基于氨氮改善和中水回用的污水處理系統(tǒng)改造

賀江華，陳鈞潤(rùn)，曾偉通，黃志剛

（1.中車廣東軌道交通車輛有限公司，廣東江門 529100；2.廣東綠巨人環(huán)境科技有限公司，廣東東莞 523000）

0 引言

軌道交通領(lǐng)域某主機(jī)企業(yè)產(chǎn)品為城際動(dòng)車、地鐵等軌道交通車輛，以機(jī)械加工組裝、檢修工序?yàn)橹鱗1]，產(chǎn)生的廢水包括車體和零部件清洗含油廢水、生活污水、食堂含油廢水，廠區(qū)自備污水處理站設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

廠區(qū)自備污水處理站，設(shè)計(jì)采用厭氧好氧（A/O）工藝[2]，好氧池采用鼓風(fēng)曝氣氧化溝，消毒采用鹽酸和氯酸鈉，清洗含油廢水經(jīng)過隔油池后進(jìn)入系統(tǒng)，污水處理工藝流程如圖1 實(shí)線部分。設(shè)計(jì)日處理量為160 m3，小時(shí)處理量為10 m3。

圖1 污水處理工藝流程

根據(jù)地方環(huán)保部門要求，廠區(qū)廢水須達(dá)到廣東省DB 44/26—2001《水污染物排放限值》第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排入城市污水管網(wǎng)，出水主要控制指標(biāo)見表2。

表2 出水主要控制指標(biāo)

1 存在的問題

經(jīng)過多年運(yùn)行，系統(tǒng)逐漸老化，如集水井底部污泥增多導(dǎo)致潛污泵吸水不暢，纖維球過濾系統(tǒng)纖維球老化導(dǎo)致懸浮物去除效果降低，壓濾機(jī)濾布堵塞導(dǎo)致壓泥效果差，沉淀池斜管老化導(dǎo)致沉淀效果下降。在進(jìn)水水質(zhì)不超設(shè)計(jì)條件的情況下日處理能力已下降至120 m3。

隨著生產(chǎn)條件的變化，部分時(shí)段進(jìn)水油性物質(zhì)含量高，懸浮物較多，氨氮指標(biāo)超出原設(shè)計(jì)限值。在連續(xù)90 d 的進(jìn)水取樣中，78 d 氨氮濃度超過25 mg/L，其中29 d 超過40 mg/L，8 d 超過50 mg/L。進(jìn)水氨氮超標(biāo)使系統(tǒng)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，存在超標(biāo)排放或處理總量不足的風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)水氨氮超過40 mg/L 的情況下，為符合達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，日處理量須下降到80 m3。系統(tǒng)不具備中水回用能力，沒有實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用，不滿足行業(yè)內(nèi)綠色工廠建設(shè)的要求，不符合節(jié)能減排的理念。為提升系統(tǒng)氨氮處理能力，恢復(fù)日處理量，實(shí)現(xiàn)中水回用，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

2 提升氨氮處理能力

為提升氨氮處理能力，首先對(duì)系統(tǒng)嚴(yán)重老化部分進(jìn)行修復(fù)，對(duì)集水井和沉淀池進(jìn)行清淤，更換潛水泵、排泥泵、沉淀池斜管、過濾球、壓濾機(jī)濾布等。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行局部改造，增加廢水預(yù)處理工藝，在調(diào)節(jié)池與水解酸化池之間增加一體化氣浮機(jī)，在沉淀池與水解酸化池、接觸氧化池之間增加污泥回流系統(tǒng)，如圖1 虛線所示。系統(tǒng)改造后進(jìn)水氨氮限值提升到50 mg/L，其他水質(zhì)條件不變。

2.1 增加一體化氣浮機(jī)

氣浮法是使懸浮物附著于氣泡上升到水面，從而分離水和懸浮物的水處理方法，是一種有效的固—液和液—液分離方法，常用于對(duì)顆粒密度接近或小于水的細(xì)小顆粒的分離，例如油脂、纖維、藻類等。

