西北某高濃度城市污水處理廠(chǎng)SBR工藝提標改造設計
序批式間歇活性污泥(SBR)工藝具有占地省、運行方便靈活等優(yōu)點(diǎn),但存在脫氮除磷效率不高、沉淀階段直接出水水質(zhì)不穩定等問(wèn)題,無(wú)法滿(mǎn)足高排放標準。隨著(zhù)國家城市水環(huán)境提升、黃河流域高質(zhì)量發(fā)展等行動(dòng)計劃的加速,污水處理廠(chǎng)出水需要由一級B提標至一級A或更高標準排放,SBR工藝的污水處理廠(chǎng)均面臨提標改造。AAO工藝可較大限度地挖掘生物脫氮除磷的潛力,同時(shí),預處理增加初沉池、深度處理采用微絮凝過(guò)濾可有效保障出水水質(zhì)達標排放。本文以西北某污水處理廠(chǎng)提標改造為例,在實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)濃度超出原設計水質(zhì)濃度較多、預留用地受限、冬季低水溫的條件下,介紹SBR工藝污水處理廠(chǎng)提標改造方案,并對提標改造后運行效果進(jìn)行分析,為該類(lèi)型的污水處理廠(chǎng)提標改造提供參考。
01 工程概況
1.1 污水廠(chǎng)處理現狀
西北某污水處理廠(chǎng)主要承擔該市東部區域污水集中處理任務(wù),設計規模為5.0×104m3/d,實(shí)際進(jìn)水為4.0×104~5.0×104m3/d,生物處理采用SBR工藝,設計出水執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級B標準。
工藝流程為進(jìn)水→粗格柵→提升泵房→細格柵→旋流沉砂池→SBR池→紫外線(xiàn)消毒→外排,尾水自流排入渭河。
1.2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)
近幾年實(shí)際進(jìn)水水溫為10.2~25.3 ℃。
1.3 現狀存在問(wèn)題
進(jìn)水水質(zhì)濃度遠超出原設計進(jìn)水水質(zhì)濃度;出水CODCr、BOD5大部分時(shí)段已經(jīng)達到一級B,局部時(shí)段超標;SS、TN、氨氮、TP不能穩定達到一級B標準;出水消毒采用紫外線(xiàn)消毒,糞大腸菌群數經(jīng)常不達標。
02 提標改造工藝
2.1進(jìn)出水水質(zhì)確定
結合當地正在分階段實(shí)行雨污分流改造、污染源排查等項目,并考慮當下污水處理廠(chǎng)運行情況,提標改造工程進(jìn)水按照現狀進(jìn)水水質(zhì)85%的保障率進(jìn)行統計,出水執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。主要進(jìn)出水水質(zhì)如表2所示。
2.2 提標改造思路及措施
2.2.1 提標改造整體思路
本廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)濃度遠高于原設計指標,在提標改造中需結合實(shí)際水質(zhì)、污水處理廠(chǎng)現有設施及用地,改造方案必須全廠(chǎng)工藝整體協(xié)同,分段改造、節約投資、節省用地。
進(jìn)水中SS濃度過(guò)高,其中大部分為無(wú)機物,增加預處理措施對SS進(jìn)行沉淀分離,以減輕后續生物處理的負荷,并防止無(wú)機SS對生物處理系統的不利影響。預處理系統改造在粗格柵+細格柵+旋流沉砂池基礎上增加初沉池。輻流式沉淀池較其他類(lèi)型沉淀池具有沉淀效果好、排泥順暢、設備數量少、運行穩定可靠等優(yōu)點(diǎn),在國內實(shí)際應用案例較多,因此,預處理系統改造增設輻流式初沉池。
