生物选择器控制污泥膨胀的机理及其设计.docx
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生物选择器控制污泥膨胀的机理及其设计
生物选择器控制污泥膨胀的机理及其设计
1生物选择器的工作机理
1.1动力学选择性机理
污泥中活性微生物的增长都符合Monod方程:
(1/X)·(dX/dt)=μ=μmax[S/(KS+S)]
式中:
X——生物体浓度,mg/L
S——生长限制性基质浓度,mg/L
μ——微生物比增长速率,d-1
KS——饱和常数,其值为μ=μmax/2时的基质浓度,mg/L
μmax——在饱和浓度中微生物的最大比增长速率,d-1
大多数丝状菌的KS和μmax值比菌胶团细菌低。
按照Monod方程具有低KS和μmax值的丝状菌在低基质浓度条件下具有高的增长速率,而具有较高KS和μmax值的菌胶团细菌在高基质浓度条件下才占优势。
在基质浓度高时菌胶团的基质利用速率要高于丝状菌,故可以利用基质推动力选择性的培养菌胶团细菌而限制丝状菌的增长。
根据这一原理可以在曝气池前设生物选择器,通过选择器对微生物进行选择性培养以防止污泥膨胀的发生。
根据生物选择器中曝气与否可将其分为好氧、缺氧、厌氧选择器。
具体方法是在曝气池首端划出一格或几格设置高负荷接触区,将全部污水引入第一个间格并使整个系统中不存在浓度梯度(进行搅拌使污泥和污水充分混合接触)。
在好氧选择器内需对污水进行曝气充氧,而缺氧、厌氧选择器只搅拌不曝气。
好氧选择器防止污泥膨胀的机理是提供一个氧源和食料充足的高负荷区,让菌胶团细菌率先抢占有机物而不给丝状菌过度繁殖的机会。
缺氧选择器和厌氧选择器的构造完全一样,其功能取决于活性污泥的泥龄。
当泥龄较长时会发生较完全的硝化,选择器内会含有很多硝酸盐,此时为缺氧选择器;当泥龄较短时选择器内既无溶解氧又无硝酸盐,此时为厌氧选择器。
缺氧选择器控制污泥膨胀的主要原理是绝大部分菌胶团细菌能够利用选择器内硝酸盐中的化合态氧作氧源进行生长繁殖,而丝状菌没有此功能,因而其在选择器内受到抑制,大大降低了污泥膨胀的可能性。
厌氧选择器控制污泥膨胀的主要原理是绝大部分种类的丝状菌都是好氧的,在厌氧状态下将受到抑制,而绝大部分的菌胶团细菌为兼性菌,在厌氧条件下将进行厌氧代谢,继续增殖。
但应注意厌氧选择器的设置会增大产生丝硫菌污泥膨胀的可能性(菌胶团细菌的厌氧代谢产生的硫化氢为丝状菌的繁殖提供条件),故厌氧选择器的水力停留时间不宜过长。
1.2 生物吸附机理
菌胶团细菌对溶解性有机物的吸附能力远高于丝状菌。
在生物选择器中基质浓度很高,所以菌胶团细菌能够吸附较多的底物积累在细胞内,在进入曝气池后可利用这部分底物继续生长繁殖。
2 常规工艺中控制污泥膨胀的途径
2.1完全混合活性污泥法
完全混合曝气池内基质浓度较低,丝状菌可以获得较高的增长速率,故该法易发生污泥膨胀。
这时可将曝气池分成多格且以推流的方式运行或增设一个分格设置的小型预曝气池作为生物选择器。
当废水进入选择器后,由于废水中的有机物浓度较高使选择器中的F/M值较大而不适宜丝状菌的生长,菌胶团微生物则快速吸附废水中的大部分可溶性有机物,在有足够的停留时间和溶解氧的条件下进行生物代谢而不断地得到增殖,丝状菌却因缺乏足够的有机营养而受到抑制,这样就会减少丝状菌引起的污泥膨胀。
选择器与完全混合活性污泥法相组合的工艺在欧美一些国家的工业废水和中小流量的城市污水处理厂中有较广泛的应用。
实际运行结果表明,选择器工艺控制污泥膨胀的效果非常明显。
据报道[1],美国的VOSA污水处理厂的完全混合式曝气池在冬季经常发生丝状菌引起的污泥膨胀的问题(SVI值高达400mL/g),但通过在曝气池前设置一个水力停留时间为15min的选择器后便完全抑制了丝状菌的生长,使污泥的SVI值降至100mL/g以下。
