中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水,尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
2)需要较高出水水质的地方,如风景游览区、湖泊和港湾等,不但要去除有机物,还要求出水中除磷脱氮,防止河湖富营养化。
3)水资源紧缺的地方。
SBR系统可在生物处理后进行物化处理,不需要增加设施,便于水的回收利用。
4)用地紧张的地方。
5)对已建连续流污水处理厂的改造等。
6)非常适合处理小水量,间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
SBR设计要点、主要参数
SBR设计要点
1、运行周期(T)的确定
SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。
充水时间(tv)应有一个最优值。
如上所述,充水时间应根据具体的水质及运行过程中所采用的曝气方式来确定。
当采用限量曝气方式及进水中污染物的浓度较高时,充水时间应适当取长一些;
当采用非限量曝气方式及进水中污染物的浓度较低时,充水时间可适当取短一些。
充水时间一般取1~4h。
反应时间(tR)是确定SBR反应器容积的一个非常主要的工艺设计参数,其数值的确定同样取决于运行过程中污水的性质、反应器中污泥的浓度及曝气方式等因素。
对于生活污水类易处理废水,反应时间可以取短一些,反之对含有难降解物质或有毒物质的废水,反应时间可适当取长一些。
一般在2~8h。
沉淀排水时间(tS+D)一般按2~4h设计。
闲置时间(tE)一般按2h设计。
一个周期所需时间tC≥tR﹢tS﹢tD
周期数n﹦24/tC
2、反应池容积的计算
假设每个系列的污水量为q,则在每个周期进入各反应池的污水量为q/n·
N。
各反应池的容积为:
V:
各反应池的容量
1/m:
排出比
n:
周期数(周期/d)
N:
每一系列的反应池数量
q:
每一系列的污水进水量(设计最大日污水量)(m3/d)
3、曝气系统
序批式活性污泥法中,曝气装置的能力应是在规定的曝气时间内能供给的需氧量,在设计中,高负荷运行时每单位进水BOD为0.5~1.5kgO2/kgBOD,低负荷运行时为1.5~2.5kgO2/kgBOD。
在序批式活性污泥法中,由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀,曝气装置必须是不易堵塞的,同时考虑反应池的搅拌性能。
常用的曝气系统有气液混合喷射式、机械搅拌式、穿孔曝气管、微孔曝气器,一般选射流曝气,因其在不曝气时尚有混合作用,同时避免堵塞。
4、排水系统
⑴上清液排除出装置应能在设定的排水时间内,活性污泥不发生上浮的情况下排出上清液,排出方式有重力排出和水泵排出。
⑵为预防上清液排出装置的故障,应设置事故用排水装置。
⑶在上清液排出装置中,应设有防浮渣流出的机构。
序批式活性污泥的排出装置在沉淀排水期,应排出与活性污泥分离的上清液,并且具备以下的特征:
1)应能既不扰动沉淀的污泥,又不会使污泥上浮,按规定的流量排出上清液。
(定量排水)
2)为获得分离后清澄的处理水,集水机构应尽量靠近水面,并可随上清液排出后的水位变化而进行排水。
(追随水位的性能)
3)排水及停止排水的动作应平稳进行,动作准确,持久可靠。
(可靠性)
排水装置的结构形式,根据升降的方式的不同,有浮子式、机械式和不作升降的固定式。
5、排泥设备
设计污泥干固体量=设计污水量×
设计进水SS浓度×
污泥产率/1000
在高负荷运行(0.1~0.4kg-BOD/kg-ss·
d)时污泥产量以每流入1kgSS产生1kg计算,在低负荷运行(0.03~0.1kg-BOD/kg-ss·
d)时以每流入1kgSS产生0.75kg计算。
在反应池中设置简易的污泥浓缩槽,能够获得2~3%的浓缩污泥。
由于序批式活性污泥法不设初沉池,易流入较多的杂物,污泥泵应采用不易堵塞的泵型。
SBR设计主要参数
