甲醇添加量對活性污泥法污水處理系統(tǒng)運行的影響

　　1、概述

　　活性污泥法處理工業(yè)污水通常需添加碳源，如糞便、葡萄糖、甲醇等，以補充活性污泥所需的碳營養(yǎng)。碳源是活性污泥(即微生物)所需的第一大營養(yǎng)，排在第二和第三位的營養(yǎng)元素分別是氮和磷，3種最佳營養(yǎng)元素配比為C∶N∶P=100∶50∶1，這樣方可促進(jìn)活性污泥新陳代謝，保證其以幾何倍數(shù)的方式繁衍生息、優(yōu)勢生存。

　　生產(chǎn)實踐中，對于碳營養(yǎng)的補充，因添加糞便不太方便，各污水處理廠均不采用此法;葡萄糖價格昂貴，偶爾添加可以承受，長期添加則大大增加生產(chǎn)運行成本，一般企業(yè)也不選擇;而甲醇盡管屬于危險化學(xué)品，但對于活性污泥而言，因其碳鏈較短，易于被吸收和降解，是活性污泥最佳的營養(yǎng)源，故絕大多數(shù)企業(yè)均采取添加甲醇的方式為活性污泥提供碳營養(yǎng)。

　　陜西潤中清潔能源有限公司(原陜西煤化能源有限公司，簡稱潤中公司)600kt/a甲醇裝置甲醇污水站AAO法污水處理系統(tǒng)與陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司(簡稱陜化集團(tuán))合成氨污水站SBR法污水處理系統(tǒng)，均采用添加甲醇的方式為活性污泥提供碳營養(yǎng)。值得一提的是，陜化集團(tuán)所添加的甲醇還是低溫甲醇洗系統(tǒng)所置換出來的污甲醇，其合成氨污水站一直運行平穩(wěn)。以下結(jié)合潤中公司甲醇污水站和陜化集團(tuán)合成氨污水站的實際運行情況，就甲醇添加量對污水處理系統(tǒng)運行的影響作一分析與總結(jié)，并給出一些調(diào)控措施供業(yè)內(nèi)參考。

　　2、甲醇添加量對系統(tǒng)運行的影響分析

　　2.1 不添加甲醇的影響

　　2.1.1 食微比低，活性污泥少

　　添加甲醇與否，對食微比(F/M)的影響最大。所謂的F/M，通俗地說就是食物和微生物的質(zhì)量比，其所反映的基本概念是有多少食物就能養(yǎng)多少微生物(也就是養(yǎng)多少活性污泥)。F/M中的F實質(zhì)上指的是碳、氮、磷3大營養(yǎng)元素之和，即污水中COD、氨氮與總磷的質(zhì)量濃度之和;M指的是污泥濃度(MLSS)，準(zhǔn)確地說應(yīng)是有機(jī)污泥濃度(MLVSS)。簡言之，F(xiàn)/M就是污水中所有3大營養(yǎng)物與微生物的質(zhì)量比。理論上，SBR工藝和AAO工藝中食微比(亦稱有機(jī)負(fù)荷率)F/M=0.2～0.4。若不添加甲醇，污水站生化池內(nèi)的F/M就會過低，表象為活性污泥增多，污泥色澤變深，沉降速度加快，污泥壓縮性能變好，但實質(zhì)上好氧池會出現(xiàn)溶解氧量嚴(yán)重不足的現(xiàn)象，若其氧量補充不及時，則會造成上清液挾帶小顆粒絮體，好氧池出水會變得混濁，污染物指標(biāo)呈上升趨勢。

