一体化污水处理设备验收调试过程及污泥膨胀问题的诊断与总结

一体化污水处理设备验收调试过程及污泥膨胀问题的诊断与总结

一体化污水处理设备在我国应用比较多,由于人口密度高,出水执行的水质标准也较高,为了达到较高的出水品质要求,多采用复杂的工艺路线?很多国家地广人稀,鉴于接纳水体有一定的环境自净能力,对一体化污水处理设备出水标准要求不高,采用传统?最简单的活性污泥法即可满足出水要求?传统的活性污泥法最容易出现污泥膨胀问题,一体化污水处理设备一旦遇到此问题,需要进行远程沟通和指导,成本较高,因此,总结一套系统的诊断污泥膨胀产生原因的方法及改善措施十分必要?介绍 一种一体化设备验收调试过程和污泥膨胀问题的诊断,并进行总结分析?

一、项目概况

一体化污水处理设备处理规模为 36 m3 / d,采 用延时曝气工艺?在正式投入运行前,需进行为期 45 d 的生物调试,再进行为期7 d 的设备验收?验 收内容包含设备参数?性能?尺寸?运行情况?进出水 水质等?某一体化污水处理设备的进出水水质见表1.由于设备验收所在地的生活污水水质浓度远小 于设计进水浓度,为了满足进水要求,需对该生活污 水进行调质?因项目运行周期在52 d 以上,为了达 到连续产水的目的,除主模块一体化延时曝气装置 外,另外配备辅助模块,包括生活污水原水罐(有效 容积约 50 m3 产水箱营养投加系统和污泥干化 场?工艺流程见图1?

二、生物调试方案

1.调试准备工作

1)污水来源：由于验收场地周边无可供验收使用的污水,需 要从外部运输污水至验收场地,满足设备正常运行? 在污水中添加营养物质,配制符合进水浓度的水源, 维持污水处理系统正常运行?当拉运水故障时,使 用产水进行营养配比后循环使用?

2)药剂准备：使用药剂为葡萄糖?尿素?磷酸氢二钠,营养配 比按 C: N: P=100: 5: 1进行水质调质。

3)接种污泥采用城市生活污水处理厂生化系统产生的剩余 活性污泥(含水率约为80%)进行接种?

2. 污泥接种?培养及驯化

种泥准备好后,将种泥投加至好氧池,并按一定 比例投加葡萄糖?尿素及磷酸氢二钠作为营养物质, 保持生化池内的COD 浓度约500 mg / L?TN 浓度约 25 mg / L?TP 浓度约5 mg / L?开启曝气系统,监测 池内的溶解氧,观察活性污泥颜色及污泥性状?闷 曝2~3 d,使池内溶解氧浓度控制在4 ~ 6 mg / L,如 污泥颜色未发生转变,应继续曝气,直至污泥转变颜 色并有明显的絮体生成?污泥驯化期间,应通过镜 检观察污泥活性, 每天检测pH?水温?DO?COD? BOD5 、 SV30等指标当出水的COD 去除率达到60%,混合液30min 沉降比达到10% ~30%,检查生化池污泥性状,如污 泥沉降性能良好,显微镜能观察出大量菌胶团及固 着型纤毛虫类原生动物时,则表示完成污泥驯化,可 以进行负荷提升?

3 负荷提升

打开原水罐中的提升泵,向一体化设备少量?间断进水,水量为处理水量的10%,待系统COD 去除 率达80%时,说明系统可以稳定运行,再按照10% ~ 20%的进水提升比例逐步增加负荷,直至设备达到设计处理能力，运行过程中 SV30达到15%~25% 时即可启动污泥回流系统三、生物调试污泥膨胀控制过程及措施