實(shí)際運行中進(jìn)水在CODCr較高的情況下,大部分時(shí)間內出水CODCr能達到一級B標準,甚至更低,證明進(jìn)水可生化性較,可通過(guò)生物處理去除大部分CODCr、BOD5、TN、氨氮等污染物。提標改造有兩種思路,一是現狀SBR池進(jìn)行減量并按需擴建SBR池;二是改造現有SBR工藝為AAO工藝。本廠(chǎng)實(shí)際運行中SBR工藝脫氮除磷效率不高,間歇運行排水方式導致出水水質(zhì)波動(dòng)大,排空比水頭損失大、浪費能耗,不符合低碳節能政策,推薦改造為功能分區獨立、運行成本低、出水水質(zhì)穩定、設備利用率高的AAO工藝,但需對現有的生物池池容進(jìn)行復核。
增加深度處理設施,進(jìn)一步去除SS;在生物除磷的基礎上,輔助化學(xué)除磷措施,保證出水TP達標排放??紤]到后續預留再生水回用,生物學(xué)指標通過(guò)加氯消毒方式去除,同時(shí)保證尾水中余氯含量。常見(jiàn)的污水深度處理工藝為微絮凝過(guò)濾或者混凝+沉淀+過(guò)濾的組合工藝。微絮凝過(guò)濾在原水中投加少量混凝劑后,經(jīng)過(guò)混合設備快速混合后入過(guò)濾池單元,徽絮體尺寸小,慣性也小,增加同濾料表面的接觸機會(huì ),形成與濾料的全表面附著(zhù),提高了濾料的納污能力,該工藝具有適用面廣、處理費用低、安全實(shí)用特點(diǎn)?;炷?沉淀+過(guò)濾的組合工藝增加了沉淀單元,即通過(guò)混凝沉淀進(jìn)一步去除二級生化處理系統未能去除的膠體物質(zhì)和有機污染物,確保過(guò)濾效果,因而出水水質(zhì)更優(yōu)。采用將SBR池改造為AAO工藝,生物池出水經(jīng)過(guò)二沉池后SS較低(≤20 mg/L)且穩定,廠(chǎng)區預留面積有限,深度處理可采用用地省、投資小的微絮凝過(guò)濾工藝,典型工藝為管式混合器+均質(zhì)濾料濾池。污水處理廠(chǎng)改造后平面布置如圖2所示。
污水處理廠(chǎng)提標改造工藝流程為:進(jìn)水→粗格柵→提升泵房→細格柵→旋流沉砂池→輻流式初沉池→AAO生物池→周進(jìn)周出二沉池→管式混合器→均質(zhì)濾料濾池→消毒外排,尾水自流排入渭河。
2.2.2 二級處理能力復核
預處理采用初沉池去除部分污染物,其中CODCr的去除率取值為25%,BOD5的去除率取值為20%,SS的去除率取值為50%,TN、氨氮的去除率取值為3%,TP的去除率取值為5%,實(shí)際運行中初沉池對各污染物去除率如表3所示。據此確定生物池進(jìn)水水質(zhì)如下:CODCr≤413 mg/L,BOD5≤208 mg/L,SS≤430 mg/L,TN≤63 mg/L,氨氮≤49 mg/L,TP≤6.7 mg/L。
生物池中缺氧池、好氧池容積按照《室外排水設計規范》(GB 50014—2006)中的厭氧/缺氧/好氧法進(jìn)行核算。污泥質(zhì)量濃度按4 000 mg/L,溫度冬季按照10 ℃,夏季按照25 ℃,計算最不利情況下缺氧池容積為18 031 m3,好氧池容積為30 091 m3;厭氧區停留時(shí)間取1.5 h,容積為3 437.5 m3;生物池總容積為51 559.5 m3。污泥質(zhì)量濃度按4 500 mg/L,溫度冬季按照10 ℃,夏季按照25 ℃計算,最不利情況下缺氧池容積為16 027 m3,好氧池容積為26 748 m3;厭氧區停留時(shí)間取1.8 h,容積為3 409.1 m3;生物池總容積為46 184.1 m3。
污水處理廠(chǎng)內現狀SBR池1座共4格,總深度為6 m,原設計有效水深為5 m,超高為1 m,尺寸為62.3 m×35.0 m×5.0 m,總有效容積為43 750 m3?,F狀SBR池有效池容不足,須增加現狀生物池的有效水深,充分利用超高。對原廠(chǎng)的豎向流程進(jìn)一步精細計算,生物池有效水深增加0.5 m時(shí)前端無(wú)需再次提升。
