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城镇污水处理厂提标改造技术路线探讨

时间:2017-08-24  点击:336 次 字号+  字号-

1、问题的提出

城市发展进程加快,人们环保意识提高,污水处理要求和排放标准日益严格。2006年原国家环境保护总局对《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准和一级B标准的执行对象进行修改,城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时,执行一级标准的A标准,排入《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类功能水域(划定的饮用水水源保护区和游泳区除外)、《海水水质标准》(GB3097-1982)中海水二类功能水域时,执行一级标准的B标准。2007年江苏省环保厅和江苏省质量技术监督局联合发布江苏省地方标准《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/T1072-2007)。

因此,出水排入重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域的污水处理厂需要提标改造才能满足排放要求。江苏省169座城镇污水处理厂在提标改造的尝试过程中,遇到了很多技术问题:如城镇污水处理厂的“原材料”如何加以控制和管理;初沉池等预处理设施应该不应该设置;二级生物处理强化技术措施及其适用条件是什么;深度处理是否一定要全流程考虑;碳源如何开发和利用、低温生物脱氮影响以及运行管理要求等。为此,本文通过城镇污水处理厂提标改造技术路线探讨,来提出笔者的观点。

2、城镇污水处理厂升级改造的科学性

根据建设部2008年的统计,全国城市污水处理厂运行负荷率不到72%,污水处理设施的能力和潜力没有得到很好发挥。究其原因有,城镇污水处理厂的规划建设过程中未充分调查和合理预测服务范围内的污水量变化,致使污水处理厂的设计建设规模过大;城市规划建设布局调整、工业企业搬迁改造、水价提高和污水处理收费等方面原因,导致污水处理厂服务范围内的用水量下降,污水量相应减少。除了城镇污水处理厂运行负荷率不高之外,污水处理厂进水浓度明显低于设计值的情况也不少见。

因此,城镇污水处理厂提标前,应首先对其服务范围内的污水水质、产生量进行核定。提标工程的原处理构筑物和新建构筑物的设计水质、水量应以核定后的污水水质、产生量为准。当核定后偏差大时,应在核实已建污水处理厂服务范围内的污水水质、产生量、偏差原因和已建处理构筑物的能力之后,判断提标改造的必要性。

3、提标改造技术路线。

进水水质水量特性分析和出水水质标准要求是污水处理工艺方案选择的关键环节,也是我国当前污水处理工程设计中存在的薄弱环节之一。研究表明,不同的城镇污水处理厂进水SCODcr/CODcr、BOD5/CODcr、BOD5/TN、BOD5/SS、TN中可氨化和溶解性不可氨化有机氮成分、水温等水质特性都不相同。若技术改造方案确定前不进行调研测试,很难提出有针对性的达标技术措施。

因此,设计单位应根据调研测试结果,分析影响稳定达标的主要因素,并参照表1提出有针对性的技术措施。并在此基础上,结合处理效果稳定性、工艺控制灵活性、工程实施可行性,维护管理方便性、投资运行经济性、系统优化整体性,经技术经济比较后确定技术改造技术方案。

表1  城镇污水处理厂尾水实现一级A达标的改造技术措施


达标项目

措 施

SS

通常在二级处理出水后采用混凝+沉淀+过滤工艺,二级处理出水水质接近一级A标准,但不能稳定达标时,可以采用微絮凝过滤或絮凝过滤。

TP

生物除磷难以稳定达到一级A标准时,采用化学除磷。生物处理出水TP浓度可以稳定达到1.0mg/L以下时,可采用同步化学除磷。

 

NH3–N及TN

1.强化预处理和生物处理,提高硝化和反硝化效率。必要时,可采取外部投加碳源措施。 
2.强化措施后仍然不能达标时,在生物处理段后可增设曝气生物滤池进一步去除NH3–N、增设反硝化滤池进一步去除TN等设施,通常需要外加碳源。

BOD5

强化预处理和生物处理,提高BOD5去除率,但部分时段要注意进水水质的冲击波动所造成的影响。

CODcr
及色度

特殊情况下,可以采用投加粉末活性炭作为应急或补充措施;出水需要脱色处理时,可采用臭氧氧化措施。

3.1  预处理技术措施

(1)悬浮物较高的原水不经初沉池直接进入生物处理系统,相当部分的无机物会因吸附等方式包裹在污泥中,会对污泥活性性能有影响,引起污泥中的活性成分降低,降低生物处理装置的能力和效率。因此,进水悬浮物浓度高或悬浮物中无机物比例高的城镇污水处理厂,尤其合流制污水为主时,宜保留、改造或设置初沉池或初沉发酵池等前处理构筑物;