根據(jù)系統(tǒng)廢水水質(zhì)特點(diǎn)，改造選用加壓溶氣氣浮機(jī)，采用“混凝+絮凝+氣浮”工藝，處理能力為20 m3/h?；炷齽┦鼓z體顆粒結(jié)成為絮體，絮體具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，容易截留氣泡，從而提高氣浮效率。

實(shí)際使用時(shí)，氣浮為可選流程，進(jìn)水水質(zhì)達(dá)到表3 兩項(xiàng)及以上條件時(shí)，投用氣浮機(jī)，其他情況采用原工藝流程，做到節(jié)約資源和能源。氣浮機(jī)排泥至污泥池。

表3 氣浮機(jī)投用條件

2.2 增加污泥回流

污泥回流可以調(diào)節(jié)生物反應(yīng)池的污泥濃度，補(bǔ)充曝氣池混合液流出帶走的活性污泥，使曝池內(nèi)的懸浮固體濃度MLSS 保持相對(duì)穩(wěn)定，加快活性污泥反應(yīng)進(jìn)程，提高反應(yīng)效果。污泥回流可有效去除廢水中的氨氮。

在原系統(tǒng)中增加從沉淀池到水解酸化池和接觸氧化池的回流管道，如圖1 所示。增加污泥回流后，運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)污泥沉降比SV30，通過控制污泥回流閥門調(diào)節(jié)SV30 在20%～40%。

2.3 出水水質(zhì)改善效果

系統(tǒng)改造前后的數(shù)據(jù)分析見表4～表7，表中數(shù)據(jù)均為樣本平均值。系統(tǒng)改造前對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況見表4，對(duì)應(yīng)日處理水量為120 m3。

表4 改造前對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況

改造后，氣浮機(jī)對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況見表5，結(jié)果表明氣浮機(jī)對(duì)COD、TP 去除效果良好，對(duì)NH3-N 的去除率僅為12.2%。表5～表6 對(duì)應(yīng)日處理水量為160 m3。

表5 改造后氣浮機(jī)對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況

表6 改造后系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況

改造后（投用氣浮機(jī)和增加污泥回流），系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況見表6，結(jié)果表明關(guān)鍵指標(biāo)的去除率都較為理想。

改造后，在不投用氣浮機(jī)，僅增加污泥回流情況下對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況見表7，結(jié)果表明關(guān)鍵指標(biāo)的去除率較投用氣浮機(jī)時(shí)低。表7 對(duì)應(yīng)日處理水量為120 m3。

表7 改造后對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的控制情況（不投用氣浮機(jī)）

由表4～表7 可知，氣浮機(jī)雖然對(duì)NH3-N 的直接去除率不高，但大幅去除了COD 和TP，提高了廢水的可生化性，為后續(xù)工藝階段進(jìn)一步降低氨氮奠定基礎(chǔ)。氣浮機(jī)的使用一方面改善了排放水水質(zhì)，另一方面也促進(jìn)了系統(tǒng)日處理水量的提升。對(duì)比表4和表6 可知，改造后在日處理量恢復(fù)到160 m3的同時(shí)，COD、NH3-N、TP 的去除率均有提升。

3 過程監(jiān)測(cè)預(yù)警

企業(yè)屬于地方重點(diǎn)排污企業(yè)，按照環(huán)保部門的要求已實(shí)現(xiàn)了排放口水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。為確保過程可控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理過程中的異常情況，在沉淀池增加監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)沉淀池COD、NH3-N、TP、pH 進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)短信報(bào)文，超濾和纖維球過濾停止運(yùn)行，纖維球過濾系統(tǒng)關(guān)閉排放電磁閥，運(yùn)維人員及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案處理超標(biāo)廢水。

4 中水回用

中水回用是促進(jìn)資源循環(huán)利用的需要，也是企業(yè)建設(shè)綠色工廠建設(shè)的需要，更是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要[4、6]。按照GB/T 36132—2018《綠色工廠評(píng)價(jià)通則》第10.5 條及Q/CRRC J 78—2020《軌道交通裝備制造業(yè)綠色工廠評(píng)價(jià)導(dǎo)則》第6.6.5 條廢物資源化要求，建設(shè)綠色工廠廢水回用率要達(dá)到20%。

