高效沉淀池+ 反硝化濾池工藝在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用

何書云

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計院有限公司，福建 福州 350000）

引言

反硝化深床濾池作為目前新型的深度處理工藝,同時具有去除SS、脫氮和除磷的復(fù)合型功能,運行成本低,性能穩(wěn)定[1],已在國內(nèi)多座城鎮(zhèn)污水處理廠的提標(biāo)改造中得到應(yīng)用。在這些工程中,反硝化深床濾池可以作為氧化溝工藝、A2/O 工藝及CASS 工藝等二級生化工藝的深度處理工藝,確保最終出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo),尤其是對TN 的去除效果明顯。而一般單采用生物除磷工藝很難滿足出水含磷量滿足一級A 的排放要求[2],在污水處理廠提標(biāo)改造項目中常在反硝化濾池前端增加高效沉淀池,達(dá)到強(qiáng)化化學(xué)除磷的目的。高效沉淀池結(jié)合快速混合、污泥回流、斜管或斜板沉淀等措施,實現(xiàn)了高效固液分離。相比傳統(tǒng)混凝沉淀,高效沉淀池表面負(fù)荷大,占地面積小,不僅提高了SS 的去除率,同時大大節(jié)省了土建投資。胡香等[3]研究表明在采用A2/O 氧化溝- 混凝沉淀- 反硝化深床濾池組合工藝處理城市生活污水, 出水水質(zhì)優(yōu)于一級A 標(biāo)準(zhǔn), 其中COD＜40 mg/L,NH4+-N＜2.0 mg/L,TN＜10 mg/L,TP＜0.3 mg/L。福建某污水處理廠進(jìn)水以生活污水為主,一期工程設(shè)計規(guī)模為2.5 萬m3/d, 現(xiàn)狀處理工藝為改良型卡魯塞爾氧化溝工藝。生活污水經(jīng)廠外污水中途泵站提升進(jìn)入污水處理廠,進(jìn)入細(xì)格柵和沉砂池,沉砂池的出水自流進(jìn)入氧化溝前端的兼氧區(qū), 然后流入氧化溝好氧區(qū)。氧化溝出水進(jìn)入配水井分配到二沉池,泥水分離后,尾水經(jīng)次氯酸鈉消毒計量排放。現(xiàn)狀污水廠處理出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GBl8918-2002)中的一級B 標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《水污染防治行動計劃》(水十條) 和福建省住建廳加快污水處理廠提標(biāo)進(jìn)度的要求。該污水處理廠應(yīng)達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 提標(biāo)前進(jìn)出水水質(zhì)情況

目前該污水處理廠處理量呈逐年波動上升趨勢,月均最大進(jìn)水水量2.37 萬m3/d,月均最小進(jìn)水量1.16萬m3/d,運行水量不穩(wěn)定,最高進(jìn)水量接近設(shè)計規(guī)模。該污水廠2017 年7 月-2017 年12 月間實際進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 2017 年7 月-12 月間實際進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù),現(xiàn)狀污水通過二級處理后,出水基本能達(dá)到一級B 排放標(biāo)準(zhǔn),偶爾會有超標(biāo),排放標(biāo)準(zhǔn)提高到一級A 后,現(xiàn)狀出水除COD 能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)外氨氮、總氮指標(biāo)基本處于一級A 的邊緣,存在超標(biāo)的風(fēng)險,總磷也基本超過一級A(≤0.5mg/l)限制,深度處理應(yīng)同時考慮脫氮磷系統(tǒng)。

2 改造工藝設(shè)計

2.1 現(xiàn)狀問題分析

現(xiàn)狀工藝對TP 去除效果不太理想,出水均值數(shù)基本能達(dá)到一級B 標(biāo)準(zhǔn),偶爾出現(xiàn)超標(biāo),提標(biāo)后將無法滿足達(dá)標(biāo)排放要求。結(jié)合污水廠的運行情況,造成TP 去除不佳的原因可能包含以下幾方面:

2.1.1 進(jìn)水營養(yǎng)物比例失衡

一般情況下, 進(jìn)入生化反應(yīng)段厭氧區(qū)污水中BOD5/TP 大于20 可以達(dá)到良好的除磷效果,而根據(jù)近一年進(jìn)水各指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果,4 個月的BOD5/TP 小于17,8 個月的BOD5/TP 都在20 以下。本污水廠進(jìn)水的BOD5偏低致使碳磷比過低是除磷效果不佳的一個重要因素。

2.1.2 改良型卡式氧化溝無厭氧區(qū)