　　2.1.2 碳源缺失，營養(yǎng)失衡

　　通常，無論是工業(yè)污水還是生活污水，無論是合成氨污水還是甲醇污水，其COD、氨氮和總磷濃度基本上都不均衡，大多數(shù)情況下需添加甲醇補充其中的碳源，但很少有補充氮源和磷源的。因為煤化工污水中一般氨氮和總磷濃度相對較高(氨氮主要來源于氣化灰水，總磷來源于氣化灰水中所添加的含磷分散劑和循環(huán)水中的含磷阻垢劑);而正常情況下污水中的碳源是缺乏的，即使?jié)欀泄旧a(chǎn)甲醇產(chǎn)品，其污水COD也不高。只有在特殊情況下，如系統(tǒng)大檢修時，污水中所有營養(yǎng)元素均缺失時，才全部(碳源、氮源、磷源)予以補充?？傊?，若不添加甲醇，污水中的碳源是不足的，3大營養(yǎng)元素會嚴(yán)重失衡，無法滿足活性污泥生存和繁殖的需求，易引起污水工藝指標(biāo)波動和系統(tǒng)工況惡化。

　　2.1.3 COD超標(biāo)，水質(zhì)變差

　　在活性污泥法處理工業(yè)污水的過程中，不添加甲醇的最大問題是會造成活性污泥所需的碳營養(yǎng)嚴(yán)重不足而導(dǎo)致污泥活性不良，降解有機(jī)物(BOD和COD)的能力下降，出水COD超標(biāo);嚴(yán)重時，也可能導(dǎo)致氨氮含量隨之超標(biāo)，甚至污水排放指標(biāo)全部不達(dá)標(biāo)。

　　通常，工業(yè)污水進(jìn)入污水站時，其處理水量和污染物濃度并不穩(wěn)定。當(dāng)污水量大、有機(jī)物濃度高時，其中的碳營養(yǎng)就比較豐富，可滿足活性污泥的生存條件;當(dāng)污水中碳源匱乏時，便無法保證活性污泥最基本的營養(yǎng)需求。這樣，活性污泥便處于“一會兒饑、一會兒飽”的狀態(tài)，饑餓時，活性污泥降解污染物的能力最差，即使偶爾能“吃飽”，其降解能力也提高不了多少，會因進(jìn)水量大、污染物濃度高而無法及時消化，更容易引起出水指標(biāo)超標(biāo)，特別是出水COD超標(biāo)。

　　利用活性污泥處理生活污水時，此超標(biāo)現(xiàn)象尤為突出。這是因為生活污水中有機(jī)物濃度較低，若不添加甲醇，活性污泥則長期處于“營養(yǎng)不良”或“饑餓狀態(tài)”，嚴(yán)重削弱其降解污染物的能力，甚至直接影響其生存和繁殖，故所處理的污水時常出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

　　2.1.4 進(jìn)水COD突然升高易沖擊污水站

　　當(dāng)活性污泥適應(yīng)了低污染物濃度的生存環(huán)境后，污水站進(jìn)水中COD和氨氮濃度較低且基本穩(wěn)定時，活性污泥尚具備一定的降解能力，可保證處理過的污水達(dá)標(biāo)排放;但當(dāng)有機(jī)物濃度突然升高時，活性污泥將難以適應(yīng)，其降解能力無法在短時間內(nèi)提高，則污水站容易受到?jīng)_擊，造成出水COD超標(biāo)。

　　自2017年5月以來，潤中公司在污水處理量不足設(shè)計能力70%的條件下，甲醇污水站長期未添加甲醇，生化池內(nèi)污泥活性較差，出水COD時常隨著進(jìn)水有機(jī)物濃度的升高而超標(biāo)，嚴(yán)重時污水站受到較大沖擊，甚至陷入癱瘓狀態(tài)，出水COD偶爾達(dá)到100mg/L以上。

　　2.2 甲醇添加不足的影響

　　添加甲醇的主要目的有：一是提高食微比，增強活性污泥的降解能力;二是均衡營養(yǎng)，為活性污泥提供足夠的碳營養(yǎng);三是提高污水處理負(fù)荷，保證污水達(dá)標(biāo)排放;四是提高污水處理彈性，增強活性污泥的抗沖擊能力;五是在進(jìn)水流量和質(zhì)量大幅波動時，具備良好的可操作性和調(diào)控性。