间歇进水、排水的SBR反应器就其本身而言是属于完全混合型的,但由于在反应过程中反应器不进水,因而其内部存在一个污染物的基质浓度梯度(即F/M梯度),只不过这种梯度是按时间变化的,其底物的浓度变化相当于普通曝气池的分格数为无限多,从而可以起到抑制丝状菌膨胀的作用,故无需设置选择器。
对于连续进水的SBR系统(如ICEAS和CASS工艺),由于池中污水完全混合而不存在基质推动力,故需在进水端设置一个预反应区或生物选择器。
2.3 AB工艺
AB工艺中的A段实际上相当于一个良好的选择器,其对污泥膨胀的控制表现在:
一方面A段的水力停留时间为15~20min,因此世代期较长的丝状菌难以在此生存;另一方面A段中的有机负荷通常较高[≥2kgBOD5/(kgMLSS·d)],因而可有效地抑制丝状菌的增长。
与选择器的不同之处在于A段的优势微生物种群是由不断适应原污水而形成的,回流污泥的吸附活性不是通过较彻底的代谢作用而是借助于接种微生物的高吸附能力来实现的。
但应指出,当负荷较高时由于菌胶团细菌摄取、贮存有机物的能力高而不能充分氧化有机物,使得菌胶团细菌实际增长速率低于丝状菌,同时造成溶解氧相对不足。
这时也易引起污泥膨胀,可分别采用增加再生池、填料池和强化曝气池等方法来控制污泥膨胀[2]。
对于A/O和A2/O工艺可通过在好氧段前设置缺氧段和厌氧段以及污泥回流系统,使混合菌群交替处于缺氧和好氧状态及使有机物浓度发生周期性变化,这既控制了污泥的膨胀又改善了污泥的沉降性能。
而交替工作式氧化沟和UNITANK工艺等连续进水的系统则通过时间或空间的分割形成的“选择器”亦可达到控制污泥膨胀的目的。
3 选择器的设计要点
在进行选择器的设计时应注意以下几点:
①选择器需分格设计
当水力停留时间相同时,选择器的分格数越多则对丝状菌生长的抑制效果就越好,但分格过多将给施工和运行管理带来不便,一般的选择器分格数为4~6格。
②尽量提高选择器第一格中的F/M值
研究证明,选择器中第一格的微生物组成和特性对抑制丝状菌的生长有重要影响。
若第一格中的F/M值很大便能有效地抑制丝状菌的生长,并保证后续曝气池中污泥良好的沉降性能。
③选择器的水力停留时间
污水在选择器中的停留时间以回流污泥能吸收80%~90%的可溶性有机基质为宜。
若停留时间过短则可溶性有机物在选择器中被菌胶团微生物吸收的较少,从而不能有效地抑制丝状菌的生长;若停留时间过长则会造成选择器中微生物活性梯度的增大,同时也增加了运行费用。
对城市污水或与其水质相似的工业废水而言,污水在选择器中的水力停留时间一般为5~30min(通常为20min左右)。
④增加曝气池的水力停留时间
由于选择器主要是利用活性污泥中菌胶团对可溶性有机物的吸附作用来抑制丝状菌的生长,因而为使回流到选择器中的活性污泥具有较高的对有机基质的吸附活性(根据积累/再生理论),就必须要求活性污泥在曝气池中将吸收进入细胞体内的有机物充分代谢,即要求有足够的曝气时间。
曝气时间较长能使回流污泥处于饥饿状态,活性污泥进入选择器后便能很快地吸附污水中的有机基质,从而选择性地使菌胶团微生物成为曝气池中的优势菌而得到优势生长。
在处理城市污水和与其水质相近的工业废水时,完全混合曝气池的曝气时间一般为5~6h(废水的浓度较高时则应适当延长曝气时间)。
4 结语
污泥膨胀的机理和影响因素是相当复杂的,并且经常与生物泡沫、污泥上浮等异常现象同时出现,因此应根据具体情况采用适当的控制技术。
低负荷是选择器工艺系统发挥控制污泥膨胀作用并保证较高有机物去除效率的前提,所以在我国、欧洲等以低负荷设计为主的城市污水处理厂中采用生物选择器法是控制污泥膨胀的一种有效途径。
生物制剂在SBR处理装置的工业化试验
1、前言
随着炼油厂加工原油种类与加工深度的变化,含油废水水质日趋恶化。
目前含油废水的处理仍然采用“老三套”工艺,隔油、浮选、生化,而生化系统中,多为活性污泥法(简称泥法)。
