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摘要:采用MBBR对华东某污水厂进行扩容,在原池基础上扩容2万m³/d,改造后污水厂污水处理规模达到12万m³/d;改造时,保持厌缺氧区不变,好氧区采用两级MBBR设计,采用微动力混合池型,强化系统抗冲击能力;好氧区投加SPR-3型填料,有效比表面积为800㎡/m³,符合《水处理高密度聚乙烯悬浮载体填料》行业标准;同时进行二沉池改造,改建高效沉淀池,新增转鼓过滤,实现工艺系统匹配,达到处理标准。改造后,水量提升20%,出水水质稳定达到一级A标准,优化运行可达到准IV类标准,生化池出水TN均值为10.40mg/L,TN去除率为83.50%,好氧段发生TN去除现象可去除TN6-10mg/L;生化池出水TP为0.43mg/L,TP去除率为93.00%,缺氧段发生显著的TP去除现象,在高效沉淀池投加铁盐絮凝剂后,TP可以降低到0.30mg/L以下;系统内SND及DPB的出现,实现了碳源限制下的同步强化脱氮除磷,未投加碳源情况下TN和TP稳定达标,通过SND途径去除TN占比13.20%,通过DPB途径去除TP达到88.00%,实现了节能降耗。
随着城市化进程的不断发展及人民生活水平的提高,城市人口及用水量逐步增大,很多城市污水厂面临负荷饱和需要提量,解决方案包括原厂址内提量、择地新建增量污水厂、全部拆迁扩建污水厂等。相比新建或扩建,原厂提量无疑是最优选择,经济投资省、见效周期快。污水厂最大亦是最核心的处理构筑物即生化池,具有很大提量空间,尤其是移动床生物膜(MBBR)、膜生物反应器(MBR)等工艺在国内广泛应用后,更增加了多种技术选择,能够实现原池提量。不论是MBBR还是MBR,核心技术思路均为提高生物量,提高处理负荷,强化处理效果,各具优势,需要具体项目具体分析适用性。本研究通过华东某污水厂扩容提效项目分析,以MBBR为核心,实现原厂提量20%,为国内具有类似需求污水厂改造提供技术参考。
01 项目背景
1.1 项目概况
华东某污水厂占地104亩,历经四期工程建设。一期设计处理能力为2.5万m³/d,采用三沟式氧化沟处理工艺,于1995年建设,1999年投入运营;二、三期工程设计处理能力均为3万m³/d,采用A/A/O工艺,分别于2006年、2008年初建设,二期工程2007年投入运营,三期工程2009年1月投入运营;2012年实施的四期工程为对已建工程的改扩建,将一期扩建至4万m³/d,扩建后的污水处理厂总处理规模达到10万m³/d,建设后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A排放标准。但近几年,随着入住城区的企业、居民增加和排污管网的完善,污水排放量也在不断增加,该污水厂现有规模及处理能力已不能满足城区污水量的增长,因此本次工程根据污水量增长的情况对现状污水厂采用MBBR工艺进行原池扩容改造,扩容后规模为12万m³/d,出水水质仍满足一级A排放标准,并保留水厂再次提标的可能性,设计进水水质如表1所示,现有构筑物参数如表2所示。
1.2 改造难点
本项目的改造难点包括:
1)原厂区内提量,水量从10万m3/d增加到12万m3/d,提量20%,水厂内已无生化池扩建用地,水厂两边临海,两边为居民区,无法扩建;
2)进水水质波动较大,与当地季节有关,旅游季节人口增加,水质浓度波动也随之变化较大;
3)工期紧,水厂已超负荷运行,出水因超负荷波动,对环境有较大压力;
4)提量同时应保留未来进一步提升至准IV类水的可能性。
02 方案设计与系统调试
2.1 技术路线
项目初步确定在MBBR路线与MBR路线中进行比选。
MBR路线,即对现有四期生化池进行改造,使其处理能力由4万m3/d提高至6万m3/d,总处理能力达到12万m3/d。MBR方案采用A/A/O+MBR的组合,工艺成熟、稳定、可靠,同时结合先进的膜分离技术,其占地小、流程较短、耐水质冲击负荷、出水稳定可靠、控制管理方便,能够保证出水稳定优质达标,出水可以直接成为多种用途的回用水资源。但需要新建曝气设备间且需安装整套膜处理设备,整个项目吨水投资为570.8元/m3。同时由于MBR工艺的运行需要较高的曝气,且需要定期冲洗,所以运行成本相对较高,单位处理成本超过1.5元/m3。MBR直接与生物处理工艺相结合对膜的寿命影响也较大,更换成本较高。MBR方案需进行膜设备间、新曝气系统、二沉池出水管线改造等,施工周期45天。
