生物活性砂过滤器应用于城镇污水处理厂出水提标改造论文.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 论文介绍了城镇污水处理厂提标改造的背景和意义 以张家港市城市污水处理厂 的提标改造为例介绍了提标改造的含义 并对深度处理适用的污水处理特点作了技术 介绍 选取了转盘过滤器 滤布过滤器 生物活性砂过滤器 m b r 膜生物反应器 深床过滤器等主要技术手段作了简单介绍 并比较了各自的优缺点 张家港拟采用生 物活性砂过滤器作为提标改造深度处理的技术手段 在大规模应用前 组织生物活性 砂过滤器中试进行前期验证 中试结论将作为实现张家港市城市污水处理厂的全面的 出水提标改造工程的重要依据 也为生物活性砂过滤器全面应用于城镇污水处理厂深 度脱氮 除磷 除s s 的实践依据 论文以张家港生物活性砂中试实验为主要内容 以张家港市污水处理厂的常规处 理工艺术端的二沉池出水为实验对象 研究目的主要是碳源及其他投加药剂对微污染 的污水处理效果的影响 研究砂循环 进水量 空气量 液位差 砂床高度等参数对 中试系统的影响 生物启动研究 包括总氮 总磷 s s c o d 的去除特性研究 研 究氨氮去除的边界条件 如温度 p h 等的边界条件 活性砂过滤器是生物活性砂过滤器系统的核心 因此 活性砂过滤器的设计也是 文中的介绍重点之一 在有关章节 重点介绍了设计原理 中心提砂管 洗砂器等的 设计方法 最后得出了中试采用的活性砂过滤器的主要技术指标 在系统设计 安装完成组织实验后 进行了约3 个月的中试调试 系统运行稳定 各项参数指标均达到设计的要求 文中对生物活性砂过滤器的去除s s 反硝化脱氮 除磷机理作了阐述 提供了理论指导和相关原则 在中试的结论基础上 张家港市已经全面完成的第一 第二污水处理厂的出水提 标改造的工程实施 到目阿生物活性砂过滤器系统已经稳定运行了半年以上时问 取 得了显著的经济效益和社会效益 为张家港城镇的可持续发展提供了保障 生物活性砂过滤器适合处理微污染 大水量的水体 中试及在此基础上进行的大 规模应用 也为生物活性砂过滤器在中水回用 微污染河流湖泊治理 微污染工业用 水等其它领域的应用提供类似了实践依据 关键词 生物活性砂过滤器 城市污水处理厂 提标改造 深度处理 江苏大学工程硕士学位论文 t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e d t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fd r a i ns t a n d a r d i m p r o v e m e n t e x p l a i n e t h em e a n so ft h i r d s t a g e t r e a t m e n tw i t ht h e e x a m p l e o f z h a n g j i a g a n gs e w a g e t r e a t m e n t p l a n t t h e d i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e dt h et e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c sw h i c hw a sf i tt ou s ei nt h et h i r ds t a g es e w a g et r e a t m e n t a n dc h o i c e dt h e d i s s e r t a t i o nc h o o s e dt u r n p l a t ef i l t e r f a b r i cf i l t e r m o v i n gs a n db e db i o f i l t e r m b r m e m b e r a n c eb i o l o g i c a lr e a c t o r d e e pb e df i l t e rt oi n t r o d u c eb r i e f l y a n dc o m p a r e dt h e a d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo ft h e m m o v i n gs a n db e db i o f i l t e rw a s c h o o s e dp r i m a r i l yt o a p p l yi nt h et h i r ds t a g et r e a t m e n ti nz h a n