由UASB反应器和抛光池组成的全规模城市污水处理厂在印度启动阶段的质量评估
纳迪姆·哈利勒1*和塔里克·艾哈迈德2
1阿里格尔穆斯林大学扎基尔·侯赛因工程技术学院土木工程系环境工程组，阿里格尔，202001印度
2印度理工大学土木工程系，阿里格尔，202001
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.11.1.06
在现有的技术中，上流式厌氧污泥毯(UASB)工艺已成为城市污水处理中应用最广泛的方法之一，特别是在印度等气候条件温暖的国家。然而，在过去的十年里，UASB的普及和实施迅速下降。由于不符合规定的排放标准，各部门对UASB反应器的性能提出了批评。一般假设UASB反应器不适用于一般BOD小于150mg/l, COD小于250mg /l，硫酸盐大于150mg/l的稀释废水，如城市污水。本研究试图通过对UASB反应器及其后处理的质量评估和实地观察，对一个新投产(启动)的城市(污水)污水处理厂进行调查，该处理厂通常称为STP，容量为14每天百万升(MLD)。研究的目的是了解调试阶段的间隙，这可能与较低的去除效率有关。本文简要讨论了UASB装置运行和维护中存在的一些问题，以期有所改进。
城市污水;UASB技术;最终抛光池;BOD;河流恒河;污染治理
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李春华，李春华，李春华，等。中国城市污水处理厂污水处理技术研究进展。当代世界环境2016;11(1)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.11.1.06
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李春华，李春华，李春华，等。中国城市污水处理厂污水处理技术研究进展。生态学报，2016;11(1)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=13984
介绍
UASB(上流式厌氧污泥毯工艺)技术是一种基于厌氧原理的污水处理技术，在世界范围内得到了广泛的应用，特别是在印度等气候温暖的国家。该技术之所以受到欢迎，是因为它的资本投资适中，运营维护成本低，不需要能源，易于实施，去除效率相当高，占地面积不大。目前全球约有300个安装。在采用UASB进行污水处理的国家中，印度、巴西、哥伦比亚、印度尼西亚是世界上最领先的国家之一[1][2][3][4]。仅在印度，就有大约70个用于市政应用的UASB装置正在运行，总流量处理能力约为3000 MLD(相当于3000万人口)。印度在UASB技术方面的经验非常多样化和独特。
与其他厌氧处理工艺一样，UASB出水也需要足够的后处理装置对出水进行进一步抛光处理，以达到河流排放的排放标准[5]。一般来说，基于自然过程的抛光池作为一种二级步骤(后处理)被广泛使用，以进一步减少UASB反应器出水的污染物。虽然这种组合处理去除有机和固体负荷没有任何能量输入，但也有其缺点。抛光池占地面积大，这使这种组合不受欢迎。
针对该装置启动初期的监测及涉及的运行问题，本研究试图对UASB反应器和抛光池的性能进行研究。该研究基于最近在印度北部投入使用的全规模UASB污水处理厂的质量评估和实地观察。它讨论了调试阶段的几个基本故障，由于这些故障不仅影响了UASB反应堆，而且影响了处理厂的整体性能。本文的研究结果有助于了解UASB反应器初始启动过程中的根本原因，从而有助于提高反应器的性能。
印度的UASB技术和运营问题
UASB技术在印度的应用是在20世纪90年代初恒河行动计划第一期在坎普尔和米尔扎普尔成功引进、示范和运行UASB工厂之后引发的。根据亚穆纳行动计划(YAP)，哈里亚纳邦的10个污水处理厂和北方邦的5个污水处理厂于20世纪90年代末一次性投入使用。图1显示了实施YAP的地方/城市的亚穆纳盆地地图。
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从那时到2010年，UASB是印度污水处理的最佳选择。不仅因为其良好的去除效率，还因为其主要优势，如不需要能源，最低的运维成本，较少的污泥产生，以及以沼气形式回收资源用于发电。然而，在过去的六年中，即2000年的病房，UASB的实施迅速下降。这可能是由于一些原因造成的，例如与性能有关的不良案例和故事，缺乏正确操作的意愿，运营商和管理层的疏忽，缺乏技术知识，资源，动力，以及没有意识到环境或水体的重要性。也有人观察到，一些UASB工厂甚至没有适当地委托，因此没有取得良好的结果。
正在研究的STP的描述
目前的工作是在最近投入使用的14 MLD UASB污水处理厂(STP)进行的，该污水处理厂基于上流式厌氧污泥毯(UASB)技术。该STP是根据亚穆纳行动计划在日本的财政援助(软贷款)下设计和建造的。STP位于印度北方邦阿格拉达亚尔巴格村Jaganpur。图2和图3给出了显示STP和布局的卫星虚图。
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未经处理的污水从位于阿格拉市Boodi Ka Nagla约3.50公里处的主泵站(MPS)泵送到STP的入口室。该STP有两个UASB反应器，每个反应器处理7 MLD的流量。经过处理的废水通过废水通道直接排入亚穆纳河，该河流在STP附近流动。
