馬姍姍
中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司
本工程為改擴建項目,廠址位于河北省某技術(shù)園區(qū),為地上式污水處理廠,現(xiàn)狀污水處理規(guī)模為10萬m3/d,出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準。本次提標改造完成后,主要出水水質(zhì)指標執(zhí)行河北省地方標準《子牙河流域水污染物排放標準》(DB 13/2796—2018)重點控制區(qū)排放限制標準,即符合地表水V類標準。
本工程主要服務(wù)于技術(shù)園區(qū),其廢水主要來自園區(qū)內(nèi)制藥企業(yè)和化工企業(yè)經(jīng)過處理后的尾水,可生化性差,C/N比低。
污水處理廠現(xiàn)狀出水水質(zhì)指標執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準。現(xiàn)狀污水處理工藝流程:污廢水→粗格柵進水泵房→細格柵旋流沉砂池→分配井→調(diào)節(jié)池→水解酸化池→缺氧池→好氧池→二沉池→提升池→三相催化氧化系統(tǒng)→反應(yīng)穩(wěn)定池→高效沉淀池→清水池→巴氏計量槽→達標排放。
根據(jù)污水廠的日常水質(zhì)數(shù)據(jù),整理出污水廠實際進水、二沉池出水、總出水口主要水質(zhì)指標如表1。
表1污水處理廠實際進、出水水質(zhì)表
由表1可知:①二沉池出水水質(zhì)均未達到一級A排放標準,通過后續(xù)的三相催化氧化系統(tǒng)處理后各項指標基本達標。②總出水的一部分指標已達到準地表V類水標準,但COD、總氮、氨氮指標尚有一定差距,本次提標改造需就以上指標進行針對性方案選擇。
二沉池出水水質(zhì)偏高是現(xiàn)狀運行較突出的問題之一,且出水水質(zhì)不穩(wěn)定,大大增加了后續(xù)三相催化氧化系統(tǒng)的處理負荷,造成三相催化氧化系統(tǒng)的藥劑消耗較大,運行成本較高。
根據(jù)新的出水水質(zhì)要求,現(xiàn)有處理工段難以穩(wěn)定達標,本次改造應(yīng)在解決現(xiàn)狀突出問題的基礎(chǔ)上實現(xiàn)出水水質(zhì)的提標。
提標后主要出水水質(zhì)指標執(zhí)行河北省地方標準《子牙河流域水污染物排放標準》(DB 13/2796—2018)重點控制區(qū)排放限制標準,即符合地表水V類標準。該標準并未要求懸浮固體SS的出水限值,但懸浮固體SS直接關(guān)系處理工藝的選擇,是污水處理廠設(shè)計的重要參數(shù)。
根據(jù)以往經(jīng)驗,若出水總磷(TP)≤0.4mg/L,則應(yīng)控制SS≤10mg/L,否則,總磷(TP)難以達標。
表2污水提標設(shè)計進、出水水質(zhì)指標表
結(jié)合污水廠實際運行情況,在制定工藝路線時主要考慮以下幾點。
(1)三相催化氧化工藝對COD、SS、TP、色度等去除效果顯著,COD去除率50-85%,總磷高達95%以上[1]。也正因此,三相催化氧化去除污染物量越多,消耗藥劑越多,運行成本越高。
本工程二沉池出水直接進入三相催化氧化系統(tǒng),且二沉池出水指標偏高,大大增加了三相催化氧化系統(tǒng)的處理負荷,增加了運行成本。解決這一問題的關(guān)鍵,考慮在二沉池與三相催化氧化系統(tǒng)之間增加深度處理工段,對二級處理系統(tǒng)出水污染物進行進一步的去除。
(2)若增加深度處理工段,在水力高程設(shè)計中需增設(shè)置提升泵房,以滿足深度處理工段所消耗的水頭損失;同時需合理確定水泵的提升位置和揚程,滿足水力需求的前提下,盡可能節(jié)能。
(3)總出水COD指標可以通過加大三相催化系統(tǒng)的投藥量進一步降低,只是運行成本上的增加,而無須再增設(shè)額外的高級氧化處理工段。
因此,本次提標改造的關(guān)鍵就是在三相催化氧化系統(tǒng)之前增加深度處理工段,對二級處理出水進行進一步的去除,確??偝鏊|(zhì)的穩(wěn)定達標。其中,SS、TP、TN、和氨氮是本次提標改造的關(guān)鍵控制指標,需要強化對其去除率。并據(jù)此確定所需增加的處理工段。
(1)SS、TP指標:深度處理工段去除SS、TP的方法主要分為以下幾種:①二級出水→直接過濾→消毒;②二級出水→微絮凝過濾→消毒;③二級出水→絮凝→沉淀或澄清→過濾→消毒。
結(jié)合本工程實際情況,為保證出水穩(wěn)定達標,采用目前應(yīng)用較為廣泛的混合沉淀過濾全流程工藝。
