低水量、高TN條件下出水TN快速達(dá)標(biāo)調(diào)試研究

王希明

(中通環(huán)境治理有限公司, 北京 100050)

污水處理廠出水達(dá)標(biāo)調(diào)試需要對(duì)原水的水質(zhì)、水量及其波動(dòng)情況、污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行綜合分析后,確定調(diào)試思路和措施。調(diào)試過(guò)程中還需根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化,不斷調(diào)整曝氣量、回流量、加藥量、污泥濃度等運(yùn)行控制參數(shù)[1]。此外,調(diào)試期間還需開(kāi)展合理數(shù)量和頻次的水質(zhì)檢測(cè)工作,獲取重點(diǎn)污染物在生化池內(nèi)的變化趨勢(shì),并及時(shí)調(diào)整調(diào)試措施。

市政污水處理廠常出現(xiàn)原水C/N較低的情況,這種情況下原水中的有機(jī)物量不足,難以滿足反硝化脫氮至排放標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。為達(dá)到越來(lái)越嚴(yán)格的地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中出水TN限值,通常需要在生化池內(nèi)額外投加外碳源,在缺氧條件下利用反硝化菌以污水中碳源和外碳源為電子供體,以硝酸鹽為電子受體最終反應(yīng)生產(chǎn)氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)反硝化脫除TN[2-3]。

污水處理廠調(diào)試期,還經(jīng)常面臨水量少、進(jìn)水TN濃度高導(dǎo)致實(shí)際需要脫除TN總量大等難題。同時(shí),行業(yè)主管部門(mén)對(duì)污水處理廠出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的要求也越來(lái)越高,通常要求新建污水處理廠縮短調(diào)試周期,盡快達(dá)標(biāo)實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。為解決以上難題,需要開(kāi)展更多的調(diào)控策略研究。

1 污水處理廠概況及調(diào)試條件

1.1 基本情況

魏善莊鎮(zhèn)再生水廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1.2萬(wàn)m3/d,位于北京市大興區(qū)魏善莊鎮(zhèn)。設(shè)計(jì)原水為居住區(qū)及公共建筑排出的生活污水,污水經(jīng)處理后一部分作為中水回用于鎮(zhèn)區(qū)的廁所馬桶沖水、道路清掃等,其余部分排入大龍河(Ⅴ類水體)。

設(shè)計(jì)進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD)濃度為450mg/L,TN濃度為55mg/L;設(shè)計(jì)出水限值中COD濃度為30mg/L,出水TN濃度為15mg/L。

設(shè)計(jì)處理設(shè)施為粗格柵及提升泵房+細(xì)格柵及旋流沉沙池+A2/O-MBR綜合池+消毒接觸及中水回用水池。剩余污泥采用離心式脫水機(jī)脫水至含水率80%后定期外運(yùn)。其中,生化處理系統(tǒng)共分為兩個(gè)系列并聯(lián)運(yùn)行,單系列處理能力6000m3/d。單系列生化池主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 生化池設(shè)計(jì)參數(shù)

生化系統(tǒng)設(shè)計(jì)回流比:缺氧池至厭氧池回流比R1=100%,好氧池至缺氧池回流比R2=300%,膜池至好氧池回流比R3=400%。

1.2 調(diào)試前概況

魏善莊鎮(zhèn)再生水廠于2019年9月中旬完成單機(jī)調(diào)試和清水聯(lián)調(diào)工作,后由該廠運(yùn)營(yíng)人員開(kāi)始系統(tǒng)調(diào)試工作,先后投加含水率為80%的脫水污泥65t(折合池內(nèi)污泥濃度約3318mg/L)后開(kāi)始悶曝和換水工作,后連續(xù)進(jìn)水并逐步提高進(jìn)水負(fù)荷。2019年10月,該廠按實(shí)際污水量連續(xù)進(jìn)水處理,進(jìn)水TN濃度約為50～70mg/L,超出了設(shè)計(jì)進(jìn)水TN濃度限值且持續(xù)偏高,生化系統(tǒng)出水TN濃度一直維持在24～45mg/L,均值約為30mg/L,除TN外其他指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)后,大幅度增加外碳源(25%液體乙酸鈉)投加量后也未能降低出水TN濃度,出水TN達(dá)標(biāo)調(diào)試工作進(jìn)展緩慢。

