城镇污水处理厂运行中的若干问题探讨郑兴灿

1国家城市给水排水工程技术研究中心城镇污水处理厂运行中的若干问题探讨郑兴灿总工程师工学博士中国市政工程华北设计研究总院有限公司[e-mail]城镇污水处理厂运营优化技术与管理培训北京，2015年7月24日2主要内容城镇污水处理系统及构成是否具备相应的功能模块出水稳定达标难点及对策主要水质指标的运行分析生物脱氮影响因素及控制工艺运行过程的基本判断活性污泥产率变化及影响关注运行泥龄与污泥活性中国市政工程华北设计研究总院有限公司3城镇污水来源及主要污染物构成中国市政工程华北设计研究总院有限公司4中国市政工程华北设计研究总院有限公司地表降水屋顶路面其他地表雨水管道生活污水工业废水污水管道城镇污水处理厂接纳水体雨水管网系统城镇污水收集与处理系统初期雨水城镇污水系统的构成污水管网系统地表垃圾土肥流失大气沉降管道沉积城市供水惰性杂质地表污染5城镇污水除磷脱氮工艺流程示例中国市政工程华北设计研究总院有限公司回流污泥反硝化改良A2/O-IFAS工艺流程剩余污泥回流污泥进水混合液二沉池出水预缺氧厌氧缺氧好氧（悬浮填料）碳源除磷药剂6城镇污水除磷脱氮工艺流程示例中国市政工程华北设计研究总院有限公司初沉发酵-回流污泥反硝化-改良Bardenpho工艺流程出水剩余污泥回流污泥进水分流混合液回流二沉池预缺氧厌氧缺氧好氧缺氧好氧碳源污水初沉发酵池无机泥砂初沉污泥除磷药剂碳源7活性污泥微生物选择机制及影响因素中国市政工程华北设计研究总院有限公司否利用一级基质否利用二级基质是可沉淀的絮凝体中污水温度下可生存比增长速率足够高自由悬浮微生物活性污泥微生物流失？因冷/热死亡好氧生存死亡死于饥饿可能存在的活性污泥微生物（异养菌、自养菌、藻类、微型动物）否是是MBR否否是是否死亡流失IFAS电子受体基质类型沉淀絮凝适宜温度增长速率游离生物固液分离8城镇污水有机物（COD）组分的划分中国市政工程华北设计研究总院有限公司符号有机物的划分SS溶解性快速生物降解有机物SF快速（可发酵）生物降解基质SA挥发性脂肪酸/发酵产物（VFAs）SI溶解性不可生物降解（惰性）有机物XI颗粒性不可生物降解（惰性）有机物XS慢速（颗粒性）生物降解有机物XS颗粒性慢速生物降解有机物XH+A异养生物量与自养生物量TCOD总COD9中国市政工程华北设计研究总院有限公司城镇污水生物处理过程中有机物去向可快速生物降解有机物可慢速生物降解有机物活性微生物XB,HYH污泥惰性有机物累积内源呼吸残留物累积能源消耗CO2,H2O,N2溶解性无机物Kd颗粒性不可生物降解有机物组分悬浮物无机组分污泥悬浮性无机固体溶解性不可生物降解有机物组分出水溶解性COD组分悬浮固体与有机物去向10中国市政工程华北设计研究总院有限公司城镇污水处理过程中氮的转化与去向氮的生物转化过程水解颗粒性有机氮溶解性有机氮氨氮亚硝酸盐/硝酸盐氮氨化硝化同化还原异化还原氮气固氮合成合成溶解性不可氨化有机氮？11城镇污水处理过程中磷的生物转化中国市政工程华北设计研究总院有限公司聚磷菌PAO发酵微生物快速生物降解有机物/可发酵CODVFAsPHA糖原聚磷PHA糖原能源聚糖菌GAO能源厌氧状态下聚磷菌与聚糖菌对基质（VFAs）的竞争12城镇污水处理过程中磷的生物转化中国市政工程华北设计研究总院有限公司缺氧和好氧状态下聚磷菌的能量代谢与磷酸盐吸收糖原聚磷PHA缺氧环境能源NO3生长PHA糖原聚磷好氧环境能源O2生长13城镇污水稳定达标处理的影响因素城市污水水质水量→时空变化地域、位置和时间差异城市污水的碳氮比→普遍偏低污水管网与工业废水影响进水无机悬浮固体→普遍偏高排水体制与地表径流污染低水温与工业废水→重要因素地域、自然环境与监督管理漂浮物泥沙（土、尘）无机悬浮固体纺织面料与洗涤垃圾收集及渗滤液有毒与难降解物质14中国市政工程华北设计研究总院有限公司城镇污水处理工艺路线及问题分析细格栅超细格栅片状线状漂浮物沉砂高性能沉砂池0.1-0.2mm≤0.1mm格栅初沉池高