瘀泥参数监控在污水处理过程优化方面的重要作用__

瘀泥参数监控在污水处理过程优化方面的重要作用

2008/9/3 10:44:00

关键词：污水处理　淤泥参数　F/M ratio　活性淤泥　MLVSS

　　一影响污水处理效果的几个因素

　　对于污水处理而言如下6个因素起着重要的作用，它们分别是：污水的可生物降解程度、C∶N∶P-ratio(100∶5∶1)、充足的氧气、淤泥/细菌的健康、F/M ratio(Food to Microorganism Ratio)养料/微生物比率、RAS-rate(Return Activated Sludge Control)活性淤泥回流比率控制。

　　1. 活性淤泥的F/M ratio

　　F/M ratio主要用来确定活性淤泥中微生物的数目是否合适，计算F/M ratio一般需要如下信息：

　　(1)进入曝气池的Influent Flow(Flow MGD)，MGD(millions of gallons per day)指百万加仑/天。

　　(2)进入曝气池的Influent CBOD (mg/L)，CBOD或者含碳BOD代表了由有机组分和无机组分(比如亚铁离子和硫单质)的氧化所造成的BOD数量。

　　(3)MLVSS(mg/L)(Mixed L iquor Volatile Suspended Solids Concen-tration)，混合液中可挥发性的悬浮固体浓度，它代表活性微生物的量。

　　(4)曝气池的容积(加仑)。

　　F/M ratio用来表征活性淤泥中每磅(Lbs)微生物所能得到的养料(多少磅Influent CBOD)。对于活性淤泥池而言，定期测量F/M是极其重要的。

　　计算养料重量(F)，需要知道进入曝气池的Influent Flow和Influent CBOD。然后采用如下公式计算：F(Lbs)=Influent Flow(MGD)�Influent CBOD(mg/L)�8.34(式1)

　　为了计算微生物重量(M)，需要知道曝气池的容积以及MLVSS。然后采用如下公式计算：

　　M(Lbs)=曝气池容积(MGD)�MLVSS�8.34(式2)

　　二污水处理成本及其节省方法

　　为了最优化影响污水处理效果的6个因素，污水处理主要在4个方面消耗运行成本，它们分别是：电能消耗、化学试剂及絮凝剂的消耗、排水成本、淤泥排放成本。

　　其中，为了减少淤泥排放成本必须提高曝气池中淤泥的"吞食能力"。要做到这点就必须准确、快速的监控淤泥的各项参数，以达到减少淤泥排放的目的。

　　曝气池中的淤泥有两种，一种是活性淤泥，主要由微生物组成；另一种是膨胀淤泥，主要由细丝状的细菌组成。其中，活性淤泥不含大的颗粒，可以有效分解污水，具有良好的沉淀特性。相比较，膨胀淤泥一般出现在温度变化剧烈的季节，它的沉淀特性差致使在二沉池中沉淀不完全。膨胀淤泥的出现在某种程度上预示着污水中含有"毒性"物质，在污水处理时必须避免大量膨胀淤泥的出现。

　　下面将着重介绍几个在污水处理过程中重要的淤泥参数，它们的定义、实验室测量方法(依据的标准)、通常范围等。

　　1. 淤泥参数

　　a. 总固体浓度(TS)

　　TS包括水中所有的有机和无机固体，与污水处理工艺和水质有关。实验室测量方法如下(依据EPA 160.5, SM 2710, DIN 38414-S标准)：(1)从曝气池中取样；(2)在实验室中取一定量水样，然后过滤；(3)把过滤出来的物质放入加热炉中，加热到105℃(100ml水样：2h；1000ml水样：12h)；(4)称重加热后的残留固体重量。

　　TS通常在3～7g/L左右。

　　b. 污泥沉降比(SV)

　　SV与污水处理设备和工艺有关。实验室测量方法如下(依据EPA 160.5, SM 2710, DIN 38414-S标准)：(1)从曝气池中取样；(2)等待量桶中的淤泥沉淀(沉淀时间30min)；(3)读取污泥体积(Sludge Volume, SV)。

　　SV通常在200～250ml/L左右。如果SV值高于此范围则需要用出水(effluent water)稀释后按照如上步骤重新测量。

　　c. 污泥指数(SI)

　　SI是活性淤泥的一个动态参数，与污水处理工艺、BOD/COD ratio、C∶N∶P-ratio、温度、污水毒性等都有关系。SI可通过SV与TS值计算得到(依据EPA 160.5，SM 2710，DIN 38414-S标准)：

