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中國給水排水雜志 -2017-8期
書 深床濾池在污水廠地表!類水提標改造中的應用 杜 創" ! 雷 振# ! 張鐵源$ ""%合肥市地下管網建設管理辦公室! 安徽 合肥 #$&&$"# #%賽萊默 '中國 (有限公司! 上海 #&&&)"# $%賽萊默水處理 '齊利諾普爾 (有限公司! 美國$ 摘 要! 合肥市某污水處理廠設計排放主要指標需達到地表水環境質量!類標準% 該項目 深度處理單元采用 *+,-,./ +.01023456"反硝化深床濾池工藝!兼顧了過濾&反硝化脫氮及除磷功 能!使污水廠出水穩定達到 53') 178*&59'&%$ 178*&:: '"& 178*的目標% 深床濾池設計采用 弧形堰&恒液位控制及'前饋 ;后饋( 精確碳源投加控制方式!力求最經濟的碳源投加量% 關鍵詞! 地表!類水# 深床濾池# 碳源投加控制 中圖分類號! <=&$%" 文獻標識碼! > 文章編號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合肥市某污水廠已建成污水處理規模為 #& \ "&? 1$ 8/!每期規模為 "& \"&? 1$ 8/"#現階段執行 一級 K排放標準#近期將對一期&二期工程進行提 標改造#將污水排放標準提高到主要指標達到'地 表水環境質量標準(!L]$A$A)#&&#"的!類標準* 污水處理廠三期工程設計規模為 "& \"&? 1$ 8/#出 水設計值在達到'城鎮污水處理廠污染物排放標 準(!L]"AB"A)#&&#"一級 K標準的基礎上#要求 總磷&總氮&氨氮&>^C? 項主要指標濃度值分別不 高于 &%$&)&"%)&$& 178*#主要指標達到地表水環 境質量!類標準!總氮!) 178*"* ! 設計概況 該污水廠三期工程深度處理單元采用 *+,-,./ +.01023456"反硝化深床濾池工藝#具有過濾去除 懸浮物&微絮凝過濾除磷以及生物反硝化脫氮三種 功能* 反硝化深床濾池作為深度處理單元既可以作 為二級生化脫氮除磷工藝的強化補充#也可以在進 水 >83不足&冬季水溫低&生化池容積受限等不利 情況下#確保出水氮&磷含量達標#大大提高了污水 廠整體工藝運行的穩定性及靈活性* 本項目作為地 +BB+ 第 $$ 卷 第 A 期 #&"= 年 ? 月 中 國 給 水 排 水 >J43KUK56_ZUK:56UK56_ `,.%$$ 3,%A K-T%#&"= 表水類!類水排放標準項目#53!) 178*的要求已 經超出傳統二級生化處理工藝的能力范圍#在深度 處理單元必須考慮脫氮功能#經過多種深度處理工 藝的比選&論證#選擇了深床濾池工藝作為深度處理 的核心工藝* 污水廠主要工藝流程%污水"粗格柵"提升泵 站"細格柵"曝氣沉砂池"KK^氧化溝"二沉池 "混凝反應斜板沉淀池"反硝化深床濾池"接觸消 毒池"達標排放* 在 KK^氧化溝#優先利用污水中 的 ]^C) 進行生物脫氮除磷#并確保 >^C&]^C)& 3J$ 23指標達標#深度處理單元進一步確保 ::& 53&59達標* 項目設計處理規模為 "& \"&? 1$ 8/#峰值系數 為 "%$&* 深床濾池設計 A 格#單格尺寸為 @%" 1\ "A%$ 1#濾料層深度為 "%A$ 1#反沖洗水洗強度為 ") 1$ 8!1# +E"#氣洗強度為 B" 1$ 8!1# +E"#設計 反沖洗周期為 #? a?A E#氮氣釋放周期為 $ a@ E#碳 源采用甲醇* 深床濾池設計進&出水水質見表 "* 表 ! 深床濾池設計進&出水水質 5GX%" C+R07H 0HO.F+HPGH/ +OO.F+HPQFG.0PN,O/++-MX+/ O0.P+T 17+*2" 項 目 :: 53 59 3J$ 23 >^C ]^C) 污水廠進水 #A& )& @ $) $A& "A& 深床濾池進水 #& #& &%) "%) $& "& 深床濾池出水 "& ) &%$ "%) $& "& # 深床濾池工藝特征 #$! 