某市工业园区是以玻璃建材产业为主导,集食品加工、饲料生产、化工等于一体的现代化综合性新型经济技术开发区。为使已建成的工业园区废水处理厂出水稳定达标排放,必须强化生化系统中的污泥,提高系统的抗冲击负荷能力^[1]。选取该厂2014年5~12月的进出水水质水量及曝气池污泥性状进行说明和分析,通过对各工艺段的参数进行校核,提出对原处理工艺改善以及在调试过程中强化微生物增殖的对策。

　　 某园区废水处理厂设计水量50 000m³/d,并列两组系统,实际水量为34 000m³/d左右,以格栅+缺氧+百乐克+沉淀池+稳定池+D型滤池+消毒为主要工艺,厂区占地面积为71 333.3m²,主要收集园区范围内工业废水和生活污水,其中90%为工业废水,进水水质波动大,无机物含量大。现执行排放标准为 《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。就目前运行情况来看,由于实际进水水质水量和设计相差较大,各项指标均未达到设计值要求,与预想相差较大。

　　 工艺流程如图1所示。

　　 对工业园区废水处理厂进水水质进行大量的调查研究,并对实际经缺氧池调节后进水水质和设计值进行对比,水质参数见表1。

　　 进水水质受工业园区企业排水周期影响,水质成分也发生变化,COD波动较大,一般在80~450mg/L,但经过缺氧池调节后^[2],实际进水情况如表1所示。同时从表1中可以看出,各项指标实际进水值都低于设计值(如:实际水量为设计值的0.68倍),特别是COD、BOD₅远低于设计值,且BOD₅/COD仅为0.3左右,而废水中无机物较多(玻璃粉末),大大增加了污泥沉降速度,对废水处理厂的污泥培养驯化产生一定的影响^[3]。

　　 通过对5~10月进出水水质参数和曝气池污泥现状进行分析,对现有工艺进行改善研究。

　　 该废水处理厂厌氧(酸化)池单组总有效容积(共两组):S=66m×31m×5m=10 230(m³),设计规范规定宜采用2~8 W/m³。原设计选取2.73W/m³,总安装功率28.0kW。由于水中含有大量的无机物(玻璃粉),从而加速了污泥的沉降,对于现有3台潜水式推流搅拌器,根据运行情况明显存在搅拌功率不足,布局不合理的问题,使得池内约1/2的容积基本搅拌不到,出现活性污泥沉降现象,严重影响生化效果。如图2所示,1~3区域为搅拌混合不充分区。

　　 根据相关设计规范并通过对现场考察研究,对厌氧(酸化)池进行改造,新增3台悬挂式水下推流器(可在不放水条件下安装),分别为1 台7.5kW推流搅拌器,2台4.0kW推流搅拌器,总功率达到43.5kW,混合功率为4.25 W/m³。改造后推流器布局如图3所示。

　　 该废水处理厂好氧池采用悬挂链曝气(百乐克工艺),单组有效池容S=66 m×73 m×5 m=24 050(m³)(共2 组),原设计5 台风机(功率:110kW,风量:68.8m³/min,3用2备)。由于实际进水水质水量未达到设计值(见表1),现开启2 台风机。通过5~10月运行,该厂悬挂链曝气系统存在两个问题:(1)开启2台风机风量太大,而1台风机不能使悬挂链曝气池中污泥处于悬浮态,污泥在池体底部堆积;(2)由于曝气池中水体表面漂浮曝气主管太长(约60m),在调试期间控制风量,使得整个池体曝气不均匀,气量小的地方容易堆积污泥,因此导致悬挂曝气链无法摆动。

　　 针对以上不足,对悬挂链曝气系统采取措施:(1)在曝气主管末端安装放空阀门,阀门采用截止阀,通过控制放空阀门及每根漂浮曝气主管阀门开启度(现场曝气管路见图4),达到对曝气池体中DO精确控制;(2)通过定期调大漂浮曝气主管阀门开启度,必要时需要人工在漂浮曝气主管两段进行拉链,最终使得悬浮链能够摆动起来。

　　 深度处理单元为D型滤池+ 二氧化氯消毒。由于在气温相对高时,滤池上层PE拦截板大量生长绿藻,大大增加反冲洗频次,同时原设计的二氧化氯投加位置设置在D型滤池出水口处,将大大减少废水和二氧化氯的接触时间,降低废水杀菌效果。

　　 针对以上不足,对二氧化氯投加位置进行改造,把投加位置移到D型滤池前段,保证废水和二氧化氯的接触时间,可以有效防止PE拦截板上大量生长绿藻。

　　 生物工艺调试是废水处理厂工艺调试的核心,该厂及时对原有工艺系统进行改进,同时生化系统留存原有污泥(SV₃₀=1%~2%),在具备这两个条件后,对生化处理单元进行再次启动。

　　 因工业园区废水处理厂进水水质的特性,污泥的培养、驯化增殖周期长且成功难度大,为在有效的时间内成功地完成工艺调试,相关主要指标必须根据工艺运行实际情况进行及时调控。