序批式活性污泥法的设计参数,必须考虑处理厂的地域特性和设计条件(用地面积、维护管理、处理水质指标等)适当的确定。
用于设施设计的设计参数应以下值为准:
项目参数
BOD-SS负荷(kg-BOD/kg-ss·
d)0.03~0.4
MLSS(mg/l)1500~5000
排出比(1/m)1/2~1/6
安全高度ε(cm)(活性污泥界面以上的最小水深)50以上
序批式活性污泥法是一种根据有机负荷的不同而从低负荷(相当于氧化沟法)到高负荷(相当于标准活性污泥法)的范围内都可以运行的方法。
序批式活性污泥法的BOD-SS负荷,由于将曝气时间作为反应时间来考虑,定义公式如下:
QS:
污水进水量(m3/d)
CS:
进水的平均BOD5(mg/l)
CA:
曝气池内混合液平均MLSS浓度(mg/l)
V:
曝气池容积
e:
曝气时间比e=n·
TA/24
n:
周期数TA:
一个周期的曝气时间
序批式活性污泥法的负荷条件是根据每个周期内,反应池容积对污水进水量之比和每日的周期数来决定,此外,在序批式活性污泥法中,因池内容易保持较好的MLSS浓度,所以通过MLSS浓度的变化,也可调节有机物负荷。
进一步说,由于曝气时间容易调节,故通过改变曝气时间,也可调节有机物负荷。
在脱氮和脱硫为对象时,除了有机物负荷之外,还必须对排出比、周期数、每日曝气时间等进行研究。
在用地面积受限制的设施中,适宜于高负荷运行,进水流量小负荷变化大的小规模设施中,最好是低负荷运行。
因此,有效的方式是在投产初期按低负荷运行,而随着水量的增加,也可按高负荷运行。
不同负荷条件下的特征
有机物负荷条件(进水条件)高负荷运行低负荷运行
间歇进水间歇进水、连续
运行条件BOD-SS负荷(kg-BOD/kg-ss·
d)0.1~0.40.03~0.1
周期数大(3~4)小(2~3)
排出比大小
处理特性有机物去除处理水BOD<
20mg/l去除率比较高
脱氮较低高
脱磷高较低
污泥产量多少
维护管理抗负荷变化性能比低负荷差对负荷变化的适应性强,运行的灵活性强
用地面积反应池容积小,省地反应池容积较大
适用范围能有效地处理中等规模以上的污水,适用于处理规模约为2000m3/d以上的设施适用于小型污水处理厂,处理规模约为2000m3/d以下,适用于不需要脱氮的设施
SBR设计需特别注意的问题
(一)主要设施与设备
1、设施的组成
本法原则上不设初次沉淀池,本法应用于小型污水处理厂的主要原因是设施较简单和维护管理较为集中
为适应流量的变化,反应池的容积应留有余量或采用设定运行周期等方法。
但是,对于游览地等流量变化很大的场合,应根据维护管理和经济条件,研究流量调节池的设置。
2、反应池
反应池的形式为完全混合型,反应池十分紧凑,占地很少。
形状以矩形为准,池宽与池长之比大约为1:
1~1:
2,水深4~6米。
反应池水深过深,基于以下理由是不经济的:
①如果反应池的水深大,排出水的深度相应增大,则固液分离所需的沉淀时间就会增加。
②专用的上清液排出装置受到结构上的限制,上清液排出水的深度不能过深。
反应池水深过浅,基于以下理由是不希望的:
①在排水期间,由于受到活性污泥界面以上的最小水深限制,上清液排出的深度不能过深。
②与其他相同BOD—SS负荷的处理方式相比,其优点是用地面积较少。
反应池的数量,考虑清洗和检修等情况,原则上设2个以上。
在规模较小或投产初期污水量较小时,也可建一个池。
3、排水装置
排水系统是SBR处理工艺设计的重要内容,也是其设计中最具特色和关系到系统运行成败的关键部分。
目前,国内外报道的SBR排水装置大致可归纳为以下几种:
⑴潜水泵单点或多点排水。
这种方式电耗大且容易吸出沉淀污泥;
⑵池端(侧)多点固定阀门排水,由上自下开启阀门。
缺点操作不方便,排水容易带泥;
⑶专用设备滗水器。
滗水器是是一种能随水位变化而调节的出水堰,排水口淹没在水面下一定深度,可防止浮渣进入。
理想的排水装置应满足以下几个条件:
①单位时间内出水量大,流速小,不会使沉淀污泥重新翻起;
②集水口随水位下降,排水期间始终保持反应当中的静止沉淀状态;
