活性污泥(activesludge)是微生物群體及其所依附的有機物質和無機物質的總稱，活性污泥可分為好氧活性污泥和厭氧顆粒活性污泥，活性污泥主要用于處理廢水。A/O生化處理工藝(簡稱A/O工藝)是由厭氧和好氧兩部分反應組成的污水生物處理系統，污水進入厭氧池后，依次經歷厭氧反硝化、好氧去有機物和硝化的階段，其流程特點是前置反硝化，硝化后部分出水回流入反硝化池，以提供硝酸鹽;A/O工藝特別適合煤氣化、有機化工等廢水的處理。
1、魯南化工污水處理系統及污泥系統簡況
1.1 污水處理系統工藝流程
兗礦魯南化工有限公司(簡稱魯南化工)是兗礦集團旗下一家高科技煤化工企業，企業以煤為原料，通過水煤漿加壓氣化工藝產出合成氣，進而生產甲醇、醋酸、醋酸乙酯、丁醇、聚甲醛等有機化工產品。
魯南化工現有污水與回用水處理系統建于2006年9月，2007年4月調試運行；項目總投資11700萬元，設計污水處理能力為26000m3/d，采用A/O工藝和雙膜法廢水處理工藝，其工藝流程見圖1。
污水處理系統主要對企業排放的生產、生活污水進行集中處理，生產廢水主要包括煤氣化廢水、有機化工廢水(包括甲醇、醋酸、丁醇、聚甲醛、醋酐、醋酸乙酯等裝置產生的生產廢水、沖洗水)，設計出水水質達《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)一級標準。
1.3 污泥處理系統的設計
污水處理系統設計正常進水懸浮物(SS)含量為35～60mg/L；其中，對造氣裝置、氣化裝置廢水懸浮物含量的要求為50～100mg/L。污泥處理系統有關設計參數見表2。
污泥處理系統主要設備：污泥濃縮機2臺，規格：8.0m×5.0m，功率2×1.5kW；廂式壓濾機2臺，規格為Xm300/1500mm，處理能力5t/箱，功率2×4.0kW；氣動隔膜泵2臺，型號ARO666320-EEB-C(英格索蘭)。
2、污水處理系統污泥增加原因及危害
2.1 污泥增加問題的出現
2007年A/O系統投運以來，有機污染物負荷率一直保持在60%～80%，系統運行穩定，出水水質滿足并優于《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)，污泥性狀良好，生化系統污泥濃度維持在6000mg/L左右。2017年以后，隨著魯南化工多個新項目投運，有機污染物負荷顯著增加(達80%～110%)，加之其他諸多因素的影響，2017年以后A/O生化系統污泥濃度高達11000～13000mg/L，且通過顯微鏡檢驗(簡稱“鏡檢”)發現無機污泥占比較高，污泥活性明顯降低，污泥脫水系統2臺廂式壓濾機連續運行，單臺每次出泥4～5t、每天出泥15～20t仍無法滿足污水系統排泥所需，污水處理系統運行風險較大。
2.2 污泥增加的原因分析
對于污泥增加的原因，經認真排查與分析，魯南化工排查梳理出以下方面的原因。
(1)污水處理系統水力負荷、有機污染負荷增加。2017年以來，醋酸、醋酐裝置提產，聚甲醛裝置達產，多套裝置負荷的提升使得廢水量增加，COD、NH3-N等有機污染負荷增加，污泥負荷增高，污泥增殖迅速，泥量增加。
(2)煤氣化廢水懸浮物含量高。設計氣化廢水(進水)懸浮物含量≤100mg/L，實際懸浮物含量平均在150mg/L，最高達500mg/L，主要原因是新建復合肥裝置占地而停用原廠內預處理澄清池，氣化廢水輸送流程改為直接送污水處理廠，廢水中的煤灰未得到有效沉降，導致污水處理系統污泥中無機組分含量增高。
