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城市污水廠一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)

   日期:2022-03-09     來(lái)源:《凈水技術(shù)》    瀏覽:1383    

摘 要 隨著我國(guó)城市水環(huán)境提升、黑臭河道治理等行動(dòng)計(jì)劃加速,污水廠一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)正全面推行,但同時(shí)也面臨著污水處理工藝流程延長(zhǎng)、藥耗能耗增加等嚴(yán)峻形勢(shì),而工藝設(shè)計(jì)的合理選擇將直接關(guān)系到工程投資和運(yùn)行成本,并影響污水廠高效低耗、安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此,文中總結(jié)了污水廠一級(jí)a排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)難點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則,論述了污水廠出水提標(biāo)至一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段,對(duì)比分析了深度處理工藝主要構(gòu)筑物選型及特點(diǎn),并對(duì)污水廠未來(lái)發(fā)展方向提出了建議,以期為污水廠提標(biāo)改造工藝的選擇與設(shè)計(jì)提供借鑒。

根據(jù)污水處理的目標(biāo)與程度,城市污水處理廠的發(fā)展主要經(jīng)歷了3個(gè)階段。(1)以去除懸浮物、較大顆粒物為主的一級(jí)污水廠,處理工藝一般為沉砂池、初沉池,該類污水廠主要建于20世紀(jì)初期,對(duì)污水中bod5、ss的去除率分別約為30%與50%,目前一級(jí)污水廠僅在特殊情況下采用或作為更高級(jí)污水廠分期建設(shè)的第一階段。(2)以生物處理為主體的二級(jí)污水廠,即一般在預(yù)處理的基礎(chǔ)上新增曝氣反應(yīng)池和二沉池,該類污水廠在20世紀(jì)50年代以后得到快速發(fā)展,可去除水中可生物降解的有機(jī)物、懸浮固體以及部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷)等,尤其是對(duì)污水中cod、bod5的去除率可分別達(dá)到80%與90%[1-2],二級(jí)生物處理主要包括活性污泥法(ao工藝、aao工藝、氧化溝od工藝以及sbr工藝等)和生物膜法(生物濾池等),目前兩者共同覆蓋了我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施主體工藝的90%以上[3]。(3)以“混凝-沉淀-過(guò)濾”深度處理工藝為代表的三級(jí)污水廠,該類污水廠在20世紀(jì)60年代末開(kāi)始建設(shè),至90年代逐漸得到重視,主要用來(lái)進(jìn)一步去除污水中剩余的懸浮固體、氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及其他微量有機(jī)物,三級(jí)污水廠出水大大降低了污染負(fù)荷,對(duì)于控制水體富營(yíng)養(yǎng)化、改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。城市污水處理廠工藝流程如圖1所示。


近年來(lái),由于城市水環(huán)境綜合治理的需求不斷提升,作為城市水環(huán)境保護(hù)的末端屏障——污水處理廠的作用愈加凸顯。相應(yīng)地,污水廠的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)要求也不斷提高,城市污水處理廠提標(biāo)改造受到了更多重視[4]。污水處理廠提標(biāo)改造是指,在其現(xiàn)有處理規(guī)模基本保持不變的情況下,通過(guò)工藝改進(jìn)或增加深度處理設(shè)施[5],使污水廠出水水質(zhì)滿足更高等級(jí)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。本文從實(shí)際工程出發(fā),論述了污水廠出水提標(biāo)至一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段,對(duì)比分析了深度處理工藝主要構(gòu)筑物選型及特點(diǎn),以期為污水廠提標(biāo)改造工藝的選擇與設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 污水廠排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