原污水首先进入进水室，然后通过矩形槽口溢出至筛室。筛分后的污水通过机械砂室，备用人工砂道。脱砂后的污水通过2个分液箱，分成4流均匀分布在4个分液箱中，每个UASB反应器两侧各有2个分液箱。在一个反应器中有16个进料箱，每个进料箱将废水输送到8个进料箱中，8个进料箱通过下取管将污水均匀地分配到反应器床上。uasbr处理后的废水被送往抛光池进行进一步处理。池塘是保留时间为一天的浅盆地。最后，经过处理的废水在氯接触池中进行氯化处理以去除病原体，然后通过一条200米长的混凝土通道排放到亚穆纳河。图4给出了14个MLD UASB反应器和抛光池的视图。
沉淀在UASB反应器中的消化污泥被排干，直接输送到污泥干燥床脱水干燥。UASB反应器除雾后产生的沼气被收集到具有8小时储气能力的沼气池中，多余的沼气通过沼气燃烧系统进行计量和燃烧。不同单元的尺寸如下所示
单位名称 |
不。 |
尺寸/尺寸(LXBXD) |
进气室 |
1 |
3.00米×1.00米×3.60米 |
屏幕室: 机械 手册 |
1 1 |
3.00米×1.20米×0.61米 3.00米×1.20米×0.50米 |
沉砂池: 机械 手册 |
1 1 |
5.75米× 5.75米× 0.70米 20.50米×1.60米×0.75米 |
UASB反应器 |
2 |
28米× 20米× 4.70米 |
抛光池: FPU-1 FPU-2 |
1 1 |
111.87米×50.90米×1.25米 111.87米×50.65米×1.25米 |
污泥干燥床 |
11 3. |
25.26米×8.95米 21.00米×9.00米 |
储气罐 |
1 |
内径7.00m 体积173.10 m3 |
燃烧系统 |
1 |
高度6.00米 |
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方法
在取样和分析之前，开发了一个理论框架，用于采样和分析不同参数，如pH值、碱度、BOD、COD、TSS、硫酸盐、VFA和污泥(TS、TSS、VSS、灰分)。样品是从STP单元内的不同位置收集的。选择了四个不同的采样站/位置，即STP的入口(S1)，砂砾室出口(S2)， UASB反应器出口(S3)和STP的最终出口(S4)，并在图3中进行了标记。
在大约8个月(2月至9月)的时间里，每天从每个采样站采集3个样本(上午、中午和晚上)。这些样品基于“Grab”基础，但在分析之前，将各自的样品混合在一起以测试各种参数，如pH，碱度，TSS, BOD, COD，硫酸盐和VFA。高浓度硫酸盐对生物活性有抑制作用。VFA表示
本研究的另一个重要方面是研究UASB反应器污泥的性质。从UASB反应器的不同污泥端口采集污泥样本，每周一次。对污泥进行了TS、VSS和灰分分析。所有试验均按照《水及废水检验标准方法》[6]进行。STP站点和AMU的实验室设施被用于进行分析。
结果与观察
现场监测数据汇总如图5、6、7、8、9、10、11和表1、2、3所示。
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表1:观察VFA、碱度和pH值
参数/样品没有。 |
浓度(毫克/升) |
碱度(毫克/升) |
pH值 |
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污水 |
UASB出水 |
污水 |
UASB出水 |
污水 |
UASB出水 |
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1 |
３８.５ |
31 |
788 |
837 |
7.91 |
7.69 |
2 |
44.0 |
38 |
755 |
791 |
8.03 |
7.95 |
3. |
46.5 |
31 |
796 |
817 |
8.07 |
7.98 |
4 |
46.0 |
40 |
807 |
849 |
8.02 |
7.95 |
5 |
40.6 |
34 |
782 |
812 |
8.04 |
7.02 |
表2:污泥分析结果(反应器-1)
一天 |
总固形物(g/l) |
TSS (g / l) |
VSS (g / l) |
灰分含量 年龄(%) |
1 |
170 |
150 |
50 |
66.66 |
16 |
170 |
120 |
35 |
70.83 |
31 |
140 |
110 |
30. |
72.72 |
46 |
165 |
130 |
40 |
69.23 |
表3:污泥分析结果(反应器-2)
一天 |
总固形物(g/l) |
TSS (g / l) |
VSS (g / l) |
灰分含量 年龄(%) |
1 |
200 |
140 |
50 |
64.28 |
16 |
165 |
120 |
40 |
66.66 |
31 |
255 |
230 |
70 |
69.56 |
46 |
180 |
140 |
60 |
57.14 |
讨论
未经处理污水的pH值介乎7.85至8.12，而污水处理厂污水的pH值介乎7.69至8.03。未经处理的污水的碱度被发现出乎意料地高。它的范围在790到880毫克/升之间。UASBR的进水BOD在162 ~ 186mg/l之间变化，而反应器的设计平均BOD为250 mg/l。UASB反应器的BOD去除率只有30-40%。UASB出水总COD在204 ~ 252 mg/l之间，去除率很低，约为30%。UASBR出水的TSS值为219 ~ 242mg /l。通常观察到，当TSS值高时，COD值也高。发现UASBR的平均TSS去除效率为45%。可以清楚地看到，抛光池的最终出水不符合排放标准。 TSS concentration varies from 96 to 123mg/l which is finally discharged into river Yamuna.