MBBR路线,即对现有二级设施进行改造,二期、三期、四期增加处理能力,总处理规模增加2万m3/d,改造后污水厂污水处理规模达到12万m3/d。MBBR方案工艺成熟,目前国内应用超过800万吨/天,已在无锡芦村[1]、青岛团岛[2]等项目中被广泛应用。在提量方面,包括山东兖州[3]、青岛李村河[4][5]、崇福污水厂等多个应用,处理效果好。综合考虑二三期二沉池运行情况,MBBR方案运行管理简单,核心组件十五年不需要更换,运行成本相对低。整个项目吨水投资为500元/m3,单位处理成本1.03元/m3。MBBR方案需对生物池部分改造、二沉池改造,施工周期40天。
综上所述,结合该污水处理厂现有条件,综合考虑用地、处理效果、投资及运行等因素,MBBR方案先进、可靠、稳定,因此采用MBBR工艺作为本次扩容工程的处理工艺。
2.2 改造方案
本项目最终的工艺路线如图1所示。
改造方案主要包括五部分:
1)提量水量分配,对增加的2万m³/d的水量其中二、三期设施各增加7500m³/d,四期设施增加5000m³/d,生化池的改造在原池基础上进行,将原A/A/O工艺的O段镶嵌入MBBR工艺,满足提量要求,强化处理效果,提高系统稳定性;
2)MBBR功能区设计,为了尽可能缩短工期,在改造过程中厌氧区保持不变,把原缺氧区和好氧区的前40%部分变为缺氧区;好氧区采用两级MBBR设计,采用微动力混合池型,强化系统抗冲击能力,且实际运行过程中可以根据氨氮和总氮的去除情况,灵活调控第一级MBBR区溶解氧,实现同步硝化反硝化(SND),平衡氨氮和总氮处理效果;选用SPR-3型填料,有效比表面积为800m2/m3,符合《水处理高密度聚乙烯悬浮载体填料》行业标准[6],具有水力特性好、能耗低、使用寿命长等优点;设计时考虑今后进一步提标的可能性,控制填充区域填充率<45%,为今后可能的提标留有余地;
3)二沉池改造,考虑提量后二沉池表面负荷增高的影响,对二三四期平流式沉淀池采取增加水力挡板和集水槽优化等措施,改造刮吸泥设备;
4)高效沉淀池改造,新增混合区,将原有混合区改为絮凝区,混合和絮凝设备重新优化选型,对加药和回流位置进行优化调整。增加絮凝时间,使其处理能力达到10万m³/d,沉淀区尺寸为29.73m×31.10m,混合时间为1min,絮凝沉淀时间为8min,上升流速为15.30m/h;
5)转鼓过滤器;现有V型滤池尺寸为30×38m,设计规模为8万m3/d,滤料采用石英砂均质滤料,有效粒径d10为0.9-1.2mm,不均匀系数K80≤1.4,滤料厚度为1.20m,滤速为5.97m/h,运行时间为175min。反冲洗时间为25min;考虑到水厂现有空地及工期问题,选用转鼓过滤器对高效出水进行过滤,去除悬浮物指标,设计进水量2万m3/d,出水SS≤10mg/L;
2.3 系统调试
由于调试初期,系统受到冲击,进水COD和氨氮远高于设计值,调试分为两个阶段,第一阶段使系统恢复正常,第二阶段填料挂膜,填料挂膜关键是调节好填料的流化状态,根据出水情况逐步提升水量,控制MBBR-1区溶解氧为2-3mg/L,控制MBBR-2区溶解氧为3-4mg/L,外回流为100%,内回流为200%,系统恢复正常后经过约30d的调试运行,水量达到设计值(12万m³/d),稳定运行。
03 运行效果分析
3.1系统的COD和氨氮处理效果
调试初期(1-4d)进水COD远高于设计值,约为800-1000mg/L之间,疑似部分垃圾渗滤液进入污水管线,正常条件下(5-100d)生物池进水COD均值为600.00mg/L,生化系统对COD去除效果如图2所示。调试初期,考虑到系统受到冲击,加大排泥量,及时将受到冲击的污泥排出系统,促进新的活性污泥的生长。生化系统降解COD的变化规律分为三个阶段,第一阶段是系统恢复期(5-22d),出水COD均值为42.48mg/L;第二阶段为系统恢复后(22-52d),生物池出水COD均值为28.00mg/L;第三阶段为填料成熟后(52-100d),生物池出水COD均值为22.00mg/L。填料挂膜后出水COD比之前降低21.40%,分析原因可能是随着好氧池填料的投加,某些污泥龄较长的专性菌种在填料上富集,提高了COD的去除效果。
