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寒冷地区中小城镇污水处理工艺提质增效“秘方”何在?

北极星水处理网  来源:JIEI创新实验室  作者:魏源送  2020/5/21 9:10:46  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:污水处理厂 提质增效 CASS工艺

北极星水处理网讯:中国科学院生态环境研究中心魏源送研究员近日在以“面向未来的污水处理(下)”为主题的研讨会中,分享了“寒冷地区中小城镇污水处理工艺提质增效的数值模拟优化与应用-以万全水厂为例”的主题报告,以张家口万全污水厂CASS工艺提质改造为例,系统讲解了从问题诊断、模型建立、校准、模拟优化,到方案实施、水厂应用的全流程,并对改造后的运行效能进行了全面分析。

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污水处理厂提质增效的总体思路及要素

污水处理厂提质增效基本分为两大类:1)处理规模达标,出水水质不达标;2)处理规模和出水水质均不达标。对此,污水处理厂升级改造应包含以下要点:

问题识别与诊断:污水处理厂现有运行状况评估与分析,重点是水质特征解析、单元工艺与设备的运行效率、活性污泥特征分析,核心是透彻的进水水质特征分析、工艺分析和运行操作分析,尤其是脱氮所需的碳源特征及其分配分析。明确主要问题(水质不达标或水质和规模均不达标条件下的主要问题),重点包括工艺、设备、水力等方面的不足,确定制约污水处理厂升级改造的“瓶颈”问题。

制订升级改造的总体工作思路与技术方案:

污水处理厂的升级改造主要考虑如下三方面“工艺改造、设备改造和水力改造”,制订升级改造的技术方案需要考虑现有工艺、设施(构筑物等)、设备与场地的利用,统筹兼顾能耗、成本(包括投资费用和运行费用),核心目标是升级改造后的污水处理厂不仅能稳定达标运行,而且尽可能降低单位投资与运行成本和能耗。

例如,针对脱氮的升级改造需求:

  • 在碳源方面,确定以“进水碳源的优化分配为主,外加碳源为辅”的原则;

  • 工艺选择的原则:着重考虑尽量利用原有构筑物,投资少;工艺运行可靠、灵活性强;处理效率高,能耗低。

  • 在设施和场地方面:通过优化工艺操作、改善水动力条件和选用高效设备(如曝气设备与系统、水下推进器等),尽量利用、改造原有构筑物、场地与设备;

  • 新技术的选用:如短程脱氮、厌氧氨氧化技术,但需要有工程应用的案例和经验积累。

模型模拟是制定升级改造方案的利器,着力从工艺改造和水力改造入手,重点应用反应动力学模型(如ASM)和水力学模型(如CFD)及其耦合模型,为精准施策、高效制订升级改造技术方案提供技术支撑。

升级改造方案的应用与评估:基于上述提出的升级改造方案,在充分吸收现有污水处理厂运行经验的基础上,方案提出单位、设计单位、建设单位和运营单位等需要充分协商讨论,重点关注进水水质特性、现有工艺设计的不足、场地与池容受限、投资与运行成本(包括能耗),进一步优化、细化升级改造方案和设计方案,并经过论证后付诸实施,然后评估改造后的污水处理厂运行状况,及时发现和解决改造后的相关问题。

污水处理厂升级改造的经验总结:经过上述升级改造过程,结合文献调研,针对不同类型工艺、不同地区、不同规模的污水处理厂升级改造进行系统总结与分析,以便今后分类施策、有的放矢推广应用。

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特别提醒:改造不同于新建,特别需要注意水厂的资料收集与运行分析,明确现有水厂存在的主要问题(工艺、构筑物和设备),做好改造措施与现有构筑物与设施的衔接。同时,污水厂升级改造过程,需结合文献与现场调研,针对不同工艺类型、不同地区、不同规模的污水处理厂升级改造进行系统总结与分析,以便今后分类施策、有的放矢推广应用。

以万全污水处理厂为例,提质增效的总体思路:以总氮TN达标为例,CASS工艺的数值模拟与优化

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其技术路线如下:

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改造前项目基本情况:

万全污水净化研究中心(城镇污水处理厂)始建于2007年7月,2009年7月投入运行。采用CASS工艺,其生物污水处理工艺进水为生活污水,设计出水水质为一级B标准。设计处理规模为20000 m3·d-1,实际处理规模15000 m3·d-1,提质增效要求处理出水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

问题识别与诊断:

根据历史运行数据,分析其B/C值在0.36~0.95范围,大部分在0.4 ~ 0.8,进水可生化性较好。改造前出水COD、 氨氮和TN 的平均浓度分别为25.4、1.2、16.3 mgL-1,其中TN 基本均在15 mgL-1 以上,不能达标排放,尤其是在冬、春季。

历史运行数据:

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