近十年来,为了提高进水有机物浓度的承受能力、提高污水处理的效能,强化和扩大活性污泥法的净化功能,人们又研究开发了两段活性污泥法、粉末炭-活性污泥法、加压曝气法等处理工艺;开展了脱氮、除磷等方面的研究与实践;同时,又采用化学法与活性污泥法相结合的处理方法。
目前,活性污泥法正在朝着快速、高效、低耗等多功能方面的发展。
但活性污泥法耐冲击能力的能力提高不大。
如何在原有设施的基础上,增加活性污泥法的耐冲击能力,提高活性污泥的性能,强化生物氧化过程,一直未能有效的地解决。
本试验以上海炼油厂SBR装置为对象,投加生物药剂,考察生物药剂在炼油厂SBR高浓度污水处理系统中的作用。
2、使用背景
上海炼油厂SBR装置主要处理经碱渣湿式氧化后,分离粗酚调节PH值后的高浓度废水,该废水的污染物浓度非常高,COD在200000mg/l,挥发酚约10000mg/l。
设计进水负荷2.0-2.5kgCOD/m3d,反应池污泥浓度为6-8g/l。
由于该装置为间隙式生产,反应池污泥浓度无法达到设计指标,同时因各种原因来水的挥发酚的含量又远远大于设计指标,再加上动力风的供应不足,酸碱中和不足等原因,造成SBR装置的出水波动较大,对下游装置2#污水处理场造成冲击。
经过考察,本试验选用普罗生物技术上海有限公司的生物药剂——生物促进剂和毒性缓冲剂。
3、普罗药剂原理
3.1生物促进剂的组成与作用机理
生物促进剂----BIOENERGIZER(以下简称BE)是一种集有机酸、缓冲剂、酶、天然生物系统、营养物质和能量系统于一体的尖端科学配方,它通过利用有益的复合有机化合物,促使污染环境中的微生物迅速生长繁殖,增强废水的氧化作用,产生一种“湿燃”作用,进而对其中的有机污染物进行彻底的降解。
BE产品的作用还体现在增大微生物物种的多样性上,通过延长食物链的长度和提高食物链的循环效率,使多种微生物在微环境中协同发挥作用,污染物被更彻底地降解,并在一定程度上使系统耐负荷冲击能力大大提高。
3.2毒性缓冲剂的组成与作用机理
毒性缓冲剂----MICATROL(以下简称MI)是一种包括自然表面活性剂、生物聚合体、有机酸、酶系统及矿物质的生物组合剂。
MI通过所含的缓冲物质减轻环境中的毒性,并在酶的辅助作用下,将复合有机分子、碳链转化为更有利于被微生物吸收的分子,使微生物对自然生成的有机物进行利用(这些有机物在有毒环境中是难以被微生物吸收的〕,从而提高微生物降解石油化合物的能力。
通过生物促进剂和毒性缓冲剂的组合使用,能促使微生物在较恶劣的环境中快速并大量生长,使系统中微生物的新陈代谢功能达到最高,并形成良好的菌胶团,使微生物降解有机污染物的效率提高,从而改善污水处理效果。
二、工业化试验的方案设计
1、试验设备
设备名称
规格型号
数量
作用
碱渣罐
100m3
1只
碱渣污水的调节、均质
SBR反应池
1200m3
1只
生化处理
SBR进水泵
FB25-25
2台
碱渣提升
加药槽
0.2m3
2只
药剂的稀释,投加
2、试验流程
进水曝气
鼓风曝气
沉降
排水
闲置
5h
13h
5h
45min
15min
3、试验方案
此次试验分二个阶段,试验第一阶段,处理水量不变
碱水
稀释水
动力风
温度
1.5m3/h
13-15m3/h
500-600m3/h
20-24
试验第二阶段,提高处理水量
碱水
稀释水
动力风
温度
2m3/h
13-15m3/h
500-600m3/h
20-24
4、药剂投加方案
在SBR池进水曝气开始时,根据SBR池补充的水量(约200吨/天),进行计算,稀释20倍后投加,具体剂量如下:
时间段
毒性缓冲剂
生物促进剂
浓度
总量
浓度
总量
前三天
7ppm
1.4L
7ppm
1.4L
第一个月
7ppm
1.4L
7ppm
1.4L
第一个月后
5ppm
1L
5ppm
1L
