提要本文以CASS工艺为研究对象,通过在不同的水力停留时间,讨论CASS工艺处理低温啤酒废水(4～8℃)的可行性,以及低温环境下的间歇时间调整,为CASS工艺在我国寒冷地区的推广应用提供参考意见。
关键词:CASS工艺;低温污水;水力停留时间;污泥负荷
关键词:CASS工艺;低温污水;水力停留时间;污泥负荷
一、前言
低温废水处理是指在我国北纬40℃以北的广大地区,其冬季啤酒废水的水温一般在10℃以下(6～10℃,少数地区4～6℃)时进行的废水处理工程。由于寒冷地区排水温度低,输水管道散热量大,给污水处理带来很大困难。此外,温度对微生物的活性、种群组成、细胞的增殖、活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池充氧效率以及水的粘度都有较大影响。因此,低温条件下,污水处理工艺及工程设计参数同常温条件下有很大区别。
低温对生物处理的影响,关系到寒冷地区城市污水和工业废水能否采用生物处理和采用什么样的生物处理工艺。因此,结合我国国情,探讨适合我国寒冷地区的污水处理工艺,对于缓解寒冷地区的环境污染,实现经济可持续发展具有重要意义。
周期循环活性污泥法(CASS工艺)不但具有投资少、占地面积少、工艺流程简单、操作管理方便、处理效果好等优点,而且据国外资料介绍,CASS工艺对低温污水仍能保持很好的处理效果。因此,本文就充分利用CASS工艺的优势,结合我国寒冷地区的实际情况,重点探讨了CASS工艺对低温环境的适应性,探讨适合低温环境条件下的工程设计参数和运行管理经验,为CASS工艺在我国寒冷地区的推广应用奠定基础。
二、工艺流程
海拉尔啤酒集团公司2000年12月完工并投入运行至今,运行稳定,间歇时间调节范围大,便于操作。达到了设计要求。该公司当年6月开始施工,12月投入试运行,CASS工艺采用二套42×16×5m,总容积3,360m3。
啤酒废水及厂区的少量生活污水经提升泵站进入污水处理站。污水首先进入往复格栅,去除SS。废水从格栅过滤后进入均化池,使废水在此得到均化,然后进入1#CASS池,池水加到一定高度后,自动液位控制器自动关闭污水泵,1#CASS池开始曝气,同时均化池中废水向2#CASS池注水。
1#CASS池曝气时间由设计参数确定,曝气时间一般在1～1.5小时,沉淀时间一般为3～4小时之间,沉淀结束后自动滗水机开始缓慢抽出上清液,一般滗水机下降1.1米,滗出上清液。多余污泥送入污泥压滤机去除水分,排除多余污泥。1#CASS池此时已处于到注水状态。2#CASS池废水此时已达到规定水位,自动液位控制器关闭进水阀门,开始曝气。同时1#CASS池低水位时,污水泵自动开启,开始向1#CASS池注水,如此循环往复,实现自动化处理废水的CASS工艺。
三、处理效果分析
1、污泥接种与培养。所用污泥取自哈尔滨啤酒厂废水处理站二沉池回流污泥,该污泥性能良好,属北方低温废水活性污泥处理,污泥适应性好。镜检发现有大量活跃钟虫和少量线虫,污泥上清液清澈透明。将接种污泥投入CASS池并加入部分污水后闷曝24h,此后,逐步加大进水负荷,按照CASS池自身运行方式――连续进水、间歇排水逐步培养驯化活性污泥,至生物相重新恢复正常、污泥性能稳定,处理效果良好,表明污泥培养成熟。
2、CODcr去除效果分析
(1)处理条件。气温:-4～12℃;水温:-2～13℃;水力停留时间:HRT=3h,5h;周期运行时间:T=240～300min(分曝气、沉淀、撇水、闲置四个阶段);进水流量:Q=2.0～2.2m3/min;周期处理水量:Q1=3,000～3,200m3;周期排水比:1/3～1/4。