调试15d 后系统开始连续进水,稳定运行一周 后SV30 为二沉池污泥开始发黑并伴 有大块黑泥上浮,初步判断污泥沉淀时间过长,采取加大污泥回流比的措施,同时加强排泥?对污泥进行镜检, 未发现丝状菌?此后, 持续对系统进行监测?第一阶段(5 月1—3 日):调试水温为24 ~ 25 ℃,5月1日 SV30 突升至见图镜检后未发 现丝状菌,好氧池的活性污泥为棕褐色,生化池末端 溶解氧浓度约为2 mg / L,二沉池污泥发黑,出水正 常系统每天人工排泥一次每次排泥量为 \(1 ~m^{3}\) 。对污泥负荷 \([0.125 kgBOD_{5} /(kgMLSS \cdot d)]\) 、二沉 池停留时间(3 h)等设计参数进行复核,发现参数均 在合理范围内经分析 \(SV30\) 升高和二沉池污泥发 黑的主要原因是春夏交替,气温升高,使得污泥大量增殖,而排泥量不足?沉淀时间过长导致溶解氧不足, 可能会发生污泥膨胀?经现场调试,采取投加PAC并增加排泥量至\(3 ~m^{3} / d\) 的措施进行控制?调整3 d 后, \(SV30\) 从65%升至82%,再次镜检出现丝状菌。第二阶段(5 月3—6 日):调试水温使其上升 至25~26 ℃,溶解氧浓度不变,好氧池活性污泥依 然为棕褐色,二沉池污泥不再发黑,但泥位大幅上 升,肉眼清晰可见二沉池泥位上升至水面下约0. 5 m,且由于第一阶段镜检发现丝状菌,判定此时系统 发生污泥膨胀?经分析,由于生化末端溶解氧为2 mg / L,根据经验判断不是溶解氧不足引发的污泥膨 胀?试验原水的COD 为150 ~ 250 mg / L,由于后期 采用葡萄糖调质至900~1 200 mg / L,使水中含有大 量多糖类物质,由此推测是碳水化合物过高而产生 污泥膨胀?采取降低葡萄糖调质浓度?排泥量不变 \((3 ~m^{3} / d)\) 的措施调整3 d,发现 \(SV30\) 介于80% ~ 90%之间,污泥膨胀未改善?第三阶段(5 月7—9 日):生活污水pH 正常? 无有毒有害物质的情况下,排除溶解氧偏低?碳水化 合物过高的问题后,C ∶N ∶P 不平衡也可能造成污 泥膨胀?检查进水监测记录,原水中COD 为150 ~ 250 mg/l. \(NH_{3}-N\) 约为15~35 mg / L,TP 约为4 ~ 10 mg / L?正常运行后,原水用葡萄糖调质COD 浓度 为900 ~ 1 200 mg / L, 但未投加N?P 营养盐, C ∶N ∶P 可能不满足100 ∶5 ∶1?投加N?P 营养 盐,调整3 d, \(SV30\) 在波动污泥膨胀无明 显改善,并时有二沉池污泥大量上浮现象,见图3?第四阶段(5 月10—15 日):针对第三阶段投 加N?P 营养盐导致二沉池大量污泥上浮的现象,判 断二沉池发生反硝化,推测溶解氧不足?调试期溶解氧检测时将探头置于生化池末端水面下0.5，而水箱水深1.9m,溶解氧探头安装水深过浅，溶解氧转化效率低。

检测液下0.5、1、1.5m3个水位的溶解氧，分别为2.0、1.0、0.6mg/L,说明不同水深溶解氧含量差异较大。

通过与某大型污水处理厂生化池末端溶解氧进行比对，该生化池水深5.0m,检测0.2、0.5、1、2、3、3.5m6个水位的溶解氧，检测值依次为2.76、2.56、2.53、2.48、2.43、2.40mg/L,各检测值差异不大。

这说明一体化污水设备空气曝气搅拌能力不足，不同深度溶解氧差异大。采取增大供气管阀门开启度、加大曝风量的措施，控制生化池前端溶解氧约为4mgL,生化池末端溶解氧约为3mg/L。连续运行3d,发现SV30逐渐改善，一周后污泥恢复为正常状态，SV0约30%。

污泥恢复正常后，检测液下0.5、1、1.5m3个水位的溶解氧，生化池前端溶解氧检测值为3.6、3.2、2.7mg/L,末端溶解氧检测值为3.1、2.6、2.3mg/L,不同水位的溶解氧差异不大，系统可以正常运行。

四、污泥膨胀原因及诊断

出口设备检验严格,为应对设备未来运行中可 能遇到的污泥膨胀问题,应做好远程技术支持工作? 对于污泥膨胀产生的原因,总结一套科学合理的污 泥膨胀故障原因分析和控制方法对一体化污水设备 的使用进行指导十分必要?

各国学者对诱发污泥膨胀的原因进行广泛研究,其诱发因素可大致分为水质?环境和运行条件三大因素?水质因素主要包括有机底物类型?进水 C ∶N ∶P?硫化物含量及有毒有害物质等?环境因 素主要包括温度?pH?溶解氧等?运行条件包括污泥负荷?反应器类型及流态的进水方式?曝气方法? 污泥龄等?根据丝状菌对外部生长环境条件和基质 种类的要求,污泥膨胀产生的5 个主要原因包括溶 解氧含量过低?pH 不平衡?缺乏营养物质?含有毒物质和富含有机物?黄志鹏的污泥膨胀故障树分析法,将这5个主要原因分解为第二层级原因和 底层原因,见表2?

