葛 洪, 顧錦繡, 張堅(jiān)明, 姚建強(qiáng), 安 瑩, 李宇杰, 戴世峰, 周 振

(1.上海電力股份有限公司吳涇熱電廠, 上海 200241; 2.上海電力大學(xué), 上海 201306; 3.上海天澤宇杰環(huán)境工程有限公司, 上海 200090)

上海吳涇熱電廠除廁所沖水有相應(yīng)化糞池處理設(shè)施外,其他生活污水直接排入廠生活污水管網(wǎng),匯集在生活污水集水井,經(jīng)泵排入市政納管。生活污水沒有相應(yīng)的污水處理措施,不能保證環(huán)保合格排放,存在較大的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn);而且生活污水全部納入市政管網(wǎng),沒有回收利用,造成水資源浪費(fèi)和排水費(fèi)用增加。隨污水“零排放”要求的提出,針對廠區(qū)生活污水現(xiàn)狀,吳涇熱電廠生活污水改造項(xiàng)目勢在必行。

吳涇熱電廠服務(wù)職員約1 350人,生活污水量存在時空分布差異,擬利用原有生活污水集水井和生活污水管道系統(tǒng)的生活污水池對污水高峰流量進(jìn)行儲存,建設(shè)一套一體化缺氧/好氧-膜生物反應(yīng)器(AO-MBR)工藝技術(shù)的生活污水回用設(shè)備。一期處理規(guī)模為100 m3/d,占地44 m2。污水經(jīng)“AO-MBR+紫外消毒”工藝處理后進(jìn)入工廢池系統(tǒng),出水水質(zhì)滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》“敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水”標(biāo)準(zhǔn),作為工業(yè)用水和消防用水的補(bǔ)充[1]。污泥采用同步膜濃縮消化工藝(MSTD)進(jìn)行減量化和穩(wěn)定化處理。

1 設(shè)計(jì)規(guī)模和水質(zhì)指標(biāo)

據(jù)統(tǒng)計(jì),吳涇熱電廠生活污水排放量200～300 m3/d,考慮到廠內(nèi)生活污水源頭減量工作實(shí)施和職員退休等因素,生活污水回收改造項(xiàng)目擬分期建設(shè)。一期設(shè)計(jì)規(guī)模為100 m3/d,短時最大處理量可達(dá)125 m3/d。出水水質(zhì)執(zhí)行GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》“敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水”標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧(BOD5)、固體懸浮物濃度(SS)等指標(biāo),具體見表1。

表1 電廠生活污水的設(shè)計(jì)進(jìn)水和出水水質(zhì)

2 工藝比選

根據(jù)吳涇熱電廠進(jìn)出水水質(zhì)情況以及污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求,擬定了“厭氧/缺氧/好氧(AAO)+二沉池+混凝沉淀+消毒”[2]和“AO-MBR+消毒”工藝[3-5]兩種常見的污水處理工藝。

AAO是一種傳統(tǒng)的推流式前置反硝化工藝,特點(diǎn)是厭氧、缺氧和好氧三段功能明確,界限分明,可根據(jù)進(jìn)水條件和出水要求,人為地創(chuàng)造和控制三段的運(yùn)轉(zhuǎn)條件[6]。只要碳源充足[COD/TKN(總凱氏氮)>12.5或BOD5/TKN>4]便可根據(jù)需要達(dá)到較高的脫氮率。其工藝耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),運(yùn)行管理簡單,但傳統(tǒng)AAO的出水水質(zhì)很難直接達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn),必須增加深度處理工藝,且工藝日常運(yùn)行的主要問題在于SS容易因污泥上浮而超標(biāo),因此增加了混凝沉淀環(huán)節(jié)。另外,AAO工藝還存在總磷達(dá)標(biāo)難題,須輔助化學(xué)除磷。