　　甲醇添加不足時，補給活性污泥的碳源相對就少，污泥活性一般，可維持最基本的污染物降解能力和污水處理能力，正常情況下不會引起污水超標(biāo);但當(dāng)污水處理量突然增大或污染物濃度突然升高時，尤其是有機(jī)物濃度突然變化時，即便采取最有效的調(diào)整手段―――減少甲醇添加量或不再添加甲醇，仍會造成出水COD超標(biāo)，只是其超標(biāo)的幅度較小和可控而已?？傊?，無論是處理工業(yè)污水還是處理生活污水，無論是合成氨污水站還是甲醇污水站，無論是采用SBR工藝還是采用AAO工藝，抑或是采用其他活性污泥法污水處理工藝，甲醇添加量不足較不添加甲醇對污水處理過程和出水水質(zhì)的影響要小得多。

　　2.3 甲醇添加量不穩(wěn)定的影響

　　在活性污泥法處理污水的過程中，不穩(wěn)定地添加甲醇，就如同污水站進(jìn)水量忽大忽小、污染物濃度忽高忽低一樣，不但起不到有效補充營養(yǎng)的作用，而且會對活性污泥產(chǎn)生一定的沖擊，直接造成污水站出水中COD升高，嚴(yán)重時造成COD超標(biāo)。只有穩(wěn)定地添加甲醇，穩(wěn)定地補充碳源，才能保持污泥活性良好，才能從污水站自身為其穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件。

　　潤中公司也曾不穩(wěn)定地添加甲醇，其表現(xiàn)形式有3種：一是定期間斷添加，即每天只在固定時段定量添加幾次，這種添加方式帶有人為操控因素，會因管理人員認(rèn)識不到位而嚴(yán)重影響污水站的穩(wěn)定運行，屬影響最大的一種操作方式;二是不計量連續(xù)添加，即甲醇添加泵一直運行但沒有準(zhǔn)確的計量，這種添加方式看似穩(wěn)定，但因為沒有與污水站進(jìn)水量和有機(jī)物濃度同步調(diào)整，也屬于一種粗放的管理方式，只是較定期間斷添加的方式要好得多;三是只管連續(xù)添加但添加量不予以調(diào)整，當(dāng)進(jìn)水量突然大幅增加、污染物濃度大幅升高時，就會直接沖擊活性污泥，造成出水指標(biāo)超標(biāo)，甚至導(dǎo)致污水站癱瘓。

　　2.4 甲醇添加過量的影響

　　(1)甲醇添加過量時，F(xiàn)/M會隨之升高，COD和碳營養(yǎng)過剩，活性污泥會顯得稀少，污泥色澤變淡，污泥沉降比(SV30)呈下降趨勢，絮凝沉降速率變慢，污泥壓縮比變差，上清液帶絮狀物，出水可能混濁。

　　(2)甲醇添加過量時，F(xiàn)/M隨之升高，F(xiàn)/M越高，所需的溶解氧量就越少;當(dāng)溶解氧量較高時，就表明已出現(xiàn)過曝氣現(xiàn)象，易引起活性污泥絮團(tuán)解體，降解污染物的能力下降，最終造成出水COD超標(biāo)，倘若一直不減少甲醇添加量，勢必造成出水指標(biāo)包括氨氮、總氮、BOD等全面超標(biāo)。

　　(3)甲醇添加過量時，必然增加甲醇消耗量，增加污水處理的成本。

　　3、調(diào)控措施

　　3.1 穩(wěn)定甲醇添加量的原則與具體措施

　　(1)無論采用何種活性污泥法，無論處理何種污水，均須足量添加甲醇，以補充活性污泥所需的碳營養(yǎng);即使處理以有機(jī)污染物為主的污水，也須添加，以增多調(diào)控手段，便于正常操作。