　　SI=SV/TS

　　见表，通常SI=40～150ml/g，如果高于此值，则表明工业污水排放、温度变化或毒性物质出现。如果二沉池中的膨胀淤泥过多，则SI>150ml/g。大多数二沉池控制SI在100～120ml/g左右。如果SI突然升高(例如由于毒性物质出现)则需要排出淤泥，同时让进水(influent water)进入缓冲池防止毒性物质继续进入曝气池。

　　d. MLSS和MLVSS

　　我们经常还会遇到MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)和MLVSS(Mixed Liquor Volatile Suspended Solid)两个淤泥参数。MLSS指混合液中总的悬浮固体浓度，由两部分组成，MLVSS和不可挥发部分。MLVSS指混合液中可挥发性的悬浮固体浓度，它代表活性微生物的量。对于生活污水MLVSS/MLSS=0.7左右。

　　淤泥浓度MLSS与TS测量方法一样。而MLVSS为有机淤泥浓度，需要将烘干的滤纸和污泥一起，进入马福炉加热到600℃灼烧60min然后称重，也就是说把有机物烧掉剩下无机物质。MLVSS的计算公式如下：

　　MLVSS=[(m1 m2)-m3]/0.1(式3)

　　式中：m1－－103～105℃烘干并干燥后的滤纸淤泥质量；

　　m2－－烘干后坩埚质量；

　　m3－－马福炉加热到600℃灼烧60min后滤纸淤泥坩埚质量。

　　MLVSS/MLSS可以作为BOD/COD的一个参考值，同时也是表征污泥特性和熟化度的一个参数。

　　2. 污水处理过程优化

　　上述污泥参数可通过实验室测量和在线仪表测量两种方法获得。实验室测量频率有限，最多也只是几小时化验一次，多用作监测而非过程优化控制。而在线仪表可以在短短几分钟的间隔内连续测量各污泥参数值，淤泥的各种参数变化都可以迅速被监测并用于过程优化。例如，通过测量TS值来动态控制活性淤泥回流比率(RAS-rate)以优化F/M-ratio；通过测量TS和SV控制二沉池中化学试剂的加入；通过测量SI防止毒性物质的进入等。

　　三淤泥参数测量仪表

　　为了有效监控淤泥参数，有两种选择：一种选择是测量淤泥中的COD、BOD、TOC、NH4、NO3、NO2、PO4、TP等值，把这些参数控制在一定的范围内则淤泥参数也将基本令人满意。另外一种方法是直接测量各种淤泥参数，如TS、SV、SI、MLVSS等。

　　目前大多数厂家可以提供在线分析仪测量COD、BOD、TOC、NH4、TS等(化学试剂法、光学法或高温燃烧法)，而能够提供SV、SI在线分析仪的厂家却屈指可数。原因是目前大多数的在线分析仪生产厂家主要利用单波长光学原理测量浊度、总固体浓度TS等参数，而SV、SI的测量需要一定的淤泥沉淀时间，而且其算法要求也比浊度和TS要复杂。

　　恩德斯豪斯公司(Endress Hauser)生产的STIP-scan仪表可进行多参数测量，测量参数包括NO3、COD/TOC、SAC 254和淤泥参数(TS, SV, SI)。该仪表使用200～700nm波长范围内的紫外/可见光-光谱而非单波长紫外光，所使用的光源为氙(Xe)。另外使用150～700nm的由光敏二极管阵列组成的分光计(spectrometer)作为检测元件(见图1)。

　　由于不同的物质在不同的波长范围内具有最大的吸光度(Absorption)，所以可以利用全光谱中不同波段的光分别测量COD、浊度、NO3等多个参数，如图2所示。

　　由图2可见，在低波长范围内测量NO3，在中波长范围内测量COD，在高波长范围内测量浊度。

　　该仪表之所以能够测量SV、SI等参数，是因为该仪表探头内有一个石英管。在时刻t0水样通过活塞被吸入探头内的石英管中，此时光度计记录经水样吸收后的紫外/可见光-光谱并计算出浊度值(Turbidity)，通过出厂标定数据此浊度值被转化为总固体浓度(TS)。浊度值越高则TS越高。随后水样在石英管中静置一段时间以使水样中的淤泥(sludge)沉淀下来，在沉淀的过程中光度计记录淤泥沉淀过程中的光谱及沉淀后清液的光谱，通过内置的数学模型及补偿算法计算出SV、SI。