由于出水TN長(zhǎng)時(shí)間未能達(dá)標(biāo),故開(kāi)展了出水TN快速達(dá)標(biāo)調(diào)試工作。

本次TN快速達(dá)標(biāo)調(diào)試開(kāi)始前的進(jìn)水水量、水質(zhì)情況見(jiàn)圖1和圖2。10月1日至11月7日進(jìn)水量平均值為2056.32m3/d。最低值1485.00m3/d,最高值2910.00m3/d。

圖1 本次調(diào)試前的進(jìn)水水量

圖2 本次調(diào)試前的進(jìn)水COD、TN濃度

10月1日至11月7日進(jìn)水TN濃度平均值為60.50mg/L,最低值為43.15mg/L,最高值為72.00mg/L。進(jìn)水COD濃度平均值為225.00mg/L,最低值為120.00mg/L,最高值為310.30mg/L。

2 調(diào)試思路與調(diào)控措施

通過(guò)對(duì)前期檢測(cè)的進(jìn)出水水質(zhì)、水量及變化趨勢(shì)及對(duì)已開(kāi)展調(diào)試措施及效果、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置等開(kāi)展分析,確定了后續(xù)TN達(dá)標(biāo)調(diào)試思路和措施如下。

2.1 控制生化池總曝氣量和好氧池回流點(diǎn)的溶解氧

a.開(kāi)展生化曝氣鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)控,實(shí)現(xiàn)供氣量與處理規(guī)模相對(duì)匹配。同時(shí)開(kāi)啟未運(yùn)行系列的曝氣管總閥門(mén)釋放冗余曝氣量。

b.調(diào)整并控制生化池內(nèi)各廊道內(nèi)的溶解氧濃度。維持運(yùn)行系列好氧池的第一廊道內(nèi)溶解氧(DO)濃度在2.5～3.5mg/L;維持第二廊道起始段和中段DO濃度在1.5～2.5mg/L,末段DO濃度維持在1mg/L左右;第三廊道起始段(硝化液回流泵安裝位置)只提供維持污泥懸浮所需的曝氣量,盡可能降低硝化液回流點(diǎn)處的溶解氧濃度,第三廊道的中段和后端內(nèi)DO濃度維持在1.5～2.5mg/L[3]。

2.2 控制回流比

2.2.1 硝化液回流比控制

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝硝化液回流泵后未安裝流量計(jì),無(wú)法計(jì)量硝化液回流流量。其參數(shù)為按照滿足滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)硝化液回流比為300%,且該回流泵經(jīng)計(jì)算實(shí)際所需揚(yáng)程為0.6～0.8m,設(shè)計(jì)單位揚(yáng)程參數(shù)取值為1.2m,造成富裕水頭過(guò)大。經(jīng)查閱廠家樣本中的Q-H曲線,如果工頻運(yùn)行將造成實(shí)際輸送水量為需要值的2～3倍,考慮調(diào)試時(shí)原水量低導(dǎo)致需要的回流量線性降低,10月調(diào)試時(shí)的實(shí)際回流比約為1000%～1500%,造成回流硝化液攜帶大量的溶解氧(DO)進(jìn)入缺氧池,消耗大量的原水COD和外加碳源,因而必須通過(guò)變頻調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)將硝化液回流量調(diào)整至與進(jìn)水量匹配、與TN所需去除率匹配的實(shí)際需要值。

根據(jù)進(jìn)水TN濃度實(shí)測(cè)值和出水TN濃度要求,確定所需的理論回流比。計(jì)算公式[4]為

式中:η為T(mén)N的去除效率,100%;N0為進(jìn)水TN濃度,mg/L;Ne為出水TN濃度,mg/L;r為混合液回流比,100%。

控制硝化液回流設(shè)置的穿墻泵的實(shí)際流量與理論回流比的數(shù)值基本匹配,調(diào)整和驗(yàn)算公式[5]為

式中:γ為水的容重,kg/L;Q為水泵的輸水量,L/s;H為水泵的總揚(yáng)程,m,經(jīng)計(jì)算實(shí)際需要揚(yáng)程約為0.6m;N為泵的軸功率,kW;η為水泵的總效率。

2.2.2 缺氧至厭氧的回流比控制

缺氧至厭氧的回流主要為維持厭氧池的污泥濃度,按照近期處理規(guī)模100%污泥回流比進(jìn)行控制,流量控制方法同硝化液回流比控制方法。

2.2.3 膜池至好氧池的回流比控制

膜池至好氧池的回流主要為維持好氧池內(nèi)的污泥濃度,回流比越大,好氧池和膜池的污泥濃度差越小。調(diào)試時(shí)此回流泵由于自控原因無(wú)法變頻調(diào)控,因而按照額定參數(shù)運(yùn)行。