按進(jìn)水流量2.5 萬m3/d 計算, 氧化溝需設(shè)置厭氧池且停留時間至少要在1.5h[4]。原設(shè)計大量硝酸鹽氮隨回流污泥直接進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū), 反硝化菌會與聚磷菌爭奪水中的有機(jī)碳源來完成反硝化,影響磷的釋放和聚磷菌體內(nèi)PHB 的合成,從而影響后續(xù)除磷效果。

2.1.3 污泥齡總體偏長

硝化菌增殖速度慢、世代時間長,實現(xiàn)硝化需泥齡為10～15 d。而除磷是通過剩余污泥的排除實現(xiàn)的,除磷的最佳泥齡為3～5 d[5]。為了保證硝化效果,氧化溝夏季時泥齡約在15～16 d,冬季在18～20 d。由于進(jìn)水BOD5偏低,致使剩余污泥量少,系統(tǒng)內(nèi)的總磷不能及時排出,可能造成出水總磷偏高。此外,泥齡較長,污泥活性不足也會影響生物除磷效果。

2.2 提標(biāo)改造思路

根據(jù)污水處理廠實際情況和提標(biāo)改造要求, 在盡量利用現(xiàn)有設(shè)施的前提下,主要采取以下改造措施:(1)在二沉池后增加反應(yīng)沉淀處理構(gòu)筑物, 通過加藥混凝沉淀,強(qiáng)化SS 和TP 去除效果,使其能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。(2)外加碳源, 調(diào)整污水可生化性, 提高B/C 比、B/N 比和B/P 比,使出水TN 和TP 指標(biāo)能進(jìn)一步下降。

污水處理工藝的選擇應(yīng)充分考慮技術(shù)的可行性,經(jīng)濟(jì)的合理性,對污水水質(zhì)水量的適應(yīng)性,運行的穩(wěn)定性等多種因素,綜合考量后確定。從表1 可看出,現(xiàn)狀工藝出水TP 在0.22～1.6 mg/L,均值為0.66 mg/L 超出一級A 的排放標(biāo)準(zhǔn)限值,排放標(biāo)準(zhǔn)提高后,深度處理須采用化學(xué)除磷強(qiáng)化除磷效果; 現(xiàn)狀處理工藝出水TN在4～20 mg/L,均值為10 mg/L,而一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)TN限值為15 mg/L。提標(biāo)后出水TN 不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo);因此在提標(biāo)深度處理需要選用脫氮、沉淀組合工藝來確保各項指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。經(jīng)過綜合比選,選定“高效沉淀池+深床反硝化濾池”組合工藝。主要改造內(nèi)容有:氧化溝改造(表曝機(jī)改為鼓風(fēng)機(jī),增設(shè)微孔曝氣器)、新建中途提升泵房、新建高效沉淀池、反硝化濾池。提標(biāo)改造工程污水處理工藝流程見圖1。

圖1 提標(biāo)改造污水處理工藝流程圖

2.3 新建主要構(gòu)筑物及參數(shù)

2.3.1 提升泵房

新建提升泵房1 座,將原二沉池出水提升,保證后續(xù)處理工藝運行?？偲矫娉叽鐬?14.30×6.20 m,地下深度為2.90 m,地上高度為7.5 m。泵房中間設(shè)隔墻,分為兩格。選用4 臺水泵,3 用1 備,其中1 臺水泵配備變頻電機(jī)。單臺水泵流量Q=510 m3/h,揚程H=6 m,電機(jī)功率N=11 kW。在泵房上部安裝一套MDI 電動葫蘆一套,起吊重量1.5 t,起吊高度6 m。水泵根據(jù)泵坑內(nèi)液位信號綜合控制水泵的開停,并采用先開先停、先停先開的方式輪換運行,延長水泵的使用壽命。

2.3.2 高效沉淀池

高效沉淀池把混合/絮凝/沉淀進(jìn)行重新組合,混合、絮凝采用機(jī)械方式攪拌方式,沉淀采用斜管裝置,與普通平流式沉淀池相比,可大幅度提高水力負(fù)荷。新建高效沉淀池1 座2 組,平面尺寸21.20×19.50 m,單組處理水量1.25 萬m3/d,每座高效沉淀池分2 格,每格又分為混合區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀區(qū),高峰流量時表面負(fù)荷為9 m3/m2·h。設(shè)混合攪拌機(jī)1 臺,P=11.0 kW;絮凝攪拌器2 臺,P=2.2 kW。混凝反應(yīng)總停留時間為14.9 min;沉淀時間為0.8 h,表面負(fù)荷為7.8 m3/m2·h。