悬浮物不是很高的原水,若经过较长停留时间的初沉池,会损失一定的碳源,对生物脱氮产生不利影响。因此,初沉池的运行要灵活,要根据实际进水水质情况,适当地提高初沉池的表面负荷,缩短停留时间或部分超越。通常停留时间宜为0.5~1.0小时。

(2)进水BOD5/CODcr比值偏低(通常小于0.3),或主要受尤其印染、化工和化学制药废水影响时,应考虑保留、改造或设置厌氧水解池,利用兼性的水解产酸菌将部分难好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物,提高后续生物处理的效率。

3.2  强化生物处理技术措施

(1)为了缩短工艺流程,减少构筑物的设置,生物处理段应立足于最大程度地去除有机物、NH3–N、TN;为了节省化学药剂、污泥处理处置费用,并应兼顾磷的去除。

(2)现有系统设备的能力、池容利用、操作与控制参数的控制存在一定的可供调控的空间时,宜优先采用运行优化技术,提高系统除磷脱氮的能力。

(3)采用运行优化技术后,原有生物池处理能力仍然不能满足尾水排放标准要求,且新增池容困难时,可在生物池中投加填料,将生物膜技术与活性污泥工艺结合,优化系统内微生物的组成和数量,提高系统的硝化稳定性和反硝化能力。

(4)原有生物处理段采用上述强化措施后NH3–N和TN仍然不能达标时,可在原生物处理段后增加曝气生物滤池、反硝化滤池等设施。增加曝气生物滤池,进一步去除氨氮;增加反硝化滤池,进一步去除TN。通常此时需要补充必要的外加碳源,确保尾水NH3–N和TN稳定达到排放标准。

3.3 深度处理技术措施

(1)研究表明,尾水SS要稳定达到一级标准A标准,过滤设施是必须的,混凝沉淀可作为强化手段,起到高效去除悬浮固体和胶体物质的作用。通过调整混凝剂优选和剂量,可同步完成化学除磷。

(2) 深度处理基于二级强化处理出水的NH3–N及TN已经稳定达到一级A标准,BOD5、CODcr已经稳定达到一级B标准,SS不稳定,且需要化学除磷时,宜采用混凝+沉淀+过滤工艺流程,以确保稳定全面达标。

(3)当二级处理出水水质接近一级A标准,但还不能稳定达标时,可以采用絮凝过滤(混凝+过滤)、微絮凝(混合+过滤)或直接过滤等工艺流程。

3.4  碳源利用原则

(1)研究成果表明,江苏省太湖流域将近50%的城镇污水处理厂进水碳源不足的现象应该引起污水处理行业高度重视。碳源不足时,首选应挖掘内部碳源。

(2)因回流污泥反硝化生物除磷脱氮(改良A/A/O)工艺及其变型工艺在厌氧池前增设了缺氧池,活性污泥利用约10~50%的进水中有机物和活性污泥本身的有机物(内源反硝化)基本去除回流污泥中的所有硝酸盐,从而防止厌氧池快速生物降解CODcr的损失,节省碳源,因此,有条件时,可将原工艺改造成这样的工艺,充分利用内部碳源;

(3)研究表明,设置初沉发酵池,可挖掘污泥中溶解性的CODcr和VFA;增设水解酸化池,可利用兼性的水解产酸菌将部分难好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物;利用超声波对剩余污泥进行击破,可释放出污泥中的溶解性CODcr,然后将其回流至生物处理段的缺氧池中。以上措施均可以做到对内部碳源的有效利用。

(4)内部碳源挖掘后,碳源仍然不能满足生物处理要求,应补充外加碳源,强化生物反硝化效果。常用的外加碳源有:甲醇、乙酸、乙酸盐等,可在一定程度上提高反硝化速率,乙酸钠适应性强、效果好,甲醇适应期长、价格低,两种碳源作为外加碳源较适宜。城镇污水处理厂当地或附近有可利用的廉价碳源(酒精废水、制药废水等)时,应进行技术经济比较后,因地制宜选择合适的外加碳源。酒精废水、制药废水等可以作为快速反硝化碳源加以利用。

4、运行管理要求

4.1 污水收集系统

调查研究表明,在江苏省太湖流域有将近50%的城镇污水处理厂进水碳源不足;有相当数量的城镇污水处理厂进水水质水量波动很大;还有部分城镇污水处理厂进水SS很高且波动、不可氨化成分及硝化抑制物的存在。究其原因,不外乎以下几种情况:进入城镇污水处理厂的工业废水未进行有效的预处理;经过生物处理的工业废水去除了可生化部分有机物,留下了不可生化、甚至是有毒、有害、有硝化抑制作用的有机物;化粪池的不合理设置和无序管理等。

