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        改良A2/O 工藝在污水廠擴建工程的應(yīng)用實例

        2020-08-08 06:48:06謝麗清賈彥武唐行鵬王明智
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2020年3期
        關(guān)鍵詞:工藝

        謝麗清,賈彥武,唐行鵬,王明智

        (1.北方工程設(shè)計研究院有限公司,石家莊050011;2. 河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院,石家莊050021)

        承德市某污水處理廠位于平泉市平泉鎮(zhèn), 現(xiàn)有處理規(guī)模為3.0萬m3/d,污水廠占地3.9hm2;采用“粗格柵及提升泵站+細格柵及旋流沉砂池+百樂克綜合生化池+D型濾池”處理工藝。2017年污水處理廠進水量在2.8萬~3.5萬m3/d, 春秋季節(jié)進水量偏低, 夏季較高,冬季由于城區(qū)內(nèi)采用水源熱泵較多,因此冬季排水量最高可達3.5萬m3/d。 本期污水廠擴建規(guī)模為2.0萬m3/d,擴建后整體規(guī)模達到5.0萬m3/d,出水標(biāo)準為GB18918—2002 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準》的一級A標(biāo)準。

        該污水廠位于河北北部寒冷地區(qū), 最冷月生化池水溫為8~10 ℃, 低溫環(huán)境下微生物活性大大下降。 彭趙旭[1]等指出,水溫低于10 ℃,硝化菌呈休眠狀態(tài), 且水溫每降低1 ℃硝化菌生長速率下降10%。本項目生化系統(tǒng)的難點就在于冬季低溫條件下硝化反硝化效果不佳。在設(shè)計時考慮改善構(gòu)筑物保溫、增大水力停留時間、降低污泥負荷等工程措施,提高生化系統(tǒng)脫氮除磷的效果。此外,現(xiàn)有污水廠未考慮遠期發(fā)展預(yù)留,亦不具備征地條件,因此擴建工程只能在現(xiàn)有空地進行建設(shè)??衫每盏孛娣e1.106萬m2,這要求擴建工程選用集約高效的處理工藝。

        1 進出水水質(zhì)及工藝流程

        污水廠來水主要是生活污水和工業(yè)廢水, 二者各占總水量的65%和35%。 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研,污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的工業(yè)企業(yè)以建材、機械制造、輪胎制造、化工、礦冶、農(nóng)副產(chǎn)品深加工等工業(yè)為主。 根據(jù)近年污水處理廠實測進水水質(zhì), 確定設(shè)計進水水質(zhì)如表1。

        表1 污水廠擴建工程進出水水質(zhì)指標(biāo) 單位:mg/L

        擴建工程采用污水處理工藝為 “預(yù)處理+改良A2/O生化池+磁混高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+紫外線消毒工藝”。 具體如圖1。

        圖1 工藝流程

        2 工藝技術(shù)特點

        二級生化系統(tǒng)采用的改良A2/O工藝是基于先進的同步硝化反硝化脫氮理論為基礎(chǔ)的高效一體化生物處理系統(tǒng)。通過低通氣量、地毯式曝氣裝置控制曝氣池在低氧環(huán)境運行(溶解氧0.5~0.8mg/L),生物池兼有水解酸化作用[2],對難降解的COD有較好的適應(yīng)性,COD的去除效果要優(yōu)于其他好氧工藝。 其次低氧環(huán)境能使硝化反硝化反應(yīng)同步進行, 且短程硝化反硝化占有相當(dāng)比例,該系統(tǒng)不僅簡化了系統(tǒng)脫氮的運行流程,降低了對碳源的需求,節(jié)約了能耗,提高了脫氮效率, 同時也避免了由于硝態(tài)氮積累帶來的不利影響[3]。 此外,低氧環(huán)境微生物生長速度偏低,污泥齡長,污泥濃度高,系統(tǒng)容積負荷及抗沖擊性能增強。

        改良A2/O工藝采用一體化結(jié)構(gòu),如圖2,分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、低氧曝氣區(qū)、空氣提升區(qū)、澄清區(qū),將厭氧、缺氧、好氧、泥水分離等不同處理功能的單元集中于同一反應(yīng)池中,使得占地面積大大減小。厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、曝氣區(qū)的劃分參照HJ 576—2010《厭氧-缺氧-好氧活性污泥法污水處理工程技術(shù)規(guī)范》的要求。 各單元作用如下:

        (1) 厭氧區(qū)。 在厭氧環(huán)境下微生物進行磷的釋放,為生物除磷做準備。

        (2)缺氧區(qū)。利用曝氣區(qū)回流的硝化液進行反硝化反應(yīng),脫氮。

        (3)低氧曝氣區(qū)。通過控制曝氣池在低氧環(huán)境下運行, 去除有機物的同時, 實現(xiàn)同步脫氮及生物除磷,池內(nèi)設(shè)內(nèi)回流泵將硝化液回流至缺氧區(qū)前端。