功能特性 深床濾池為下向流重力式濾池#采用較深的石 英砂濾床#出水 :: 可達到 ) 178*#較高的 :: 去除 率可確保絮凝沉淀及過濾后達到 59!&%$ 178*的 目標* 濾池運行過程中二級處理出水中的微生物不 斷地被截留或附著在濾料間隙或表面#為濾床提供 大量的微生物菌群#其中含有大量反硝化過程所需 兼性&異養菌群#為深床濾池進行反硝化過程提供了 微生物基礎#因此反硝化深床濾池具有運行靈活&反 硝化功能啟動快的特點#即使在水溫較低的季節#不 需要漫長的濾料掛膜周期#通過合理的運營管理方 式可在 " a$ / 達到穩定的反硝化效果* 本項目出 水要求 53!) 178*#在深床濾池運行過程中硝態氮 濃度可達到 " 178*以下* #$# 深床濾池的設計負荷 傳統濾池以濾速和容積負荷作為主要設計依 據* 深床濾池則需綜合考慮反硝化反應速率&濾料 層的截污容量&濾料層的氣體截留容量等因素#最終 決定濾池的過濾面積和濾速* 關鍵設計考量因素% #反硝化反應速率從微生物反應動力學上計算反硝 化需要的停留時間* 反應速率除與水溫&濾層中的 反硝化細菌活性有關外#還與反應基質!出水硝酸 鹽"濃度有關* 在硝酸鹽去除量相同的情況下#出 水硝酸鹽濃度要求越低#反應速率越慢#所需的空床 停留時間越長* 由于本項目要求出水 53!) 178*# 相對于一級 K排放標準要求的 53!") 178*#深床 濾池硝態氮的生物還原速率要慢很多* $為避免濾 池出水波動過大#深床濾池設計運行周期通常應大 于 #? E* 濾池運行周期通過濾層的截污容量與運行 總固體負荷來計算#而濾池總固體負荷又包括過濾 去除懸浮物的量&除磷產生的化學污泥量&投加碳源 生產的泥量* %反硝化過程中硝酸鹽還原成氮氣積 累在濾料層中* 為避免不必要的濾料水頭損失#降 低反沖洗頻率與能耗#反硝化濾池需要定期進行氮 氣釋放* 該釋放周期應在濾池設計過程中通過濾料 層氣體截留容量來計算* #$% 配水配氣系統 深床濾池不僅包含物理過濾#也包括活性微生 物的脫氮除磷過程* 有效的反沖洗不僅要去除濾料 層中保留的污泥#還要保留濾料表面的活性微生物# 這對濾池的反沖洗氣水分配系統提出更高的要求# 要求配備均勻無盲區的氣水分配系統* *+,-,./ +.0M 1023456"反硝化深床濾池采用專利的 5N-+: 濾磚 見圖 "* !"#$% &'()*+% ,-./012345!6789: <"78% 2346!5; =>*+% 圖 ! &'()(*+ 雙層兩段式氣水分配濾磚 b07%" *+,-,./ /FG.-GTG..+..GP+TG.5N-+: FH/+T/TG0H 濾磚為雙層兩段式配水配氣系統%一級分配 腔#二級補償腔* 在反沖洗過程中#在一級分配腔內 反沖洗氣&水壓力平衡后形成氣水界面#反沖洗水通 過氣水界面以下隔板的配水孔進入兩側的補償腔# 反沖洗氣通過氣水界面以上隔板的配氣孔進入兩側 +"&&+ 第 $$ 卷 第 A 期 中 國 給 水 排 水 SSS%SGP+T7GRE+GP%V,1 的補償腔* 通過一級分配腔后的反沖洗水在二級補 償腔內根據壓力差產生逆向補償#從而使得整個濾 池過濾面積上最終的整體反沖洗水&氣壓力&流量均 勻* *+,-,./ 特有的二次配水設計濾磚確保反沖洗 水和氣體在整格過濾區域內均勻分布#反沖洗無死 區#避免了濾料板結&污堵以及局部過度沖洗* 濾磚 采用整體 JC96!高密度聚乙烯"材質#具有較高荷 載能力* #$, 碳源投加 本項目采用甲醇作為外加碳源#甲醇投加計算 公式%Bc#%?=!3^2 $ 23" ;"%)$!3^2 # 23" ;&%A= C^,"- * *+,-,./ +.01023456"反硝化深床濾池采用 擁有專利的.前饋 ;后饋/閉合環路碳源投加控制 方式#實際運行甲醇投加量可以控制在計算值的 d)e ad"&e范圍以內#實現經濟&安全&穩定的碳 源投加控制方式* 通過碳源投加計算公式可知#濾 池進水 C^會消耗額外的甲醇#因此有效控制濾池 進水 C^可作為節省碳源投加費用的有效方式* #$- 液位及溶解氧控制 深床濾池可以采用恒液位或者變液位控制方 式#對于需要反硝化運行的項目#建議采用恒液位控 制方式* 本項目 *+,-,./ +.01023456"反硝化深床 濾池采用.