SS/BOD低VSS/SS新型初沉发酵池除磷脱氮低BOD5/TN水质波动改进工艺运行优化深度处理一级A或再生水稳定达标化学/生物沉淀/过滤MBR再生水利用氮磷去除及回收碳源高效利用强化前置防护水质安全保障问题对策理念惰性悬浮固体削减活性提高/池容减小高稳定性15中国市政工程华北设计研究总院有限公司城镇污水处理工艺单元及组合模式工段工艺单元预处理粗格栅、中格栅；泵房（调节池）细格栅/格网；超细格栅/格网；格栅配置沉砂池；初沉池；初沉发酵池；厌氧水解池生物处理预缺氧池、厌氧池、缺氧池（碳源投加）好氧池、悬浮填料、化学除磷；二沉池（膜池）反硝化滤池；曝气生物滤池；氮磷回收利用深度处理化学混凝；絮凝沉淀池砂滤池；机械过滤；微滤、超滤；反渗透消毒处理；高级氧化（O3）；物理吸附（活性炭）16中国市政工程华北设计研究总院有限公司出水BOD5和COD的稳定达标分析碳源BOD5稳定达标基本没有问题出水浓度一般在5mg/L左右出水氨氮对BOD5测定值的影响（硝化抑制剂添加）一般情况下出水COD浓度可以达标注意进水水质的冲击性波动和污泥中毒问题超标情况主要源自工业废水超标的不利影响监控工业废水难生物降解有机物的排放较长的泥龄有助于出水COD浓度的降低出水混凝过滤处理去除10mg/L左右COD17中国市政工程华北设计研究总院有限公司出水SS的稳定达标分析二级处理出水水质部分时段出水SS浓度可以接近10mg/L直接达到排放标准要求多数时段出水SS高于10mg/L或明显波动深度处理工艺技术混凝沉淀、介质过滤和膜过滤0.1μm粒径以上胶体/颗粒出水SS可稳定达标，小于5mg/L18中国市政工程华北设计研究总院有限公司出水TP指标的稳定达标分析二级处理出水水质多数时间TP浓度可以达到1mg/L左右部分时间可达到0.5mg/L的排放标准需要化学除磷，作为TP达标把关措施深度除磷工艺技术化学除磷可与二级生物处理系统协同在二沉池之前投加药剂二级出水的化学混凝（沉淀）与过滤溶解性多聚磷酸盐影响19中国市政工程华北设计研究总院有限公司出水TN和NH3-N的稳定达标分析出水TN稳定达标难题工艺改进与运行优化—稳定达标的基础降低进水水质水量的波动及影响提高碳源有效利用率-非曝气污泥量比值内部碳源的开发和碳源有机物的转化外部投加碳源反硝化—稳定达标保障措施生物处理工艺单元投加生物处理出水的反硝化同时实现TN和SS等指标稳定达标反硝化滤池、硝化反硝化生物滤池20中国市政工程华北设计研究总院有限公司污水碳氮比对生物脱氮的决定性影响生物硝化/反硝化系统反硝化所需(BOD5/TN)反硝化＝6～7考虑剩余污泥的外排生物脱氮所需的BOD5/TN＝5～6生物处理可达到的TN去除率≈（BOD5/TN）实际/5.5×100%生物处理出水的TN浓度≈进水TN浓度×（1-（BOD5/TN）实际/5.5）21中国市政工程华北设计研究总院有限公司污水碳氮比对生物脱氮的决定性影响0510152025301.522.533.544.555.5BOD/TNTN(mg/L)908070605040302022中国市政工程华北设计研究总院有限公司进水碳源质量对生物脱氮性能的影响y=-0.0313x+19.468R2=0.9886y=-0.08x+23.409R2=0.9912y=-0.3176x+27.5R2=0.985510131619222528050100150200250300时间（min）硝酸盐氮浓度（mg/L）T=14.6℃MLSS=2.032g/LMLVSS=1.084g/L23中国市政工程华北设计研究总院有限公司生物除磷脱氮系统的反硝化能力（Dp）硝酸盐充足时，系统所能去除的最大硝酸盐量：DP=αSBS+KDN2fMNYHS0θC/(1+θCbH)快速降解有机物浓度快速降解有机物去除硝态氮能力约0.12mgN/mgCOD缺氧池容积比第二反硝化速率活性污泥微生物量决定性因素：碳源质量数量+污泥活性组分含量24中国市政工程华北设计研究总院有限公司曝气污