调试初期,生化系统已遭受进水冲击,进水COD和氨氮远超设计值,出水严重波动。系统恢复后,水质波动仍然存在,进水氨氮最大值为72.00mg/L、最小值为35.00mg/L、均值为53.30mg/L,超出设计值,但出水水质已经达标,并且随着填料上生物膜的成熟,出水氨氮降低到1.00mg/L以下,生化系统对氨氮的去除效果如图3所示。对比系统恢复后(22-52d)和生物膜成熟后(52-100d)的氨氮数据,生物池出水氨氮均值分别为4.20mg/L和0.50mg/L,去除率分别为92.12%和99.06%。这主要是两方面的原因,一方面是随着悬浮填料的投加,容易使污泥龄较长的硝化菌在填料表面大量生长,增强了系统的硝化能力,另一方面是随着硝化反应的进一步加强,回流的硝态氮浓度的升高,在缺氧区发生的反硝化反应消耗了更多的碳源,降低了好氧区的COD负荷,促进了硝化反应的进行。对于冲击,实质上是有机物超过设计值进入了好氧区,挤占了悬浮态污泥中硝化菌群的代谢和增殖空间,使之在污泥中占比不足,难以达到预期效果;而悬浮载体的加入,尽管仍存在水质冲击,但可提供空间让硝化菌群逐步富集,系统的抗冲击能力提升,系统处理效果逐步改善。
3.2 系统的TN去除效果
生物池进水TN均值为63.00mg/L,系统恢复后(5-22d)和生物膜成熟后(52-100d)生化池出水TN均值分别为13.70mg/L和10.40mg/L,去除率分别为78.25%和83.50%,出水TN稳定达标,生化系统对TN去除效果如图4所示。改造前,系统的TN去除率平均为75.00%,且需要投加碳源20.00mg/L(BOD计,乙酸钠)以保证处理效果稳定;改造后,未投加碳源、水量增加20.00%的情况下,TN去除率提高至83.50%。之所以改造后系统TN去除性能显著提升,一方面,系统硝化的彻底为反硝化提供了基质,是反硝化良好的前提;另一方面,系统改造后,硝化主要由悬浮载体承担,污泥龄控制在8-12d,显著低于改造前的污泥龄10-20d,泥龄的降低使得污泥活性进一步提升;同时,系统的总回流比为300%,理论上TN去除率为75.00%,实际TN去除率高于理论值,推测伴随着其他途径的总氮去除方式。进一步的,对生化系统好氧MBBR区进出水TN进行了测定,可去除TN6-10mg/L,连续测定一周的平均值为8.30mg/L,对总氮去除率贡献13.20%。从国内其他污水厂运行结果看,MBBR生物膜分层分布的结构,有利于SND现象的产生,且一般TN去除在3-10mg/L[4][5][6][7]。
3.3 系统的TP去除效果
生物池进水TP均值为6.13mg/L,系统恢复后和生物膜成熟后生物池出水TP均值分别为1.47mg/L和0.43mg/L,去除率分别为76.02%和93.00%,在进水TP基本不变的条件下,TP的去除率增加了17.00%,对比改造前TP去除率平均为60.00%更是有极大幅度的提升,生物除磷效果改善显著,生化系统对TP的去除效果如图5所示。分析原因,包括MBBR的采用使得污泥龄较改造前有大幅度降低,为聚磷菌群创造有利条件;厌氧段ORP在-260mV~-230mV之间,厌氧段TP均值为13.24mg/L,厌氧条件下释磷效果好;缺氧段出水TP均值为0.74mg/L,至缺氧末端系统的TP去除率已达到88.00%,TP在缺氧段去除,具备典型的反硝化除磷效果,实现一碳两用;虽然进水碳源相对充足(C/N>4),但对于同步脱氮除磷碳源(C/N>7)是不足的,而反硝化除磷效果的出现对于碳源可极大节约,使得无需投加碳源情况下,满足脱氮除磷需求。
好氧段出水TP均值为0.43mg/L,TP去除率达到了93.00%;系统进水STP/TP在67.00%左右,进水SS的含磷率为0.67%,污泥含磷率为3.82%,污泥含磷率达到了较高的水平。缺氧段TP的去除率为88.00%,好氧段TP的去除率为5.00%,通过对比缺氧段和好氧段的聚磷量,缺氧聚磷起主要作用,这不同于我们对传统A/A/O工艺中缺氧段(主要作用是脱氮)的认知。聚磷菌在厌氧段主要是释磷并合成PHB,进入缺氧区,部分聚磷菌以硝酸盐作为电子受体分解细胞内的PHB,降低了聚磷菌体内PHB含量。反硝化除磷(DPB)的出现,对系统氮磷在碳源限制下的同步达标做出了主要贡献。但对于DPB现象的出现,仍需进一步研究,需要做到定量化控制,也需要在其他污水厂进行效果再现。