5、试验目的
1、在没有严重毒物冲击的情况下,SBR处理系统容积负荷可提高20%-30%。
2、在SBR生化处理系统容积负荷不提高的情况下,COD及酚等指标的去除值比对照提高10%以上(对照同期类似进水水质)。
6、考察方法
1、从测试数据中,对比试验前后COD去除率曲线,及进水负荷,比较其变化规律;
2、根据生物相的变化情况,来验证普罗产品的促生作用;
3、通过测试污泥浓度,污泥指数,灰份,沉降数,以衡量在使用普罗产品后,污泥性状的改善效果。
工业化试验结果
工业化试验工作分别按二个阶段实行,第一阶段,在处理水量不变时,投加普罗生物药剂,考察BE和MT对SBR系统处理效率提高方面的作用,第二阶段,在提高处理水量时,考察BE和MT对提高该SBR处理系统容积负荷上的作用。
试验数据如下:
表1、SBR进水数据
项目时间
PH
油mg/l
CODcrmg/l
挥发酚mg/l
氨氮mg/l
硫化物mg/l
12.4
14
1032
86800
21474
198
168
12.11
8.53
12960
58800
77127
140
198
12.12
14
9280
248400
82420
866
440
12.13
10.5
3416
166000
32665
118
328
12.14
10.86
6040
76800
85444
697
324
12.18
9.89
556
302800
37353
--
177
12.19
9.25
1988
29200
41437
118
218
12.20
10.1
720
39600
31153
112
167
12.21
10.18
1016
46400
69414
108
132
12.24
9.45
1456
22400
55350
132
236
12.25
9.21
1508
43400
50057
114
228
12.26
9.13
6688
154000
58223
230
200
12.27
8.63
1220
56000
9225
118
133
12.28
9.03
1084
54000
46654
116
228
12.29
8.87
25.2
56200
7750
122
258
12.30
8.92
864
52000
4612
123
126
1.4
6.63
858
55000
6654
116
93.4
1.7
9.13
714
46200
43554
117
47.7
1.8
8.92
1360
49600
50662
994
309
平均
9.75
2778
86505
42696
252
211
表2、未使用普罗产品前的SBR出水数据
项目
时间
PH
油 mg/l
CODcrmg/l
挥发酚mg/l
氨氮mg/l
硫化物mg/l
SV30%
浓度g/l
指数ML/g
灰分%
12.4
8.15
20.8
1876
11.5
22.5
1.6
24
3.45
87.0
20.4
12.5
8.50
24.0
2376
25.8
26.4
1.2
24
3.70
162
23.5
12.11
7.78
42.4
2240
14.4
37.5
2.00
25
3.60
69.4
23.2
12.12
8.10
43.2
3940
7.86
19.5
0.800
27
4.41
81.6
21.6
12.13
8.20
27.6
1428
42.8
16.4
1.20
26
4.35
129
22.2
12.14
8.23
12.4
496
3.89
8.02
0.64
26
4.10
134
21.6
平均
8.16
28.4
2059
17.71
21.7
1.24
25
3.94
110.5
22.1
- 配套讲稿:
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