(1)调查表明,全国住宅小区中建设化粪池的情况还很多,例如无锡市有70%,常州市有20%,苏州市也有10%。目前对是否取消化粪池争议很大,事实上短期内全部取消化粪池有一定的难度,因此,城镇污水处理系统建设中应区别对待。

污水收集管网不能到达建设的住宅小区时,设置化粪池可以削减污染负荷,减少污水管网堵塞几率,降低污水管网养护费用。化粪池可削减CODcr污染负荷20%~30%,对于已经建设的化粪池,应加强管理,及时清掏;

城镇污水处理厂进水碳源不足时,应分析化粪池设置的合理性,否则,会加重城镇污水处理厂进水BOD5/TN比值的进一步失调;

(2)对于废水处理设施老化、处理能力不配套、企业内部管理不善、含有影响污水处理厂正常运行的有毒有害物质的工业企业须禁止其废水接入。

(3)对于预处理设施运行正常,但出水水质可生化性差,且大部分是难生物降解成分部分不能生物处理的工业企业废水应有选择的接入,并且要做好总量控制。例如屠宰废水、垃圾渗滤液等废水。

(4)考虑到重金属、有毒有害有机物、硝化抑制物和含氮杂环化合物(不可氨化有机氮)工业废水直接影响到微生物的生存,建议严加控制,有条件时不让进入城镇污水处理厂。

(5)对于进水碳源缺少的污水处理厂可以允许具有优质碳源的污染源直接排入或部分处理后排入污水收集系统。例如食品工业中酿造、食品加工、糖业废水。

4.1 污水处理厂

污水处理厂设计的再好,没有科学地运行管理,可能难以达到满意效果。运行管理人员应根据进水水质、水温等条件的变化,权衡出水指标要求,采取相应的运行方案和控制参数。

研究成果表明,不论是在北方还是在南方,冬季低温均对城镇污水处理厂生物脱氮产生了较大的不利影响。因此,冬季低温时,宜在秋季提前提高整个污水处理系统的活性污泥总量,增加实际运行泥龄,累积硝化菌和反硝化菌总量,改善硝化与反硝化效果。

(1)污水水温降低到15℃时,就应该采用冬季运行模式,提前做好准备,应对低温对生物脱氮效果的不利影响。

(2)混合液回流系统设备能力允许时,可通过提高混合液回流比,增加活性污泥和微生物的总量,从而保证生物反硝化效果。

(3)曝气设备能力允许时,可通过提高溶解氧浓度,提高溶解氧对生物絮体的穿透力,维持较高的硝化速率。

(4)采取措施后生物反硝化效果仍然不佳时,应投加必要的碳源。采取措施后生物硝化效果仍然不佳时,可在好氧区投加人工悬浮填料办法。

5、结语 

城镇污水处理厂提标改造是一项技术复杂、任务艰巨的基础设施工程,目前还存在很多需要解决的突出问题。综上分析,初步得到以下结论和建议:

(1)城镇污水处理厂“原材料”的有效控制和管理,是提标改造目标如期达到的有效保障。

(2)城镇污水处理厂提标改造工程必须进行必要性论证。原处理构筑物和新建构筑物的设计水质、水量应以核定后的污水水质、产生量为准。

(3)设计单位应对确需提标改造污水处理厂的进水水质水量特性进行分析,为改造工艺方案选择提供可靠依据。

(4)改造工艺方案的选择应体现满足要求、因地制宜、技术可行、经济合理的总体要求;工艺方案中应做到:合理利用预处理段,充分发挥生物处理段的作用,设置必要流程的深度处理单元;碳源不足时,首选应挖掘内部碳源,必要时补充外加碳源。

(5)冬季低温时,宜在秋季提前提高整个污水处理系统的活性污泥总量,增加实际运行泥龄,累积硝化菌和反硝化菌总量,改善硝化与反硝化效果。

参考文献

1、郑兴灿,城市污水处理技术决策与典型案例,北京:中国建筑工业出版社,2007。

2、无锡市排水总公司,深度处理技术研究报告,2009。

3、南京市市政设计研究院有限责任公司,低温生物脱氮效果调查分析研究报告,2009。

4、江苏省建设厅,江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标改造技术攻关科研成果,2009。