寒冷地区城市污水厂的设计与运行管理

寒冷地区城市污水厂的设计与运行管理白晓慧李刚仲朝辉提要以大庆乘风庄污水厂5年的实际运行为背景，阐述了寒冷地区城市污水厂在设计运行和管理时应注意的问题及对策。关键词寒冷地区污水处理设计运行管理Abstract:OnthebasisoffiveyearsperformanceofChengfengzhuangwastewatertreatmentplantinDaqingcity,HelongjiangProvinceinnorth-eastChina,somekeyattentionsaredescribedforthemunicipalwastewatertreatmentplantwhichistobedesignedandmanagedinareawithcoldclimate.Alsocorrespondingstrategiesarerecommended,sothatsomebeneficialexperiencesandreferencecanbeaccumulatedwhenanewmunicipalwastewatertreatmentplantisdesigned.0概述东北地区气候寒冷，其城市污水处理厂较少，沈阳市只有一座刚投产的沈阳北部污水厂，哈尔滨目前还没有一座城市污水厂，这使松辽流域的环境和经济发展受到很大影响。严酷的气候条件使寒冷地区污水处理厂的设计和运行管理有别于其它地区的污水处理厂。认真总结现有污水厂的各方面经验，对今后我国寒冷地区城市污水厂设计运行具有重要的借鉴和指导作用。本文即以大庆乘风庄污水厂5年的实际运行为背景，对其工艺流程、设计参数、保温措施和运行管理进行了综合分析。大庆乘风庄污水厂是目前我国最北部的城市污水厂，也是我国第一座利用处理后的城市污水作为油田回注水的三级污水处理厂。其地处北纬45.5°～47°，年平均气温3.3℃，月平均最低气温-25.5℃，极端最低气温-37.4℃，冰冻期5个多月。该厂主要处理大庆乘风庄地区的生活污水和少量工业废水，设计规模3万m3/d，工程总投资4500万元。1992年5月动工，1993年6月建成投产。运行5年来，经过技术改造、设备更新、完善工艺、加强管理，一直较稳定运行，为大庆油田的稳定高产，为大庆地区水资源的可持续利用作出了重要贡献。1工艺流程的选择在寒冷地区选择工艺流程时，除要充分考虑原水的水质状况、水量变化、处理水的出路、占地面积、运行费用等因素外，还需考虑低温对生物处理的影响。要采取适当的技术措施，保证在低温季节也能正常运行。为此，当时根据国内城市污水低温生物处理的研究成果，决定采用活性污泥法，并经两套方案比较，采用以下工艺：采用平流沉淀池与调节池合建，比原方案中的辐流沉淀池或斜板沉淀池节省占地、管理方便，也使整个工艺布局合理、结构紧凑，便于采取保温措施。由于二级处理出水有机物浓度已经较低，作为油田回注水，三级处理主要去除水中悬浮物，使其小于5mg/L，为此确定采用投药混凝+过滤的处理工艺。过滤装置经比较认为颗粒滤料滤速较低，占地面积大；纤维球过滤器造价高，纤维球内部积泥不易反冲洗干净，遂采用LLY-3000型高效纤维过滤器。2设计参数在寒冷地区冬季较长，水温长期偏低，对活性污泥的生理活性有较大影响，为保证净化效果，可适当降低曝气池设计负荷，增加沉淀时间。原设计参数为：曝气池污泥负荷：0.24kgBOD5/(kgMLSS.d)；MLSS:2500mg/L；曝气时间：8h；污泥回流比：50%～100%。二沉池表面负荷：1m3/(m2.h)，沉淀时间2.5h。乘风庄污水厂实际运行5年来，始终未达到设计处理水量。至1998年底其实际水量不足20000m3/d，污泥负荷小于0.2kgBOD5/(kgMLSS.d)，二沉池沉淀时间大于3h。3冬季防冻措施大庆地区冬季时间长，月平均最低气温-25.5℃，为保证设备正常运行，设计时必须采取一定的防冻措施。(1)由于格栅机、平流式沉淀池刮渣机间歇使用，为防止冰冻可建于室内，但对室内门窗、机械设备应采取防锈蚀措施。该厂平流沉淀池刮渣机及其室内钢窗，由于室内采暖和来水具有一定温度而产生的蒸汽，已严重锈蚀。刮渣机已报废停用。(2)沉砂池、初沉池为间歇排砂、排泥。排砂管闸阀在地面以上，排泥管也常在冰冻线以上极易冰冻，可建于采暖房间内。沉砂池外的泥砂储存池可露天设置，但池内壁应设加热装置。(3)曝气池是污水二级处理的核心，而大庆冬季最冷月气温可降至-25℃～-30℃，污水中原有少量热量经鼓风曝气会很快散发。为此，一方面要做好曝气池地面以上池壁保温，该厂采用池外壁围厚10cm发泡保温板，外砌砖作围护结构，外形美观，节约占地；另一方面，要提高鼓风机进风温度，该厂在风机一侧设空气预热室，将冷空气加热至5℃～8℃，再经风机加压升温，以提高曝气池水温，这样可使曝气池水温在最冷月份保持在8℃以上。(4)污水厂内各种污水、污泥、空气、投药管线和闸阀为防止冰冻，应在适当地点设放空或加伴热管。