(2)处理效果分析。监测分析方法:①CODcr:重铬酸钾法;②溶解氧(DO):YSI-52溶解氧仪;③BOD5:稀释倍数法;④pH:pH计或精密pH试纸;⑤污泥沉降比(SV%):用100ml或1,000ml量筒测量;⑥污泥生物相观察:光学显微镜;⑦温度:YSI-52自带温度计;⑧污泥干重、MLSS、SS:重量法测定。(表1)
可以看出:进出水CODcr波动不大,进水CODcr为823～1,354mg/L,出水为38～64mg/L,去除率在93.6%～97.0%之间,出水效果很理想,波动较小,运行稳定,出水水质比较理想。相对应的MLSS=2.15～3.41g/L变化不大,污泥负荷=0.46～0.75kgCOD/(kgMLSS.d),属正常。
通过对不同低温条件下的对比实验在进水CODcr较稳定的情况下,出口CODcr浓度较低,出水水质满足设计要求,出水水质比较理想,通过2001～2007年六年的常规监测和对比试验,CODcr出水水质均达到65mg/L以下,运行费用低,平均处理每吨啤酒为0.80元/吨废水。
3、悬浮物(SS)去除效果分析。一般情况下,传统活性污泥法处理污水的效果随温度的降低而变差,出水质量差的一个重要原因就是二沉池污泥沉降性能不好。从物理现象上看,活性污泥比较细碎,不易形成大块絮凝体,沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒随出水带走;从水质特点上分析,低温环境下,水的粘滞性增高,固体颗粒沉降阻力增大,降低了泥水分离效果。但从CASS工艺处理低温的整个实验过程来看,废水SS的去除率一直都很高,进水SS通常在100mg/L以上,出水SS通常保持在10mg/L左右,并且去除效果比较稳定。这从另一方面反映了CASS工艺独特的运行方式,使得曝气结束后的沉淀阶段整个池子面积均用于在近乎静止的环境中进行泥水分离,故其固体通量很低,泥水分离效果良好。
4、CASS工艺需氧量分析。通过连续监测一个工作周期内的溶解氧(DO)发现,CASS池中DO周期性变化非常明显,经历一个好氧―缺氧―厌氧过程,氧浓度梯度大,氧转移效率高,这对生物脱N除P以及防止污泥膨胀都十分有利。曝气结束后,沉淀开始后15分钟内,DO从4.15mg/L迅速下降到0.28mg/L,曝气重新开始前下降幅度趋于平缓,这就给生物反硝化细菌创造了良好的条件,使NO3-N转化为NO2-N进而转化为N2。这同时也提出了一个问题―低温及中温和高温条件下应设置不同的沉淀时间。因为夏天由于生物反硝化速率高,释放出来的N2易使污泥上浮,如果沉淀时间设置过长,就会造成污泥上浮随水流失。
四、结论
1、低温对CASS工艺处理低温啤酒废水的影响。通过实验观察和分析:低温对CASS工艺处理效果有一定影响,在其他条件相同情况下,与常温条件相比,CODcr去除率约降低5%,这也反映出CASS工艺对温度具有较好的适应能力,与国外文献的介绍是一致的。但低温造成活性污泥沉降性能降低,SV和SVI普遍高于常温条件,可通过提高污泥浓度、降低污泥负荷和适当延长沉淀时间,解决给生产运行带来的困难。
2、推荐的工艺参数。通过对不同水力停留时间的对比实验,发现水力停留时间HRT=3h和5h处理效果差别不大,这说明在一定污泥负荷范围内,延长水力停留时间对提高去除效果意义不明显,反而使投入产出比降低。污泥浓度MLSS=3,000～4,500mg/L,污泥负荷0.48～0.75kgCOD/kgMLSS.d,运行效果和经济性比较好。
3、通过实践和理论分析可知。CASS工艺污泥特性如SV、SVI和MLSS等受温度变化影响较大,而污泥特性的变化直接影响到沉淀时间、排水比和污泥龄等参数的确定,因此,CASS工艺的运行要制定与温度变化相适应的操作管理参数,在低温环境下,仍然保持较好的处理效果。
主要参考文献:
[1]穆瑞林.寒冷地区城市污水处理工程设计.现代废水处理实用技术,1997.
