北方寒冷地区SBR设计参数的修正及其探讨.pdf

北方寒冷地区 SBR 设计参数的修正及其探讨 ＊ 韩洪军 梁 杰 马文成 哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 哈尔滨 150090 摘要 在城市污水处理系统中, 通常的 SBR 工艺设计参数多适用于常温的环境即 15～ 30 ℃。 而我国北方寒冷地区, 冬 季水温一般在 6～ 10 ℃, 如果仍按照常规参数进行工程设计, 在一定程度上不能满足北方城市污水处理系统的实际情 况, 出水水质很难达到排放要求。 因此, 应把温度参数与反应动力学联系起来, 通过试验和工程实例对 SBR 的常规设 计参数进行低温下的修正, 以适应北方寒冷地区的城市污水处理厂的设计要求。 关键词 SBR 低温 设计参数 修正 ＊国家高技术研究发展专项经费资助 2003AA601090 0 引言 常规 SBR的设计参数和计算方法, 都是在常温 或中温的条件推导和经验估算得到的, 而且其选定范 围也比较大。众多资料表明, 冬季时寒冷的气候条件 致使污水处理系统中微生物数量的大量减少和活性 降低, 这对污水的生物净化极为不利, 导致冬季低温 条件下污水生物处理效果大为降低 [ 1,2] ,如果仍按照 常规参数进行 SBR 法的工程设计 , 在一定程度上不 能适应北方城市处理系统的实际情况, 出水水质很难 达到排放要求。因此 ,把温度这个参数与反应动力学 联系起来 ,通过试验和工程实例, 对 SBR的常规设计 参数 BOD5污泥负荷 , 污泥产量 , 需氧量、表面负荷 等 引入温度影响系数,进行低温下的修正和校核 ,以 适应北方寒冷地区的城市污水处理厂的设计要求 ,并 且经修正的设计参数在实验室小试和现场中试中得 到了很好的实际印证 。 1 BOD5污泥负荷的修正 BOD5污泥负荷率是影响有机物降解、活性污泥 增长的重要因素之一 。北极环境研究室在阿拉斯加 州尔班克斯附近实验得到的结果 [ 3] 曝气系统在低温 条件下运行时, 有机负荷是影响最大的参数。在温度 低于10 ℃ 条件下 ,延时曝气污水处理厂的 BOD5污泥 负荷不能超过0. 08 kg kgd 。 在常温下, 负荷可达 0. 11 kg kgd , 有 些 污 水 处 理 厂 负 荷 接 近 0. 2 kg kg d 仍有效地运行 。实验研究还指出 ,在常 温条件下 ,随污泥负荷的增加 ,BOD5的去除率的降低 并不是很明显, 而在低温下, 增加污泥负荷, BOD5去 除率将迅速降低 。 对沈阳城市污水试验表明 ,其低温的温度变化的 范围是7～ 9 ℃,中温为 17～ 19 ℃。 试验证明, 只要将 BOD5污泥负荷控制在0. 11 kg kgd 以下 ,低温运行 时BOD5及 CODCr的去除效果 , 能够在相同负荷条件 下与中温运行的效果保持一致 ,在连续低温条件下运 行,净化效果仍然良好。试验结果还表明, 当 BOD5 污泥负荷 提高到 0. 20 kg kgd 以上 时, BOD5及 CODCr的 去 除 效 果 将 有 降 低, 而 当 提 高 到 0. 30 kg kgd 时 , BOD5去除率降低至 70, 如进一 步提高到0. 45 kg kgd ,去除率将降低至 35。 在呼和浩特的低温试验, 采取人工降温的措施, 水温降至2 ℃,试验结果表明 ,在 4. 2 ～ 7. 7 ℃的低温 条 件 下 , 只 要 采 取 低 值 的 BOD5污 泥 负 荷 0. 1 kg kgd ,仍可维持较好的去除效果 ,BOD5去 除率77～ 90,CODCr去除率56～ 60, 出水水质 较好 [ 5] 。 SBR法低温运行时的污泥负荷的选取 ,除了以各 地的经验数据作为参照外 ,当污水温度低于10 ℃时, 污泥负荷还可以按斯特里特、菲尔普斯公式进行 修正 。 Ns KTSe f η 1 式中 Ns 污水温度 T ℃时的 BOD5污泥负荷 kg kgd ; KT 污水温度 T ℃时的 BOD5降解速率 L d,可通过试验确定 ; Se 出水 5 日生化需氧量 mg L ; f 曝气池混合液 MLVSS MLSS 之比 , 一般 取 0. 70～ 0. 75; 84 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 η 5 日生化需氧量去除率 , 低温季节一般 取 0. 85～ 0. 90。 对于 SBR 法的污水温度为 T ℃时, BOD5降解 KT应按下列公式计算 KTK20θ T- 20 2 K20 污水温度为20 ℃时 5 日生化需氧量降 解速率 ,应通过试验求得, 无试验资料时 可取 0. 013～ 0. 019; θ 温度系数 , 无量纲 , 其值与污水的温度范 围、 水质和处理条件有关 。 用温度系数表示温度的影响程度大小是简便的, 而且具有一定的理论意义 。温度系数值越大 ,表明温 度对反应过程影响就越大 。从 θ值的变化可以看 出,温度的影响作用不均衡。常温条件下 ,温度即使 在较大范围内变化, θ 值变化幅度也很小 。而低温 时,尤其 5～ 7 ℃以下 ,温度越低,温度影响也越强烈。 我国各地通过试验求得的 θ 值列于表 1。 表 1 温度系数表 地点曝气池型式温度范围 ℃ 温度系数 θ 值 6～ 211. 