目前,我國(guó)現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb 18918—2002)將基本控制項(xiàng)目的常規(guī)污染物標(biāo)準(zhǔn)值分為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為a標(biāo)準(zhǔn)和b標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)資料顯示,截至2016年底,我國(guó)已累計(jì)建成污水處理廠3 552座,出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)比例約27%。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb 18918—2002)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb 3838—2002)相關(guān)規(guī)定,污水廠出水水質(zhì)若要由一級(jí)b標(biāo)準(zhǔn)提升至一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn),除了需要進(jìn)一步降低水中ss、bod5、cod等物質(zhì)的濃度外,重點(diǎn)在于脫氮除磷;另一方面,污水廠一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)出水較地表ⅴ類水體水質(zhì)還有一定的差距,若要滿足水體富營(yíng)養(yǎng)化控制要求,污水廠需采用深度處理工藝,降低tn、tp排放。此外,隨著國(guó)家“水十條”的發(fā)布,水污染的防治力度切實(shí)加大,部分地區(qū)制定了更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn),將排入地表水體氮、磷等污染物的排放限值規(guī)定進(jìn)一步接近或達(dá)到地表ⅳ類水體水質(zhì),但結(jié)合我國(guó)實(shí)際發(fā)展情況,大部分地區(qū)還應(yīng)以一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)為污水處理的主要目標(biāo),因地制宜地實(shí)施污水處理廠的升級(jí)改造。

2 污水廠一級(jí)a提標(biāo)改造工藝

2.1 污水廠現(xiàn)狀問(wèn)題分析

我國(guó)污水廠一級(jí)a排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造工藝面臨的主要難點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

(1)已建生物反應(yīng)池脫氮除磷效率不高,原因?yàn)閇6-7]:①進(jìn)水c/n偏低,導(dǎo)致反硝化脫氮時(shí)碳源不足,除磷效果變差;②低溫條件限制,尤其是冬季水溫低于12 ℃,嚴(yán)重影響反硝化速率;③水力停留時(shí)間不足,微生物降解作用不充分,不利于脫氮除磷。

(2)二級(jí)生物處理本身較難保證出水ss、tp及tn同時(shí)達(dá)到一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)上述問(wèn)題,在實(shí)際工程中需采取強(qiáng)化二級(jí)生物處理工藝或增加深度處理工藝的方法進(jìn)行提標(biāo)改造,以確保污水廠出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)。

此外,由于不同地區(qū)污水廠運(yùn)行現(xiàn)狀各不相同,提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行污水廠實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)分析,并結(jié)合一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)出水水質(zhì)要求,確定污水廠提標(biāo)改造主要污染物去除重點(diǎn)與優(yōu)先控制次序。通常污水廠水質(zhì)提標(biāo)時(shí),已建生物反應(yīng)池脫氮除磷能力可能不足,尤其是tn,需要進(jìn)行生物反應(yīng)池改造強(qiáng)化生物脫氮、增加后置反硝化脫氮工藝和碳源補(bǔ)充措施等;而對(duì)于tp,目前普遍采用生物除磷和化學(xué)輔助除磷相結(jié)合,用于化學(xué)除磷的藥劑主要有鐵鹽和鋁鹽,兩者相比,鐵鹽形成的礬花密實(shí)、沉降性能較好,但鐵鹽過(guò)量投加易引起出水色度增加,影響紫外線投射率,且三氯化鐵腐蝕性較強(qiáng),對(duì)設(shè)備防腐要求較高,因此,工程設(shè)計(jì)中宜綜合比選確定。

2.2 工藝選擇

(1)污水生物脫氮除磷原理

在傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝中,污水中氮的去除通過(guò)有機(jī)物氧化、氨化、硝化和反硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn),認(rèn)為硝化與反硝化兩個(gè)過(guò)程相對(duì)獨(dú)立;污水中磷的去除利用聚磷菌在厭氧條件下釋放磷,在好氧條件下過(guò)量吸收磷,最后通過(guò)排除富磷污泥實(shí)現(xiàn)。在工程應(yīng)用中,同一反應(yīng)池中生物脫氮與生物除磷過(guò)程易受各種因素影響(包括溫度、ph、碳源、溶解氧、污泥齡、混合液或污泥回流比等),并相互制約,實(shí)際上很難同時(shí)獲得較高的生物脫氮、生物除磷效率。因此,在污水廠提標(biāo)改造時(shí),對(duì)現(xiàn)有二級(jí)生物處理工藝脫氮除磷效率進(jìn)行分析,深入挖掘傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力,減少后續(xù)工藝流程長(zhǎng)度,是十分必要的。不同工藝生物脫氮除磷特性如表1所示。


