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污水處理泡沫產生原因、危害及控制方法 污水處理曝氣量控制難點

所屬分類: 新聞中心 發布時間:2019-11-26

污水處理泡沫產生原因、危害及控制方法

  在污水處理過程中,相信大家都常常會遇到生化池產生大量的泡沫的情況,而且如果靜止時,就會從池中溢出,引起外部設備外部池壁的嚴重污染,使操作條件惡化,嚴重影響了周圍的環境。

  一、泡沫的類型

  1、啟動泡沫

  1.曝氣池啟動初期,曝氣池中的污泥對污水的水質并不適應,對生長環境的不適應,容易形成泡沫。隨著污泥對水質的適應,泡沫會減少。

  2.曝氣池啟動初期,污泥相對較少,污泥負荷較高,容易產生泡沫。污泥量增加后,泡沫會逐漸消失。

  3.活性污泥工藝運行啟動初期,由于污水中含有一些表面活性物質,易引起表面泡沫。但隨著活性污泥的成熟,這些表面活性物質經生物降解,泡沫現象會逐漸消失。

  2、反硝化泡沫

  活性污泥處理系統以低負荷運轉時,在沉淀池或曝氣不足的地方會發生反硝化作用而產生氮氣,氮氣的釋放在一定程度上會降低污泥密度并帶動部分污泥上浮,從而出現泡沫現象,產生的懸浮泡沫通常不很穩定。

  3、表面活性劑泡沫

  污水中的表面活性劑和淀粉、蛋白質、油脂等表面活性物質在分子結構上都表現為含有極性-非極性基團即所謂雙親分子。在曝氣的條件下,非極性基團一端伸入氣泡內,而極性基團選擇性地被親水物質所吸附,使親水性物質的表面轉化成疏水性物質而黏附在氣泡水膜上,隨氣泡一起上浮至水面。

  4、生物泡沫

  1.與泡沫有關的微生物大都含有脂類物質,這類微生物比水輕,易漂浮到水面。

  2.與泡沫有關的微生物大都呈絲狀或枝狀,易形成網,能捕掃微粒和氣泡等,并浮到水面。被絲網包圍的氣泡,增加了其表面的張力,使氣泡不易破碎,泡沫就更穩定。

  3.曝氣氣泡產生的氣浮作用常常是泡沫形成的主要動力。顆粒利用氣泡氣浮,必須是形小、質輕和具有疏水性的物質。所以,當水中存在油、脂類物質和含脂微生物時,則易產生表面泡沫現象。

  二、泡沫產生的因素

  1、污泥停留時間

  產生泡沫的微生物的生長速率普遍較低,生長周期長,所以長的污泥停留時間有利于這些微生物的生長。因此,采用延時曝氣方式的活性污泥法更易產生泡沫現象。另外,一旦泡沫形成,泡沫層的生物停留時間就會獨立于曝氣池內的污泥停留時間,易形成穩定持久的泡沫。

  2、PH值

  不同的絲狀微生物對pH的要求不一樣,amarae的生長對pH值極敏感,最適宜的pH值為7.8,當pH值從7.0下降到5.0~5.6時,能有效地減少泡沫的形成。這主要是因為低的pH值超過了產生泡沫的微生物群落對pH的極限。因此當pH值為5.0時,就能有效控制其生長。但是pH值的變化也會引起活性污泥的不適應,從而產生泡沫現象。具體聯系污水寶或參見更多相關技術文檔。

  3、溶解氧

  生物泡沫中的諾卡氏菌群是嚴格好氧的微生物,在缺氧或厭氧的條件下,都不能利用基質生長,但并不會死亡,而絲狀菌有所不同,其可以利用硝酸根作為最終的電子受體。因此即使在現有的脫氮除磷系統中的缺氧段或是厭氧段,仍可以順利生產。當溶解氧不足,且系統是低負荷運行時,容易產生反硝化泡沫。

  4、曝氣方式

  不同曝氣方式所產生的氣泡不同,而微氣泡或小氣泡比大氣泡更有利于產生生物泡沫,并且泡沫層易集中于曝氣強度低的區域。

  5、溫度

  與生物泡沫形成有關的菌類都有各自適宜的生長溫度和最佳溫度,當環境或水溫有利于菌類生長時,就可能產生泡沫現象。不僅如此,溫度還會對活性污泥系統中的微生物群落產生影響,導致生物泡沫的產生,這可以從許多生物泡沫的產生具有季節性看出。

  三、泡沫的危害

  1、影響儀表的正常顯示

  特別是采用DCS自動控制的污水處理廠,會造成系統的誤操作。對超聲波液位計來說,會造成虛假液位,嚴重時引起泵的空轉;污水處理站總排口采用明渠流量計的,可能會造成總排口污水流量的誤差。

