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        “A2/O+混凝沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤過濾”工藝在污水處理廠升級改造中的工程實踐

        2021-05-20 02:30:30張占梅石瑞琦任筱雨潘云霞
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)工藝

        張占梅,石瑞琦,任筱雨,潘云霞,李 銳

        (1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院,重慶 400074;2.西南大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院,重慶 400715;3.國電投集團遠達水務(wù)有限公司,重慶 400064)

        0 引 言

        隨著環(huán)保要求日益嚴格,人們對城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)提出了更高的要求[1,2]。按照遼寧省政府環(huán)保工作目標及生態(tài)環(huán)境部《水污染防治行動計劃實施情況考核規(guī)定(試行)》要求,遼寧省城鎮(zhèn)污水處理廠出水在“十三五”期間要全部達到GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。昌圖污水處理廠原設(shè)計出水為一級B排放標準,且處理工藝單一、工藝流程不完善,再加上項目地處嚴寒地區(qū),低溫條件對生化反應(yīng)影響較大,導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定[3-5],尤其冬季出水水質(zhì)超標嚴重,亟需進行升級改造。

        1 工程背景

        昌圖污水處理廠位于遼寧省鐵嶺市昌圖縣昌圖鎮(zhèn),主要收集處理昌圖縣城區(qū)域生活污水及少量工業(yè)廢水,設(shè)計總規(guī)模為5×104m3/d,分兩期建設(shè)。其中一期為2×104m3/d、二期為3×104m3/d,目前均為滿負荷運行。原工藝為“預(yù)處理+A/O+二沉池”,出水水質(zhì)執(zhí)行GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B排放標準。提標改造工程實施后,該廠出水水質(zhì)需達一級A排放標準。

        2 原設(shè)計工況及存在問題

        2.1 處理規(guī)模及進出水水質(zhì)

        昌圖污水處理廠設(shè)計處理規(guī)模為5×104m3/d,設(shè)計進水水質(zhì)要求CODcr≤350 mg/L、BOD5≤180 mg/L、SS≤200 mg/L、NH3-N≤30 mg/L、TN≤40 mg/L、TP≤4 mg/L;設(shè)計出水水質(zhì)要求滿足GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B排放標準,即要求CODcr≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L、SS≤20 mg/L、NH3-N≤8 mg/L、TN≤20 mg/L、TP≤1 mg/L。

        為掌握目前污水處理廠實際進出水情況,2018年7月—2019年5月分別對進出水水質(zhì)進行監(jiān)測分析,結(jié)果如表1。

        表1 污水處理廠進、出水水質(zhì)

        由表1可以看出,在進水基本滿足設(shè)計要求的前提下,出水水質(zhì)雖滿足一級B排放標準,但BOD5、SS、TN、TP等參數(shù),無法滿足一級A排放標準。因此,技術(shù)升級改造的重點是提升BOD、SS、TN和TP的去除效果。

        2.2 設(shè)計工藝流程

        昌圖污水處理廠一期、二期工程工藝一致,具體工藝流程如圖1。

        圖1 原設(shè)計工藝流程

        2.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

        由粗格柵、細格柵和沉砂池組成。污水經(jīng)粗格柵去除柵渣后由泵提升,經(jīng)細格柵及平流式沉砂池進一步處理去除懸浮物、漂浮物及少量的有機物等。

        2.2.2 A/O生化反應(yīng)池

        污水生化處理核心構(gòu)筑物,設(shè)2組,設(shè)計處理水量分別為2×104、3×104m3/d,K=1.1,設(shè)計流量為0.255、0.382 m3/s,總池容分別為5 072、10 432.8 m3。

        2.2.3 二沉池

        A/O反應(yīng)池出水進入二沉池進行泥水分離,共2座。經(jīng)二沉池處理后的水直接外排。

        2.2.4 污泥處理

        剩余污泥直接排入污泥儲池,然后由泵排至帶式污泥脫水機,脫水后外運填埋,污泥含水率為約80%~85%。

        2.3 主要問題

        2.3.1 無法滿足脫氮除磷需要

        從表1可以看出,進水中有機物及N、P的含量不均衡,實際運行中如果污泥濃度、回流比、污泥齡、溶解氧能工藝參數(shù)調(diào)控不合理,將無法達到預(yù)期處理效果,再加上硝化菌是自養(yǎng)菌,為使硝化段內(nèi)硝化菌占優(yōu)勢,理論上,BOD/TN需大于2.86才能滿足反硝化要求[6,7],而污水處理廠實際進水BOD5平均值為40 mg/L,不利于硝化反應(yīng);且過程中污泥齡和停留時間短,不僅導(dǎo)致硝化菌繁殖較慢,而且廢水中的氮得不到充分硝化,影響反硝化效果導(dǎo)致脫氮率較低[8,9]。要強化脫氮除磷效果滿足更高環(huán)境標準,必須對生化處理工藝進行優(yōu)化升級。

