Для тех, кто занимается эксплуатацией, техническим обслуживанием, техническим управлением, отладкой процессов и контролем качества муниципальных очистных сооружений, прочная основа базовых концепций является основной предпосылкой для точной работы, устранения неполадок и соблюдения требований. Хотя процессы очистки муниципальных сточных вод различаются, основополагающие принципы остаются прежними; Вся работа оборудования, контроль параметров, регулировка процесса и обращение с осадком вращаются вокруг этих фундаментальных теорий.
В этой статье, объединяющей технические спецификации по эксплуатации и надзору за городскими очистными сооружениями и действующими стандартами сброса городских сточных вод, систематически излагаются основные базовые концепции, которыми должны овладеть очистные сооружения. Содержание является строгим с научной точки зрения, не содержит отраслевых ошибок и сочетает теоретическую глубину с практическими рекомендациями, что делает его подходящим для новичков,-обучения в рамках всей компании и технического анализа.
I. Основное позиционирование: муниципальные сточные воды и основная логика очистки сточных вод
1. Определение муниципальных сточных вод
К муниципальным сточным водам относятся, в частности, смешанные сточные воды из городских бытовых сточных вод, общественных сточных вод государственных и коммерческих учреждений, муниципальных дорожных стоков, а также небольшое количество предварительно очищенных промышленных сточных вод с низкой-концентрацией, предварительно-очищенных в соответствии с требованиями. Это основная цель очистки городской водной среды.
В отличие от промышленных сточных вод, городские сточные воды характеризуются стабильными колебаниями количества и качества, преимущественно органическими веществами, избытком азотных и фосфорных питательных веществ, хорошей биоразлагаемостью. При его лечении в первую очередь используются биологические процессы, дополненные физическими и химическими методами обработки.
2. Основные принципы очистки сточных вод
В очистке сточных вод используются четыре технических метода:-физическое разделение, биоразложение, химическая флокуляция и дезинфекционная стабилизация-для удаления или преобразования взвешенных загрязняющих веществ, органических загрязнителей, азотных и фосфорных питательных веществ и болезнетворных микроорганизмов в сточных водах в безвредные вещества, гарантируя, что сточные воды соответствуют стандартам сброса или стандартам повторного использования, тем самым достигая снижения загрязнения воды и повторного использования водных ресурсов.
II. Основные основные показатели качества воды (лабораторные испытания + основные показатели эксплуатации и технического обслуживания)
Показатели качества воды являются единственной основой для оценки состояния технологического процесса и соответствия стоков стандартам. Все корректировки эксплуатации и технического обслуживания связаны с изменением этих показателей. Ниже приведены шесть основных контрольных показателей для муниципальных очистных сооружений:
1. ХПК (химическая потребность в кислороде)
Имеется в виду количество кислорода, необходимое для полного окисления всех органических веществ и восстановления неорганических веществ в воде сильным окислителем.
Основное значение: Указывает общий уровень загрязнения водных объектов; чем выше значение, тем сильнее органическое загрязнение.
Соответствие процесса: В первую очередь удаляется путем микробного разложения в биологических прудах и коагуляционного осаждения.
Практическая направленность: Чрезмерный ХПК часто вызывается ударными нагрузками, недостаточной активностью биологической системы и аномальным осаждением ила.
2. БПК₅ (5-дневная биохимическая потребность в кислороде): относится к количеству растворенного кислорода, потребляемого при биохимическом разложении органических веществ в воде в течение 5 дней.
Основное значение: указывает на биоразлагаемость сточных вод и является ключом к определению пригодности биологических процессов.
Практический стандарт: соотношение БПК₅/ХПК > 0,3 для городских сточных вод указывает на хорошую биоразлагаемость и пригодность для биологической очистки.
3. SS (взвешенные твердые вещества): относится к нерастворимым в воде взвешенным твердым веществам, включая ил, коллоиды, остатки осадка и органические взвешенные твердые вещества.