AO生物脫氮工藝將傳統(tǒng)活性污泥與生物硝化結(jié)合,取長補(bǔ)短,更有效去除水中的有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器(MBR)是將膜分離技術(shù)與生物處理單元相結(jié)合的水處理技術(shù),反應(yīng)系統(tǒng)由膜組件、出水系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)等組成,以高效膜分離代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池,省卻了傳統(tǒng)活性污泥法中剩余污泥的回流。MBR相較于傳統(tǒng)工藝,具有以下優(yōu)勢[7]:高效地實(shí)現(xiàn)固液分離,分離效果好于傳統(tǒng)的沉淀池,無需顧慮污泥膨脹問題,出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定;由于膜的高效截留作用,出水SS≤1 mg/L,可使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時間和污泥齡的完全分離,使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定;能在高污泥濃度下運(yùn)行,抗水質(zhì)波動能力強(qiáng),容積負(fù)荷高,占地面積小;長污泥齡有利于增殖緩慢的微生物(如硝化細(xì)菌)的截留和生長,系統(tǒng)硝化效率得以提高,同時有效地將分解難降解有機(jī)物的微生物滯留在反應(yīng)器內(nèi),提高了難降解有機(jī)物的去除率;MBR可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行,剩余污泥產(chǎn)量低,降低了污泥處理費(fèi)用;建設(shè)周期短,施工費(fèi)用低,易于標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備化;易實(shí)現(xiàn)自動控制,操作管理方便;減少加氯消毒量,也可以提供高效率的消毒效果。MBR的投資現(xiàn)已與常規(guī)工藝相當(dāng),在現(xiàn)有工藝的升級改造上,投資甚至還低于常規(guī)工藝。為實(shí)現(xiàn)總磷達(dá)標(biāo),AO-MBR在必要情況下應(yīng)輔以化學(xué)除磷。現(xiàn)將上述主體工藝進(jìn)行綜合對比,如表2所示。

表2 電廠生活污水處理主體工藝比選

從水質(zhì)達(dá)標(biāo)運(yùn)行的穩(wěn)定度、占地面積、施工難易程度及運(yùn)行管理角度來看,“AO-MBR+消毒”工藝更適合吳涇熱電廠生活污水處理。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 吳涇熱電廠生活污水的處理工藝流程

3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1 格柵集水井

MBR系統(tǒng)對進(jìn)水SS濃度有限制要求,為防止大量懸浮物進(jìn)入MBR池導(dǎo)致膜污染加劇,需對原格柵集水井進(jìn)行改造利舊?，F(xiàn)新增1道粗格柵和1道細(xì)格柵,材質(zhì)均為304不銹鋼。粗格柵間隙20 mm,尺寸為675 mm×1 850 mm×20 mm;細(xì)格柵間隙5 mm,尺寸為675 mm×1 850 mm×20 mm。另增立式污水離心泵2臺(1用1備),鑄鐵材質(zhì),單泵流量Q為12.5 m3/h,揚(yáng)程H為16 m,功率N為1.1 kW。根據(jù)進(jìn)水懸浮物的濃度,設(shè)計(jì)清撈周期為7 d。

3.2 一體化AO-MBR污水設(shè)備

一體化AO-MBR污水設(shè)備處理規(guī)模為100 m3/d,設(shè)備尺寸為8.0 m×2.8 m×3.0 m,碳鋼防腐材質(zhì),裝機(jī)功率10 kW;其基礎(chǔ)尺寸為13.7 m×3.2 m×0.35 m,鋼砼結(jié)構(gòu)。處理構(gòu)筑物包含AO-MBR池、MSTD池及設(shè)備機(jī)房。

3.2.1 AO-MBR池

缺氧池內(nèi)主要實(shí)現(xiàn)反硝化作用。缺氧狀態(tài)下,反硝化菌將硝化回流液中的硝氮和少量亞硝氮還原成氮?dú)?實(shí)現(xiàn)生物脫氮。缺氧池內(nèi)配置攪拌設(shè)備,使池內(nèi)污泥保持懸浮狀態(tài),與進(jìn)水及回流污泥充分混合。好氧MBR池內(nèi)主要實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的去除及硝化過程,平板膜生物反應(yīng)器在微生物完成這一系列有機(jī)物降解及生物脫氮除磷后,實(shí)現(xiàn)泥水分離,確保出水水質(zhì)。