未经处理的污水中的硫酸盐浓度也出乎意料地高。取值范围为365 ~ 410 mg/l。硫酸盐转化为硫化氢(H)2S)易溶于水。硫化物的存在对微生物具有高度毒性，并且是氧气消耗的竞争对手[7]。VFA浓度在限定范围内，但VFA碱度比受到干扰。低VFA/碱度比是厌氧消化过程中有机物降解的抑制因素之一。
污泥数据显示，在污泥中存在高浓度的总固体。污泥从反应器中不规则抽取导致固体在反应器中积累，较高的灰分含量表明存在惰性物质，这限制了反应器中的生化反应。观察到，进入UASB的惰性悬浮固体的百分比较高，直接影响反应器中稳态VSS / TSS比，并且UASB反应器中存在高达60%的灰分。这表明约有40%的活性生物量存在，不足以降解有机物。
实地观察与结论
得出以下观察和结论:
工厂现场没有操作和维护手册。
被代理的化学家没有足够的废水分析知识，特别是来自uasbr的污泥分析。
该实验室没有配备进行详细理化和微生物分析所需的化学品、玻璃器皿和仪器。
污泥提取的操作是不规范和无计划的。这是uasbr中总固形物和灰分含量较高的主要原因之一。
筛网和砂砾清除设备不能正常工作。UASB污泥中灰分含量高是造成除砂设备运行不良的原因之一。
UASB反应器中的下水管(HDPE)的尺寸仅为90毫米，由于漂浮颗粒和固体的存在而阻塞了流动。
下入管的堵塞是通过用力插入杆来手动清除的。这会损坏HDPE管，从外面永远看不到。
原污水中的硫酸盐浓度极高，这清楚地表明在技术选择之前，废水调查没有做得很好。UASB系统对高浓度硫酸盐有抑制作用。
尽管存在一些疏忽，但该处理厂在启动阶段的总体性能是良好的。这表明，如果对运维给予适当的关注，uasbr可以执行得更好。
经稳定化后，该装置的运行性能令人满意，但由于抛光池无法达到规定的排放标准，出水参数不符合规定的排放标准。
可以探索新的后处理方案，如延长曝气系统、下悬海绵介质系统(DHS)、人工湿地等，以取代抛光池。
鸣谢
作者感谢UP Jal Nigam Agra的许可，允许他们在研究过程中使用他们的实验室和在厂区的住宿。
参考文献
- 马彻达，Ohashi, A, Harada, H, Ueki K.一种新型且具有成本效益的污水处理系统，包括发展中国家的UASB预处理和好氧后处理单元。水科技。36 (12): 189 - 197 (1997)
- 李建军，李建军，李建军，等。厌氧反应器处理污水的研究进展。生物技术。65:175 - 190 (1998)
CrossRef - Sunny, A.， Forrez, I.， Lieven, D.K.， Haandel, A. V.， Verstraete, W.高温地区生活污水的厌氧和辅助处理研究综述。生物资源技术杂志。97:2225 - 2241 (2006)
CrossRef - Khalil, N.， Mittal, A. K.， Raghav, A. K.， Sinha, R.。印度污水处理的UASB技术:20年的经验。环境工程与管理学报，5:1059-1069 (2006)
- 陈晓华，陈晓华。生活污水厌氧处理的后处理方案。环境科学与生物技术。5:73-92 (2006)
CrossRef - 美国公共卫生协会(APHA)水和废水检验的标准方法。第21版(2005年)
- Potivichayanon, S, Pokethitiyook, P.， Kruatrachue, M.一种新型固定膜生物洗涤系统去除硫化氢。过程生物化学。41(3):708-715 (2006)
CrossRef