2.3.3 反硝化濾池

設(shè)計處理規(guī)模2.5 萬噸/日;變化系數(shù)Kz=1.47;深床濾池設(shè)計平均進(jìn)水流量Qave=1 042 m3/h, 設(shè)計峰值流量Qmax=1 531 m3/h。分4 格, 單池尺寸11.0 m×4.55 m,總過濾面積200 m2,池深6.05 m。濾料層厚度為2.44 m,有效粒徑為:2～3 mm,不均勻系數(shù)小于1.3,采用優(yōu)質(zhì)多棱形石英砂,設(shè)計濾速5.20 m/h,強(qiáng)制濾速6.94 m/h。配水系統(tǒng)采用雙層配水配氣濾磚。設(shè)反沖洗水泵2 臺,一用一備,Q=751 m3/h,H=10 m,N=37 kW;廢水排水泵2 臺, 一用一備,Q=200 m3/h,H=7.5 m,N=11 kW;羅茨鼓風(fēng)機(jī)3 臺,兩用一備,Q=2 310 m3/h,P=70.5 kPa,N=75 kW,變頻調(diào)節(jié)。

3 工程投資及運行效果

3.1 工程投資及總體效果

本次提標(biāo)改造工程總投資1 842.13 萬元,其中建安費1 556.26 萬元,噸水投資約737 元。該污水處理廠提標(biāo)改造工程于2018 年6 月通水試運行,通過2 個月的試運行,該污水處理廠2018 年8-9 月出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 2018 年8 月-9 月間實際出水水質(zhì)數(shù)據(jù)

該污水處理廠2018 年8-9 兩個月近60 天出水水質(zhì)情況可看出, 該污水處理廠通過提標(biāo)改造后, 出水TN 在5 mg/L 上下浮動, 最大值為5.8 mg/L, 出水TP最大值為0.35mg/L 穩(wěn)定在0.5 mg/L 以下, 出水COD最大值為45 mg/L, 所有指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 改造促進(jìn)氨氮的去除

圖2 為提標(biāo)改造前后NH3-N 去除率的變化。提標(biāo)改造前出水NH3-N 最大值為8.13 mg/L, 均值為0.87 mg/L,改造后出水NH3-N 最大值為2.43 mg/L,均值為0.41 mg/L,NH3-N 去除率由原來的87%提升為97.5%。說明氧化溝通過更換曝氣裝置后,硝化反應(yīng)得到的增強(qiáng),氨氮的去除率得到了提高。

圖2 提標(biāo)改造前后NH3-N 去除率變化

3.3 改造促進(jìn)總氮的去除

提標(biāo)改造前后TN 去除率的變化見圖3。提標(biāo)改造前出水TN 最大值為26 mg/L,均值為18.9 mg/L,改造后出水TN 最大值為5.8 mg/L, 均值為4.1 mg/L,TP去除率由原來的58.6%提升為78.9%。說明改造后通過反硝化濾池碳源的投加,增強(qiáng)了反硝化效果,確保了出水TN 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

圖3 提標(biāo)改造前后TN 去除率變化

3.4 改造促進(jìn)總磷的去除

圖4 為提標(biāo)改造前后TP 去除率的變化。提標(biāo)改造前出水TP 最大值為1.6 mg/L,均值為0.65 mg/L,改造后出水TP 最大值為0.35 mg/L, 均值為0.18 mg/L,TP 去除率由原來的74.1%提升為90.8%。說明改造后通過高密度沉淀池的化學(xué)除磷,明顯提高了系統(tǒng)TP 的去除效果。

圖4 提標(biāo)改造前后TP 去除率變化

4 結(jié)論

(1) 采用“高效沉淀池+深床反硝化濾池”組合工藝作為城市污水處理廠提標(biāo)改造深度處理工藝,工程運行結(jié)果表明具有良好處理效果, 處理出水主要污染物指標(biāo)均能夠穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GBl8918-2002)中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 碳源的投加, 既會增加運行成本也會增加二次污染的風(fēng)險, 本工程可考慮通過增加監(jiān)控硝態(tài)氮的量,在高效沉淀池出水TN 已經(jīng)達(dá)標(biāo)情況下,無需投加碳源, 可通過調(diào)整反硝化濾池運行條件轉(zhuǎn)換為深床濾池,降低運行成本。

(3) 該城市污水處理廠提標(biāo)改造工程建設(shè)后將進(jìn)一步削減主要污染物總量的排放, 對九龍江流域水環(huán)境的保護(hù)起到積極的作用。