031 吉林完全混合 中试6～ 311. 049 10～ 211. 011 10～ 17. 51. 0132 生物吸附7. 5～ 17. 51. 0266 哈尔滨5～ 17. 51. 0693 完全混合 中试 7. 5～ 17. 51. 0656 日本各大城市完全混合 中试10～ 251. 025 美国一些污水厂 活性污泥法 完全混合10～ 261. 022 因此 ,在北方寒冷地区 SBR 活性污泥法的污泥 负荷 必 须进 行 修正 , 使 BOD5污 泥负 荷 保持 在 0. 11 kg kgd 以下, 同时根据试验或参考经验参数 合理的选择BOD5降解速率 K20以及温度系数 θ , 使其 能够满足寒冷地区冬季的设计要求和日常的运行 。 2 低温下污泥产率 ΔX 的参数选择与计算 较准确地计算出剩余污泥量, 对污泥处理设备的 设计是十分重要的, 而且对于污泥龄的校核也有着同 样重要的意义。 哈尔滨城市污水中试对污泥合成系数 a 研究 如图 1 , 20 ℃时的 a 值最大 , 为 0. 3451, 30 ℃时最 小,为 0. 3123, 其它都在 0. 33左右。结果表明温度对 污泥增殖率 a 的影响较小 。 而污泥自身氧化速度常数 b 值随温度升高而增 大,并且增大的速度也大致相同, 可以用一个温度系 数来表示菲尔普斯公式 , 温度系数 θb1. 0134, 图 1 温度对 a 值的影响 b200. 0662。 bT0. 06621. 0134 T- 20 3 式中 bT T ℃ 时的污泥自身氧化速度常数 1 d。 在计算污泥增殖量时,除温度影响外 ,还应包括有 机物负荷、 水质 、 污泥龄、 充氧等工艺条件 。根据吉林 、 哈尔滨、 包头等城市的污水处理试验研究成果确定的 a 、b 值如表2,在无试验参数的条件下可作参考 。 表 2 各地试验求得 a、b 值 吉林哈尔滨包头 温度 ℃ab温度 ℃ab温度 ℃ab 40. 3940. 00760. 3283 0. 0555 60. 4310. 012110. 3278 0. 05738～ 100 . 480. 0295 100. 4790. 025150. 3370 0. 0633 150. 6070. 045200. 3451 0. 0695 200. 6140. 058250. 3270 0. 069515～ 200 . 5120. 0630 250. 5220. 091300. 3132 0. 0766 选择合适的 a 、b 值后 ,根据活性污泥微生物增 值动力学方程可以计算出每日在曝气池内的净增值 量, 以此来校核污泥龄 。污泥龄是 SBR 活性污泥法 处理系统设计、运行的重要参数, 在理论上也有重要 的意义,还能够说明活性污泥微生物的状况。当四季 交替 ,温差较大时,需要根据不同的 a 、b 值计算剩余 污泥量来合理的调节污泥龄, 以此保证高效菌种生长 成为优势菌种, 能发挥最大的处理效率。 3 关于低温下 SBR系统供氧能力的校核 对于 SBR活性污泥工艺 , 供氧能力的计算非常 重要 ,它直接影响有机物去除效率和运行成本 。氧从 气相向液相转移速率的计算公式为 dc dt kla Ca-C 4 式中 dc dt 在 dt 时间内浓度C 的增量; Kla 氧的总转移系数 1 h; Ca 水的饱和溶解氧浓度 mg L ; C 水中实际溶解氧浓度 mg L。 由公式可知 ,影响水中氧转移的 2 个参数, 一是 氧的总转移系数 Kla, 另一个为溶解氧浓度的饱和差 85 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 Ca-C 实践证明,水温对 2 个参数都有影响 。水温 越低, 氧的总转移系数越小 ,可见水温降低对氧的转 移是不利的 。但是从氧的饱和差来看 ,水温越低, 水 的饱和溶解氧浓度 Ca值提高, Ca-C 值越大, 对氧 的转移又是有利的 ,实践证明, 这两个因素并不是相 互抵消的, 而是后者超过了前者, 通过试验得到了水 温与氧的总转移量的关系曲线 ,如图2 。 图 2 水温对氧的总转移量的影响 从上述的分析中得到 ,水温对供氧的影响是不成 为问题的 ,从需氧量的角度也证明了,水温降低时 ,活 性污泥系统中氧的供应是能得到保证的 。如图 3, BOD5污泥负荷为0. 2 kg kgd ,水温20 ℃需氧量为 5 ℃ 时的 2倍 。对于 SBR活性污泥法, 如果设计的供 氧能力在夏季能够满足需要, 那么在冬季也同样能得 到满足。因此, 对于曝气系统与鼓风机的设计选型按 照夏季最高温计算 [ 4] 。 图 3 需氧量与负荷和水温的关系 4 低温下 SBR 系统污泥沉速的计算 曝气后的静态沉淀试验结果显示 , 15 ℃和5 ℃ 时活 性 污 泥 的 平 均 沉 速 分 别 为 5. 51 mm min、 3. 64 mm min,低温条件下活性污泥的沉速较小 ,沉降 性能低于常温。低温条件下能够代谢外源物质的中 温菌的数量少, 活性低。所以低温条件下微生物菌群 的分泌能力低, 微生物间的相互作用变弱 ,从而导致 活性污泥颗粒细碎 ,不易形成大颗粒絮状体 ,常常是 细小的泥粒等速共沉 ,SVI 值较高 ,沉速较小。