根据表2,对一体化设备调试过程中产生故障 的原因分析如下:

① 进水水源来自于当地的生活污水处理厂, 调试期间污水的COD 浓度为150~250 mg/1, \(NH_{3}\) -N 浓度为15~35 mg / L,TP 浓度为4 ~10 mg / L,TSS 浓 度为150~250 mg / L,pH 为6 ~ 9,基本为生活污水, 不含有毒有害物质?一体化设备发生污泥膨胀前, 进水用葡萄糖调质, 使COD 浓度为900 ~ 1 200 mg / L,未投加N?P 盐?根据水源特性和污泥 膨胀的关系分析第一层级原因,可排除pH 不平衡 和含有毒害物质两大类原因,存在缺乏营养物质和 富含有机物造成污泥膨胀的可能性?进一步分解第 二层级原因,原水含有大量碳水化合物?C ∶N ∶P 不 足而缺乏营养元素可能是造成污泥膨胀的原因之一?

② 生化池在污泥培养?驯化期的全池溶解氧 为4~6 mg / L,水温为24 ~ 26 ℃?在污泥培养完成 后,逐渐下调溶解氧浓度,根据现场调试记录,污泥 膨胀前3 d 生化池进口端溶解氧为0. 5 ~1 mg / L,生 化池末端溶解氧约为2 mg / L;污泥膨胀后,生化池 活性污泥色泽偏棕褐色,二沉池污泥发黑?第一层 级原因分析认为可能是溶解氧不足,进一步分解第 二层级原因,认为该阶段水温适当,采用池底曝气器 供氧,鼓风机气水比为60 ∶1,不存在曝气方式影响 曝气效果的问题?污泥停留时间24 h,污泥负荷 0. 125 kgBOD5 / (kgMLSS·d),不存在污泥负荷过 高的问题?二沉池总停留时间3 h,停留时间合理, 因此,仅可能存在曝气效率过低一个原因?进一步 分析底层原因,排除设备老化?管道堵塞和曝气机安 装水深问题,仅可能是控制风量的阀门开合度过小 的问题?

综上所述,一体化设备生物调试过程可能导致 污泥膨胀的原因有3 个,分别是控制风量的阀门开 合度过小?含有大量碳水化合物和C ∶N ∶P 不足而 缺乏营养元素?在调试过程中,污泥膨胀产生的原 因和控制措施与污泥膨胀故障分析结果基本一致, 但一体化设备和水厂溶解氧检测的水深差异较大, 一体化设备检测溶解氧时需进行水深校正?当一体 化设备发生污泥膨胀时,可根据污泥膨胀的多个因 素同时采用多个措施进行控制,缩短污泥膨胀的控制时间,也可以根据主次原因逐个调整,但会增加污 泥膨胀控制时间?

5 结论

① 通过对一体化污水处理设备生物调试污泥膨胀控制的实际经验介绍,说明控制污泥膨胀的关 键在于溶解氧的控制?一般工程上水深4 ~ 6 m,生 化池末端溶解氧需控制在2 mg / L 左右,溶解氧随水 深有一定减少,但曝气头位置在0. 5 m 以上,基本就 能达到2 mg / L,不会有大幅变化,如果有大幅变化 则仍说明曝气量不足?出口一体化污水处理设备因 集装箱高度的限制,水深一般不超过2 m,氧气利用 率低,生化池末端溶解氧需有相应的提高?

② 一般污水水质均较稳定,引发污泥膨胀的 因素虽然多,但对确定的水质来说,一般仅有1 ~ 2 个是关键因素,其中溶解氧造成的污泥膨胀的概率 较大因此需将溶解氧 \(SV30\) 和镜检作为常规检测 项目?在检出丝状菌的前2 ~ 3 d, \(SV30\) 会出现明显 增长,此时应该提前分析原因并采取措施,一旦检测 到丝状菌,再采取措施则设备需要更长的恢复期?

③ 对于污泥膨胀的产生原因,可逐层进行分 析,第一层级原因主要为溶解氧含量过低?pH 不平衡?缺乏营养物质?含有毒物质和富含有机物五大类,在此基础上分析第二层级及底层原因,并快速采 取相应调整措施,改善污泥膨胀?

辛红香 , 刘 辉，陈 晨  供 水 技 术 第19 卷 第2 期 2025 年4 月