g j i a g a n gm u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n t w e n e e dt oo r g a n i z em i d d l et e s tb e f o r et h ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o nt ov e r i f ya n dt e s tt h ef u n c t i o n o fm o v i n gs a n db e db i o f i l t e r t h ec o n c l u s i o no fm i d d l et e s tw i l lb ea d o p t e da st h ei m p o r t a n t d e p e n d e n c e t oc h o o s et h i r d s t a g es e w a g e t r e a t m e n tt e c h n i c a sa p p l i e di ne x t e n s i v e a p p l i c a t i o ni nz h a n g j i a g a n g t h em a i nc o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o ni sm i d d l et e s te x e c u t e do nz h a n g j i a g a n gs i t e t h et e s t e do b j e c tw a sd r a i nw a t e rc a m ef r o mt h es e c o n d a r yt a n ki nt h ee n do fc o n v e n t i o n a l t e c h n i c so n z h a n g j i a g a n gs e w a g et r e a t m e n tp l a n t t h em a i na i mo ft h i st e s ti s t h ee f f e c tt o i m p r o v et i n yp o l l u t e dw a t e rq u a l i t yb yd o s i n g c a r b o n a c e o u sm a t t e r s t u d yt h ee f f e c t i v et o p e r f o r m a n c eo fm i d d l et e s ts y s t e mb yc h a n g et h ep a r a m e t e r so fs a n d c i r c l es p e e d f e e d i n g w a t e rf l o w f e e d i n ga i rf l o w d i f f e r e n c eo fi n s i d ea n do u t s i d es a n dw a s h e rw a t e rl e v e l h e i g h to f s a n db e de t c s t u d yt h eb i o l o g i c a ls t r a t u p i n c l i d e t h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e m o v i n g t p t n s s c o de t c s t u d yt h el i m i tc o n d i t i o no ft e m p e r a t u r ea n dp h s a n df i l t e ri st h ek e yp a r t so fm o v i n gs a n db e db i o f i l t e rs y s t e m t h u s t h ed e s i g no f s a n df i l t e ri so n eo ft h ee m p h a s e si nt h i sd i s s e r t a t i o n s o m ep a r to ft h i sd i s s e r t a t i o nt a k et h e e m p h a s e so ni n t r o d u c et h ed e s i g nt h e o r y t h ed e s i g np r i n c i p l eo fs a n dl i f t e r s a n