另外, 温度降低所带来的混合液粘滞系数增大 ,也使泥粒下 降时遇到较大的阻力, 因此系统表现出较差的沉降 性能 。 在SBR 系统中 ,通常污泥的沉降速度 Vs可用下 式计算 Vs 650 MLSS SVI 5 式中 Vs 污泥沉速 m h; MLSS 混合液污泥浓度 kg m 3 ; SVI 污泥容积指数 mL g 。 由此可得, 要使低温下 SBR 处理系统曝气后具 有良好的沉降性能, 保持较低的出水 SS 和防止污泥 流失 ,选择合适的SVI 值最为关键 。常温下污泥容积 指数常取 70～ 100 mL g , 而对于北方寒冷地区, 在冬 季时污泥沉降性能较差,SVI 较高 。对于其值的选定 需要试验来获得 ,在没有试验条件的情况下 ,通常选 用150～ 180 mL g作为经验值 [ 5,6] 。 5 常温与低温设计参数比较 通过理论分析和实验研究 ,常温与低温污水处理 工程的设计参数有较大的区别 [ 7～ 9] ,见表 3。 表 3 常温与低温设计参数典型值 项 目常温运行参数低温运行参数 BOD5污泥负荷 kgkg- 1d- 10. 15～ 0. 40. 03～ 0. 15 MLSS mgL - 1 1 500～ 5 000 周期数3～ 42 排除比1 4～ 1 21 5～ 1 3 安全高度 cm50 以上 生化需氧量 kgkg- 10. 5～ 1. 50. 8～ 1. 0 污泥产量 kgkg- 1 1 0. 75 污泥龄 d≥10≥15 曝气时间 h4～ 66～ 8 沉淀时间 h1～ 1. 51. 5～ 3 SVI值 mLg - 1 70～ 100150～ 180 曝气池表面负荷 m3m- 2h- 11. 0～ 1. 50. 5～ 1. 0 6 结论 在分散式处理系统日益盛行,小城镇污水处理系 统急待解决的今天,SBR 污水处理系统具有独特而重 要的优势与地位 。因此在北方寒冷地区设计 SBR处 理构筑物时 ,应按污水最低温度计算 。冬季低温时, 采取提高污泥混合液浓度 , 增加生物量, 使 BOD5污 泥负荷降低到0. 11 kg kgd 以下, 延长生物与被去 除物质的接触时间,合理的延长污泥龄,增加曝气时间 和沉淀时间,防止污泥流失等措施来提高出水质量。 参考文献 [ 1] 张自杰, 戴爱临. 国内城市污水低温生物处理试验 上 . 环境工 程, 1984, 1 11-16. 86 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 [ 2] 张自杰, 戴爱临. 国内城市污水低温生物处理试验 下 . 环境工 程, 1984, 2 19-22. 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[ 9] 日本下水道事业主编. 序批式活性污泥法设计指南. 1990. 作者通讯处 梁杰 150090 哈尔滨市 哈尔滨工业大学二校区 208 信箱市政环境工程学院 2005- 05-16 收稿 污水灌溉区土壤重金属的空间分布特征 万金颖 纪玉琨 巨振海 廊坊市环保局, 河北 065000 李广贺 清华大学环境科学与工程系, 北京 100084 摘要 通过对北运河香河段污灌区不同深度土壤重金属 Cu、Pb、Zn、Cd 含量的监测分析, 评价污灌对土壤重金属含量 造成的影响。 结果表明, 土壤中重金属含量和土壤理化性质、土壤深度以及污灌时间、污灌水重金属含量直接相关。 关键词 污水灌溉 重金属 河北省香河县与北京市接壤, 北运河流经该县 20. 4 km ,流域面积为237. 5 km 2 ,沿岸地区农田以北运 河水进行灌溉已有 30 多年的历史 [ 1] , 灌溉量达到 670 m 3 hm2 ,由于水质污染造成了沿岸地区农田污灌 的现象 [ 2] 。 土壤重金属的累积是长期的过程, 进入土壤后的 重金属难被微生物降解、不易迁移, 进入土壤环境的 重金属元素即成为永久性的污染物在土壤中不断累 积 [ 3] ,土壤中重金属的累积, 又受到重金属本身的理 化性质, 土壤质地、粘土、矿物类型 、 母质 、 特征 、 剖面 形态结构、有机质含量 、土壤阳离子代换量等和输入 来源等影响 [ 4 -6] , 所以 ,土壤中重金属的累积具有空间 的变化特征。 本研究以香河县北运河沿岸污灌土壤为研究对 象,选取不同深度土壤, 研究污灌土壤中 Cu 、 Pb、 Zn、 Cd 的变化 。 1 材料与方法 1. 1 采样方法 选取远离道路 , 距离北运河100 m的污灌农田现 场采样 ,采样密度和深度的选定是根据地矿部 1990 年1∶ 50 万区域环境勘查地球化学研究成果“进行 环境质量评价的土壤采样深度 , 地表土以 10 ～ 40 cm 为宜,采样密度为每 km 2 2 个监测点” 。在每个采样 点0～ 20 cm和 20～ 40 cm的两个断面分别取样 。 1. 2 样品前处理 取烘干后的土样2 g , 放入100 mL玻璃烧杯中, 加 少许去离子水湿润, 加15 mL王水 ,于电热板上加热保 持微沸 ,至有机物剧烈反应后, 加高氯酸4 mL, 继续加 热至溶液冒白烟 ,继续加热,直至土样呈灰白色,小心 赶去高氯酸 但要注意不出现棕色烧结干块 ,若出现 此现象 ,要再加少许王水复原为白色 ,取下样品, 用 1硝酸溶解 ,过滤于25 mL容量瓶中, 定容至标线摇 匀。