回用水主要用于廠區(qū)綠化和道路清洗，各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》中表1限值要求及GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)預(yù)處理后的水緩存至清水池，水質(zhì)主要項(xiàng)目檢測(cè)見表8，結(jié)果表明水質(zhì)無法滿足回用要求，需進(jìn)行深度處理。在清水池后增加超濾和回用水系統(tǒng)，達(dá)到收集、處理、回用中水的目的。

表8 進(jìn)水水質(zhì)主要項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果

4.1 超濾系統(tǒng)

超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定壓力下使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑的薄膜，大分子溶質(zhì)截留，使大分子物質(zhì)得到部分純化。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特性，系統(tǒng)選用截留孔徑為0.03 μm的組件。系統(tǒng)運(yùn)行包括制水、氣洗、水反洗、化學(xué)清洗流程（圖2）。系統(tǒng)采用10 組組件并聯(lián)運(yùn)行。

圖2 超濾系統(tǒng)

4.1.1 超濾膜組件進(jìn)水條件

組件連續(xù)運(yùn)行的進(jìn)水條件見表9，檢測(cè)結(jié)果表明清水池水質(zhì)滿足組件運(yùn)行條件。

表9 超濾膜組件進(jìn)水條件

4.1.2 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置

超濾過濾效果和操作穩(wěn)定性能受pH 值、水溫、操作壓力、進(jìn)水水質(zhì)、膜性能及污染程度的影響較大[3、5]。操作壓力指膜系統(tǒng)的進(jìn)水壓力、濃水壓力與產(chǎn)水壓力。進(jìn)水水質(zhì)越好，超濾膜污染速率越低；進(jìn)水水質(zhì)越差，越易引起超濾膜堵塞，導(dǎo)致清洗頻繁。超濾系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見表10。

表10 單個(gè)組件運(yùn)行工藝參數(shù)

4.1.3 回用水水質(zhì)

經(jīng)過深度處理后的回用水水質(zhì)檢測(cè)見表11，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)滿足限值要求。

表11 回用水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

4.2 回用水供水系統(tǒng)

經(jīng)過超濾系統(tǒng)深度處理后的回用水進(jìn)入回用水供水系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由回用水池、恒壓供水模塊、供水泵、水位傳感器LS和壓力傳感器PI 等組成（圖3）。

圖3 回用水供水系統(tǒng)

清水池和回用水池設(shè)有LS，供水出口設(shè)有PI，通過LS、PI、恒壓供水模塊、變頻器實(shí)現(xiàn)向管網(wǎng)恒壓供水以及安全保護(hù)?；赜盟豅S 低水位信號(hào)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無報(bào)警信號(hào)、清水池LS 無低水位信號(hào)時(shí)超濾系統(tǒng)自動(dòng)向回用水池補(bǔ)水。清水池LS 低水位信號(hào)或回用水池LS 高水位信號(hào)或在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，超濾系統(tǒng)停止向回用水池補(bǔ)水。回用水池LS 低水位信號(hào)時(shí)恒壓供水模塊停止向管網(wǎng)供水，實(shí)現(xiàn)缺水保護(hù)。

4.3 中水回用效益

改造后中水回用率可達(dá)到30%，滿足企業(yè)日常綠化、馬路清洗的需求，也符合建設(shè)綠色工廠的要求。減排方面，企業(yè)每年可以減少向市政管網(wǎng)排放污水約1.5 萬噸；節(jié)能降費(fèi)方面，相當(dāng)于每年節(jié)約自來水用量1.5 萬噸，節(jié)約水費(fèi)約5 萬元。

5 結(jié)束語

通過分析企業(yè)污水處理系統(tǒng)存在的問題，找到原因，采用技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的工藝對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，并對(duì)改造結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，改造達(dá)到提升系統(tǒng)氨氮處理能力、恢復(fù)設(shè)計(jì)處理量的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了處理過程在線監(jiān)測(cè)和中水回用，促進(jìn)了節(jié)能減排，為申請(qǐng)創(chuàng)建綠色工廠創(chuàng)造了條件。