dw a s h e re t c a n dc o n c l u d e dt h em a i nt e c h n i c a li n d e xo fa c t i v es a n df i l t e ri nt h i sm i d d l et e s t w ed i dm i d d l et e s tf o ra b o u t3m o n t h s a f t e rt h es y s t e md e s i g n i n s t a l l a t i o n t h e s y s t e mr u n ss t a b l y a n dw e l l e v e r yp a r a m e t e rm e e t st h er e q u i r e m e n to fd e s i g n t h e d i s s e r t a t i o nd i s c u s s e dt h em e c h a n i s mo fr e m o v i n gs s a n t i n i t r a t i o nt or e m o v en i t r a t i o n 江苏大学工程硕士学位论文 d e p h o s p h o r i z a t i o n t om e e tt h eg u i d a n c er e q u i r e m e n to fm i d d l et e s t t h ed a i l yr u n n i n g m a i n t a n c ee t c p r o v i d e dt h et h e o r yg u i d a n c ea n dr e l a t e dp r i n c i p l e st ot h e m z h a n g j i a g a n gh a dc a r r i e do na n d h a v ef i n i s h e dt h ee x t e n s i v ea p p l i m e n tp r o j e c t a f t e r t h eb a s i cc o n c l u s i o no ft h i sm i d d l et e s t t h es a n df i l t e rs y s t e mh a v er u n n e df o rm o r et h a n h a l f1 y e a r o b t a i n e dt h ep r o m i n e n te c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s a n dg u a r a n t e et h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fz h a n g j i a g a n gc i t y m o v i n gs a n db e db i o f i l t e rt e c h n i c sw a s f i tt or e m o v ep o l l u t i o nf r o mm a s sq u a n t i t y t i n yp o l l u t e d w a t e r t h em i d d l et e s ta n dt h ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni nz h a n g j i a g a n g p r o v i d e dt h ep r a c t i c a lt h e r e u n d e rt ou s em o v i n gs a n db e db i o f i l t e r i nt h er e g i o n so f w a t e r r e c y c l i n g t i n yp o l l i t i o nr e m o v i n gf r o mr i v e ra n dl a k e t i n yp o l l u t i o nr e m o v i n gf r o m i n d u s t r a i a lw a t e re t c t o o k e yw o r d s m o v i n gs a n db e db i o f i l t e r m u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n t s d r a i n s t a n d a r di m p r o v e m e n