如该厂剩余污泥排放管线，起初因埋深较浅，冬季管线流量计冰冻失灵，拆掉机芯并将管线加伴热，才使剩余污泥排放正常。曝气沉砂池供气管线一般属支线末端，也应做好保温。该厂即因管线内含水蒸汽，又有一段立管露天，即使底部有放空阀，每年仍有数月冰冻，无法正常供气。该厂为减轻三级过滤负荷，在二沉池配水井上设一条投加混凝药剂管线，也是增加伴热后，才得以正常运行。4实际运行处理效果乘风庄污水厂曝气池采用传统推流式活性污泥法。由于实际进水有机物浓度和处理水量低于设计值，5年来一直处于低负荷运行状态。因该厂处理水用于油田地下回注，控制指标主要为悬浮物、铁、细菌和溶解氧，所以其常规测试指标较少。二级处理主要有CODCr、BOD5、DO、MLSS、MLVSS、SVI及出水SS，从1998年6月我们增加了对其氮磷的测试，测试结果见图1～图4。图1乘风庄污水厂BOD5去除曲线(1998年2月～1999年2月)图2乘风庄污水厂CODCr去除曲线(1998年6月～1999年2月)图3乘风庄污水厂NH3-N去除曲线(1998年6月～1999年2月)图4乘风庄污水厂TP去除曲线(1998年6月～1999年2月)从图1～图4中可以看出，从夏季到冬季该厂有机物和氨氮去除始终较好，硝化即使在冬季也可使出水NH3-N小于5mg/L，而此时水温已降至8℃。分析认为与曝气池负荷较低有关。此外该工艺还有一定的除磷效果，平均去除率为47%。污水厂运行期间污泥浓度保持在1700mg/L～2500mg/L，溶解氧变化较大，在0.8mg/L～5.35mg/L之间。5运行管理大庆乘风庄污水厂是一座三级污水处理厂，处理出水最后回注深层地下以继续水力驱油。该厂生活污水处理工艺设备为人工控制，人员配置较多，目前已有150人。5.1一级处理一级处理包括格栅、曝气沉砂池和初沉调节池。实际运行中，问题较多的是格栅机和曝气沉砂池。由于是人工控制，来水杂物又较多，格栅机必须经常启动，否则过流量减小，栅前水位升高，很容易憋冒。而在当时看来属新技术的回转链条式格栅除污机也有不足之处。到目前除污机已有多处硬质塑料齿耙掉落，补装又很困难，该厂准备对此更新改造。该厂的曝气沉砂池为多斗穿孔曝气沉砂池。目的是通过曝气去除固体颗粒表面的有机物和起到预曝气的作用。这种沉砂池管理简单，但工作强度大，日常排砂需用钢管疏通，还易损坏闸阀。该厂的初沉调节池为合建式，四壁象曝气池一样加保温，顶部加盖。为保证冬季曝气池进水温度，在调节池出水廊道还设蒸气管线加热。5.2二级处理二级处理包括曝气池和二沉池。运行5年来，曝气池最大的问题是污泥膨胀。该厂曾发生两次污泥膨胀，一次为1996年春季，一次为1998年冬季。持续时间都超过4个月，而且一旦发生污泥膨胀，很难控制。1998年冬季的污泥膨胀更使整个曝气池被含大量丝状菌的泥沫结成的厚实坚硬冰层所覆盖。其二沉池因停留时间较长，固液分离效果仍较好，没有发生污泥大量流失现象。但三级处理高效过滤器反冲洗周期明显缩短，阻力增加较快。1998年冬季污泥膨胀时，我们曾建议该厂采取单侧曝气池连续运行，另一曝气池间歇运行。这一方面可增加连续运行曝气池的有机负荷，另一方面可抑制间歇运行曝气池中的丝状菌进一步增长，并改善污泥沉降性。实践表明，间歇运行曝气池污泥沉降性得到明显改善。国外有文献报道，冬季城市污水厂发生污泥膨胀时，可通过增大污泥负荷和提高污水温度改善其沉降性。但通常提高水温较困难，而负荷可通过超越初沉池和加大水量解决。综观这两次污泥膨胀，都是在冬春季水温较低时发生的(8℃～10℃)，与一般夏季气温高易发生污泥膨胀有悖，需进一步研究。1997年夏季，我们对其西侧曝气池曝气装置进行了改造。将原中微孔网状膜曝气器更换为弹性膜微孔曝气器，并将第一廊道曝气头减少一半，使其仅起到搅拌混合作用，造成缺氧，以促进生物处理工艺的脱氮作用。结果使其脱氮作用明显增强，除氮效率最高达58.5%，除磷效果最高达70%。该厂污泥处理系统至今未建，其剩余污泥排至厂前一自然水泡。剩余污泥排放量根据每天测试的MLSS人工控制。曝气池污泥产率为2485kgSS/d。5.3三级处理乘风庄污水厂原设计三级处理为投药混凝+过滤工艺。但实际运行中，二沉池固液分离很好，出水悬浮物始终为20mg/L～30mg/L，遂取消投药直接过滤，从而节省大量药剂费，但投药管线仍保留，以备污泥膨胀或其它异常情况时使用。6结论(1)采用一级沉淀、二级活性污泥法、三级过滤的处理流程技术可行、效果稳定，最终出水可达油田回注水质要求。(2)在寒冷地区城市污水厂的设计中，一定要重视各种与水接触的间歇运行设备如格栅机、沉淀池刮渣机和各种管线、闸阀的防冻保温，否则会严重影响工艺运行。曝气池、二沉池可建于室外，不加盖，但应按冬季最不利条件设计。(3)要保证设备的完好率、备用率。加强曝气池污泥沉降性能的监测分析，发现苗头，及时采取措施。污泥膨胀时，采取单侧间歇运行，可明显改善污泥沉降性。作者单位：白晓慧（150090哈尔滨建筑大学新区793信箱）李刚仲朝辉（大庆乘风庄污水处理厂）