[2]中国工程建设标准化协会批准.寒冷地区污水活性污泥法处理设计规范.
低温废水处理是指在我国北纬40℃以北的广大地区,其冬季啤酒废水的水温一般在10℃以下(6～10℃,少数地区4～6℃)时进行的废水处理工程。由于寒冷地区排水温度低,输水管道散热量大,给污水处理带来很大困难。此外,温度对微生物的活性、种群组成、细胞的增殖、活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池充氧效率以及水的粘度都有较大影响。因此,低温条件下,污水处理工艺及工程设计参数同常温条件下有很大区别。
低温对生物处理的影响,关系到寒冷地区城市污水和工业废水能否采用生物处理和采用什么样的生物处理工艺。因此,结合我国国情,探讨适合我国寒冷地区的污水处理工艺,对于缓解寒冷地区的环境污染,实现经济可持续发展具有重要意义。
周期循环活性污泥法(CASS工艺)不但具有投资少、占地面积少、工艺流程简单、操作管理方便、处理效果好等优点,而且据国外资料介绍,CASS工艺对低温污水仍能保持很好的处理效果。因此,本文就充分利用CASS工艺的优势,结合我国寒冷地区的实际情况,重点探讨了CASS工艺对低温环境的适应性,探讨适合低温环境条件下的工程设计参数和运行管理经验,为CASS工艺在我国寒冷地区的推广应用奠定基础。
二、工艺流程
海拉尔啤酒集团公司2000年12月完工并投入运行至今,运行稳定,间歇时间调节范围大,便于操作。达到了设计要求。该公司当年6月开始施工,12月投入试运行,CASS工艺采用二套42×16×5m,总容积3,360m3。
啤酒废水及厂区的少量生活污水经提升泵站进入污水处理站。污水首先进入往复格栅,去除SS。废水从格栅过滤后进入均化池,使废水在此得到均化,然后进入1#CASS池,池水加到一定高度后,自动液位控制器自动关闭污水泵,1#CASS池开始曝气,同时均化池中废水向2#CASS池注水。
1#CASS池曝气时间由设计参数确定,曝气时间一般在1～1.5小时,沉淀时间一般为3～4小时之间,沉淀结束后自动滗水机开始缓慢抽出上清液,一般滗水机下降1.1米,滗出上清液。多余污泥送入污泥压滤机去除水分,排除多余污泥。1#CASS池此时已处于到注水状态。2#CASS池废水此时已达到规定水位,自动液位控制器关闭进水阀门,开始曝气。同时1#CASS池低水位时,污水泵自动开启,开始向1#CASS池注水,如此循环往复,实现自动化处理废水的CASS工艺。
三、处理效果分析
1、污泥接种与培养。所用污泥取自哈尔滨啤酒厂废水处理站二沉池回流污泥,该污泥性能良好,属北方低温废水活性污泥处理,污泥适应性好。镜检发现有大量活跃钟虫和少量线虫,污泥上清液清澈透明。将接种污泥投入CASS池并加入部分污水后闷曝24h,此后,逐步加大进水负荷,按照CASS池自身运行方式――连续进水、间歇排水逐步培养驯化活性污泥,至生物相重新恢复正常、污泥性能稳定,处理效果良好,表明污泥培养成熟。
2、CODcr去除效果分析
(1)处理条件。气温:-4～12℃;水温:-2～13℃;水力停留时间:HRT=3h,5h;周期运行时间:T=240～300min(分曝气、沉淀、撇水、闲置四个阶段);进水流量:Q=2.0～2.2m3/min;周期处理水量:Q1=3,000～3,200m3;周期排水比:1/3～1/4。
(2)处理效果分析。监测分析方法:①CODcr:重铬酸钾法;②溶解氧(DO):YSI-52溶解氧仪;③BOD5:稀释倍数法;④pH:pH计或精密pH试纸;⑤污泥沉降比(SV%):用100ml或1,000ml量筒测量;⑥污泥生物相观察:光学显微镜;⑦温度:YSI-52自带温度计;⑧污泥干重、MLSS、SS:重量法测定。(表1)