3.4 二沉池与高效池运行
二沉池作为泥水分离的主要场所,其运行效果的好坏直接影响着生化段的处理效果。改造后二期和三期二沉池的表面负荷从0.75m3/m2·h增加到0.94m3/m2·h,四期表面负荷0.72m3/m2·h增加到0.81m3/m2·h。为了进一步降低二沉池出水悬浮物以及强化除磷效果,高效沉淀池在混合区投加三氯化铁,投加量为10.00mg/L,在絮凝区为了进一步增加絮体体积,增加絮体的沉降性,投加絮凝剂PAM,高效沉淀池出水TP稳定在0.30mg/L以下。
04 结 论
1)采用MBBR改造,系统水量从10万m3/d提升至 12万m3/d,出水水质稳定达到一级A标准,优化运行可达到准IV类标准;
2)生化池出水TN均值为10.40mg/L,TN去除率为83.50%,好氧段发生TN去除现象可去除TN6-10mg/L;
3)生化池出水TP为0.43mg/L,TP去除率为93.00%,缺氧段发生显著的TP去除现象,在高效沉淀池投加铁盐絮凝剂后,TP可以降低到0.30mg/L以下;
4)系统内SND及DPB的出现,实现了碳源限制下的同步强化脱氮除磷,未投加碳源情况下TN和TP稳定达标,通过SND途径去除TN占比13.20%,通过DPB途径去除TP达到88.00%,实现了节能降耗。
参考文献
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1月29日,内蒙古察哈尔工业园区巴音污水厂改造EPC项目中标公告发布,中标人为中建三局集团有限公司,投标报价为10450万元。建设规模及内容:污水处理能力10000m3/d,新建建(构)筑物:细格栅及沉砂池,调节池,气浮池及设备间,水解酸化池,二沉池,污泥泵房及中间提升泵房,深度处理车间,高级催化氧
该污水厂受用地限制,厂外无新增用地条件,厂内无空余用地,改造施工同时还不能完全停产,诸多限制给提标改造带来了挑战,本文以大渔田污水厂为例,给大家介绍不新增用地,利用原有构筑物改造成MBR工艺,并且实现半运行、半施工的案例。
2019年4月,网络一条消息引起了小编的注意——《喜大普奔!天山污水处理厂正式停运,后续规划已定》。在上海长宁住的朋友可能都曾路过这里,它的臭气问题一直困扰着周围的居民,所以也难怪地方媒体用“喜大普奔”来报道它停运的新闻。
污水处理厂提标面临脱磷除氮问题,怎么改造?这三种方法帮助你!一、基于SRT矛盾的复合式A2/O工艺在传统A2/O工艺的好氧区投加浮动载体填料,使载体表面附着生长自养硝化菌,而PAOs和反硝化菌则处于悬浮生长状态,这样附着态的自养硝化菌的SRT相对独立,其硝化速率受短SRT排泥的影响较小,甚至在一定程
随着大家对污水蕴含能量的认识的加深,如何快速捕获污水厂进水中的COD成为污水处理工程应用的一大热点。曾被认为过时的A-B法工艺也因此重新吸引了业界的关注。最近一个污水处理工程师和一个计算流体动力学专家来到意大利的一座污水厂拍了段视频。他们想借视频告诉大家:他们有个四两拨千斤的好方法,可
近日,中国环境保护产业协会在北京组织召开了大连理工大学和大连宇都环境工程技术有限公司研发的新型悬浮生物载体(填料)的制备及其污水处理技术环境保护技术成果鉴定会。由中国科学院生态环境研究中心、北京市市政工程设计研究总院、上海交通大学、北京师范大学、中国环境保护产业协会水委会、中国环境
贵阳市彭家湾五里冲棚户区改造污水处理综合工程是国内首例地下式污水厂与城市改造综合工程结合的设计案例,该工程在地下四层建筑中集地下商场、机械停车库、公交首末站、6.0104m3/d规模的污水处理厂为一体,地面为景观公园,总用地面积3.94ha。设计方案有效解决了旧城改造中污水治理与城建开发用地需求
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