　　 (1)培养初期DO和SV₃₀关系如图5~图7所示。本次对一组悬挂链曝气池工艺段进行调试,池体有效容积为24 050m³,调试初期投加污泥(含水率为80%)900m³,约占总容积的3.74%。污泥投加后进行闷曝,主要目的是刺激污泥活性。当池体中污泥SV₃₀达到5%左右时,调节悬挂链曝气池中曝气量,并在池体表面液位1.5m处取水样进行检测分析,观察DO和SV₃₀的关系。

　　 从图5可知,当降低曝气量时,前2h内,池体中DO从3.1 mg/L逐渐降低至2.4 mg/L,随后DO逐渐上升,在6h时DO达到6mg/L,后期DO稳定在6mg/L左右。在降低池体曝气量期间,池体中SV₃₀初期为5%,一直降低到2% 左右,在第4h时候达到最低点为1%~2%。

　　 从图6可知,当提高曝气量时,前8h,池体中DO从3.2 mg/L逐渐升高至6 mg/L左右,后期DO稳定在6mg/L左右。在提高池体曝气量期间,池体中SV₃₀初期为5%,2h后升高到6%,后期一直维持在5%~6%。

　　 从图7可知,当维持原来曝气量,池体中DO为3.2mg/L左右,SV₃₀为5%左右,短期内DO和SV₃₀能够维持平衡态。

　　 由此可知,在悬挂链曝气系统中,当在表1进水水质条件下,且控制较低或较高的曝气量时,池体中都无法达到合理DO,分析其原因为:(1)由于水中大量的无机物(玻璃粉末)增加了污泥沉降速度,当降低曝气量时,污泥下沉且泥水混合效果差,池体中大多数细菌不能充分吸附降解废水中的有机物,导致整个曝气系统中DO不断上升,最终影响出水水质;(2)提高曝气量,污泥浓度虽然略有上升,但由于曝气量太大,对池体污泥系统中菌胶团冲击大易解体,导致出水效果逐渐变差。因此系统应控制DO为3.2mg/L左右。

　　 (2)培养后期DO和COD、NH₃-N、SS关系见图8~图10。

　　 在污泥培养驯化中后期,虽然进水COD波动特别大(一般在80~450 mg/L),但通过缺氧池调节后,进水COD、氨氮一天均值见表1。通过调整曝气量,考察DO对出水COD、NH₃-N、SS影响。

　　 从图8~ 图10 中可以看出,DO分别为1.5mg/L、2.5 mg/L、3.5 mg/L时,对出水COD影响不大。在DO分别为2.5mg/L、3.5 mg/L时出水NH₃-N为2~4mg/L优于DO为1.5mg/L时的NH₃-N为4~6mg/L。在DO为2.5mg/L时,出水SS较低。

　　 由于进水水量偏低且水质偏差,为了缩短前期系统污泥培养驯化周期,并对系统有机负荷进行调整。该工业园区废水处理厂先对一组悬挂链曝气池进行调试,调试期间运行参数见表2。

　　 从表2可以看出,10月11日~11月2日,有机负荷约为0.04kgCOD/(kgMLSS·d),SV₃₀基本维持在2%~3%,平均MLSS为750mg/L左右。随着有机负荷的不断提高,当有机负荷提高到Ns=0.1kgCOD/(kgMLSS·d)时,随着水量提高,污泥浓度不断提高至2 600mg/L左右,系统运行达到稳定状态,出水COD基本稳定在30~40mg/L。

　　 在运行初期要严格控制污泥回流量。当污泥回流量大时,缩短污泥混合液在沉淀池中水力停留时间,容易造成污泥流失,从而降低污泥系统中污泥量(MLSS)。调试期间污泥回流量控制见表3。

　　 (1)根据5~10月运行情况,对原有的百乐克工艺中厌氧/缺氧区、曝气区进行改造,由于水中大量的无机物(玻璃粉末)增加污泥沉降速度,当厌氧/缺氧区混合搅拌功率达到4.25 W/m³(规范建议值为2~8 W/m³)以上时,且合理布置,系统泥水混合均匀。在调试后期(冬季调试),当控制DO为2.5mg/L时,曝气池中泥水混合均匀,污泥没有下沉现象,出水水质达到最佳。

　　 (2)在调试初期(冬季调试),合理控制DO和污泥(SV₃₀)关系,当控制最佳DO为3.2mg/L左右时,百乐克系统中污泥性状较好,出水水质较快好转。

　　 (3)本次调试过程中分3个阶段提高有机负荷,分别为0.04 kgCOD/(kgMLSS · d)、0.06kgCOD/(kgMLSS·d)、0.1kgCOD/(kgMLSS·d)。经过50d调试,系统运行达到稳定状态。

　　 (4)在整个调试期间,污泥回流量和有机负荷提升阶段匹配,污泥回流分别达到100%、85%、65%、50%。