弧形堰板 ;恒液位/控制方式#有效避免 濾池進水因跌水帶入的 C^* 本項目深床濾池進水 C^濃度在 ) a@ 178*之間#根據 *+,-,./ 類似項目 的研究經驗,#- #濾池進水中 ) a@ 178*的 C^在濾 料層表層 "& 英寸!#)? 11"處即降到 " 178*以內# 這部分濾料層內兼性微生物主要進行好氧呼吸并消 耗碳源* 在 )& a=& 英寸!" #=& a" ==A 11"深度濾 料層內 C^逐步回升至 " 178*#這一部分 C^主要 是反硝化脫氮產氧產生的* 由此可見#深床濾池進水 C^在合理的設計工 況下對反硝化的效果及出水水質不會有大的影響# 但從節省碳源投加費用的角度出發#控制整個深度 處理工藝流程內額外 C^的產生非常有意義* 合理 的液位控制能將濾池進水 C^控制在 $ 178*左右# 通過項目實測#變液位運行方式濾料層上方水中的 C^高達 B%) 178** *+,-,./ +.01023456"反硝化深 床濾池恒液位及 C^控制方式可將濾池實際進水 C^控制在 $ a) 178*#有效降低濾池進水 C^?%) a@%) 178*#能有效節約 #&e a$&e的碳源投加費 用* % 運行數據 該污水處理廠三期工程于 #&") 年 "# 月通過環 保驗收#深床濾池出水穩定達到 53!) 178*&59! &%$ 178*&::!"& 178*的設計目標* 本項目設計 去除 "& 178*硝態氮#深床濾池具有良好的抗沖擊 負荷#在進水硝態氮超設計值 $&e的情況下#出水 硝態氮依舊能穩定達標* 碳源投加控制能基于出水 水質要求靈活調整#用戶可以在達到環境保護要求 的情況下#在人機界面設計相關參數#適當降低碳源 投加量#達到環境效益與運行經濟效應的最大化* 深床濾池運行中進&出水硝態氮濃度見圖 ##出水硝 態氮濃度可低于 &%) 178** !" !# !$ %& " ' ( $ & $&%')&$)&! $&!')&$)&" $&!')&$)!* $&%')&$)$$ $&%')&$)$+ $&%')&,)&- $&%')&,)%( $&%')&,)$% $&%')&,)$" $&%')&()&( $&%')&()%% $&%')&()%" $&%')&()$* ! " #./0 !1 !"# 2 $%&' (%)' *+ 圖 # 深床濾池進&出水硝態氮 b07%# 5E+0HO.F+HPGH/ +OO.F+HPH0PTGP+,O/++-MX+/ O0.P+T 深床濾池運行出水總氮及氨氮濃度見圖 $* ! ! " # $ % & "#$!%#"%#& "'&!%#"%#( ")&!%#"%&* ")&!+#"%"" "#&!%#"%", ")&!%)-%). ")&!+)-+&/ ")&!+)-+"& ")&!+)-+"( ")&!+)/+)/ ")&!+)/+&& ")&!+)/+&( ")&!+)/+"* ! " #012 !3 '(% 4 $% 56-%5 $% 75 &' 圖 % 深床濾池出水總氮及氨氮 b07%$ 5E++OO.F+HP53GH/ G11,H0GH0PT,7+H ,O/++-MX+/ O0.P+T 在二級生化處理 KK^工藝單元出水 3J$ 23 !"%) 178*#深床濾池進水 53約 "& a#& 178*的 情況下#*+,-,./ +.01023456"出水 53可穩定達到 ) 178*以內#同時具備 53!$ 178*的能力#為用戶 系統的靈活控制留有充分的空間* 深床濾池采用較深的固定濾床#過濾效果好#出 +"&"+ SSS%SGP+T7GRE+GP%V,1 杜 創!等)深床濾池在污水廠地表!類水提標改造中的應用 第 $$ 卷 第 A 期 書 水 !! 可達 " #$%&!在前端混凝沉淀池運行良好的 情況下!!!!' #$%&" 通過過濾去除混凝階段形成 的含磷懸浮物!在保障 !!!' #$%&的前提下!深床 濾池可保證 ()!*+, #$%&" 本項目深床濾池設計 出水 !!!-* #$%&!實際運行 !! 約 . /" #$%&!() 出水穩定小于 *+, #$%&" 深床濾池出水 !! 