同时, 做试剂 5的空白样 、 10的标样和 10 的平行样。 2 结果与评价 2. 1 土壤重金属随空间变化特征分析 北运河香河段属过境河流 , 水质分析结果表明, 上游入境口重金属含量明显高于出境口重金属含量, 本研究分别选取入境口 王家摆 ,出境口 土门 楼两个区域的污灌农田进行采样监测。同时 ,在调查 区域附近, 选取母质 、土壤类型与调查区域土壤相类 似的非污灌区土壤样点 安平作为对照点 采样和 87 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 TECHNICAL INNOVATION DESIGN OFMULTIPURPOSE USE OFASH WATER AND CHEMICAL REGENERATED WATER FOR A THERMAL POWER PLANT Fang Xi Zhang Gehong HanYaoxia et al 77 Abstract It has been completely discussed the multipurpose use of both ash water and chemical regenerated water coming from a thermoelectric plant. Through optimizing the running way of ashwater and chemical regeneratedwater, the industrial water supply can be reduced, and no discharge can be realized too. Saving the cost and protecting environment will be achieved at last. After technical innovation, the water of 684, 830 m3can be saved yearly with a benefit of 890, 830 yuan per year. Keywords ash water, chemical regeneratedwater, industrial water supply and technical innovation TREATING HIGH -SALINITY WASTEWATER OF PROCESSING MARINE PRODUCTS BY SBR Qiu Qiaojun Yin Wei Lǜ Mou et al 79 Abstract Sequencing biological reactor is adopted to treat high-salinity wastewater of processing marine products. The results show that it is feasible to treat the wastewater in which the proportion of seawater is no more than 50 percent and sequencing biologicalreactor can resistthe high- salinity impact load. When the influent CODCr700～ 1 000 mg L, NH3-N80～ 120 mg L and[ Cl -] ≤8 000 mg L, the removal rates of both CODCrand NH3-N in the effluent are 77. 9～ 81. 2 and 69. 5～ 76. 6 respectively . With the increasing of [ Cl -] , the SBR system is affected seriously and treating effect is worsened. Keywords high-salinity, wastewater of processing marine products and sequencing biological reactor SBR RESEARCH ON PRESSURE REGULATION AND ENERGY CONSUMPTION IN CIRCULATED FLUID FIELD SYSTEMSGuo Aiqing 81 Abstract A series of experiments was carried outwith fluidmechanics experimental s to study the gas pressure, the regulation of fluid flow variation, energy consumption of the ventilator in the vertically circulated windtunnel. Research on pressure regulation and energy consumption in circulated fluid field systems was