2.3 控制進(jìn)水流量

a.調(diào)試前期采用停止進(jìn)水、投加外碳源進(jìn)行閉路循環(huán)的方式,將池內(nèi)混合液中TN濃度降低至10mg/L以下后再恢復(fù)進(jìn)水。

b.池內(nèi)混合液TN濃度降低至10mg/L以后,按照Q=70m3/h定量進(jìn)水并至少運(yùn)行3天,根據(jù)出水TN濃度調(diào)整外碳源投加量,觀察池內(nèi)TN變化情況,驗(yàn)證設(shè)定調(diào)試參數(shù)的有效性。

c.在低進(jìn)水量階段的系統(tǒng)出水TN基本穩(wěn)定后,按照實(shí)際污水水量進(jìn)水,并且每日根據(jù)前一日的進(jìn)水流量、出水TN及其變化規(guī)律,確定后續(xù)的外碳源的投加量和回流量、曝氣量等。

2.4 控制外碳源投加

2.4.1 外碳源投加量控制

調(diào)試時(shí)采用液體乙酸鈉作為外碳源,經(jīng)化驗(yàn)室檢測(cè)該外碳源的COD當(dāng)量為16.7萬(wàn)mg/L。

計(jì)算按原水COD與可去除TN比例為8∶1～6∶1,計(jì)算利用原水中有機(jī)物可去除的TN的濃度,其余待去除TN的按需利用投加外碳源去除。經(jīng)查閱數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料[6],調(diào)試時(shí)按照去除1mg/LTN計(jì)算需要乙酸鈉5mg/L。調(diào)試過(guò)程中結(jié)合出水TN降低和升高的趨勢(shì),每日調(diào)整外碳源的投加量。

2.4.2 外碳源投加位置調(diào)整

施工圖設(shè)計(jì)外碳源投加于缺氧池(氧化溝池型,設(shè)置水下推進(jìn)器)出水口的上游附近,極易造成碳源未充分利用就隨出水流至好氧池氧化分解,根據(jù)池內(nèi)攪拌循環(huán)的混合液流向,調(diào)試前將外碳源投加點(diǎn)調(diào)整至缺氧池出水口下游1.5m以后的位置,保障外碳源在缺氧池內(nèi)有足夠的停留和反應(yīng)時(shí)間,減少外碳源投加后可能產(chǎn)生的短流和浪費(fèi)。

2.5 其他調(diào)控措施

2.5.1 水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)

為及時(shí)掌握以上各措施的實(shí)際效果,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,設(shè)定每日上午8時(shí)和下午6時(shí)對(duì)生化池進(jìn)水點(diǎn)、厭氧池進(jìn)水點(diǎn)及出水點(diǎn)、缺氧池進(jìn)水點(diǎn)及出水點(diǎn)、好氧池進(jìn)水點(diǎn)、好氧池回流點(diǎn)、膜池等8個(gè)位置進(jìn)行取樣檢測(cè)COD、氨氮、TN指標(biāo)。在生化池出水TN基本穩(wěn)定后,只檢測(cè)生化池進(jìn)出水取樣點(diǎn)的水質(zhì)。

2.5.2 DO測(cè)量措施

為了保證出水COD和氨氮的達(dá)標(biāo)及缺氧池的缺氧環(huán)境維持,每日對(duì)缺氧池和好氧池內(nèi)的DO進(jìn)行測(cè)量。其中,缺氧池至少測(cè)量進(jìn)口位置和出口位置不同水深的DO值,判斷缺氧池的缺氧環(huán)境是否穩(wěn)定、缺氧攪拌效果是否良好;好氧池由于分三個(gè)廊道,需要對(duì)每個(gè)廊道前、中、后位置的DO值進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)DO檢測(cè)值,調(diào)整曝氣直管的閥門(mén)開(kāi)度,控制曝氣量。

3 調(diào)試效果

3.1 調(diào)試前期措施及結(jié)果

經(jīng)計(jì)算,現(xiàn)狀生化池容量為4500m3,池內(nèi)TN每降低10mg/L約需補(bǔ)充液體乙酸鈉1347L,11月7—10日期間雖采取了以上調(diào)試措施,但出水TN降低緩慢。為快速降低出水生化池內(nèi)本底TN濃度,自11月11日起停止進(jìn)水,連續(xù)投加外碳源兩天降低生化池內(nèi)TN總量和濃度,期間生化系統(tǒng)內(nèi)各位置的TN濃度檢測(cè)值見(jiàn)圖3。