泥量比值fM对生物硝化的影响生物除磷脱氮系统曝气区与非曝气区反硝化菌：缺氧区和好氧区增殖硝化菌：仅在好氧曝气区内增殖通过硝化菌物料平衡推导出fM的计算式fM＝(1/θC＋bA)/AM为确保硝化反应发生，需要考虑安全系数fM,design＝Sf(1/θC＋bA)/AM25中国市政工程华北设计研究总院有限公司非曝气污泥量比值fMN对生物脱氮的影响根据曝气污泥量比值计算式，fMN为:fMN＝1-(1/θC＋bA)/AM为了确保硝化反应发生，需要考虑安全系数fMN,design＝1-Sf(1/θC＋bA)/AMfMN,design取值取值加大，提高反硝化能力和碳源利用但所需泥龄和池容相应增大，有上限值一般取值0.3～0.45，最高0.526中国市政工程华北设计研究总院有限公司设计规范早期：污泥产率0.40MLVSS/MLSS=0.75实际工程污泥产率MLVSS/MLSS=0.3~0.6出现问题污泥处理系统设计能力不足生物系统设计池容明显偏小活性污泥产率：运行泥龄与污泥活性影响实际运行泥龄与污泥的活性27中国市政工程华北设计研究总院有限公司活性污泥产率：基于IWA活性污泥模型活性污泥观测产量XT＝XB,H+XB,A+XS+XP+XIV+XIPXB,H-----活性异养菌XB,A-----活性自养菌XS-----慢速生物降解有机物（死亡菌体）XP-----微生物内源衰减产生的惰性物质XIV-----进水颗粒性不可生物降解有机物累积XIP-----进水颗粒性无机固体累积28中国市政工程华北设计研究总院有限公司污泥产率：SS/BOD5=00.00.10.20.30.40.50.60.7051015202529泥龄（d）污泥产率（kgDS/kgBOD5）活性微生物内源代谢产物活性污泥活性组分变化29中国市政工程华北设计研究总院有限公司污泥产率：SS/BOD5=0.3,VSS/SS=0.8000.10.20.30.40.50.60.70.8051015202529泥龄（d）污泥产率（kgDS/kgBOD5）内源残留物活性微生物无机物累积惰性有机物30中国市政工程华北设计研究总院有限公司污泥产率：SS/BOD5=1.5,VSS/SS=0.5500.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.5051015202529泥龄（d）污泥产率（kgDS/kgBOD5）内源残留物活性微生物无机物累积惰性有机物31活性污泥产率：室外排水设计规范GB50014-2006Kd的取值0.04d-1~0.075-1Y上限值0.8kgVSS/kgBOD5fV为0.7~0.75中国市政工程华北设计研究总院有限公司coeVdc24(-)1000(1)QYSSVXK32活性污泥产率：室外排水设计规范GB50014不同fV取值对总产率YT计算值的影响中国市政工程华北设计研究总院有限公司33活性污泥产率：德国ATV131标准YH=0.75fP=0.2bH=0.17中国市政工程华北设计研究总院有限公司cTC,OBS5cT(10.2)0.170.75SS0.750.6BOD10.17FYF(15)T1.072TF化学除磷Yp,obs=3kgSS/kgPobsc,obs0.1YY34活性污泥产率：德国ATV131标准进水SS/BOD5比值对活性污泥产率计算的影响中国市政工程华北设计研究总院有限公司35活性污泥产率：不同方法的比较GB50014和ATV131活性污泥产率计算结果对比中国市政工程华北设计研究总院有限公司36进水SS/BOD5对活性污泥产率的影响中国市政工程华北设计研究总院有限公司00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.10.30.651.251.5SS/BOD污泥产率（kgDS/kgBOD）无机物累积惰性有机物内源残留物活性微生物37中国市政工程华北设计研究总院有限公司活性污泥产率与微生物活性的