(2)提標(biāo)改造工藝選擇

污水廠二級(jí)處理出水中tn以氨氮、硝酸鹽氮為主[8];tp以溶解態(tài)的正磷酸鹽為主[9],是水質(zhì)進(jìn)一步提標(biāo)的主要去除對(duì)象。根據(jù)水質(zhì)提標(biāo)脫氮除磷要求,工藝設(shè)計(jì)方案可分為3種:僅需脫氮、僅需除磷以及需要同時(shí)脫氮除磷。工程上,若要進(jìn)行生物脫氮或生物除磷,一般要求進(jìn)水bod5/tkn>4或bod5/tp>17,才能保證碳源充足;若要同步脫氮除磷,所需c/n、c/p更高,原因在于污水生物脫氮與生物除磷之間存在碳源競(jìng)爭(zhēng)[10],碳源不足可能成為限制生物脫氮除磷效率提高的關(guān)鍵因素。隨著厭氧氨氧化、短程硝化反硝化和反硝化除磷等新型生物脫氮除磷工藝研究的應(yīng)用,污水處理過(guò)程中的碳源、能源消耗可大大減少。

但上述工藝在國(guó)內(nèi)實(shí)際工程應(yīng)用的還較少。因此,現(xiàn)階段我國(guó)污水處理廠提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)的一般原則仍然是優(yōu)先生物脫氮、強(qiáng)化生物除磷、輔助化學(xué)除磷,同時(shí)宜考慮碳源補(bǔ)充措施。

2.3 工藝設(shè)計(jì)

2.3.1 已建處理單元改造

(1)初沉池改造

污水廠中初沉池主要用來(lái)降低懸浮固體(tss的去除率為50%~70%,圖2)的含量,保證后續(xù)生物處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行,但另一方面,初沉池對(duì)碳源也有一定比例的去除(bod的去除率為25%~40%,圖2),造成污水廠生物反應(yīng)池進(jìn)水碳源不足問(wèn)題更加突出,影響生物脫氮除磷效率。目前,針對(duì)污水廠已建初沉池,結(jié)合具體工程條件,若需要進(jìn)行改造,其一是將初沉池改為厭氧區(qū)或(預(yù))缺氧區(qū),增加生物反應(yīng)池水力停留時(shí)間;其二是利用初沉池污泥發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(vfa),充分利用內(nèi)部碳源,提高系統(tǒng)脫氮除磷效果。楊敏等[11]研究表明,初沉發(fā)酵池宜在進(jìn)水bod5/tn偏低(bod5/tn<4)、ss/bod5偏高(ss/bod5>1.2)時(shí)設(shè)置,可有效提高生物系統(tǒng)的污泥活性,減少外部碳源投加量。


(2)生物反應(yīng)池改造

污水廠提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀水質(zhì)分析,按設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)對(duì)已建生物反應(yīng)池池容進(jìn)行復(fù)核,通過(guò)技術(shù)改造,充分發(fā)揮二級(jí)生物處理功能,提高生物脫氮除磷效率。目前,已建生物反應(yīng)池改造常用的方法有:①調(diào)整功能分區(qū),若已建生物反應(yīng)池容積基本滿足要求,可通過(guò)新增土建隔墻或結(jié)合初沉池改造的方式,將原池內(nèi)各段分區(qū)進(jìn)行調(diào)整,或改為倒置aao工藝、五段bardenpho工藝、uct工藝等;②mbbr工藝改造,即一般在優(yōu)先保證厭、缺氧區(qū)容積的條件下,通過(guò)好氧區(qū)投加懸浮填料.html'>填料富集微生物,實(shí)現(xiàn)活性污泥法與生物膜法聯(lián)用,保證二級(jí)生物處理效果,該方法比較適用于用地限制、不增加反應(yīng)池容積的老廠改造;③擴(kuò)容減量改造,通過(guò)核減已建生物反應(yīng)池處理規(guī)模,減小負(fù)荷、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間,同時(shí)另外新建生物反應(yīng)池,滿足污水處理水量要求。