2.3 提標改造工藝設計
2.3.1 預處理系統改造
在生物池前新增2座直徑φ=24 m的幅流式初沉池,最大表面水力負荷為3.2 m3/(m2·h),沉淀時(shí)間為1.18 h,出水堰負荷為2.55 L/(m·s),采用周邊傳動(dòng)半橋式刮泥機。在初沉池進(jìn)水管上設置超越管,當SS較低時(shí),可超越初沉池運行,原水中的碳源可直接進(jìn)入生物池,提高碳源利用率。
2.3.2 二級處理改造
(1)生物池
本次提標改造將SBR工藝改造為AAO工藝,設置厭氧、好氧、缺氧各功能區,控制生物池污泥濃度為4 500 mg/L,設置混合液回流系統;對工藝流程進(jìn)一步挖潛,將現有生物池有效水深增加至5.5 m,增加生物池有效容積,保證足夠的水力停留時(shí)間,同時(shí)在生物池后增加泥水分離設施(二沉池)。
現狀SBR池布置如圖3所示,改造后生物池布置如圖4所示。
圖3 現狀SBR池平面布置
采用隔墻對現狀厭氧區進(jìn)行分隔,減少其停留時(shí)間,將分隔出富裕容積調整為缺氧區,SBR主反應區采用隔墻分隔為缺氧區和好氧區,改造過(guò)程中充分利用池體現有結構,減少對池體結構的改動(dòng)。
厭氧區增加攪拌器,每個(gè)系列增加6臺,單臺功率為2.0 kW;缺氧區增加推流器,每個(gè)系列增加4臺,單臺功率為5.5 kW;拆除池內原有的曝氣系統,在好氧區重新布置曝氣系統,池底采用直徑φ=200 mm微孔曝氣盤(pán),材質(zhì)為三元乙丙橡膠(EPDM),曝氣管道采用S304不銹鋼管;好氧區末端設回流泵將混合液回流至缺氧區,回流比為150%~300%,每個(gè)系列設置2臺,單臺參數:流量為1 530 m3/h,高度為0.6 m,功率為5.5 kW,均變頻。改造后厭氧區停留時(shí)間為1.8 h,缺氧區停留時(shí)間為8.47 h,好氧區停留時(shí)間為14.12 h;污泥質(zhì)量濃度為4 500 mg/L,BOD5污泥負荷為0.063 kg BOD5/(kg MLSS·s),污泥齡為12.9 d,污泥產(chǎn)率系數為0.37 kg VSS/(kg BOD5),污泥回流比為100%。
好氧區導流墻的設置結合原狀空氣主管的布置,充分利用原空氣主管,以減少單池改造時(shí)間、節約投資。在每序列缺氧區設置碳源投加點(diǎn),可根據水質(zhì)情況靈活開(kāi)啟,確保反硝化脫氮效果。
(2)泥水分離
泥水分離采用周進(jìn)周出沉淀池,新增2座直徑φ=42 m的沉淀池,最大表面水力負荷為1.04 m3/(m2·h),沉淀時(shí)間為4.0 h,出水堰負荷為2.53 L/(m·s),采用單管吸泥機。
2.3.3 深度處理設施
深度處理采用微絮凝過(guò)濾工藝。濾池采用均質(zhì)濾料濾池,共分為8格,單格平面尺寸為8.2 m×7.0 m,單格過(guò)濾面積為57.4 m2,池體高度為4.55 m,峰值濾速為7.33 m/h,強制濾速為8.38 m/h。濾料采用均質(zhì)石英砂,有效粒徑為0.95~1.15 mm,濾床厚度為1.2 m,采用長(cháng)柄濾頭配水系統。
反沖洗間與濾池合建,平面尺寸為27.1 m×8.4 m,層高為8.0 m,在反沖洗間內設出水水質(zhì)分析儀表間與值班間。反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗和表面掃洗輔助系統,單獨氣沖強度為15 L/(m2·s),歷時(shí)2 min;氣水聯(lián)合沖洗時(shí),氣沖強度為15 L/(m2·s),水沖強度為3 L/(m2·s),歷時(shí)4 min;單獨水沖強度為6 L/(m2·s),歷時(shí)8 min;表面掃洗強度為2 L/(m2·s),伴隨反沖洗整個(gè)過(guò)程;濾池反沖洗周期為12~16 h。