及 () 濃度見圖 ." ! " # $ % & ' &'(#)*&+,( &,(#),&),! &,(#),&)($ &,(#),&)&& &,(#),&)&- &,(#),.+," &,/#+,.+/% &,/#+,.+&/ &,/#+,.+&! &,/#+,%+,% &,/#+,%+// &,/#+,%+/! &,/#+,%+&$ 00!12345 "6 !"# 7 !" 00 !" 12 . / #$ 圖 ! 深床濾池出水 ##及 $% 01$+. (3445567489!! :8; ()<5;44=>?4; 51694@ 深床濾池出水 ABC及 DBC' 濃度見圖 '" !" #$ % &%'()"&)"* &%*()%&)%+ &%*()%&)*$ &%*()%&)&& &%*()%&)&, &%*()%!)%- &%*()%!)*. #/*()%!)&* &%*()%!)&+ &%*()%.)%. &%*()%.)** &%*()%.)*+ &%*()%.)&$ 01 2!!" #$345 "6 %&' 7 &/ '$ '/ $ !" #$ 012 #$ 812$ 圖 & 深床濾池出水 '()及 *()& 01$+' (3445567489ABC:8; DBC' <5;44=>?4; 51694@ 本項目設計出水 ABC!,* #$%&#DBC' !-* #$%&" 濾池進水 ABC約為 ,* #$%&!投加甲醇量相 當于 E* /'* #$%&的 ABC" 通過圖 ' 可見!出水 ABC均低于 ,* #$%&!證明投加甲醇均被濾層內反 硝化兼性菌群所消耗" 相對于一級 F排放標準要 求的 (G!-' #$%&!本項目 (G!' #$%&對碳源投 加系統要求更嚴格$前者碳源過量投加時!反硝化細 菌會繼續消耗碳源!所以出水 ABC超標的風險較 低" 而由于本項目出水硝態氮已經很低!屬于完全 反硝化反應!長期過量投加碳源有較高出水 ABC# DBC' 超標的風險" 通過項目驗證!&4<=<6; 461#1H GI(J!通過%前饋 K后饋&閉合環路精確碳源投加控 制方式是穩定可靠的" 未來用戶可以通過后反饋修 正碳源投加量!結合具體出水水質要求做到最經濟 節省的碳源投加量" ! 項目重點難點分析 !+, 儀表的穩定性 本項目屬于污水廠出水主要指標達到"類水排 放標準項目!出水 ABC#DBC' 及 (G排放要求均很 嚴格" 作為后置式反硝化濾池!深床濾池屬于末端 處理工藝!對系統的精確控制提出了更高的要求" &4<=<6; 461#1HGI(J!反硝化深床濾池碳源投加控 制系統的可靠性在本項目中得到驗證" 精確的碳源 投加控制需要依靠比較準確的儀表測量值!本項目 初期采用的離子電極法硝態氮分析儀數據可靠性很 差!后更換為 LM法硝態氮分析儀測量數據較可靠# 穩定" 硝態氮作為主要出水與系統控制指標!其分 析儀選型尤為重要!品牌#測量原理#量程#安裝方 式#安裝位置的選擇都會影響到儀表測量的穩定性 和可靠性" 同時因濾池進水投加了碳源!在儀表探 頭上比較容易附著生物膜!影響測量值!建議儀表探 頭配置超聲波和壓縮空氣單元" 為了提高碳源投加 的可靠性和經濟性!建議定期清洗#校正儀表探頭" !+- 節省碳源投加量 在污水廠總進水 A%G不足時!為了提高二級生 化處理系統的脫氮效率!需要向缺氧池投加碳源!在 深度處理采用反硝化深床濾池之后!污水廠運行靈 活性提高!除了 FFB工藝具有脫氮除磷功能以外! 深床濾池可以進一步脫氮除磷!在末端進行反硝化! 將碳源投加點放在濾池進水" 碳源投加費用是深床濾池反硝化最主要的運行 費用!本項目碳源投加控制系統在儀表可靠的前提 下!能做到碳源精確投加!但碳源的消耗包括兩部 分$一是硝態氮反硝化所需碳源!另一部分是濾池進 水溶解氧所消耗的碳源" 通過前面介紹 &4<=<6; 461> #1HGI(J!反硝化深床濾池采用%弧形堰板 K恒液 位控制&的方式降低了因進水 CB造成的運行碳源 投加量!本項目實際濾池進水 CB約 ' /N #$%&!二 沉池上方出水 CB約 *+' #$%&!從二沉池出水到濾 池進水 CB還有控制的空間!