Основное значение: Влияет на прозрачность сточных вод, перенося большое количество загрязняющих веществ и микроорганизмов;
Соответствие технологическому процессу: решетка, песколовка, вторичный отстойник и глубокая фильтрация для поэтапного--поэтапного удаления;
Практическая задача: Чрезмерное содержание взвешенных веществ (ВВ) в сточных водах, скорее всего, связано со стоком осадка во вторичном отстойнике, отказом системы фильтрации или плохой флокуляцией.
4. NH₃-N (аммиачный азот) Относится к азоту в воде, существующему в форме свободного аммиака и солей аммония, основного загрязнителя при эвтрофикации.
Принцип удаления: реакция аэробной нитрификации; автотрофные нитрифицирующие бактерии превращают аммиачный азот в нитрат;
Практическая направленность: Низкая температура, недостаточное количество растворенного кислорода, короткий возраст осадка и недостаточная щелочность могут привести к избытку аммиачного азота.
5. TN (общий азот) Относится к сумме всех форм азота в воде (аммиачный азот, нитритный азот, нитратный азот, органический азот) и является наиболее сложным показателем для очистных сооружений, отвечающих стандартам.
- Удаление ядра: совмещенная реакция нитрификации + денитрификации
1. Аэробная стадия: аммиачный азот превращается в нитратный азот (нитрификация);
2. Бескислородная стадия: нитратный азот превращается в газообразный азот и высвобождается под действием источника углерода (денитрификация);
- Практическая задача: Избыточный общий азот часто возникает из-за недостаточного источника углерода на бескислородной стадии, нарушения бескислородной среды или необоснованного флегмового числа.
6. TP (общий фосфор) Относится к сумме всех форм фосфора в воде и является основной причиной цветения водорослей и эвтрофикации.
- Методы удаления: биологическое удаление фосфора + химическое удаление фосфора.
1. Биологическое удаление фосфора: анаэробное высвобождение фосфора бактериями, накапливающими полифосфат-, и чрезмерное поглощение фосфора аэробными бактериями, который выводится через избыток ила;
2. Химическое удаление фосфора: добавление ПАУ, солей железа и других агентов для флокуляционного и седиментационного удаления фосфора;
- Практическая задача: Избыточное содержание общего фосфора в сточных водах часто связано с нарушением анаэробной среды, слишком длительным сроком хранения осадка или недостаточной дозировкой реагента.
III. Четырехуровневая-система очистки сточных вод (основная основа всего процесса)
Полная система очистки муниципальных сточных вод состоит из четырех уровней: предварительная очистка, первичная очистка, вторичная биологическая очистка и третичная усовершенствованная очистка. На каждом уровне удаляются различные типы загрязняющих веществ, и логический порядок этих уровней не может быть изменен на противоположный.
1. Предварительная обработка (первый барьер для притока)
Основные конструкции: приточный колодец, грохоты грубой и тонкой очистки, вихревая песколовка, уравнительный бак.
Основная функция: удаляет крупный плавающий мусор, ветки, полиэтиленовые пакеты, песок и другие неорганические загрязнения; балансирует объем и качество воды; устраняет пиковые воздействия притоков; защищает насосы, трубопроводы и оборудование биологических систем, расположенные ниже по потоку.
Основные операции: Своевременная очистка сита, периодическое удаление песка из песколовки, стабильный контроль уровня в уравнительной емкости.
2. Первичное лечение (физическое лечение)
Основная структура: Первичный отстойник
Основная функция: удаляет из воды крупные взвешенные вещества, коллоиды и некоторые органические загрязнители посредством гравитационного осаждения.
Эффект лечения: Удаляет примерно 30% ХПК и более 50% СС, значительно снижая нагрузку на последующую биологическую систему.
3. Вторичная очистка (основная биологическая очистка). Это основная часть очистки городских сточных вод, в которой в первую очередь используются биологические процессы для удаления большей части органических веществ, аммиачного азота, общего азота и общего фосфора.