高效沉淀池是集混凝、絮凝、沉淀、濃縮功能于一體的混合反應(yīng)沉淀池,其排泥濃度高,利于污泥的處理。同時,污泥的回流增強了接觸絮凝反應(yīng)的效果,能產(chǎn)生均勻的、較大又密實的絮凝體,為后續(xù)的沉淀分離創(chuàng)造有利條件[2],廣泛應(yīng)用于污水深度除磷處理工段。因此,本工程選擇高效沉淀池作為去除SS及TP的混凝沉淀工藝。
(2)TN指標:去除硝酸鹽氮的方法包含化學脫氮法、電滲析法、離子交換法、催化氧化法、反滲透法、生物脫氨法等,在工程應(yīng)用中最廣泛的是生物脫氮法,即硝化、反硝化,最終將硝態(tài)氮還原為氮氣去除。
結(jié)合SS及TP的去除需求,新增處理工段需設(shè)置過濾工藝;又TN去除需增設(shè)反硝化功能的處理工段,因此,考慮采用兼具過濾及反硝化功能的濾池來同時實現(xiàn)兩種需求。
反硝化深床濾池是一種降流式重力過濾池,采用特殊規(guī)格及形狀的2mm~3mm粒徑的石英砂,濾料孔隙較大,可以作為反硝化生物的掛膜介質(zhì),投加碳源后,兼有生物脫氮及過濾功能[3]。其在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛,可同步去除硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和SS,出水水質(zhì)穩(wěn)定,且自控系統(tǒng)完善,通過精準控制加藥量可大大降低運行成本。因此,本工程采用反硝化深床濾池作為過濾工藝及脫氮工藝。
(3)氨氮指標:由于三相催化氧化在一定程度上強化了氨化反應(yīng),可能會造成出水的氨氮不降反升。就本工程而言,分析造成這一現(xiàn)象的主要原因,是前續(xù)水解酸化段未有效分解難生物降解的含氮有機物,致使難生物降解的含氮有機物在生物池未進行氨化、硝化及反硝化反應(yīng)而直接進入了三相催化氧化系統(tǒng)[1][4]。解決這一問題的方法是對現(xiàn)有淤積嚴重的水解酸化池進行清淤和改造,使其真正起到水解酸化的作用,將難生物降解的含氮有機物盡可能地分解[4][5],減少進入三相催化氧化系統(tǒng)的難生物降解含氮有機物量。即強化難生物降解含氮有機物的氨化、硝化和反硝化過程,嚴格控制生化處理系統(tǒng)的出水氨氮和總氮,以確保經(jīng)過三相催化氧化系統(tǒng)之后的氨氮指標仍能達標。
綜上,本次提標改造在二沉池及三相催化氧化系統(tǒng)之間增加以下深度處理工段。
圖1
本工程平均流量Q=100000m3/d,總變化系數(shù)Kz=1.3。高效沉淀池及深床濾池的主要設(shè)計參數(shù)如下。
(1)高效沉淀池:設(shè)置一組(2座),前混合池總有效容積196m3,混合時間t=2.17min;絮凝反應(yīng)池單池有效容積448m3,反應(yīng)時間t=9.9min;斜管沉淀池直徑D=16m,沉淀池最大表面負荷q=10.6m3/m2?h。
(2)反硝化深床濾池:為了滿足未來總氮出水標準提高的預(yù)期,減少后期再次提標改造的投資,考慮深床濾池在滿足目前出水標準的基礎(chǔ)上有一定的余量,深床濾池的最低除氮量按照16mg/L設(shè)計。設(shè)置10格濾池,單格過濾面積26×3.56=92.56m2;濾床深度2.4m;平均濾速4.50m/h,高峰濾速5.85m/h。反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗,氣洗強度110m3/m2·h;水洗強度14.7m3/m2·h;反沖洗周期按24h~48h考慮。
(3)加藥間:①化學除磷絮凝劑:液態(tài)聚合氯化鋁(PAC,10%),采用儲藥罐儲存PAC;化學除磷加藥點:高效沉淀池前混合池和后混凝池;化學除磷去除總磷:最大1.5mg/L;絮凝劑加藥量:最大65mg/L,平均50mg/L。②助凝劑:PAM;助凝劑加藥點:高效沉淀池絮凝反應(yīng)池;助凝劑投加量:最大1.0mg/L,平均0.5mg/L。③反硝化所需碳源:液態(tài)乙酸鈉(25%);碳源投加點:反硝化濾池進水井;碳源設(shè)計投加量:96mg/L(純乙酸鈉)。
三相催化氧化處理工藝對多種污染物去除效果顯著,但也正因如此,當二級處理系統(tǒng)處理效果較差、出水水質(zhì)較高時,會增加其處理負荷,增大其運行成本。對于類似本工程的提標改造項目,應(yīng)考慮在二沉池與三相催化氧化系統(tǒng)之間增設(shè)深度處理工段,進一步去除二級處理系統(tǒng)出水污水物,同時還應(yīng)強化生物處理工段總氮和氨氮的去除效果,確保在降低三相催化氧化運行成本的同時,實現(xiàn)出水水質(zhì)的穩(wěn)定達標。