③排水设备坚固耐用且排水量可无级调控,自动化程度高。
在设定一个周期的排水时间时,必须注意以下项目:
①上清液排出装置的溢流负荷——确定需要的设备数量;
②活性污泥界面上的最小水深——主要是为了防止污泥上浮,由上清液排出装置和溢流负荷确定,性能方面,水深要尽可能小;
③随着上清液排出装置的溢流负荷的增加,单位时间的处理水排出量增大,可缩短排水时间,相应的后续处理构筑物容量须扩大;
④在排水期,沉淀的活性污泥上浮是发生在排水即将结束的时候,从沉淀工序的中期就开始排水符合SBR法的运行原理。
SBR工艺的需氧与供氧
SBR工艺有机物的降解规律与推流式曝气池类似,推流式曝气池是空间(长度)上的推流,而SBR反应池是时间意义上的推流。
由于SBR工艺有机物浓度是逐渐变化的,在反应初期,池内有机物浓度较高,如果供氧速率小于耗氧速率,则混合液中的溶解氧为零,对单一的微生物而言,氧气的得到可能是间断的,供氧速率决定了有机物的降解速率。
随着好氧进程的深入,有机物浓度降低,供氧速率开始大于耗氧速率,溶解氧开始出现,微生物开始可以得到充足的氧气供应,有机物浓度的高低成为影响有机物降解速率的一个重要因素。
从耗氧与供氧的关系来看,在反应初期SBR反应池保持充足的供氧,可以提高有机物的降解速度,随着溶解氧的出现,逐渐减少供氧量,可以节约运行费用,缩短反应时间。
SBR反应池通过曝气系统的设计,采用渐减曝气更经济、合理一些。
SBR工艺排出比(1/m)的选择
SBR工艺排出比(1/m)的大小决定了SBR工艺反应初期有机物浓度的高低。
排出比小,初始有机物浓度低,反之则高。
根据微生物降解有机物的规律,当有机物浓度高时,有机物降解速率大,曝气时间可以减少。
但是,当有机物浓度高时,耗氧速率也大,供氧与耗氧的矛盾可能更大。
此外,不同的废水活性污泥的沉降性能也不同。
污泥沉降性能好,沉淀后上清液就多,宜选用较小的排出比,反之则宜采用较大的排出比。
排出比的选择还与设计选用的污泥负荷率、混合液污泥浓度等有关。
SBR反应池混合液污泥浓度
根据活性污泥法的基本原理,混合液污泥浓度的大小决定了生化反应器容积的大小。
SBR工艺也同样如此,当混合液污泥浓度高时,所需曝气反应时间就短,SBR反应池池容就小,反之SBR反应池池容则大。
但是,当混合液污泥浓度高时,生化反应初期耗氧速率增大,供氧与耗氧的矛盾更大。
此外,池内混合液污泥浓度的大小还决定了沉淀时间。
污泥浓度高需要的沉淀时间长,反之则短。
当污泥的沉降性能好,排出比小,有机物浓度低,供氧速率高,可以选用较大的数值,反之则宜选用较小的数值。
SBR工艺混合液污泥浓度的选择应综合多方面的因素来考虑。
关于污泥负荷率的选择
污泥负荷率是影响曝气反应时间的主要参数,污泥负荷率的大小关系到SBR反应池最终出水有机物浓度的高低。
当要求的出水有机物浓度低时,污泥负荷率宜选用低值;
当废水易于生物降解时,污泥负荷率随着增大。
污泥负荷率的选择应根据废水的可生化性以及要求的出水水质来确定。
SBR工艺与调节、水解酸化工艺的结合
SBR工艺采用间歇进水、间歇排水,SBR反应池有一定的调节功能,可以在一定程度上起到均衡水质、水量的作用。
通过供气系统、搅拌系统的设计,自动控制方式的设计,闲置期时间的选择,可以将SBR工艺与调节、水解酸化工艺结合起来,使三者合建在一起,从而节约投资与运行管理费用。
在进水期采用水下搅拌器进行搅拌,进水电动阀的关闭采用液位控制,根据水解酸化需要的时间确定开始曝气时刻,将调节、水解酸化工艺与SBR工艺有机的结合在一起。
反应池进水开始作为闲置期的结束则可以使整个系统能正常运行。
具体操作方式如下所述:
进水开始既为闲置结束,通过上一组SBR池进水结束时间来控制;
进水结束通过液位控制,整个进水时间可能是变化的。
水解酸化时间由进水开始至曝气反应开始,包括进水期,这段时间可以根据水量的变化情况与需要的水解酸化时间来确定,不小于
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