        (4)空氣提升區(qū)。 豎井內(nèi)設(shè)置空氣推流器,利用特殊的水力結(jié)構(gòu),形成高效的空氣推流系統(tǒng),使曝氣區(qū)內(nèi)混合液大比例返混,降低F/M(有機底物/活性污泥量),延長污泥齡。

        (5)澄清區(qū)。 采用上向流斜板沉淀池結(jié)構(gòu),對曝氣區(qū)出水進行泥水分離, 同時通過回流泵將部分污泥回流至厭氧區(qū)前端, 通過剩余污泥泵間歇排放污泥至儲泥池。

        圖2 改良A2/O系統(tǒng)平面

        深度處理采用磁混高效沉淀工藝,如圖3,主要包括快混池、加載絮凝池、助凝反應(yīng)池、高效澄清池4個部分??旎斐赝都愉X鹽或鐵鹽作為混凝劑,混凝劑充分水解,與水中膠體發(fā)生電中和脫穩(wěn)作用,使微小顆粒聚集在一起。加載絮凝池投入適量磁粉,磁粉作為微小晶核,更容易形成礬花[4],且大大提高礬花比重。從沉淀區(qū)底部回流的污泥被泵送到加載絮凝池,使系統(tǒng)內(nèi)的磁粉得以循環(huán)利用。 為使固體懸浮物進一步形成較大、較密實的絮凝物,在助凝反應(yīng)池內(nèi)投加高分子助凝劑,使細小顆粒逐漸形成較大絮體。而后污水進入高效沉淀池, 高效沉淀池利用淺層沉淀原理,采用斜管作為填料,使沉淀區(qū)表面負荷明顯提高。該工藝的特點是借助外加磁粉加強絮凝效果,生成比重較大的礬花,提高沉淀效率,減小占地面積。磁粉在整個系統(tǒng)中是循環(huán)使用的, 通過磁粉回收系統(tǒng)從污泥中將磁粉進行分離后再進行回收, 有效控制運行成本。

        圖3 磁混高效沉淀工藝流程

        3 主體構(gòu)筑物及工藝參數(shù)

        擴建工程建構(gòu)筑物實施如表2。

        表2 建構(gòu)筑物實施

        3.1 細格柵及旋流沉砂池

        細格柵采用2套內(nèi)進流孔板式細格柵, 渠寬1200mm,渠深1550mm, b=3mm,安裝傾角α=90°,配套沖洗水泵及沖洗水箱。污水經(jīng)細格柵進入2套旋流沉砂設(shè)備,直徑2430mm,配套設(shè)備旋流攪拌機及提砂泵各1臺, 攪拌機轉(zhuǎn)速為15r/min, 提砂泵采用Q=20m3/h,H=10m,N=1.1kW。

        3.2 改良A2/O綜合生化池

        改良A2/O綜合生化池分2系列,為矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),總體尺寸為:77.4m×40.2m×6.5m,有效水深6.0m。 按照生物處理工藝要求分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、低氧曝氣區(qū)、空氣提升區(qū)、澄清區(qū)5個區(qū)域。 設(shè)計參數(shù)如下:總停留時間14.45h(不含沉淀區(qū)),其中厭氧區(qū)1.48h,缺氧區(qū)3.58h,低氧曝氣區(qū)9.54h。污泥濃度:6g/L,BOD污泥負荷:0.11kgBOD/kgMLSS·d,TN負荷率:0.05kgTN/ kgMLSS·d。 污泥回流比100%,硝化液回流比230%。厭/缺氧區(qū)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C使污水處于缺氧狀態(tài)。低氧曝氣區(qū)末端設(shè)溶解氧儀,通過實時采樣溶氧儀變送器反饋的電信號, 經(jīng)可編程序控制器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,數(shù)字處理及工藝參數(shù)運算后,實時控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)速, 從而按照工藝對溶解氧的要求動態(tài)調(diào)節(jié)供風(fēng)量, 使池中溶解氧濃度穩(wěn)定的控制在0.5mg/L左右。曝氣裝置采用可提升微孔曝氣軟管,其微孔直徑約1mm,通氣量1.25m3/(m·h),氧傳遞效率30%。 澄清區(qū)與曝氣區(qū)貼建,為上向流斜板沉淀池,采用行車式吸泥機將污泥提升回流至厭氧區(qū)前段。 澄清區(qū)表面負荷1.16m3/(m2·h)。