  2、影響環境

  大量的生物泡沫產生后,蔓延到走道板上,影響正常的維護。生物泡沫冬可能會結冰,清理較困難;夏天會遇風飄蕩,形成不良氣味,嚴重污染環境。

  3、溶解氧降低

  采用表面曝氣的設備的工藝,生物泡沫具有粘滯性,會阻止正常的曝氣充氧,使混合液的溶解氧降低。

  4、出水水質變差

  有的生物泡沫還可能進入二沉池,造成外排水的SS、CODcr等污染物增加。

  四、泡沫的控制方法

  1、噴灑水

  高速噴灑的水流或水珠能打碎浮在水面的氣泡,被打散的部分污泥顆粒重新恢復沉降性能,可以減少泡沫。通過噴灑水,可以減少泡沫,如果對好氧池做噴淋,則可以達到長期消泡的效果。盡管噴灑水不能從根本上消泡,卻是一種最簡單、最常用的物理方法。

  2、投加化學藥劑

  投加化學藥劑可以在短時間內解決泡沫問題,而且操作簡單。但投加化學藥劑在解決泡沫問題的同時也會對污泥產生很大的影響,而且使用化學藥劑后,對出水水質會產生較大影響和剩余物質的處理也都是問題。

  常見的投加藥劑:

  1.投加氯和氧化劑;

  2.投加混凝劑;

  3.投加消泡劑和植物油。

  3、縮短污泥停留時間

  降低曝氣池的污泥停留時間,也就是降低細胞平均停留時間,能有效控制活性污泥過程中的生物泡沫。降低污泥停留時間,實質上是種生物篩選策略,即利用發泡微生物平均世代時間較長的特點,抑制發泡微生物在曝氣池中的過度增殖或將其排除出去,達到控制生物泡沫的目的。

  4、向曝氣反應器內投加載體

  在一些活性污泥系統中投加移動或固定填料,使一些易產生污泥膨脹和泡沫的微生物固著生長,這既能增加曝氣池內的生物量、提高處理效果,又能減少或控制泡沫的產生。(來源:環保工程師)

污水處理曝氣量控制難點

  鼓風曝氣系統電耗一般占全廠電耗的60%左右,是全廠節能的關鍵。最根本的節能措施是提高曝氣控制效率,降低氧的浪費,從而減小風量。

  進行氣量控制是曝氣系統效果最顯著的節能方法,據美國環境保護署對美國12個處理設施的調查結果顯示,以溶解氧(DO)為指標控制風量時可節電33%。根據風機風量與能耗的關系可知,電耗隨氣量變化很大,因此進行氣量控制節能效果顯著,而且功率越大效果越明顯,當然氣量并不是可以任意減小,它將受到許多因素的影響。

  從處理工藝的角度看,曝氣系統必須進行控制,因為曝氣系統如果操作不當,曝氣量過小,二次沉淀池可能由于缺氧而發生污泥腐化,即池底污泥厭氧分解,產生大量氣體,促使污泥上浮。當曝氣時間長或曝氣量過大時,在曝氣池中將發生高度硝化作用,使混合液中硝酸鹽濃度較高。這時,在沉淀池中可能由于反硝化而產生大量N2,而使污泥上浮。

  另外,曝氣量的分布是否均衡和穩定也是影響處理效果和能耗的一個重要原因。在曝氣系統運行時,由于種種干擾,曝氣量的分布會發生變化,比如,一個地方曝氣頭堵塞,氣體流量會減少,同時,也會造成其它地方流量增大,相反,曝氣頭破損,氣體流量會大增,同時會造成其它地方流量銳減。

  這些都會使生物反應不平衡,處理質量下降。為達到處理效果,不得不調整曝氣量,而此時某一點的溶解氧的變化亦不能準確反映生物池的處理狀態,使得以溶解氧為指標的控制變得不穩定,能耗增加。

  一、行業現狀的不足

  總結國內現有污水處理廠的運行后發現,自動化設備投入較低,能耗高,而且系統大多在投產時沒能達到設計運行要求,或在運行一段時間后改為部分自動、部分手動的運行狀態,特別是曝氣系統。分析原因主要有以下幾個方面:

  1、自動化技術與工藝技術未能有機結合。我國污水處理廠起步時,自動化系統成套引進國外產品和技術,以后雖然硬件系統在國內采購,控制技術并沒有被系統的吸收。國內污水處理行業的自動化專業力量較低,很多興建的污水處理工程的自動化系統是由冶金、化工、輕工等領域工程師設計、編程和調試的,對污水處理工藝了解較少,不能結合具體工藝進行控制策略設計,一般采用套用本行業現有技術的作法,如本行業PID調節及其整定參數等,因此,運行效果并不理想。