        2.3.2 無法滿足出水SS及消毒殺菌指標

        原二沉池采用中心進水、周邊出水的輻流式二沉池,直徑較小但設(shè)計負荷高,沉淀效果不理想,出水水質(zhì)中SS偏高。此外,原工藝未設(shè)置消毒系統(tǒng),不能確保水質(zhì)中細菌和病原菌穩(wěn)定達標,給受納水體帶來潛在環(huán)境風(fēng)險。

        2.3.3 氣溫條件導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定

        溫度是影響污水處理效果的一個關(guān)鍵因素[10]。低溫引起微生物生長緩慢和酶促反應(yīng)速度下降,導(dǎo)致污泥活性降低,使得生化反應(yīng)速率下降,影響污水處理效果。在生物脫氮過程中,硝化反應(yīng)適宜溫度是20~30 ℃,在15 ℃以下硝化速度下降;反硝化反應(yīng)適宜溫度是20~40 ℃,在15 ℃以下反硝化菌的增殖速率降低,代謝速率也降低[11,12]。該廠冬季溫度達不到硝化菌及反硝化菌的最適溫度,對氮的去除效率有很大影響。另外,溫度對二沉池沉淀效率影響也較大,氣溫低時,顆粒沉速也隨之降低,導(dǎo)致沉淀池處理效率下降、出水中SS超標。

        3 提標改造

        3.1 改造思路

        基于原工藝流程存在的主要問題,提標改造重點是提升對氮、磷及有機物的去除效果,同時進一步降低出水中SS的含量,在現(xiàn)有處理設(shè)施及構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上進行改造,并增加殺菌消毒工藝單元,確保滿足一級A排放標準要求。

        3.1.1 改造生化處理工藝,提升脫氮除磷

        為強化脫氮除磷效果,在原A/O池內(nèi)增加缺氧段,將原工藝改造成A2/O工藝,并新增A2/O生化池和二沉池各一座。A2/O工藝在脫氮除磷的同時可去除污水中CODcr及BOD5,且運行管理簡單,對水力負荷、有機負荷沖擊的適應(yīng)能力強,冬季低溫條件下也有較好的處理效果。

        3.1.2 新增混凝沉淀處理單元,強化化學(xué)除磷

        經(jīng)A2/O生物處理工藝后CODcr、BOD5、TN和氨氮基本可以達到一級A排放標準,但是SS和TP還需經(jīng)過深度工藝后方可滿足要求。故在二沉池后新增深度處理工藝,增設(shè)高效沉淀池,提升磷及SS的去除效果[13,14]?;炷恋矶卧鲈O(shè)混凝劑(PAC)和助凝劑(PAM)投加設(shè)施。

        3.1.3 確保出水懸浮物達標,增設(shè)纖維過濾設(shè)施

        由于是改造工程,新增的深度處理設(shè)施會增加一部分水頭損失。經(jīng)計算,經(jīng)過絮凝沉淀處理單元后,采用常規(guī)的過濾裝置無法滿足要求。而纖維過濾裝置占地面積小,水可由周邊進中間出以加大過濾面,且水頭損失較小[15]。因此,過濾系統(tǒng)采用纖維轉(zhuǎn)盤過濾,過濾后出水SS一般小于10 mg/L。

        3.1.4 完善工藝流程,增設(shè)消毒工藝

        昌圖污水處理廠原系統(tǒng)未設(shè)消毒工藝,改造中增設(shè)紫外線消毒處理工藝單元。紫外線消毒滅菌效率高、作用時間短、運行管理方便不需建造較大的接觸池,建消毒渠即可,占地面積和土建費用大大減少。

        綜上分析,改造后污水處理廠屬于三級處理工藝,其中一級處理為“粗格柵+提升泵+細格柵+沉砂池”,二級處理采用“A2/O+二沉池”工藝,深度處理采用“高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+消毒工藝”。具體工藝流程如圖2。

        圖2 改造后工藝流程

        3.2 改造設(shè)計

        3.2.1 改造生化處理系統(tǒng)(含二沉池)

        1)將原有A/O池改造為A2/O生化反應(yīng)池

        改造后A2/O生化池:污泥負荷為0.082 kg BOD5/(kgMLSS·d),污泥濃度為3 500 mg/L,氣水比分別為7.8∶1(一期)、8.4∶1(二期),最大供氣量為60 m3/min,污泥齡為12.4 d,最大回流比為100%,總有效容積為6 050 m3(一期)、10 433 m3(二期)。水力停留時間12.7 h(一期)、12.5 h(二期)。厭氧池容:停留時間1.5 h,容積為720 m3(一期)、1 250 m3(二期);缺氧池容:停留時間4h,容積為1 920 m3(一期)、3 330 m3(二期);好氧池容:停留時間7.2 h(一期)、7.0 h(二期),容積為3 410 m3(一期)、5 853 m3(二期)。