圖3 調(diào)試前期TN沿程濃度

a.11月7—10日:每日投加2000L外碳源,觀測(cè)到出水TN濃度緩慢地自38.20mg/L降低至30.50mg/L。

經(jīng)分析,大量投加碳源并未達(dá)到預(yù)期TN降低水平,由于生化池容量大,加之連續(xù)進(jìn)水導(dǎo)致生化池內(nèi)待去除的TN總量高,投加碳源不足以同時(shí)快速去除本底TN以及進(jìn)水?dāng)y帶的TN,導(dǎo)致出水TN降低緩慢。經(jīng)分析認(rèn)為,要實(shí)現(xiàn)TN快速達(dá)標(biāo),必須首先將生化池混合液中約30mg/L的TN濃度降低至10mg/L以下,再恢復(fù)進(jìn)水,方可快速實(shí)現(xiàn)出水TN達(dá)標(biāo)。

b.11月11日上午8時(shí)開(kāi)始停止進(jìn)水,按照1500L/d的量投加外碳源,運(yùn)行至下午16時(shí)取樣檢測(cè)結(jié)果為缺氧池進(jìn)水TN濃度為23.05mg/L,缺氧池出水TN濃度為21.05mg/L,膜池的TN濃度約為25.25mg/L。

經(jīng)分析,由于外碳源累計(jì)投加量小、生化池容量大,投加外碳源對(duì)生化池內(nèi)本底TN濃度降低的效果還未完全顯現(xiàn),生化系統(tǒng)內(nèi)的TN濃度分布尚不均勻。

c.11月12日上午8時(shí)取樣檢測(cè)結(jié)果為缺氧池進(jìn)水TN濃度為15.85mg/L,缺氧池出水TN濃度為12.07mg/L,膜池的TN濃度約為16.25mg/L。

經(jīng)分析,系統(tǒng)經(jīng)歷24h停止進(jìn)水,投加外碳源運(yùn)行后,投加外碳源對(duì)生化池池體內(nèi)TN濃度的降低產(chǎn)生了較明顯的效果,缺氧池出水TN濃度達(dá)到12.00mg/L,其他位置的TN濃度已降至16.00mg/L左右,且投加的外碳源總量與理論計(jì)算值基本匹配。

d.11月13日上午8時(shí)取樣檢測(cè)結(jié)果為缺氧池進(jìn)水TN濃度為6.20mg/L;缺氧池出水TN濃度為4.90mg/L,膜池的TN濃度約為9.75mg/L。

經(jīng)分析,系統(tǒng)經(jīng)歷48h停止進(jìn)水、投加外碳源運(yùn)行后,投加外碳源對(duì)系統(tǒng)內(nèi)TN濃度的降低產(chǎn)生產(chǎn)生了明顯效果,生化池內(nèi)各位置的TN濃度均降至10.00mg/L以內(nèi),降低系統(tǒng)內(nèi)本底TN濃度的目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到。

e.11月13日后:系統(tǒng)內(nèi)TN濃度降低至10.00mg/L以下后,開(kāi)始恢復(fù)低水量進(jìn)水,并利用現(xiàn)有4500m3池容量?jī)?nèi)低TN濃度的緩沖能力,根據(jù)進(jìn)、出水TN濃度調(diào)整外碳源加藥量。

3.2 調(diào)試期措施及結(jié)果

3.2.1 11月14—18日調(diào)試結(jié)果

自11月14日起,根據(jù)調(diào)試思路開(kāi)展定流量進(jìn)水調(diào)試,主要控制內(nèi)容和控制要求見(jiàn)表2。

表2 調(diào)試控制內(nèi)容和控制要求

11月14—18日進(jìn)出水調(diào)試效果見(jiàn)表3。

表3 11月14—18日進(jìn)出水水質(zhì) 單位:mg/L

經(jīng)分析:

a.自11月14日起,在外加700L液體乙酸鈉條件下,生化系統(tǒng)出水TN濃度均實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)。但出水TN濃度自9.87mg/L升高至14.52mg/L,后續(xù)應(yīng)提高乙酸鈉的加藥量,將出水TN濃度穩(wěn)定在12.00～13.00mg/L,以最大化利用系統(tǒng)的緩沖能力。

b.系統(tǒng)出水COD濃度不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo),仍有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn),11月17日出水COD濃度達(dá)到39.21mg/L,經(jīng)分析后將好氧池至缺氧池回流點(diǎn)后的區(qū)域曝氣量提升,維持DO濃度在3.00～5.00mg/L,保障出水COD濃度的穩(wěn)定。在11月18日檢測(cè)結(jié)果出水COD濃度降至25.21mg/L,出水COD濃度有較明顯額改善。