Основной принцип: использование микробного сообщества активного ила для адсорбции, разложения и преобразования загрязняющих веществ в сточных водах;
Основные процессы: A²/O, окислительный канал, SBR, MBR, модифицированный A²/O;
Эффект очистки: Удаляет более 90% органических веществ и аммиачного азота, существенно сокращая количество основных загрязняющих веществ.
4. Третичный расширенный курс лечения (гарантия обновления и соответствия)
Основные конструкции: высокоэффективный-отстойник, фильтр, фильтр с активированным углем, резервуар для дезинфекции.
Основная функция: удаляет остаточные следы взвешенных твердых частиц, коллоидов, остаточного фосфора и небольших количеств органических веществ из вторичных сточных вод;
Заключительная дезинфекция: Дезинфекция с использованием гипохлорита натрия, ультрафиолета и озона убивает кишечную палочку и болезнетворные микроорганизмы, обеспечивая безопасный сброс сточных вод.
IV. Четыре основные реакции биохимической системы (основополагающие для отладки процессов)
Все изменения параметров биологических процессов основаны на четырех фундаментальных реакциях: анаэробной, бескислородной, аэробной и нитрификации/денитрификации. Это основные концепции, которые технические специалисты должны полностью понимать.
1. Анаэробная реакция (без растворенного кислорода, без нитратного азота)
Условия окружающей среды: DO=0, строго анаэробная среда;
Основная функция: высвобождение фосфора полифосфатными-накапливающими бактериями, гидролиз и подкисление, разложение крупных органических молекул, резервирование энергии для последующего аэробного поглощения фосфора;
Ключевая ценность: Обеспечивает эффективное биологическое удаление фосфора и улучшает биоразлагаемость сточных вод.
2. Аноксическая реакция (отсутствие растворенного кислорода, нитратного азота)
Условия окружающей среды: DO Менее или равно 0,5 мг/л, присутствует нитратный азот;
Основная функция: Денитрификация, под действием внешнего или внутреннего источника углерода, нитратный азот преобразуется в газообразный азот, удаляя общий азот;
Ключевые практические моменты: Чрезмерная аэрация строго запрещена; обеспечить достаточный источник углерода; контролировать рефлюксное соотношение смешанного щелока.
3. Аэробная реакция (достаточное количество растворенного кислорода)
Условия окружающей среды: DO=2~4 мг/л;
Основные функции: одновременно протекают три основные реакции: разложение органических веществ, нитрификация для удаления аммиачного азота и поглощение фосфора полифосфатными-бактериями, накапливающими;
Ключевые моменты эксплуатации и технического обслуживания: Избыточный растворенный кислород приводит к перерасходу энергии и старению осадка; недостаток растворенного кислорода приводит к неполному разложению и избытку аммиачного азота.
4. Нитрификация и денитрификация (основная логика удаления азота)
1. Нитрификация. В аэробных условиях нитрифицирующие бактерии и нитрифицирующие бактерии последовательно преобразуют аммиачный азот в нитрит и нитрат. Требуется достаточное количество кислорода, щелочность и длительный возраст осадка.
2. Денитрификация. В бескислородных условиях денитрифицирующие бактерии используют источники углерода для восстановления нитратного азота до газообразного азота. Требуются строгие бескислородные условия и эффективный источник углерода.
V. Основные характеристики основных процессов (обычно применимых к муниципальным очистным сооружениям)
Среди основных процессов очистки городских сточных вод не существует явного превосходства или неполноценности; единственные различия заключаются в их пригодности для разных сценариев. Логика эксплуатации и обслуживания остается последовательной:
Процесс A²/O: анаэробная-бескислородная-аэробная серия реакций, обеспечивающая сбалансированное удаление азота и фосфора, стабильную работу и являющаяся наиболее распространенным процессом на городских очистных сооружениях.
