高效沉淀池+ 反硝化滤池工艺在污水厂提标改造中的应用

2022-11-03何书云

科学技术创新 2022年32期

何书云

（福建省环境保护设计院有限公司，福建福州 350000）

引言

反硝化深床滤池作为目前新型的深度处理工艺,同时具有去除SS、脱氮和除磷的复合型功能,运行成本低,性能稳定[1],已在国内多座城镇污水处理厂的提标改造中得到应用。在这些工程中,反硝化深床滤池可以作为氧化沟工艺、A2/O 工艺及CASS 工艺等二级生化工艺的深度处理工艺,确保最终出水水质稳定达标,尤其是对TN 的去除效果明显。而一般单采用生物除磷工艺很难满足出水含磷量满足一级A 的排放要求[2],在污水处理厂提标改造项目中常在反硝化滤池前端增加高效沉淀池,达到强化化学除磷的目的。高效沉淀池结合快速混合、污泥回流、斜管或斜板沉淀等措施,实现了高效固液分离。相比传统混凝沉淀,高效沉淀池表面负荷大,占地面积小,不仅提高了SS 的去除率,同时大大节省了土建投资。胡香等[3]研究表明在采用A2/O 氧化沟- 混凝沉淀- 反硝化深床滤池组合工艺处理城市生活污水, 出水水质优于一级A 标准, 其中COD＜40 mg/L,NH4+-N＜2.0 mg/L,TN＜10 mg/L,TP＜0.3 mg/L。福建某污水处理厂进水以生活污水为主,一期工程设计规模为2.5 万m3/d, 现状处理工艺为改良型卡鲁塞尔氧化沟工艺。生活污水经厂外污水中途泵站提升进入污水处理厂,进入细格栅和沉砂池,沉砂池的出水自流进入氧化沟前端的兼氧区, 然后流入氧化沟好氧区。氧化沟出水进入配水井分配到二沉池,泥水分离后,尾水经次氯酸钠消毒计量排放。现状污水厂处理出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918-2002)中的一级B 标准。根据《水污染防治行动计划》(水十条) 和福建省住建厅加快污水处理厂提标进度的要求。该污水处理厂应达到一级A 排放标准。

1 提标前进出水水质情况

目前该污水处理厂处理量呈逐年波动上升趋势,月均最大进水水量2.37 万m3/d,月均最小进水量1.16万m3/d,运行水量不稳定,最高进水量接近设计规模。该污水厂2017 年7 月-2017 年12 月间实际进出水水质数据见表1。

表1 2017 年7 月-12 月间实际进出水水质数据

根据表1 的数据,现状污水通过二级处理后,出水基本能达到一级B 排放标准,偶尔会有超标,排放标准提高到一级A 后,现状出水除COD 能达到出水标准外氨氮、总氮指标基本处于一级A 的边缘,存在超标的风险,总磷也基本超过一级A(≤0.5mg/l)限制,深度处理应同时考虑脱氮磷系统。

2 改造工艺设计

2.1 现状问题分析

现状工艺对TP 去除效果不太理想,出水均值数基本能达到一级B 标准,偶尔出现超标,提标后将无法满足达标排放要求。结合污水厂的运行情况,造成TP 去除不佳的原因可能包含以下几方面:

2.1.1 进水营养物比例失衡

一般情况下, 进入生化反应段厌氧区污水中BOD5/TP 大于20 可以达到良好的除磷效果,而根据近一年进水各指标的监测结果,4 个月的BOD5/TP 小于17,8 个月的BOD5/TP 都在20 以下。本污水厂进水的BOD5偏低致使碳磷比过低是除磷效果不佳的一个重要因素。

2.1.2 改良型卡式氧化沟无厌氧区

按进水流量2.5 万m3/d 计算, 氧化沟需设置厌氧池且停留时间至少要在1.5h[4]。原设计大量硝酸盐氮随回流污泥直接进入预反应区, 反硝化菌会与聚磷菌争夺水中的有机碳源来完成反硝化,影响磷的释放和聚磷菌体内PHB 的合成,从而影响后续除磷效果。

2.1.3 污泥龄总体偏长

硝化菌增殖速度慢、世代时间长,实现硝化需泥龄为10～15 d。而除磷是通过剩余污泥的排除实现的,除磷的最佳泥龄为3～5 d[5]。为了保证硝化效果,氧化沟夏季时泥龄约在15～16 d,冬季在18～20 d。由于进水BOD5偏低,致使剩余污泥量少,系统内的总磷不能及时排出,可能造成出水总磷偏高。此外,泥龄较长,污泥活性不足也会影响生物除磷效果。

2.2 提标改造思路

根据污水处理厂实际情况和提标改造要求, 在尽量利用现有设施的前提下,主要采取以下改造措施:(1)在二沉池后增加反应沉淀处理构筑物, 通过加药混凝沉淀,强化SS 和TP 去除效果,使其能够稳定达标。(2)外加碳源, 调整污水可生化性, 提高B/C 比、B/N 比和B/P 比,使出水TN 和TP 指标能进一步下降。