(3)廢水排放標準提升。《關于批準發布<山東省南水北調沿線水污染物綜合排放標準>等4項標準修改單的通知》(魯質監標發[2011]35號)中，排水懸浮物指標由70mg/L降至30mg/L，循環水排污原作為清凈下水直接排放，因排放標準提升而不能直排，2016—2017年對全廠循環水排污水進行治理，將循環水排污至凈化水廠三級沉淀池吸附沉淀后排放，此部分水量增加約400t/h，相應增加絮凝劑投加5.6t/d，致三沉池負荷增加，污泥量增加約5t/d。
2.3 污泥增加的危害
由于上述原因，污泥脫水系統不能滿足系統污泥處理所需，生化池污泥濃度最高增至13000mg/L且無機污泥占比大，每天有大量污泥不能從系統中脫出，長此以往對生化處理系統危害極大。具體危害如下。
(1)生化污泥老化，對COD、NH3-N去除能力下降，影響出水水質，出水COD、NH3-N升高。經與山東省環科院專家交流得知，當生化池污泥濃度超過15000mg/L時，污泥將不再生長而是出現死亡，該值為污泥濃度峰值，當前生化池污泥濃度已經接近臨界值，如控制不好任由污泥濃度繼續增高，將會出現污泥死亡、上浮等惡性事件。
(2)生化污泥SV30在90%以上，懸浮顆粒多，不易沉降，沉降性能差，影響出水SS，存在排放超標風險。
(3)污泥增加會占用生化處理系統有效容積，制約進水量和對污染物的處理能力。
(4)污泥泥齡增長，耐沖擊性差，一旦受負荷沖擊，短期內不易恢復活性。綜上，污水處理系統負荷增加，污泥不能及時排出，生化污泥濃度過高，泥齡老化，會對污水處理系統的處理能力和出水水質造成較大影響，存在較大的環保風險。
3、應對措施
針對污水處理系統暴露出的污泥量增加問題，魯南化工從控制污水處理系統進水水質、優化設施運行、改善污泥性狀、增設疊螺式污泥脫水機(增加排泥能力)等方面著手優化與改進，于2019年1—6月提出并落實如下應對措施。
3.1 控制氣化廢水進水
SS濃度煤氣化廢水中的煤灰等懸浮物是造成污水處理系統進水懸浮物含量高、生化污泥中無機組分高的重要原因。為此，采取了如下措施：
①氣化車間從源頭加強管理，開好氣化壓濾設施，在界區內充分脫除煤灰等懸浮物;
②利用原造氣裝置(由于高耗能等原因，于2010年停用并拆除，在原址建設了復合肥裝置)的平流沉淀池，將氣化廢水改道平流沉淀池充分沉淀后再由泵打入污水處理系統調節池，平流沉淀池沉淀下來的煤灰通過抓斗吊定期清理，隨氣化灰渣作為一般固廢進行處置。本項改造措施充分利舊，僅新增2臺污水泵，投資20萬元。
3.2 改善污泥性狀，投加營養液
生化污泥所需的主要營養物質有碳源(BOD/COD)、氮源、磷源和無機鹽等。碳是構成細菌體的重要元素，細菌體中的各有機物均含有碳，污水中含碳的有機物即為細菌所能利用的碳源。氮也是構成生物體的重要元素，在細菌的蛋白質、核酸等分子中均含有氮元素。魯南化工污水中NH3-N充足，無需補充氮源;細菌對無機鹽的要求并不高，污水中的無機鹽含量一般能滿足其生長所需;但細菌對磷的需求較多，一般工業污水中若磷不足，需投入一定的磷酸鹽作為磷源。魯南化工污水處理系統污泥存在氮源過量而碳源、磷源不足的問題，為改善污泥性狀，提高污泥活性，決定投加甲醇廢水和磷營養液(NaH2PO4)以彌補碳源、磷源不足，O池按照C(BOD5)∶N∶P=100∶5∶1(其中，N以NH3-N計，P以PO4-P計)的比例調節。
3.3 增設疊螺式污泥脫水機以加大排泥量
