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有限公司(簡稱陜化集團)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)。以下結合潤中公司甲醇污水站和陜化集團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，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)，準確地說應是有機污泥濃度(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(亦稱有機負荷率)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舨惶砑蛹状?，污水中的碳源是不足的，3大營養(yǎng)元素會嚴重失衡，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波動和系統(tǒng)工況惡化。

　　2.1.3 COD超標，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)嚴重不足而導致污泥活性不良，降解有機物(BOD和COD)的能力下降，出水COD超標;嚴重時，也可能導致氨氮含量隨之超標，甚至污水排放指標全部不達標。

　　通常，工業(yè)污水進入污水站時，其處理水量和污染物濃度并不穩(wěn)定。當污水量大、有機物濃度高時，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超標，特別是出水COD超標。

　　利用活性污泥處理生活污水時，此超標現(xiàn)象尤為突出。這是因為生活污水中有機物濃度較低，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)超標現(xiàn)象。

　　2.1.4 進水COD突然升高易沖擊污水站

　　當活性污泥適應了低污染物濃度的生存環(huán)境后，污水站進水中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標排放;但當有機物濃度突然升高時，活性污泥將難以適應，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。

　　自2017年5月以來，潤中公司在污水處理量不足設計能力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時常隨著進水有機物濃度的升高而超標，嚴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荷，保證污水達標排放;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;但當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，只是其超標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，嚴重時造成COD超標。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，會因管理人員認識不到位而嚴重影響污水站的穩(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水量和有機物濃度同步調(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，當進水量突然大幅增加、污染物濃度大幅升高時，就會直接沖擊活性污泥，造成出水指標超標，甚至導致污水站癱瘓。

　　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解體，降解污染物的能力下降，最終造成出水COD超標，倘若一直不減少甲醇添加量，勢必造成出水指標包括氨氮、總氮、BOD等全面超標。

　　(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;當三者基本均衡但整體營養(yǎng)不足時，也應補充最關鍵的碳源和氮源。

　　(3)F/M是活性污泥法控制過程中的一項重要指標，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時應添加甲醇，高于0.4時應停加甲醇。

　　(4)據(jù)污水站進水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，甚至靠近指標上限，也不能停止添加甲醇，只有這樣，當污水站進水中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能力。

　　(7)添加甲醇時，應設計選用2臺計量泵(一開一備)進行輸送和計量，并做好計量泵的日常維護保養(yǎng)工作，保證其運轉率達100%。

　　(8)陜化集團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子流量計予以計量，工藝調(diào)整時，可直接開大或關小泵的出口閥，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)生沖擊而導致污水站出水COD超標。

　　(2)立即采取緊急停泵、關閥等措施，停止向生化池輸送甲醇;在F/M大幅升高的情況下，應適當減少曝氣量、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，杜絕有機污染物進入污水處理站。

　　(4)當污水站出水COD稍微超標但短時間內(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達標。

　　(5)當污水站出水嚴重超標時，同樣應立即將超標污水返回事故污水池或消防廢水池，擇機進行二次處理，禁止排放超標廢水。

　　3.2.2 進水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，當污水站進水中COD和氨氮含量均偏低時，應及時在調(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，也是均衡COD、便于調(diào)控、利于實現(xiàn)達標排放的關鍵，應高度重視，嚴把源頭控制關。源頭污水COD均衡措施具體如下。

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

　　(2)結合生產(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，并嚴格執(zhí)行。

　　(3)各工序嚴禁無故超量、超標排放污水進入污水站，事故狀態(tài)下必須排放時，應聯(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)氣化工序應嚴格執(zhí)行有關污水排放規(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物的工序，應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，應先暫存，再檢測、辦證，經(jīng)批準后方可排入污水站。

　　(6)加強污水站各路進水指標的檢測和監(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(陜化集團合成氨污水站專門增設了氣化污水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)化的達標排放。(來源：陜西潤中清潔能源有限公司)