可以看出:进出水CODcr波动不大,进水CODcr为823～1,354mg/L,出水为38～64mg/L,去除率在93.6%～97.0%之间,出水效果很理想,波动较小,运行稳定,出水水质比较理想。相对应的MLSS=2.15～3.41g/L变化不大,污泥负荷=0.46～0.75kgCOD/(kgMLSS.d),属正常。
通过对不同低温条件下的对比实验在进水CODcr较稳定的情况下,出口CODcr浓度较低,出水水质满足设计要求,出水水质比较理想,通过2001～2007年六年的常规监测和对比试验,CODcr出水水质均达到65mg/L以下,运行费用低,平均处理每吨啤酒为0.80元/吨废水。
3、悬浮物(SS)去除效果分析。一般情况下,传统活性污泥法处理污水的效果随温度的降低而变差,出水质量差的一个重要原因就是二沉池污泥沉降性能不好。从物理现象上看,活性污泥比较细碎,不易形成大块絮凝体,沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒随出水带走;从水质特点上分析,低温环境下,水的粘滞性增高,固体颗粒沉降阻力增大,降低了泥水分离效果。但从CASS工艺处理低温的整个实验过程来看,废水SS的去除率一直都很高,进水SS通常在100mg/L以上,出水SS通常保持在10mg/L左右,并且去除效果比较稳定。这从另一方面反映了CASS工艺独特的运行方式,使得曝气结束后的沉淀阶段整个池子面积均用于在近乎静止的环境中进行泥水分离,故其固体通量很低,泥水分离效果良好。
4、CASS工艺需氧量分析。通过连续监测一个工作周期内的溶解氧(DO)发现,CASS池中DO周期性变化非常明显,经历一个好氧―缺氧―厌氧过程,氧浓度梯度大,氧转移效率高,这对生物脱N除P以及防止污泥膨胀都十分有利。曝气结束后,沉淀开始后15分钟内,DO从4.15mg/L迅速下降到0.28mg/L,曝气重新开始前下降幅度趋于平缓,这就给生物反硝化细菌创造了良好的条件,使NO3-N转化为NO2-N进而转化为N2。这同时也提出了一个问题―低温及中温和高温条件下应设置不同的沉淀时间。因为夏天由于生物反硝化速率高,释放出来的N2易使污泥上浮,如果沉淀时间设置过长,就会造成污泥上浮随水流失。
四、结论
1、低温对CASS工艺处理低温啤酒废水的影响。通过实验观察和分析:低温对CASS工艺处理效果有一定影响,在其他条件相同情况下,与常温条件相比,CODcr去除率约降低5%,这也反映出CASS工艺对温度具有较好的适应能力,与国外文献的介绍是一致的。但低温造成活性污泥沉降性能降低,SV和SVI普遍高于常温条件,可通过提高污泥浓度、降低污泥负荷和适当延长沉淀时间,解决给生产运行带来的困难。
2、推荐的工艺参数。通过对不同水力停留时间的对比实验,发现水力停留时间HRT=3h和5h处理效果差别不大,这说明在一定污泥负荷范围内,延长水力停留时间对提高去除效果意义不明显,反而使投入产出比降低。污泥浓度MLSS=3,000～4,500mg/L,污泥负荷0.48～0.75kgCOD/kgMLSS.d,运行效果和经济性比较好。
3、通过实践和理论分析可知。CASS工艺污泥特性如SV、SVI和MLSS等受温度变化影响较大,而污泥特性的变化直接影响到沉淀时间、排水比和污泥龄等参数的确定,因此,CASS工艺的运行要制定与温度变化相适应的操作管理参数,在低温环境下,仍然保持较好的处理效果。
主要参考文献:
[1]穆瑞林.寒冷地区城市污水处理工程设计.现代废水处理实用技术,1997.
[2]中国工程建设标准化协会批准.寒冷地区污水活性污泥法处理设计规范.