經計算，當前污水處理廠污泥產生量(折85%含水率)為25246kg/d，而污水處理廠2臺廂式壓濾機的污泥處理量(85%含水率干泥餅)為20t/d，污水處理廠污泥增殖量(折85%含水率)為5246kg/d，故需增設污泥脫水設備。
結合污水處理廠實際場地情況，研究廂式壓濾機的排泥效果，參考其他企業的污泥處置方法，對常用的污泥脫水機進行比較，最終決定增設疊螺式污泥脫水機(簡稱疊螺機)。疊螺機設備布局緊湊，可顯著減少基建投資，具有安裝調試簡單、占地面積小、整機全密封操作、可連續進出料、工人勞動強度低(1人可同時操作多臺疊螺機)、故障率低等優點，運行前設置好污泥的濃度、污泥量、加藥量等指標即可自動連續地處理污泥。新增2臺污泥疊螺機及配套設施投資119萬元。
4、投資情況及效果評價
4.1 投資情況及運行費用
2臺疊螺機及配套設施投資119萬元，2臺污水提升泵投資18萬元，土建費用5萬元，平流沉淀池利舊改造費用8萬元，優化改造合計投入150萬元。
污水處理系統優化改造后，增加的運行費用主要為營養液投加，每天投加500kg，日增加藥劑費用約800元，折合噸廢水運行成本增加0.3元，但投加營養液為臨時性改善污泥性狀的措施，不會長期投加。
4.2 整體效果評價
(1)疊螺機投運后，運行穩定可靠，大幅提升了系統的污泥處理能力，日產出含水率75%的污泥7.2～14.4t，完全滿足目前系統污泥增殖量處理需求，確保了三沉池和清污分流系統出水懸浮物含量達標且穩定;與此同時，生產中加大了對初沉池的排泥，以便及時將污泥中的無機成分脫除，有效降低污泥的無機組分含量，提高活性污泥的含量，從而提高了活性污泥的處理能力，保障了系統的長周期、安全、環保、穩定運行。
(2)通過源頭增設氣化廢水預處理程序，降低了污水處理廠進水懸浮物(煤灰)濃度，調節池進水發黑問題明顯改善，經過3個月的運行，生化污泥組分得到改善，鏡檢發現污泥中無機組分明顯減少、有機組分增加，生化池污泥濃度大幅降低，污泥活性增強，出水水質明顯改善。
4.3 進出水指標對比
改造前后污水處理系統進出水指標對比見表3。可以得出結論：
①改造前后進出水水量及進水COD和NH3-N指標基本無變化；
②通過源頭治理，進水懸浮物含量由150mg/L以上降至50mg/L以下；
③系統出水COD、NH3-N、懸浮物含量在原出水達標的基礎上進一步得到優化，水質滿足2019年山東省新頒布的《流域水污染物綜合排放標準第1部分：南四湖東平湖流域》(DB37/3416.1—2018)要求；
④生化系統污泥濃度從11000～13000mg/L降至5000～7000mg/L，大幅降低，污泥中無機組分明顯減少，有機組分增加。
5、結語
(1)2017年以后，隨著魯南化工多個新項目的投運，污水處理系統負荷增加，污泥不能及時、有效排出，生化污泥濃度過高，泥齡老化，對系統處理能力和出水水質造成較大影響，存在較大的環保風險。后經一系列優化改進，保證了污水處理系統的良好運行。
(2)生化污泥是整個生化處理系統的核心關注對象，應通過定期分析污泥濃度、SV30等指標，并結合鏡檢判斷生化污泥的活性狀況，這對指導污水處理設施的安全、穩定運行具有重要的意義。
(3)疊螺式污泥脫水機設備布局緊湊，投資低，具有安裝調試簡單、占地面積小、故障率低、操作簡便等優點，且其運行穩定可靠，值得在水處理領域中推廣應用。（ >
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