t t h i r ds t a g et r e a t m e n t 江苏大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1 城镇污水处理厂出水提标改造的背景和意义 1 1 1 城镇污水处理厂的设计排放标准现状 随着我国城镇化进程和工业化的加快发展 城镇污水的排放量逐年提高 近 几年来我国废水 污水排放量以每年1 8 亿立方米的速度增加 全国工业废水和生 活污水每天的排放量近1 6 4 亿立方米 n 1 为控制城镇污水的排放 国家及各地相继兴建了一批污水处理厂隆3 出台了 一系列标准及规定 各行业陆续提供一系列技术建议 以有效控制城镇污水的排 放 至2 0 0 7 年底 中国已投产的城镇污水处理厂有1 1 7 8 座 污水处理能力约达到 7 2 0 6 万吨 同 其中约9 0 的城镇污水处理厂设计排放标准为一级b 标准 1 1 2 城镇污水处理厂提标改造及其必要性 提高城镇污水排放标准 由一级b 提高到一级a 标准 即目前通常称的 提 标改造 新建污水处理厂在立项时 就要在常规工艺后 同时增加后续脱氮除 磷工艺 确保新建污水处理厂的排水执行一级a 的标准 后续脱氮除磷处理工 艺通常称为城镇污水深度处理工艺 口1 城镇污水处理厂集纳和处理了大部分的城市生活污水 因此排水量非常大 同时 随着工业化 城市化的进程加快 这部分的排水量增长势头比较迅猛 这 在一定的地区的环境造成很大的压力 如果还是按照老的一级b 的排放标准设 计运营城镇污水处理厂 其中的氮磷等在水体中同积月累 造成水体富营养化 特别是到夏天 水质严重恶化 生态平衡遭到极大破坏 n 1 江苏大学工程硕士学位论文 城市污水按照一级b 标准直接排放 特别是排入封闭水域 自净能力差的 水域 其后果非常严重 例如 太湖地区和滇池等相继出现了 蓝藻事件 直 接影响了江苏无锡等城市的自然环境 严重影响了城市安全供水 影响人民的同 常生产和生活 造成比较负面的社会影响 因此城镇污水处理厂提标改造深度处理的任务非常紧迫 1 1 3 城镇污水排放标准的相关法律法规介绍 为此 国家和各地出台了一系列的法律法规 从法律意义上 保障了提标改 造的严格执行 国家环境保护部的有关通知 国家环境保护部 原国家环保总局 于2 0 0 5 年1 0 月1 1 日发布了 关于严格执 行 城镇污水处理厂污染物排放标准 的通知 n 1 以下简称 通知 以及 于2 0 0 6 年5 月8 日发布了 关于发布 城镇污水处理厂污染物排放标准 g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 修改单的公告 拍1 通知 等要求城镇污水处理厂排水 应按 城镇污水处理厂污染物排放标 准 陋1 g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 以下简称 标准 中的相关规定实施分类管理 北方缺水地区应实行中水回用 城镇生活污水处理厂执行 标准 中一级标 准的a 标准 脚 其他地区若将城镇污水处理厂出水作为回用水 或将出水引入稀释能力较小 的河湖作为城市景观用水 也应执行此标准 旧 为防止水域发生富营养化 城镇生活污水处理厂出水排入国家和省确定的重 点流域及湖泊 水库等封闭式 半封闭水域时 应执行 标准 中一级标准的a 标准 嘲 蓝藻事件 及江苏省的有关地方规定 2 江苏大学工程硕士学位论文 太湖位于江苏省南部及浙江北部 属于半封闭水域 沿湖分别着苏州 吴江 嘉兴 湖州 无锡 宜兴等几个经济发达的中等城镇 由于种种原因 于2 0 0 7 年夏天爆发了 蓝藻事件 无锡 苏州等江南地区的城镇供水受到严重威胁 蓝藻事件 后 江苏省建设厅于2 0 0 8 年1 月1 日出台了全国最为严格的 实施标准 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 口1 要求太湖地区的城镇污水处理厂的主要污染物排放限值 全部达到国家城镇 污水处理厂污染物排放一级a 标准 太湖地区新建污水处理厂全部要配套建设 除磷脱氮设施 并严格执行国家城镇污水处理一级a 排放标准 已建的城镇污 水处理厂 要开展除磷脱氮深度处理 口3 1 1 4 提标改造研究的社会和经济意义 为满足同益提高的污水排放标准 减少城镇污水对环境的污染 加大对回用 水的利用 上述范围内的大多数污水处理厂都需要实行不同形式的提标改造 在我国污水处理的行业内 目前已经形成一个专业化的提标改造的细分市 场 各种提标改造的污水处理技术得到广泛的研究和应用 仅仅在2 0 0 8 年底前 江苏省就需完成对太湖流域1 3 9 个己投运 3 0 个在建 的城镇污水处理厂 进行脱磷除氮改造 总规模3 6 5 x 1 0 4 立方米 