　　(2)調(diào)節(jié)池內(nèi)添加甲醇時，必須保證污水中3大營養(yǎng)元素均衡、匹配，其最佳配比為C∶N∶P=100∶50∶1;當(dāng)三者基本均衡但整體營養(yǎng)不足時，也應(yīng)補充最關(guān)鍵的碳源和氮源。

　　(3)F/M是活性污泥法控制過程中的一項重要指標(biāo)，SBR法和AAO法系統(tǒng)污水中F/M的正?？刂品秶鸀?.2～0.4，低于0.2時應(yīng)添加甲醇，高于0.4時應(yīng)停加甲醇。

　　(4)據(jù)污水站進(jìn)水COD計算確定甲醇的添加量，通常在不影響污水站正常運行的前提下可由小到大逐漸加量，保持穩(wěn)定，做好測試。

　　(5)即使污水站出水COD稍高一點，甚至靠近指標(biāo)上限，也不能停止添加甲醇，只有這樣，當(dāng)污水站進(jìn)水中COD突然升高時減少或停加甲醇才能收到良好的抗沖擊效果。

　　(6)合成氨和甲醇生產(chǎn)過程中，低溫甲醇洗系統(tǒng)本身會副產(chǎn)污甲醇，可替代正品甲醇用作活性污泥的碳源，以節(jié)約資源，變廢為寶，只是初始使用污甲醇時可與正品甲醇配合混用，以提高活性污泥的適應(yīng)能力。

　　(7)添加甲醇時，應(yīng)設(shè)計選用2臺計量泵(一開一備)進(jìn)行輸送和計量，并做好計量泵的日常維護(hù)保養(yǎng)工作，保證其運轉(zhuǎn)率達(dá)100%。

　　(8)陜化集團(tuán)AAO工藝系統(tǒng)中，甲醇添加泵一直處于連續(xù)運行狀態(tài)，即一直連續(xù)添加甲醇，甲醇量主要是通過安裝在泵出口管道上的轉(zhuǎn)子流量計予以計量，工藝調(diào)整時，可直接開大或關(guān)小泵的出口閥，以便調(diào)節(jié)甲醇流量[2]。

　　(9)潤中公司SBR工藝系統(tǒng)中，各SBR池為間歇式運行，甲醇添加泵同樣處于連續(xù)運行狀態(tài)，甲醇量主要通過調(diào)節(jié)自調(diào)閥開啟時間的長短來控制，正常情況下，硝化段甲醇添加時間為15min、反硝化段甲醇添加時間為5min，可通過延長或縮短添加時間達(dá)到調(diào)節(jié)甲醇用量的目的。

　　3.2 異常情況下甲醇添加量的調(diào)整措施

　　3.2.1 進(jìn)水COD突然大幅升高的調(diào)整措施

　　(1)立即將高COD污水切入事故污水池或消防廢水池，以防對活性污泥產(chǎn)生沖擊而導(dǎo)致污水站出水COD超標(biāo)。

　　(2)立即采取緊急停泵、關(guān)閥等措施，停止向生化池輸送甲醇;在F/M大幅升高的情況下，應(yīng)適當(dāng)減少曝氣量、縮短曝氣時間，以改善活性污泥的生存環(huán)境，提高其降解能力。

　　(3)聯(lián)系調(diào)度室，查明進(jìn)水COD高的原因，(以潤中公司為例)重點排查低溫甲醇洗系統(tǒng)、甲醇合成系統(tǒng)、甲醇精餾系統(tǒng)等，從源頭上采取措施，消除漏點，杜絕有機(jī)污染物進(jìn)入污水處理站。

　　(4)當(dāng)污水站出水COD稍微超標(biāo)但短時間內(nèi)又調(diào)整不好時，建議在其出水口連續(xù)穩(wěn)定地添加COD去除劑，以保證出水COD達(dá)標(biāo)。