2.3.4 加藥及鼓風(fēng)系統設施
(1)加藥系統
全廠(chǎng)投加聚合氯化鋁(PAC)輔助化學(xué)除磷,共設兩個(gè)投加點(diǎn),在生物池出水堰后設第一投加點(diǎn),實(shí)現同步除磷,并可提高活性污泥的沉降性能,投加量為20 mg/L,投加濃度為10%;在濾池總進(jìn)水管管式混合器上設第二投加點(diǎn),投加量為20~30 mg/L,投加濃度為10%。輔助投加聚丙烯酰胺(PAM),投加量為1 mg/L,投加濃度為0.3%。PAC投加點(diǎn)可根據實(shí)際的水質(zhì)狀況、運行效果及藥劑費用,靈活單獨使用或共同使用。預處理系統在進(jìn)水SS較高時(shí),在沉砂池出水堰后投加PAC,保障初沉池的沉淀效果,投加量為10 mg/L,投加濃度為10%。
碳源采用成品醋酸鈉,濃度為20%,分兩處投加:在生物池缺氧區設置一處,最大投加量為135 mg/L;在濾池進(jìn)水渠道設置一處,最大投加量為10 mg/L。
PAC和醋酸鈉投加均采用隔膜計量泵,變頻;PAM投加采用螺桿計量泵,變頻。新建加藥間一座,將PAC、PAM、醋酸鈉投加系統合建,平面尺寸為28.6 m×9.9 m,層高為6.6 m。
(2)鼓風(fēng)系統
原廠(chǎng)內曝氣鼓風(fēng)機為羅茨鼓風(fēng)機,噪音大、能耗高,風(fēng)量和風(fēng)壓已不能滿(mǎn)足改造后生物池的要求。本次將其更換為高效、節能、低噪音的磁懸浮離心鼓風(fēng)機,根據進(jìn)出水水質(zhì)重新核算生物池曝氣量,最大氣水比為7.33∶1,單組生物池曝氣量為4 200 m3/h?,F狀進(jìn)水量已趨于滿(mǎn)負荷,因此,鼓風(fēng)機設置3臺,2用1備,均變頻。鼓風(fēng)機房利用現狀鼓風(fēng)機房。
2.3.5 消毒設施
原廠(chǎng)消毒為紫外線(xiàn)消毒,受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大的影響,SBR池出水水質(zhì)不穩定,尤其SS出水指標不穩定,導致紫外線(xiàn)燈管透光率差,實(shí)際運行消毒效果差且運行費高。本次設計采用消毒效果好、運行成本較低的液氯消毒,液氯投加點(diǎn)在接觸消毒池,最大投加量為8 mg/L,新建加氯間一座,平面尺寸為22.8 m×9.0 m,層高為6.0 m。
消毒池接觸時(shí)間按照30 min進(jìn)行設計,平面尺寸為59.3 m×7.9 m,池深為4.2 m,出水計量設置1.80 m寬的巴氏計量槽一套。同時(shí)為了便于就近監測出水水質(zhì),及時(shí)上傳監測數據,在接觸池上新建在線(xiàn)監測用房?jì)砷g,一間用于環(huán)保部門(mén)安裝監測設備,一間廠(chǎng)區自用監測出水水質(zhì)。
2.3.6 原廠(chǎng)流程核算及挖潛
工藝改造中預處理增加初沉池,為了節能降耗,減少提升泵的設置,對現狀工藝流程進(jìn)行了重新核算后,將細格柵出水堰提高,同時(shí)減小堰后水頭,保證堰后出水能夠自流至初沉池、生物池。出廠(chǎng)尾水為充分利用現有尾水外排系統,在二沉池后設置中間提升泵房。
2.3.7 供電系統改造
現狀有10/0.4 kV變配電室一座(MCC1),含高壓配電室、低壓配電室、柴油發(fā)電室、值班室。為充分利用現有設施,節約投資,電氣系統保留原10/0.4 kV變配電室及原有10 kV高壓系統、0.4 kV低壓系統(對部分低壓柜進(jìn)行改造),保留原有1 000 kVA-10/0.4 kV變壓器,其配電及控制范圍為原有建(構)筑物用電設備、新增初沉池、初沉池污泥泵井、改造后AAO生物池、鼓風(fēng)機房的用電設備。