        2)新建生化池

        平面尺寸L(長)×B(寬)×H(高)=71.5 m×23.6 m×7.0 m,污泥濃度為3 500 mg/L,污泥負荷為0.082 kg BOD5/(kgMLSS·d),氣水比為6∶1,最大供氣量為77 m3/min,污泥齡為12.4 d,污泥外回流比為100%,污泥內(nèi)回流比為200%,總有效容積為9 831 m3。水力停留時間12.7 h,厭氧池容:停留時間1.5 h,容積為1 158 m3;缺氧池容:停留時間4 h,容積為3 096 m3;好氧池容:停留時間7.2 h,容積為5 577 m3。

        3)二沉池

        原有二沉池:池邊有效水深為3.5 m,單池外形尺寸為φ24 m×4 m(一期)、φ28 m×4 m(二期),分2座,平均日平均時表面負荷為0.53 m3/(m2·h)(一期)、0.68 m3/(m2·h)(二期),最大日最大時表面負荷為0.73 m3/(m2·h)(一期)、0.934 m3/(m2·h)(二期)。

        新建二沉池1座,采用周進周出二沉池,直徑32 m,有效水深4.5 m;平均日平均時表面負荷為0.96 m3/(m2·h),最大日最大時表面負荷1.32 m3/(m2·h)。

        3.2.2 新建混凝沉淀系統(tǒng)

        1)混合池

        混合池采用機械混合,分2格,總有效容積170 m3,停留時間為3.5 min,混合反應(yīng)攪拌速度梯度700 s-1;快速攪拌器2臺,直徑D=1.85 m,功率N=5.5 kW。

        2)反應(yīng)池

        反應(yīng)池共設(shè)4個反應(yīng)單元,總有效容積 702 m3,總停留時間14.5 min;每個單元反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒,并配有低速攪拌器1臺,D=2.5 m,N=11 kW。

        3)高效沉淀池

        高效沉淀池設(shè)1座,分2格,設(shè)計流量Q=2 875 m3/h,變化系數(shù)1.38;斜管上升區(qū)流速為12.6 m/h,總有效容積2 217 m3,共計 2 系列;底部沉淀區(qū)設(shè)懸掛中心傳動刮泥機1臺,D=12 m,N=1.1 kW,底板坡度為0.07。

        3.3.3 新建纖維過濾系統(tǒng)

        纖維轉(zhuǎn)盤濾池設(shè)1座,分2格,尺寸L×B×H=10.6 m×10.0 m×4.7 m,每格配反沖洗泵2臺,單臺泵流量Q=50 m3/h,揚程為7 m(已修改),N=2.2 kW;每池內(nèi)有濾盤10片,濾盤D=3 m,單盤有效面積12.6 m2;每格旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機1臺,N=0.75 kW;每格裝機功率N=5.43 kW。

        3.3.4 新建消毒系統(tǒng)

        紫外消毒系統(tǒng)安裝于2組開放式紫外消毒明渠中,每條渠寬1.2 m,尺寸L×B×H=12.6 m×2.4 m×3.8 m,紫外設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu),每條渠道沿水流方向安裝1個模塊組,每個模塊組共含8模塊,每個模塊8根燈管;采用低壓高強燈,系統(tǒng)總裝機功率N=46.12 kW。

        4 運行效果分析

        改造工程于2019年5月建成運行,經(jīng)過近6個月的調(diào)試運行后,自2019年12月份,系統(tǒng)運行及出水水質(zhì)較穩(wěn)定,出水水質(zhì)達到一級A排放標準,結(jié)果如表2。

        表2 改造后實際出水?dāng)?shù)據(jù)

        由表2可知,經(jīng)升級改造處理后,出水CODcr值為23.20~34.95 mg·L-1、出水BOD5為7.40~8.60 mg·L-1,均滿足排放標準。氨氮(NH3-N)和總氮(TN)的去除率分別為75.64%~86.28%及47.99%~70.22%,說明改后對有機物及氮均具有很好的處理效果。出水中SS和TP滿足10及1 mg·L-1的排放要求,說明新建的深度處理系統(tǒng)高效沉淀池及纖維轉(zhuǎn)盤過濾,對出水水質(zhì)有了進一步保障。

        5 結(jié) 語

        1)為滿足日益嚴格的環(huán)保要求及排放標準,污水處理廠原有工藝流程需要升級改造,并新增深度處理系統(tǒng),強化脫氮除磷效效果、提升出水水質(zhì)。

        2)在充分利舊基礎(chǔ)上,將原生化段A/O工藝改造為A2/O工藝,并新增絮凝沉淀-過濾-消毒”深度處理單元,本次提標改造通過采用“A2/O+混凝沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤過濾+紫外線消毒”工藝,有效地提升了處理效果,各項出水指標達到了GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。

        3)升級改造后經(jīng)過五個月的運行,系統(tǒng)整體運行良好,出水水質(zhì)穩(wěn)定,實現(xiàn)了預(yù)期改造目標,且具有良好的環(huán)境效益和社會效益,為寒冷地區(qū)污水處理廠工藝設(shè)計提供了有益的參考示例。

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