　　(5)當(dāng)污水站出水嚴(yán)重超標(biāo)時，同樣應(yīng)立即將超標(biāo)污水返回事故污水池或消防廢水池，擇機(jī)進(jìn)行二次處理，禁止排放超標(biāo)廢水。

　　3.2.2 進(jìn)水COD偏低的調(diào)整措施

　　(1)立即延長甲醇添加時間，加大甲醇添加量，包括在硝化段和反硝化段均要加大甲醇用量，以均衡營養(yǎng)，保持污泥活性良好。

　　(2)生產(chǎn)裝置長期停車期間，當(dāng)污水站進(jìn)水中COD和氨氮含量均偏低時，應(yīng)及時在調(diào)節(jié)池內(nèi)大量添加甲醇和尿素，為活性污泥補充足量的碳源和氮源。

　　3.3 源頭污水

　　COD的均衡措施保持污水源頭穩(wěn)定是所有污水處理工藝系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，也是均衡COD、便于調(diào)控、利于實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵，應(yīng)高度重視，嚴(yán)把源頭控制關(guān)。源頭污水COD均衡措施具體如下。

　　(1)保持污水站進(jìn)水量和水質(zhì)的相對穩(wěn)定，每2h之內(nèi)進(jìn)水量、COD和NH3-N濃度變化幅度應(yīng)小于10%，否則將影響污水站的平穩(wěn)運行。

　　(2)結(jié)合生產(chǎn)裝置污水排放的實際情況，制訂和完善企業(yè)內(nèi)部的污水排放管理規(guī)定，廣泛討論和征求意見，積極推行排污許可證制度，并嚴(yán)格執(zhí)行。

　　(3)各工序嚴(yán)禁無故超量、超標(biāo)排放污水進(jìn)入污水站，事故狀態(tài)下必須排放時，應(yīng)聯(lián)系調(diào)度后方可排至事故污水池或消防廢水池內(nèi)儲存。

　　(4)氣化工序應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)污水排放規(guī)定，對于600kt/a合成氨裝置和600kt/a甲醇裝置而言，要求排入污水站的污水流量≤100m3/h、COD含量≤500mg/L、氨氮含量≤300mg/L。

　　(5)涉及甲醇及其他有機(jī)物的工序，應(yīng)及時消除跑冒滴漏現(xiàn)象，充分發(fā)揮轄區(qū)內(nèi)初期雨水池和小事故池的作用，凡產(chǎn)生高COD污水時，應(yīng)先暫存，再檢測、辦證，經(jīng)批準(zhǔn)后方可排入污水站。

　　(6)加強污水站各路進(jìn)水指標(biāo)的檢測和監(jiān)控，工作重點是人工檢測氣化污水中COD、氨氮濃度等，檢測頻次為每班1次，必要時可增加檢測頻次;也可增設(shè)在線監(jiān)測儀表，專門監(jiān)測氣化污水中的COD和氨氮濃度(陜化集團(tuán)合成氨污水站專門增設(shè)了氣化污水COD在線監(jiān)測儀與氨氮在線監(jiān)測儀;潤中公司則是在污水站調(diào)節(jié)池上專門安裝了COD在線監(jiān)測儀與氨氮在線監(jiān)測儀)。

　　4、結(jié)束語

　　無論采用何種活性污泥法，無論處理何種污水，只要加強污水源頭管控，連續(xù)穩(wěn)定地添加甲醇等營養(yǎng)源，并結(jié)合企業(yè)內(nèi)部污水的排放量和水質(zhì)情況，及時、有效地采取正確的調(diào)整措施，就可消除或減輕污水處理過程中的不良影響，保持污泥活性良好，增強其抗沖擊能力，提高生產(chǎn)操作彈性，實現(xiàn)污水站常態(tài)化的達(dá)標(biāo)排放。(來源：陜西潤中清潔能源有限公司)