3.2.2 11月19日后調(diào)試結(jié)果

自11月19日起,按照實(shí)際原水水量開(kāi)展調(diào)試,根據(jù)進(jìn)水流量計(jì)設(shè)定值、進(jìn)出水在線監(jiān)測(cè)數(shù)值的變化,每日調(diào)整外碳源投加量。調(diào)試控制內(nèi)容和控制要求見(jiàn)表4。

表4 調(diào)試控制內(nèi)容和控制要求

a.開(kāi)展動(dòng)態(tài)調(diào)控后,進(jìn)水TN濃度平均值升高至79.99mg/L,出水TN濃度平均值為13.73mg/L。出水TN濃度最低為10.99mg/L,最高為15.68mg/L。出水TN濃度多呈現(xiàn)規(guī)律性變化。由于原水TN濃度波動(dòng)較大,此期間出現(xiàn)了4次出水TN濃度略微超標(biāo)的情況,在增加外碳源投加量后,出水TN濃度恢復(fù)達(dá)標(biāo),達(dá)標(biāo)率達(dá)到90.7%,基本達(dá)到了調(diào)試目標(biāo)。

b.出水COD濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。11月19日后進(jìn)水COD濃度逐漸升高,進(jìn)水平均COD濃度為334.51mg/L,出水COD濃度平均值約20.79mg/L,最高值為28.43mg/L。

c.出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。出水氨氮濃度平均值為0.22mg/L,最高0.39mg/L。11月19日后進(jìn)、出水各濃度指標(biāo)見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 11月19日后進(jìn)水各指標(biāo)濃度

圖5 11月19日后出水各指標(biāo)濃度

4 結(jié) 語(yǔ)

魏善莊鎮(zhèn)再生水廠出水TN快速達(dá)標(biāo)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了既定的調(diào)試目標(biāo)。研究表明,在調(diào)試期低污水量條件下,污水在池內(nèi)的停留時(shí)間比設(shè)計(jì)值成倍延長(zhǎng),相比進(jìn)水中攜帶進(jìn)入生化池的TN總量,池內(nèi)混合液中的本底TN總量更大,快速降低生化池內(nèi)積存的本底TN濃度是實(shí)現(xiàn)TN快速調(diào)試目標(biāo)的關(guān)鍵。

根據(jù)進(jìn)、出水TN濃度計(jì)算所需的硝化液回流比和實(shí)際進(jìn)水量控制硝化液回流量,是實(shí)現(xiàn)出水TN達(dá)標(biāo)的重要措施。在實(shí)踐中需要透徹地理解硝化液回流比與硝化液回流量的關(guān)系,硝化液回流量選定需要依據(jù)實(shí)際進(jìn)水水量調(diào)整。

控制曝氣量和控制回流硝化液中的溶解氧濃度以維持缺氧區(qū)的缺氧環(huán)境及減少碳源的直接氧化、確定合理的外碳源投加點(diǎn)位以促進(jìn)碳源的有效利用、調(diào)試前期控制進(jìn)水流量以維持系統(tǒng)性能穩(wěn)定、開(kāi)展生化池多點(diǎn)位水質(zhì)檢測(cè)掌握池內(nèi)重點(diǎn)污染物的變化情況等其他措施,均為T(mén)N達(dá)標(biāo)調(diào)試起到了重要支撐作用。

本研究系統(tǒng)驗(yàn)證了以上各項(xiàng)調(diào)控措施的效果,為類似進(jìn)水條件的污水處理廠出水TN快速達(dá)標(biāo)調(diào)試提供了借鑒。其中,低水量條件下進(jìn)水污染物總量與生化池內(nèi)的本底污染物總量之間的關(guān)系分析和優(yōu)先降低生化池內(nèi)本底TN濃度的方法是本次調(diào)試期間獨(dú)立思考和分析的結(jié)論,期待更多的調(diào)試研究人員對(duì)此方法和其他調(diào)控措施開(kāi)展更多的驗(yàn)證研究。

本次調(diào)試面臨了一些工程設(shè)計(jì)原因?qū)е碌碾y題,如硝化液回流泵后未設(shè)置流量計(jì),建議設(shè)計(jì)人員重視硝化液回流量及其他重要流量所需計(jì)量?jī)x表的設(shè)置,通過(guò)設(shè)置儀表可以更加直觀地指導(dǎo)調(diào)試工作,提升調(diào)控的精確度,保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。