可以進一步降低深床 濾池的碳源投加量" 經過本項目實測及論證!二次 提升泵房采用穩定#合理的運行液位!二次提升泵采 用淹沒式出流方式!濾池進水 CB有望控制在 , #$% &左右" 相對于不采取任何控制!濾池進水 CB約 '-*E' 第 ,, 卷 第 O 期 中 國 給 水 排 水 PPP+P:94@$:Q34:9+R<# B%) 178*的運行方式#同樣去除 ) 178*的硝態氮# 所需的甲醇量分別約為 ") 178*和 #" 178*#由此 可見#合理的液位及 C^控制措施可節省 #&e a $&e的碳源投加費用* - 結論 # 基于該項目的連續運行經驗#反硝化深床 濾池作為污水廠深度處理工藝#可確保污水廠出水 穩定達到 53') 178*&59'&%$ 178*&:: '"& 178 *#可為當前國內水環境敏感流域污水處理廠提標 改造提供借鑒* $ 基于當前的儀表及自動化控制水平#可以 較精確地實現污水廠后置反硝化濾池碳源投加的控 制#做到濾池進&出水 >^C&]^C) 不升高#當然對儀 表的選型經驗及運行維護管理水平有較高要求* % 從深度處理系統流程上的液位及 C^控制 能有效降低濾池進水 C^#良好的工藝控制水平可 節省 #&e a$&e碳源投加量#從而降低深床濾池的 運行費用* 參考文獻! ,"- 69K8@#) 8_)B$ 8&"&#fGHFG.30PT,7+H >,HPT,.,:-%D:K% 69K#"BB$% ,#- IEF 4#:+H C#`+7R,6##'9=%bF..RVG.+/+H0PT0O0VGP0,H O0.M PTGP0,H GH/ -T,V+RR1,/+.0H7FR0H7GRP+G/NRPGP+1GPE+M 1GP0VG.OTG1+S,T[,g-%9T,V++/0H7R,OPE+UGP+T6HW0T,HM 1+HPb+/+TGP0,H##&""#!"&"%)$)? 2)$="% 作者簡介!杜創!"B=A 2 "# 男# 安徽蕭縣人# 本 科# 給排水高級工程師# 從事市政排水和 地下管網建設管理工作* @2A&$#!T0V[%.0hiN.+10HV%V,1 收稿日期! ############################################## #&"@ 2"& 2#A "上接第 BA 頁$ , ) - 姚玉英#黃鳳廉#陳常規#等%化工原理,f-%天津% 天津大學出版社##&&$% , @ - *GPP+1GHH :#Jj-H+T5%6HW0T,H1+HPG.01-GVPGH/ 01M -GVPGRR+RR1+HP,OR+GSGP+T/+RG.0HGP0,H,g-%C+RG.0HGM P0,H##&&A###&!" 8$"%" 2")% , = - CW,TH0[,W`%:+GSGP+T1F.P0M+OO+VP/0RP0..GP0,H +H+T70Y+/ XNGV,1XFRP0,H PFTX0H+, g-%C+RG.0HGP0,H# #&&&# "#= !$"%#@" 2#@B% , A - kEGSGl0KC#kFPFX[EGHGE 4k#U0+gf%K/WGHV+R0H R+GSGP+T/+RG.0HGP0,H P+VEH,.,70+R, g-%C+RG.0HGP0,H# #&&A###"%?= 2@B% , B - :.+RGT+H[,`%:+GSGP+T/+RG.0HGP0,H 0H PE0H O0.1 -.GHPR ,g-%C+RG.0HGP0,H#"BB"#A"!" 8$"%?&= 2?"=% ,"&- K.M:EG110T0f#:GOGTf%fF.P0M+OO+VP/0RP0..GP0,H -.GHP% RPGP+,OPE+GTP,g-%C+RG.0HGP0,H#"BBB#"#@!" 8$"%?) 2 )B% 作者簡介!苗超!"BA# 2 "# 男# 河北泊頭人# 碩 士# 工程師# 目前主要從事海水淡化節能 技術研究* @2A&$#!10G,MVEG,hE,P1G0.%V,1 收稿日期!#&"@ 2&B 2#" +"&$+ SSS%SGP+T7GRE+GP%V,1 杜 創!等)深床濾池在污水廠地表!類水提標改造中的應用 第 $$ 卷 第 A 期