        3.3 磁混高效沉淀池

        磁混高效沉淀池1座, 設(shè)計規(guī)模5萬m3/d, 分2系列,污水廠原有百樂克綜合生化池(3萬m3/d)及新建改良A2/O綜合生化池(2萬m3/d)出水一起進入前端配水井,后進入快混池、磁粉混合池、絮凝池、沉淀池,處理后出水經(jīng)末端配水井(配比3∶2)分別進入原有D型濾池及新建纖維轉(zhuǎn)盤濾池。 各混合絮凝池均設(shè)攪拌機,磁粉混合池上方設(shè)磁粉投加及回收系統(tǒng),磁粉回收率99%。 沉淀池采用2座上向流斜管沉淀池,分別配套中心傳動濃縮機直徑10m。其設(shè)計參數(shù)如表3。

        表3 磁混高效沉淀池設(shè)計參數(shù)

        3.4 纖維轉(zhuǎn)盤濾池

        纖維轉(zhuǎn)盤濾池的進水形式為外進內(nèi)出式, 其作用在于去除污水中以懸浮狀態(tài)存在的各種雜質(zhì),提高污水處理廠出水水質(zhì),使處理水SS達到要求。設(shè)計進水SS≤30mg/L, 出水SS≤10mg/L。 采用轉(zhuǎn)盤直徑3000mm,6盤/套,單盤有效面積12.6m2,平均時過濾速度11m/h,配套反洗水泵3臺。

        3.5 紫外消毒渠

        紫外消毒渠1座,分2個系列,設(shè)計規(guī)模為5萬m3/d,總平面尺寸15.2m×3.5m,渠深2.5m。 設(shè)計紫外透光率(UVT)65%;殺菌指標(biāo)糞大腸桿菌數(shù)<1000個/L。每條消毒明渠安裝1套紫外消毒模塊 (64支256W紫外燈),水位控制系統(tǒng)采用自動水位控制器。

        4 運行情況分析

        4.1 處理效果

        污水廠擴建工程2019年1月調(diào)試完成, 投入運行。 冬季由于有部分地?zé)崴M入污水廠, 實際進水COD200~350mg/L,TN50~60mg/L左右。雖然理論上脫氮的碳源足夠,但是由于冬季低溫及進水C/N因地?zé)崴M入降低,冬季運行需要投加碳源保證處理效果。

        2019年1~2月通過對污水廠進水、改良A2/O生化池末端、紫外消毒出水進行連續(xù)監(jiān)測,實際結(jié)果如圖4~圖6,進水COD平均282.7mg/L,生化單元末端出水COD 平 均47.2mg/L, 紫 外 消 毒 出 水COD 平 均29.0mg/L。 生化單元對COD去除效率83.3%,深度處理單元對COD去除效率38.5%。進水TN平均55.6mg/L,出水TN平均11.3mg/L,TN去除率平均79.55%。 進水TP平均4.92mg/L,生化單元末端出水TP平均2.57mg/L,紫外消毒出水TP平均0.29mg/L。 生化單元對TP去除效率47.83%, 深度處理單元對TP 去除效率為88.62%。運行結(jié)果顯示,污水處理廠出水各項指標(biāo)穩(wěn)定達到GB 18918—2002 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準》中的一級A標(biāo)準。

        圖4 水質(zhì)監(jiān)測COD去除效果

        圖5 水質(zhì)監(jiān)測TN去除效果

        圖6 水質(zhì)監(jiān)測TP去除效果

        4.2 投資與經(jīng)濟成本

        該污水處理廠擴建工程總投資6432.50萬元,其中土建及設(shè)備安裝部分5805.16 萬元, 其他費用627.34萬元。

        原有百樂克池(規(guī)模3萬t/d)采用3臺132kW羅茨風(fēng)機同時運行,新建改良A2/O生化池(規(guī)模2萬m3/d)采用2臺75kW空氣懸浮風(fēng)機同時運行。 為保證脫氮效果, 污水廠冬季仍需投加乙酸鈉至原有百樂克池及新建改良A2/O生化池。新建改良A2/O生化池與原有百樂克生化池的運行費用對比如圖7。

        圖7 改良A2/O工藝與百樂克工藝運行費用

        從圖7可看出,改良A2/O工藝比百樂克工藝節(jié)省碳源費用36.27%,節(jié)省電費40.34%,整體運行費用節(jié)省35.88%。

        5 結(jié)語

        針對冬季低溫反硝化效果差、 廠區(qū)用地受限等難點, 擴建工程采用改良A2/O工藝和磁混高效沉淀技術(shù)進行處理,結(jié)果表明,生化池冬季脫氮除磷效果良好,出水水質(zhì)可穩(wěn)定達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準》一級A排放標(biāo)準。 而且新建改良A2/O生化池比原有百樂克生化池節(jié)省運行費用35.88%,實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的,其經(jīng)驗可供河北北部寒冷地區(qū)借鑒。

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