2.3.2 增加深度處理工藝

目前,在污水廠二級(jí)生物處理出水之后增加深度處理工藝,是保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)的重要一步。根據(jù)工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)分析及主要污染物控制目標(biāo),深度處理工藝設(shè)計(jì)一般可分為4類,如圖3所示。工程設(shè)計(jì)時(shí),若二級(jí)處理出水水質(zhì)指標(biāo)接近或可達(dá)到一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn),且達(dá)標(biāo)率較高、污水廠進(jìn)水水質(zhì)也趨于穩(wěn)定,可采用直接過(guò)濾(混凝-絮凝-過(guò)濾)或接觸過(guò)濾(混凝-過(guò)濾)工藝;若二級(jí)處理出水中nh3-n、tn較低,tp和ss指標(biāo)相對(duì)較高,可采用混凝-絮凝-沉淀-過(guò)濾工藝,出水經(jīng)消毒處理后,確保達(dá)到一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn);其次,若二級(jí)處理出水水質(zhì)相對(duì)一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)差距較大,nh3-n和tn也較高,可采用曝氣生物濾池強(qiáng)化脫氮,后續(xù)增加混凝-絮凝-沉淀-過(guò)濾-消毒工藝,確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo);最后,若二級(jí)處理出水仍需進(jìn)行脫氮除磷,污水廠用地又十分緊張,出水標(biāo)準(zhǔn)也較高(或高于一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)),則可采用mbr工藝,出水經(jīng)消毒處理后達(dá)標(biāo)排放。


污水廠提標(biāo)改造方法還包括氣浮、臭氧氧化、活性炭吸附等,由于污水廠實(shí)際情況各不相同,出水標(biāo)準(zhǔn)要求也不同,最終設(shè)計(jì)方案需通過(guò)綜合比選后確定(表2)。但工藝設(shè)計(jì)時(shí),宜優(yōu)先考慮強(qiáng)化二級(jí)生物處理脫氮除磷效率,減少后續(xù)工藝流程長(zhǎng)度,否則可能會(huì)造成工程投資增大、運(yùn)行成本增加,也不符合污水廠節(jié)能減排的要求。

2.3.3 污泥處理工藝改造

污水廠提標(biāo)改造由于設(shè)計(jì)規(guī)模和進(jìn)水水質(zhì)基本不變,新增污泥主要為化學(xué)除磷過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)污泥,其產(chǎn)量相對(duì)剩余污泥較小,可沿用污水廠已建污泥處理設(shè)施。但近年來(lái)國(guó)內(nèi)環(huán)保要求愈加嚴(yán)格,污泥處置方式也已發(fā)生轉(zhuǎn)變,因此,污水廠水質(zhì)提標(biāo)的同時(shí),還應(yīng)注重老廠現(xiàn)狀污泥處理設(shè)施的改造。


并配套除臭裝置等,以滿足城市環(huán)境衛(wèi)生和污泥最終處置出路的要求。hao等[18]的研究表明,剩余污泥填埋及污泥農(nóng)用方式越來(lái)越受到限制,污泥脫水、干化后直接焚燒的處置方式具有較明顯的優(yōu)勢(shì),對(duì)工程實(shí)踐具有重要參考意義。