天 需投资约 2 7 亿元 8 3 提标改造的研究和应用减少了城镇污水排放对环境的危害 同时在提标改造 基础上的中水回用也节约了部分宝贵的地表水资源 江苏省的提标改造力度比较大 是现阶段我国的城镇污水处理厂的提标改造 的重要部分 提标改造的进水达到一级b 标准 为微污染水源 因此城镇污水处理厂的 提标改造的研究对微污染水源的处理研究也具有一定的技术借鉴意义 3 江苏大学工程硕士学位论文 1 1 5 城镇污水排放的一级标准简介及对照 现将 标准 中涉及的污水排放一级标准简单介绍如下 标准 将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准 二级标准和三 级标准 一级标准为目前的最高标准 分为a 标准和b 标准 嗍 城镇污水排放的一级标准分为a 标准和b 标准的差异主要体现在日均值 基本控制项目上同 见表1 1 表卜l 一级a 标准一级b 标准各基本控制项目的最高允许排放浓度 1 t 抽l e l 1d i f f e r e n c ed r a i ni n d e xs t a n d a r do f1 aa n d1 b 4 江苏大学工程硕士学位论文 由上表可知 一级a 标准和一级b 标准的主要差别体现在c o d b o d s s 动植物油 石油类 阴离子表面活性剂 氨氮 总氮和总磷 以及粪大肠菌群数 等1 0 个基本控制项目上 1 2 现阶段提标改造的工艺特点及现有技术简介 1 2 1 提标改造深度处理的工艺特点 城镇污水处理厂的提标改造 相对于常规处理工艺的特点为 提标改造的被处理水的指标已经较好 由于提标改造的被处理水是常规工艺的出水 已经达到了一级b 标准 因 此水质指标已经较好 比如 城市污水处理厂的进水c o d 一般为2 5 0 3 5 0 经过处理后降低为5 0 以下 进入提标改造工段 因此提标工段的进水c o d 小于5 0 考虑最大进水 c o d 为6 0 相对于常规工段的进水c o d 为2 5 0 3 5 0 已经有明显改善 一级b 标准 提高到一级a 标准后 单位体积的水体削减的污染量有限 因此提标改造的设备单元相对于城镇污水处理厂的常规单元来说 其c o d s s t n t p 负荷等较低 属于微污染污水 提标改造的水力负荷比较大 提标改造的被处理水量和常规工艺相同 以江苏省为例 城镇污水处理厂均 在1 万吨 日以上 有些污水厂的处理规模超过1 0 万吨 日 阳3 提标改造削减的污染物总量比较大 以2 5 万吨 同污水处理厂为例 提标改造c o d 由6 0 下降为4 5 s s 由2 0 下降为8 计算得到的c o d 削减量为3 7 5 k g d s s 削减量为3 0 0 k g d 处理后效 果对环境危害的削减还是比较明显的 5 江苏大学工程硕士学位论文 综上所述 城镇污水厂提标改造的技术特点是 被处理水的指标已经改善 单位水体削减量小 水力负荷较大 总削减量明显的技术特点 1 2 2 提标改造深度处理的主要技术手段 由于国外的污水处理事业起步比较早 城镇污水深度处理的工艺设备制造和 应用比较成熟 现阶段 我们需要积极消化吸收国外的先进技术 引进国外的技 术装备 吸取成熟的应用经验教训 少走弯路 利用国内污水处理事业蓬勃发展 的大好时机 加快发展污水深度处理技术 例 江苏省建设厅在吸收国内外深度处理的经验教训的基础上 通过各种深度处 理工艺在国内的应用情况慎重比较研究 于2 0 0 8 年9 月2 7f 1 出台了 江苏省太 湖流域城镇污水处理厂脱氮除磷提标改造技术指导意见 n 帕 以下简称 指导意 见 在全国范围内属于先进的污水处理地方法规 指导意见 指出改造的技 术原则为 全面论证 技术先进 经济适用 稳定达标 实现 尾水稳定达标 排放 为目标 通过强化生物处理或强化生物预处理等不能达标排放时 可以考 虑采用深度处理技术 根据 指导意见 的建议 主要的深度处理提标改造的技术手段分为常规深 度处理和生物深度处理 n 们常规深度处理分为化学除磷 混凝 沉淀 过滤 砂 滤池 纤维滤料滤池 转盘过滤器 滤布过滤器 膜过滤器等 生物深度处理 分为碳源投加 曝气生物滤池 反硝化滤池等 针对本项目 对部分相关的提标 改造深度处理技术方案初步介绍 具体如下 1 2 2 1 转盘过滤器 滤布过滤器 转盘微过滤器 滤布过滤器的主要作用是对s s c o d 的截留 n 嵋 转盘过滤器的运行原理是 常规工段出口的待处理污水通过很低的自由水头 2 0 0 一3 0 0 m m 重力配流入若干个转盘过滤 很低的水头确保转盘过滤器无需二次 6 江苏大学工程硕士学位论文 提升泵来提升待处理污水 机械采用多格园形旋转滤盘 滤盘表面可以准确定义 所截留的固形物规格 过滤截面大 过滤流量高 多个转盘过滤 