AO-MBR池處理規(guī)模為100 m3/d。缺氧池尺寸為2.5 m×1.4 m×3.0 m,有效水深2.5 m;好氧MBR池尺寸為2.9 m×2.8 m×3.0 m,有效水深2.5 m。總水力停留時間為7 h,其中缺氧池2.1 h,好氧MBR池4.9 h;BOD5污泥負(fù)荷為0.045 kgBOD5/(kgMLSS·d);總氮負(fù)荷為0.02 kgTN/(kgMLSS·d);缺氧污泥濃度為5.6 g/L,好氧MBR池污泥濃度為10.1 g/L,污泥齡為40 d;硝化液回流比為100%;排泥量0.51 m3/d,污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)0.09 kgMLVSS/kgCOD,總污泥產(chǎn)量5.18 kgMLSS/d。設(shè)回流泵1臺,流量Q為12 m3/h,揚(yáng)程H為1 m,功率N為0.15 kW;排泥泵1臺,流量Q為6 m3/h,揚(yáng)程H為3 m,功率N為0.15 kW。工藝配置平板膜組件2組,元件結(jié)構(gòu)和外形見圖2和圖3,型號為ZZ1500-120,單組尺寸為1 700 mm×600 mm×1 800 mm,平板膜面積336 m2,平板膜通量為15 L/(m2·h)。好氧MBR池采用鼓風(fēng)曝氣,回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)安置在設(shè)備機(jī)房,單機(jī)流量Q為1.82 m3/min,揚(yáng)程H為3 m,功率N為2.2 kW,尺寸為1 180 mm×400 mm×775 mm,鑄鐵為HT250材質(zhì)。曝氣管沖洗頻率一天一次,至少兩天一次,每次沖洗1～2 min即可。出水采用1臺紫外消毒器消毒,流量Q為5～6 m3/h,功率N為0.1 kW,尺寸為75 mm×900 mm,304不銹鋼材質(zhì)。

圖2 元件結(jié)構(gòu)示意

圖3 平板膜組件外形

3.2.2 MSTD池

MSTD以剩余活性污泥為處理對象,通過延長停留時間,強(qiáng)化污泥的內(nèi)源消化作用,同時利用膜的物理截留作用,在污泥濃縮的同時同步實(shí)現(xiàn)污泥消化[8]。

MSTD池結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,容易實(shí)現(xiàn)自動化操作,也大大節(jié)省了基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。排放的污泥含水率≤96%,大大減少了剩余污泥的體積,排放的污泥容量約為原污泥容量的25%。池體尺寸為2.5 m×1.4 m×3.0 m,有效水深2.5 m,有效容積8.7 m3,清運(yùn)周期90 d/次。系統(tǒng)配置平板膜組件1組,型號為ZZ1000-40,單組尺寸為610 mm×600 mm×1 800 mm。

3.2.3 設(shè)備機(jī)房

設(shè)備機(jī)房中放置鼓風(fēng)機(jī)、膜出水泵、自控設(shè)備、加藥設(shè)備等。自控設(shè)備為PLC控制系統(tǒng),碳鋼防腐材質(zhì),尺寸1 000 mm×800 mm×250 mm,預(yù)留業(yè)主外接信號接口。配置MSTD膜出水泵2臺,為自吸式離心泵,泵體材質(zhì)鑄鐵,單泵流量Q為6 m3/h,揚(yáng)程H為10 m,功率N為0.4 kW,尺寸為360 mm×180 mm×220 mm。

4 工藝運(yùn)行效果

4.1 運(yùn)行穩(wěn)定性

在接種城鎮(zhèn)污水處理廠脫水污泥后,經(jīng)過30 d的調(diào)試和試運(yùn)行,該系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。目前該系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行100余日,系統(tǒng)通量維持在設(shè)計(jì)的15 L/(m2·h),而跨膜壓差始終維持在較低水平,遠(yuǎn)低于膜清洗設(shè)定的30 kPa。