2.4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

(1)高效沉淀池

高效沉淀池是一種集混凝、絮凝和沉淀于一體的新型沉淀池,由于該池具有占地小、水力負(fù)荷高、污染物去除效果好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于污水廠提標(biāo)改造深度處理工藝中。高效沉淀池一般包括快混區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀區(qū)3部分,通過(guò)投加化學(xué)藥劑,可有效去除cod、ss和tp,去除率可分別達(dá)60%、80%與90%。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(gb 50335—2016),高效沉淀池主要設(shè)計(jì)參數(shù):混合時(shí)間宜為0.5~1.0 min,絮凝時(shí)間宜為8~15 min,沉淀池表面負(fù)荷宜為10~20 m3/(m2·h),污泥回流比宜為3%~6%。近年來(lái),出現(xiàn)了磁粉或微砂等介質(zhì)強(qiáng)化高效沉淀池,通過(guò)投加磁粉或微砂,可提高絮體密實(shí)度,縮短沉降時(shí)間,減少化學(xué)藥劑的投加量,但工程應(yīng)用時(shí)還需重點(diǎn)關(guān)注流失磁粉或微砂對(duì)后續(xù)污泥處理處置的影響。

(2)過(guò)濾工藝

過(guò)濾單元作為污水廠深度處理工藝的核心,是保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。目前,工程上過(guò)濾工藝的可選方案包括纖維濾布濾池、v型濾池、微過(guò)濾器.html'>過(guò)濾器、反硝化深床濾池以及曝氣生物濾池等(表3)。其中,前三者一般僅有過(guò)濾功能,以去除ss為主;而反硝化深床濾池、曝氣生物濾池兼有過(guò)濾和生物脫氮功能,尤其是曝氣生物濾池,通過(guò)設(shè)計(jì)不同的池型,可對(duì)bod5、ss、nh3-n、tn等產(chǎn)生較好的去除效果。工藝設(shè)計(jì)時(shí),宜將曝氣生物濾池置于化學(xué)除磷之前,保證進(jìn)水磷酸鹽等營(yíng)養(yǎng)充足;此外,硝化濾池還要特別注意控制進(jìn)水氨氮濃度,保證冬季硝化細(xì)菌的正常生長(zhǎng)。


注:*根據(jù)提供產(chǎn)品解決方案的廠商不同,濾料.html'>濾料形式及濾床厚度各有區(qū)別,并直接影響濾池的性能

3 結(jié)論

(1)城市污水廠未來(lái)將更加注重污水的深度處理以及再生回用,污水廠提標(biāo)改造需結(jié)合不同地區(qū)的現(xiàn)狀差異,充分研究、因地制宜,確定合理的出水標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)方案,發(fā)揮污水廠的最大工程效益。

(2)城市污水廠一級(jí)a排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造應(yīng)先對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行分析,并結(jié)合水質(zhì)提標(biāo)要求,確定目標(biāo)去除污染物,以便在后續(xù)工藝設(shè)計(jì)中予以重點(diǎn)考慮;深度處理工藝設(shè)計(jì)需進(jìn)行方案綜合比選。對(duì)于tp超標(biāo),化學(xué)除磷是必要的措施;對(duì)于tn超標(biāo),宜優(yōu)先考慮已建生物反應(yīng)池改造,減少后續(xù)工藝流程長(zhǎng)度,必要時(shí)還可增加后置反硝化脫氮工藝,并設(shè)外加碳源補(bǔ)充措施。此外,在提標(biāo)改造過(guò)程中,還應(yīng)重視老廠污泥、臭氣的處理,以新帶老,實(shí)現(xiàn)污水廠水、泥、氣同步治理達(dá)標(biāo)。

(3)城市污水廠正面臨新形勢(shì)下的技術(shù)升級(jí)挑戰(zhàn),以厭氧氨氧化、反硝化除磷為代表的新型生物處理工藝的工程應(yīng)用成為迫切需求。為此,通過(guò)技術(shù)升級(jí)提高生物處理效率,實(shí)現(xiàn)更高標(biāo)準(zhǔn)的出水水質(zhì),并減少藥耗、能耗成本,探索能源的可持續(xù)性,對(duì)污水廠未來(lái)發(fā)展具有重要意義。



 
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