根據廠(chǎng)內工藝流程及用電設備的負荷分布與加藥間合建10/0.4 kV分變配電室一座(MCC2),給新增建(構)筑物配電,配電及控制范圍為加藥間、二沉池、二沉池配水井及污泥泵房、中間提升泵房、均質(zhì)濾料濾池、接觸消毒池、反沖洗設備間、廢水調節池、加氯間的用電設備。
2.3.8 改造施工順序
為減少施工期間的運行壓力,先行施工初沉池、二沉池、均質(zhì)濾料濾池、中間提升泵房、接觸池等新建(構)筑物,待以上建(構)筑物通過(guò)驗收后,再分組對生物池進(jìn)行改造,同時(shí)提高現有SBR池內的污泥濃度,必要時(shí)在SBR池投加PAC,實(shí)現污水處理廠(chǎng)改造期間不停產(chǎn)、不減產(chǎn),減少施工過(guò)程中對環(huán)境產(chǎn)生的污染。
03 運行效果及經(jīng)濟分析
實(shí)際運行中PAC常年投加量為8~12 mg/L,平均投加量為10 mg/L;PAM僅在1月-2月投加,投加量為1 mg/L。二沉池出水SS質(zhì)量濃度維持在15~20 mg/L。實(shí)際運行中經(jīng)生物處理后二沉池出水TP很低,深度處理段加藥量很少,采用微絮凝工藝未發(fā)生濾池板結等現象。
提標改造工程實(shí)施后,該污水廠(chǎng)目前已經(jīng)滿(mǎn)負荷運行,出水水質(zhì)優(yōu)于《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準,運行效果如表4所示。
該改造工程總投資為6 798.71萬(wàn)元,其中土建費用為2 917.27萬(wàn)元,設備及工器具費用為2 214.30萬(wàn)元,安裝費用為943.18萬(wàn)元,改造后的水處理成本為0.81元/m3,實(shí)際運行成本為0.42元/m3。
04 結論
(1)污水處理廠(chǎng)提標改造,需充分結合現狀設施,對原廠(chǎng)水力流程、水池容積、停留時(shí)間等進(jìn)行核算。從平面及豎向兩個(gè)方面挖潛,充分利用現有水頭及池容,節約能耗及投資。
(2)改造期間應先施工新建建(構)筑物,再分組改造SBR池及現狀設施,必要時(shí)通過(guò)投加藥劑、提高污泥濃度等措施,最大限度、因地制宜地采用不停產(chǎn)改造方式。
(3)針對進(jìn)水CODCr、SS濃度高,且波動(dòng)大的情況,通過(guò)設置初沉池等方式強化預處理,可減小生物處理系統進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)、減小后續構筑物的處理負荷。
(4)污水處理廠(chǎng)提標改造應針對項目的特點(diǎn),經(jīng)過(guò)進(jìn)出水水質(zhì)和存在問(wèn)題分析,現有設施可利用程度的論證等技術(shù)經(jīng)濟比選后確定。本廠(chǎng)因地制宜將SBR工藝改為AAO工藝,在現有SBR池型內設置隔墻形成厭氧、缺氧、好氧區,強化脫氮除磷能力,且污泥的沉降性能好,二沉池出水SS≤20 mg/L,為后續深度處理采用微絮凝過(guò)濾創(chuàng )造良好條件。
(5)當生物處理出水水質(zhì)指標較好、后續化學(xué)除磷加藥量不大,用地有限時(shí),采用微絮凝過(guò)濾工藝,用地省、投資省、運行費低,適用于污水廠(chǎng)提標改造。通過(guò)提標改造后出水水質(zhì)穩定達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。
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