4.2 污染物去除效果

經(jīng)過30日的調(diào)試和試運(yùn)行,一體化AO-MBR污水設(shè)備出水水質(zhì)見表3。由表3可知,該系統(tǒng)具有很高的污染物去除效率,其中氨氮與總磷去除率高于95%,而COD和總氮去除率也接近90%。最終出水水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求的水質(zhì)指標(biāo)。此外,由于MSTD的實(shí)施,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)污泥的大幅度減量,在穩(wěn)定運(yùn)行期間,無剩余污泥外排。

表3 一體化AO-MBR生活污水處理設(shè)備出水水質(zhì)

4.3 工藝運(yùn)行成本

該工藝運(yùn)行過程中的主要運(yùn)行費(fèi)用包括電耗(進(jìn)水、曝氣、回流與消毒),化學(xué)除磷投加的除磷藥劑,以及膜清洗過程中需要的次氯酸鈉等。經(jīng)測算,該項(xiàng)目運(yùn)行成本約為0.722元/t,包括設(shè)備運(yùn)行電耗0.700元/t,除磷藥劑費(fèi)0.021元/t,膜清洗藥劑費(fèi)用0.001元/t。

5 新冠肺炎疫情下的反思

2020年初,新型冠狀病毒席卷了整個世界。結(jié)合此次疫情的嚴(yán)重性與防疫要求,在生活污水處理過程中,后續(xù)還應(yīng)該進(jìn)一步注重消毒環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)運(yùn)行與日常操作管理的標(biāo)準(zhǔn)化。一體化AO-MBR生活污水處理設(shè)備由于采用了高效微濾膜過濾技術(shù),出水的微生物指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。再輔以紫外消毒和氯片消毒技術(shù),可以確保包括新型冠狀病毒在內(nèi)的細(xì)菌、病毒被完全殺菌后排放,從根本上切斷生活污水方面的傳播途徑。

對于日常運(yùn)行管理,提出如下防疫對策:對生活污水處理設(shè)備涉及區(qū)域進(jìn)行封閉與管控,使用攝像頭進(jìn)行無死角監(jiān)控,防止無關(guān)人員或者生物進(jìn)入設(shè)備相關(guān)區(qū)域,以免發(fā)生二次感染疾病傳播;對設(shè)備調(diào)試和維護(hù)人員予以全面保護(hù),包括但不限于防護(hù)服、口罩、防毒面具、護(hù)目鏡等相關(guān)防疫保護(hù),以保證工作人員的身體健康,杜絕在設(shè)備維護(hù)、維修中產(chǎn)生不必要的糞口傳播、接觸傳播、氣溶膠傳播等;定期對污水處理設(shè)施周圍區(qū)域噴灑消毒藥水,以保證相關(guān)設(shè)施周圍具有良好的防疫情況。

6 結(jié) 語

“AO-MBR+紫外消毒”用于電廠生活污水處理,能夠?qū)崿F(xiàn)污染物的高效去除,出水穩(wěn)定達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)的要求,可以作為工業(yè)用水和消防用水的補(bǔ)充。該系統(tǒng)通過耦合同步膜濃縮消化工藝實(shí)現(xiàn)了污泥源頭大幅度減量。

吳涇熱電廠100 m3/d的生活污水處理系統(tǒng)改造工程表明,AO-MBR工藝具有出水水質(zhì)好、占地面積小、污泥產(chǎn)率低、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。工程實(shí)施后出水水質(zhì)符合回用的要求,減少了黃浦江新鮮水的取用量,提高了生活污水的回收利用率,大大減少了廢水排放;該系統(tǒng)運(yùn)行管理可實(shí)現(xiàn)全程自動化和遠(yuǎn)程監(jiān)控,有效提高了電廠的水務(wù)管理水平。