污水处理工艺的选择应充分考虑技术的可行性,经济的合理性,对污水水质水量的适应性,运行的稳定性等多种因素,综合考量后确定。从表1 可看出,现状工艺出水TP 在0.22～1.6 mg/L,均值为0.66 mg/L 超出一级A 的排放标准限值,排放标准提高后,深度处理须采用化学除磷强化除磷效果; 现状处理工艺出水TN在4～20 mg/L,均值为10 mg/L,而一级A 排放标准TN限值为15 mg/L。提标后出水TN 不能稳定达标;因此在提标深度处理需要选用脱氮、沉淀组合工艺来确保各项指标均达标。经过综合比选,选定“高效沉淀池+深床反硝化滤池”组合工艺。主要改造内容有:氧化沟改造(表曝机改为鼓风机,增设微孔曝气器)、新建中途提升泵房、新建高效沉淀池、反硝化滤池。提标改造工程污水处理工艺流程见图1。

图1 提标改造污水处理工艺流程图

2.3 新建主要构筑物及参数

2.3.1 提升泵房

新建提升泵房1 座,将原二沉池出水提升,保证后续处理工艺运行。总平面尺寸为:14.30×6.20 m,地下深度为2.90 m,地上高度为7.5 m。泵房中间设隔墙,分为两格。选用4 台水泵,3 用1 备,其中1 台水泵配备变频电机。单台水泵流量Q=510 m3/h,扬程H=6 m,电机功率N=11 kW。在泵房上部安装一套MDI 电动葫芦一套,起吊重量1.5 t,起吊高度6 m。水泵根据泵坑内液位信号综合控制水泵的开停,并采用先开先停、先停先开的方式轮换运行,延长水泵的使用寿命。

2.3.2 高效沉淀池

高效沉淀池把混合/絮凝/沉淀进行重新组合,混合、絮凝采用机械方式搅拌方式,沉淀采用斜管装置,与普通平流式沉淀池相比,可大幅度提高水力负荷。新建高效沉淀池1 座2 组,平面尺寸21.20×19.50 m,单组处理水量1.25 万m3/d,每座高效沉淀池分2 格,每格又分为混合区、絮凝区和沉淀区,高峰流量时表面负荷为9 m3/m2·h。设混合搅拌机1 台,P=11.0 kW;絮凝搅拌器2 台,P=2.2 kW。混凝反应总停留时间为14.9 min;沉淀时间为0.8 h,表面负荷为7.8 m3/m2·h。

2.3.3 反硝化滤池

设计处理规模2.5 万吨/日;变化系数Kz=1.47;深床滤池设计平均进水流量Qave=1 042 m3/h, 设计峰值流量Qmax=1 531 m3/h。分4 格, 单池尺寸11.0 m×4.55 m,总过滤面积200 m2,池深6.05 m。滤料层厚度为2.44 m,有效粒径为:2～3 mm,不均匀系数小于1.3,采用优质多棱形石英砂,设计滤速5.20 m/h,强制滤速6.94 m/h。配水系统采用双层配水配气滤砖。设反冲洗水泵2 台,一用一备,Q=751 m3/h,H=10 m,N=37 kW;废水排水泵2 台, 一用一备,Q=200 m3/h,H=7.5 m,N=11 kW;罗茨鼓风机3 台,两用一备,Q=2 310 m3/h,P=70.5 kPa,N=75 kW,变频调节。

3 工程投资及运行效果

3.1 工程投资及总体效果

本次提标改造工程总投资1 842.13 万元,其中建安费1 556.26 万元,吨水投资约737 元。该污水处理厂提标改造工程于2018 年6 月通水试运行,通过2 个月的试运行,该污水处理厂2018 年8-9 月出水水质数据见表2。

表2 2018 年8 月-9 月间实际出水水质数据

该污水处理厂2018 年8-9 两个月近60 天出水水质情况可看出, 该污水处理厂通过提标改造后, 出水TN 在5 mg/L 上下浮动, 最大值为5.8 mg/L, 出水TP最大值为0.35mg/L 稳定在0.5 mg/L 以下, 出水COD最大值为45 mg/L, 所有指标均能稳定达到一级A 标准。

3.2 改造促进氨氮的去除

图2 为提标改造前后NH3-N 去除率的变化。提标改造前出水NH3-N 最大值为8.13 mg/L, 均值为0.87 mg/L,改造后出水NH3-N 最大值为2.43 mg/L,均值为0.41 mg/L,NH3-N 去除率由原来的87%提升为97.5%。说明氧化沟通过更换曝气装置后,硝化反应得到的增强,氨氮的去除率得到了提高。

图2 提标改造前后NH3-N 去除率变化

3.3 改造促进总氮的去除

提标改造前后TN 去除率的变化见图3。提标改造前出水TN 最大值为26 mg/L,均值为18.9 mg/L,改造后出水TN 最大值为5.8 mg/L, 均值为4.1 mg/L,TP去除率由原来的58.6%提升为78.9%。说明改造后通过反硝化滤池碳源的投加,增强了反硝化效果,确保了出水TN 稳定达标排放。

图3 提标改造前后TN 去除率变化

3.4 改造促进总磷的去除

图4 为提标改造前后TP 去除率的变化。提标改造前出水TP 最大值为1.6 mg/L,均值为0.65 mg/L,改造后出水TP 最大值为0.35 mg/L, 均值为0.18 mg/L,TP 去除率由原来的74.1%提升为90.8%。说明改造后通过高密度沉淀池的化学除磷,明显提高了系统TP 的去除效果。