高效沉淀池+ 反硝化濾池工藝在污水廠提標改造中的應用

何書云

（福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350000）

引言

反硝化深床濾池作為目前新型的深度處理工藝,同時具有去除SS、脫氮和除磷的復合型功能,運行成本低,性能穩定[1],已在國內多座城鎮污水處理廠的提標改造中得到應用。在這些工程中,反硝化深床濾池可以作為氧化溝工藝、A2/O 工藝及CASS 工藝等二級生化工藝的深度處理工藝,確保最終出水水質穩定達標,尤其是對TN 的去除效果明顯。而一般單采用生物除磷工藝很難滿足出水含磷量滿足一級A 的排放要求[2],在污水處理廠提標改造項目中常在反硝化濾池前端增加高效沉淀池,達到強化化學除磷的目的。高效沉淀池結合快速混合、污泥回流、斜管或斜板沉淀等措施,實現了高效固液分離。相比傳統混凝沉淀,高效沉淀池表面負荷大,占地面積小,不僅提高了SS 的去除率,同時大大節省了土建投資。胡香等[3]研究表明在采用A2/O 氧化溝- 混凝沉淀- 反硝化深床濾池組合工藝處理城市生活污水, 出水水質優于一級A 標準, 其中COD＜40 mg/L,NH4+-N＜2.0 mg/L,TN＜10 mg/L,TP＜0.3 mg/L。福建某污水處理廠進水以生活污水為主,一期工程設計規模為2.5 萬m3/d, 現狀處理工藝為改良型卡魯塞爾氧化溝工藝。生活污水經廠外污水中途泵站提升進入污水處理廠,進入細格柵和沉砂池,沉砂池的出水自流進入氧化溝前端的兼氧區, 然后流入氧化溝好氧區。氧化溝出水進入配水井分配到二沉池,泥水分離后,尾水經次氯酸鈉消毒計量排放。現狀污水廠處理出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GBl8918-2002)中的一級B 標準。根據《水污染防治行動計劃》(水十條) 和福建省住建廳加快污水處理廠提標進度的要求。該污水處理廠應達到一級A 排放標準。

1 提標前進出水水質情況

目前該污水處理廠處理量呈逐年波動上升趨勢,月均最大進水水量2.37 萬m3/d,月均最小進水量1.16萬m3/d,運行水量不穩定,最高進水量接近設計規模。該污水廠2017 年7 月-2017 年12 月間實際進出水水質數據見表1。

表1 2017 年7 月-12 月間實際進出水水質數據

根據表1 的數據,現狀污水通過二級處理后,出水基本能達到一級B 排放標準,偶爾會有超標,排放標準提高到一級A 后,現狀出水除COD 能達到出水標準外氨氮、總氮指標基本處于一級A 的邊緣,存在超標的風險,總磷也基本超過一級A(≤0.5mg/l)限制,深度處理應同時考慮脫氮磷系統。

2 改造工藝設計

2.1 現狀問題分析

現狀工藝對TP 去除效果不太理想,出水均值數基本能達到一級B 標準,偶爾出現超標,提標后將無法滿足達標排放要求。結合污水廠的運行情況,造成TP 去除不佳的原因可能包含以下幾方面:

2.1.1 進水營養物比例失衡

一般情況下, 進入生化反應段厭氧區污水中BOD5/TP 大于20 可以達到良好的除磷效果,而根據近一年進水各指標的監測結果,4 個月的BOD5/TP 小于17,8 個月的BOD5/TP 都在20 以下。本污水廠進水的BOD5偏低致使碳磷比過低是除磷效果不佳的一個重要因素。

2.1.2 改良型卡式氧化溝無厭氧區

按進水流量2.5 萬m3/d 計算, 氧化溝需設置厭氧池且停留時間至少要在1.5h[4]。原設計大量硝酸鹽氮隨回流污泥直接進入預反應區, 反硝化菌會與聚磷菌爭奪水中的有機碳源來完成反硝化,影響磷的釋放和聚磷菌體內PHB 的合成,從而影響后續除磷效果。

2.1.3 污泥齡總體偏長

硝化菌增殖速度慢、世代時間長,實現硝化需泥齡為10～15 d。而除磷是通過剩余污泥的排除實現的,除磷的最佳泥齡為3～5 d[5]。為了保證硝化效果,氧化溝夏季時泥齡約在15～16 d,冬季在18～20 d。由于進水BOD5偏低,致使剩余污泥量少,系統內的總磷不能及時排出,可能造成出水總磷偏高。此外,泥齡較長,污泥活性不足也會影響生物除磷效果。

2.2 提標改造思路

根據污水處理廠實際情況和提標改造要求, 在盡量利用現有設施的前提下,主要采取以下改造措施:(1)在二沉池后增加反應沉淀處理構筑物, 通過加藥混凝沉淀,強化SS 和TP 去除效果,使其能夠穩定達標。(2)外加碳源, 調整污水可生化性, 提高B/C 比、B/N 比和B/P 比,使出水TN 和TP 指標能進一步下降。

污水處理工藝的選擇應充分考慮技術的可行性,經濟的合理性,對污水水質水量的適應性,運行的穩定性等多種因素,綜合考量后確定。從表1 可看出,現狀工藝出水TP 在0.22～1.6 mg/L,均值為0.66 mg/L 超出一級A 的排放標準限值,排放標準提高后,深度處理須采用化學除磷強化除磷效果; 現狀處理工藝出水TN在4～20 mg/L,均值為10 mg/L,而一級A 排放標準TN限值為15 mg/L。提標后出水TN 不能穩定達標;因此在提標深度處理需要選用脫氮、沉淀組合工藝來確保各項指標均達標。經過綜合比選,選定“高效沉淀池+深床反硝化濾池”組合工藝。主要改造內容有:氧化溝改造(表曝機改為鼓風機,增設微孔曝氣器)、新建中途提升泵房、新建高效沉淀池、反硝化濾池。提標改造工程污水處理工藝流程見圖1。