  2、自控系統培訓不到位。很多污水處理廠運行人員沒有得到控制系統供應商系統的培訓,除了基本操作以外,沒有從理論上對諸如曝氣系統調節技術的講述,使得管理人員只能在工作中重新摸索。

  3、運行經驗未得到利用。污水處理廠很重要的一點,是在長期運行之后,可以總結日常規律,而且相對穩定,對于管理者,這些規律往往比昂貴的自控設備有用,但是在污水廠建設中,很多設計并沒有給管理者留有充分的調整空間,而且這些有用的經驗也缺乏應用到其他污水設施建設的途徑。

  二、控制策略的不足

  1、溶解氧控制的難點

  污水水質的多變和生物處理系統中生化反應的復雜性,決定了污水處理的溶解氧(DO)檢測控制是一個大滯后系統,檢測出結果再進行參數處理和調整,往往已滯后幾個小時甚至幾天,造成大量不合格水的排出。這種系統的特點是污水生物處理系統的運行管理具有相當的技術難度,要求管理者具有較好的環境工程知識基礎和相當豐富的運行管理經驗。具體聯系污水寶或參見更多相關技術文檔。

  另外,溶解氧指標并不能直接反映生物反應的氧氣需求量,它只是反映了反應池中氧氣的剩余程度,無法根據它的數值和變化直接計算氣量。

  傳統的PID控制雖然在工程上廣泛采用,但只能解決線性系統的調節問題。曝氣系統中PID能夠實現對流量的控制,但對水質處理效果的控制能力有限。溶解氧(DO)控制時,PID參數的整定需要根據季節、水質的變化等實際情況不斷調整。從控制理論的角度來看,污水的生物處理過程具有大滯后、非線性、隨機性和多變量的特點,建立的模型也是經驗的、有條件的,因此,單純依靠理論模型建立的經典控制方法并不能很好地滿足溶解氧(DO)調節的需要,造成鼓風機和閥門調節頻繁、超調量大,使得設備壽命降低、能耗過高。

  2、流量控制的重要性

  空氣質量流量是直接影響曝氣處理效果的指標,從工程的角度看,諾大的反應池往往需要許多組曝氣設備,包括空氣管路、曝氣頭或曝氣器等,實際運行中,這些設備能否穩定的工作、能否及時地發現和抑制故障,會影響到曝氣過程的穩定和均衡,影響到生物反應效果和電耗。不穩定的流量分布會擾亂溶解氧檢測參數的真實意義,使得本來就容易產生振蕩的溶解氧控制變得更加難以駕御。

  曝氣池通常是幾百或幾千平米的流動水池,空氣管路通過總管和支管將壓縮空氣輸送到池底的曝氣設備,比如空氣由A分別輸送到B、C、D、E、F。在曝氣系統設計中,曝氣量應按照需要均勻的分布,實際上,由于管道壓力損失,B位置和F位置的空氣壓力和流量存在差異,當總氣量由于水質或水量變化而調整時,B位置和F位置的壓差和流量差也會發生改變,這會造成曝氣分布的偏差,而且這種偏差也是變化的;另外,在系統進行時,如果某位置(如D)的曝氣設施堵塞或破漏,會造成該位置壓力和流量的改變,同時會引起整個空氣管路的壓力和流量重新分布,其他各點(B、C、E、F)的空氣流量也會相應改變,引起曝氣分布的偏差。上述運行中的曝氣分布不均往往是隱藏性的,水面上很難發現。

  曝氣分布不均使得溶解氧更加困難。因為在工程中,溶解氧只能檢測某點(通常是曝氣池出口),不能反映出氧量的分布,溶解氧控制的一個條件是溶解氧值真實地反映曝氣池生物反應的環境狀態,當曝氣分布不均時,這一條件不真實,控制效果也不會理想。

  因此,空氣流量的控制是曝氣控制中十分重要的一環,如果在B、C、D、E、F位置安裝流量檢測設備和調節閥門,并建立控制環節,流量偏差就會在運行中被糾正,溶解氧的控制也會更加有效。

  三、分析結論

  曝氣系統的特點如下:

  1)污水輸入量為隨機變量,其外部環境具有許多不確定因素,因此難以建立曝氣生物系統的精確數學模型;

  2)曝氣系統的參數維數高、強耦合,高度非線性;

  3)溶解氧存在大時滯,系統平衡難以在較短時間內達到;

  4)污水處理工藝中需要大量熟練操作人員的實踐經驗和知識;

  5)曝氣流量分布的穩定和均勻是控制處理效果和節能的基礎。

  因此,解決好曝氣系統控制應從兩方面加以改善,一是解決曝氣池空氣流量的平衡和穩定問題,二是尋求適合溶解氧控制空氣流量的控制策略。(來源:環保工程師)

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