carried out. The result of this project may be a good reference for other projects and on the other hand it will probably be beneficial to promoting design quality in ventilating systems. Keywords circulated fluid, pressure regulation, flow control and energy consumption DISCUSSION ON CORRECTION OF SBR DESIGN PARAMETERS INARCTIC REGION Han Hongjun Liang Jie Ma Wencheng 84 Abstract SBR design parameters for sewage treatment system are suitable for normal temperature environment 15 ～ 30 ℃; yet water temperature is in the range of 6～ 10 ℃ in northern areas in China. Therefore these parameters can not meet the treatment systems in northern areas of China, and it is difficult for the effluent quality to meet the emission requirements. Hence temperature parameter should be combinedwith reaction dynamics, and SBR normal design parameters should be corrected for low temperatures through tests and project examples. Keywords SBR, low temperature, design parameter and correction CHARACTERISTICSOFHEAVYMETALSSPACEDISTRIBUTINGINWASTEWATER IRRIGATION AREAWanJinying Ji Yukun Ju Zhenhai et al 87 Abstract By analyzing soil s contents of heavy metals, such as Cu, Pb, Zn and Cd in different depths, the effect of wastewater irrigation on the contents of heavy metals in soil is estimated. The results indicate that the accumulated contents of heavy metalsin soil are relateddirectly to the physicochemical properties of soil, the depth of soil, the time of wastewater irrigation and the contents of heavy metals in the wastewater. Keywords wastewater irrigation and heavy metals APPLICATION OF SONIC BLOWER TO SLAG BLOWING OF BOILERSChen Qiangfei 89 Abstract The problem of being unable to put slag blowing systems into operation for a long time in Yangtze Thermal Power Plant is solved through correct lectotype of the blower and its installing re according to actual conditions. The running data have verified the remarkable effects of the sonic blower on improving boiler efficiency and safety, which is worth popularized. Keywords sonic wave, blower and boiler Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E -mail Addresshjgc mail . yj. cn. net hjgcpublic. yj . cn. net WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 2,Apr. ,2006