圖1 提標改造污水處理工藝流程圖

2.3 新建主要構筑物及參數

2.3.1 提升泵房

新建提升泵房1 座,將原二沉池出水提升,保證后續處理工藝運行。總平面尺寸為:14.30×6.20 m,地下深度為2.90 m,地上高度為7.5 m。泵房中間設隔墻,分為兩格。選用4 臺水泵,3 用1 備,其中1 臺水泵配備變頻電機。單臺水泵流量Q=510 m3/h,揚程H=6 m,電機功率N=11 kW。在泵房上部安裝一套MDI 電動葫蘆一套,起吊重量1.5 t,起吊高度6 m。水泵根據泵坑內液位信號綜合控制水泵的開停,并采用先開先停、先停先開的方式輪換運行,延長水泵的使用壽命。

2.3.2 高效沉淀池

高效沉淀池把混合/絮凝/沉淀進行重新組合,混合、絮凝采用機械方式攪拌方式,沉淀采用斜管裝置,與普通平流式沉淀池相比,可大幅度提高水力負荷。新建高效沉淀池1 座2 組,平面尺寸21.20×19.50 m,單組處理水量1.25 萬m3/d,每座高效沉淀池分2 格,每格又分為混合區、絮凝區和沉淀區,高峰流量時表面負荷為9 m3/m2·h。設混合攪拌機1 臺,P=11.0 kW;絮凝攪拌器2 臺,P=2.2 kW。混凝反應總停留時間為14.9 min;沉淀時間為0.8 h,表面負荷為7.8 m3/m2·h。

2.3.3 反硝化濾池

設計處理規模2.5 萬噸/日;變化系數Kz=1.47;深床濾池設計平均進水流量Qave=1 042 m3/h, 設計峰值流量Qmax=1 531 m3/h。分4 格, 單池尺寸11.0 m×4.55 m,總過濾面積200 m2,池深6.05 m。濾料層厚度為2.44 m,有效粒徑為:2～3 mm,不均勻系數小于1.3,采用優質多棱形石英砂,設計濾速5.20 m/h,強制濾速6.94 m/h。配水系統采用雙層配水配氣濾磚。設反沖洗水泵2 臺,一用一備,Q=751 m3/h,H=10 m,N=37 kW;廢水排水泵2 臺, 一用一備,Q=200 m3/h,H=7.5 m,N=11 kW;羅茨鼓風機3 臺,兩用一備,Q=2 310 m3/h,P=70.5 kPa,N=75 kW,變頻調節。

3 工程投資及運行效果

3.1 工程投資及總體效果

本次提標改造工程總投資1 842.13 萬元,其中建安費1 556.26 萬元,噸水投資約737 元。該污水處理廠提標改造工程于2018 年6 月通水試運行,通過2 個月的試運行,該污水處理廠2018 年8-9 月出水水質數據見表2。

表2 2018 年8 月-9 月間實際出水水質數據

該污水處理廠2018 年8-9 兩個月近60 天出水水質情況可看出, 該污水處理廠通過提標改造后, 出水TN 在5 mg/L 上下浮動, 最大值為5.8 mg/L, 出水TP最大值為0.35mg/L 穩定在0.5 mg/L 以下, 出水COD最大值為45 mg/L, 所有指標均能穩定達到一級A 標準。

3.2 改造促進氨氮的去除

圖2 為提標改造前后NH3-N 去除率的變化。提標改造前出水NH3-N 最大值為8.13 mg/L, 均值為0.87 mg/L,改造后出水NH3-N 最大值為2.43 mg/L,均值為0.41 mg/L,NH3-N 去除率由原來的87%提升為97.5%。說明氧化溝通過更換曝氣裝置后,硝化反應得到的增強,氨氮的去除率得到了提高。

圖2 提標改造前后NH3-N 去除率變化

3.3 改造促進總氮的去除

提標改造前后TN 去除率的變化見圖3。提標改造前出水TN 最大值為26 mg/L,均值為18.9 mg/L,改造后出水TN 最大值為5.8 mg/L, 均值為4.1 mg/L,TP去除率由原來的58.6%提升為78.9%。說明改造后通過反硝化濾池碳源的投加,增強了反硝化效果,確保了出水TN 穩定達標排放。

圖3 提標改造前后TN 去除率變化

3.4 改造促進總磷的去除

圖4 為提標改造前后TP 去除率的變化。提標改造前出水TP 最大值為1.6 mg/L,均值為0.65 mg/L,改造后出水TP 最大值為0.35 mg/L, 均值為0.18 mg/L,TP 去除率由原來的74.1%提升為90.8%。說明改造后通過高密度沉淀池的化學除磷,明顯提高了系統TP 的去除效果。

圖4 提標改造前后TP 去除率變化

4 結論

(1) 采用“高效沉淀池+深床反硝化濾池”組合工藝作為城市污水處理廠提標改造深度處理工藝,工程運行結果表明具有良好處理效果, 處理出水主要污染物指標均能夠穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GBl8918-2002)中的一級A 標準。

(2) 碳源的投加, 既會增加運行成本也會增加二次污染的風險, 本工程可考慮通過增加監控硝態氮的量,在高效沉淀池出水TN 已經達標情況下,無需投加碳源, 可通過調整反硝化濾池運行條件轉換為深床濾池,降低運行成本。

(3) 該城市污水處理廠提標改造工程建設后將進一步削減主要污染物總量的排放, 對九龍江流域水環境的保護起到積極的作用。