Процесс окислительной канавы: высокая устойчивость к ударным нагрузкам, хорошие характеристики осаждения осадка, простота эксплуатации и обслуживания, подходит для малых и средних-очистных сооружений.
Процесс SBR: реактор периодического действия, все биохимические реакции выполняются в одном резервуаре, что устраняет необходимость во вторичном отстойнике, требует меньше земли и подходит для сценариев с большими колебаниями объема воды.
Процесс MBR: Мембранное разделение заменяет вторичный отстойник, производя сточные воды чрезвычайно высокого-качества, которые можно напрямую использовать в качестве оборотной воды, подходящей для проектов с высокими-стандартными сбросами и повторным использованием.
VI. Основные понятия обработки и утилизации осадка (ключевые моменты для надлежащей эксплуатации и технического обслуживания)
Очистка сточных вод без обработки осадка неэффективна. Шлам является побочным продуктом очистки сточных вод, и его правильная утилизация имеет решающее значение для нормальной работы очистных сооружений.
1. Определение осадка. Осадок — это смесь твердых и полутвердых взвешенных веществ, образующихся при очистке сточных вод в результате перехвата, осаждения и биохимических реакций. Он богат органическими веществами, микроорганизмами, азотом и фосфором, а также небольшим количеством загрязняющих веществ.
2. Основной ключевой показатель: содержание влаги в осадке.
Это относится к процентному содержанию воды в общей массе осадка и является основным контрольным показателем удаления осадка.
Влажность концентрированного осадка: 97%~99%;
Содержание влаги в осадке после механического обезвоживания: примерно 80 % (основные требования национального стандарта по утилизации).
3. Полный процесс утилизации осадка: сгущение осадка → механическое обезвоживание → стабилизирующее удаление (компостирование, сжигание, утилизация строительных материалов, захоронение отходов в соответствии с требованиями). Неизбирательный сброс и прямой сброс строго запрещены.
4. Основная роль избыточного ила. Биологическая система регулярно сбрасывает избыточный ил, удаляя из системы излишек фосфора и стареющие микроорганизмы. Это поддерживает баланс возраста ила и стабильную микробную активность, а также является основной операцией для предотвращения набухания ила, его старения и превышения стандартов сточных вод.
VII. Основные принципы эксплуатации и технического обслуживания очистных сооружений (Руководящие практические рекомендации)
Первый принцип качества воды. Любой запуск,-выключение, регулировка параметров и дозирование химикатов основаны на достижении стандартов сточных вод и стабильности процесса.
Контроль экологического зонирования. Строгое разграничение анаэробной, бескислородной и аэробной сред, а также предотвращение седиментации смешанного-слоя и нарушений растворенного кислорода имеют основополагающее значение для удаления азота и фосфора.
Динамическая балансировка нагрузки: когда приток и качество воды колеблются, производится своевременная корректировка скорости аэрации, коэффициента возврата, дозирования источника углерода и сброса ила, чтобы противостоять ударным нагрузкам.
Осадок-Вода-Воздух-Химическая синергия: четыре ключевых элемента: состояние осадка, растворенный кислород, время гидравлического удерживания и дозирование химикатов контролируются синергетически; ни один из них не может быть опущен.
Соответствие требованиям закрытого-цикла управления: комплексный контроль сточных вод, осадка, запаха и шума в соответствии с эксплуатационными стандартами городских очистных сооружений.
Заключение
Очистка муниципальных сточных вод может показаться повторяющейся работой, включающей эксплуатацию оборудования и контроль параметров, но ее основная конкурентоспособность всегда лежит в прочном теоретическом фундаменте. Все технологические сбои, превышение стандартов сточных вод и операционный хаос, по сути, вызваны непониманием основных концепций и основных принципов. Глубокое понимание этих основных концепций необходимо для всех работников очистных сооружений. Это позволяет им быстро понять логику процесса, точно устранять неполадки в эксплуатации и техническом обслуживании и перейти от «квалифицированной эксплуатации» к «профессиональному техническому управлению».