转盘的两个截面均为有效的过滤面 过滤流速1 0 米 小时左右 反冲洗泵设置在转盘过滤器的出水渠 反洗过程是依据水头压差设定值启动 反洗过程不影响处理水的流程 转盘过滤器的相对于传统滤池 无需二次提升泵站及反冲洗水池 占地面积 约占六分之一左右 适合于提标改造 动力消耗也大大降低 考虑土建及附属设 备等因素 一次性投资成本约为传统滤池的8 0 转盘过滤器的滤网孔径一般为1 0 3 5 微米 根据实际的污泥负荷 水力负荷 来核定型号和滤布孔径 转盘过滤器根据迸水形式 分为内进外出和外进内出形式 见下图1 1 反洗水出 污木进 曩鹦j 图1 1 转盘过滤器的结构 塾 勰 c t j f i 9 1 1c o n s t r u c t i o no fd i s kf i l t e r 外进内出式的盘片全部浸没 过滤介质采用有机纤维堆织而成 由尼龙纤维 织成绒毛状表面及聚酯纤维做为支撑体 运行方式为 过滤 反抽吸 排泥 7 江苏大学工程硕士学位论文 内进外出式的盘片浸没6 5 过滤介质采用p e 聚脂或不锈钢 运行方式为 过滤 反冲洗 这两种方式各有优缺点 在国内的城镇污水提标改造中都有应用 1 2 2 2 膜过滤器 m b r 膜生物反应器 膜生物反应器是将膜分离过程与生物反应器相组合的一种高新污水处理技 术 是当今具有发展前景的污水处理与回用技术 n 2 3 膜生物反应器的优点是 d 羽 处理水质良好 装置占地省 剩余污泥产生量少 操作管理方便 运行稳定 其结构示意图见图1 2 膜的孔径一般为0 1 2 微米 通过前置的加药系统 实现除磷 膜处理技术需要定期反冲洗 当污水中的氨氮不达标时 可以采用膜生物反应器m b r m e m b e r a n c e b i o l o g i c a lr e a c t o r 其主要原理为 采用放置了中空纤维超滤膜或微滤膜的生物 反应器 曝气池 在反应器内同时实现微生物对污染物的降解和膜对污染物的 过滤 1 1 3 8 江苏大学工程硕士学位论文 鬟辫 图1 2 膜过滤器结构图 f i 9 1 2c o n s t r u c t i o no fm e m b r a n c e f i l t e r 该工艺技术的主要特点是生物反应池内维持较高的污泥浓度 泥龄长 产生 的剩余污泥量少 n 2 1 技术难点是除磷 长泥龄和剩余污泥量少将削弱生物除磷的作用 只能通过 投加化学药剂以达到出水排放要求 在该工艺中化学除磷和生物处理在一个系统中不能相互独立 而在生物系统 中投加化学药剂将影响生物处理的效果 目前膜生物反应器工艺存在两个主要问题 n 鲫一是膜组件成本价高 膜处理 系统的原理决定了需要定期维护 一般运行一段时间后需要更换膜部件 运行维 护成本比较高 还有膜污染难以有效控制 1 2 2 3 砂滤池 生物活性砂过滤器 连续式砂滤器是近年来国外先行研制成功的一种新型一体化水处理设备 1 1 4 它省略常规净水工艺中的反应 沉淀工段 在滤池中完成混合 混凝 过滤和反 冲洗过程 在滤床中直接进行凝聚和分离 1 5 l 由于几乎所有的化学处理步骤都直 接在滤床中进行 1 6 因此在设备体积上与传统的化学处理相比较 连续式砂滤器 可以节省8 0 以上 加药量也比传统的化学处理节省2 0 一3 0 正是基于以上的 o 江苏大学工程硕士学位论文 优点 连续式砂滤器得到广泛的开发应用 1 7 生物活性砂过滤器是基于逆流原理 原理图见图1 3 1 8 1 需处理的水通过位 于设备上部的进水管进入过滤系统 经过布水器被均匀分布 向上逆流时经均质 连续砂流动滤床 水中杂质被过滤 经过处理后的干净滤液由顶部的出水口流出 图1 3 生物活性砂过滤器结构原理图 f i g l 3p r i n c i p l ef i g u r eo fb i o l o g i c a ls a n df i l t e r 含有处理杂质的连续砂从设备的锥形底部通过空气提升泵被运送到顶部的 清洗器 通过紊流作用使脏颗粒从连续砂中分离出来 在回落的过程中 又通过 小股逆流清水对其进行冲洗 冲洗后的反冲洗水通过冲洗水出口排出 净砂利用 自重返回砂床 开始下一个工作循环 在城市污水厂深度处理单元 将活性砂过滤器工艺与传统滤池工艺进行方案 对比 在保证良好的出水水质的前提下 采用活性砂过滤工艺可节省占地面积 5 0 以上 且土建与设备总投资费用均优于常规深度处理工艺 对于小规模城镇 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 污水厂的深度处理 具有较高的推广应用价值 1 9 1 1 2 2 4 深床滤池 深床反硝化系统 深床过滤器采用具有特殊规格和形状的砂粒滤料 砂粒直径3 m m 表面积 体积比高达1 0 0 0 m 2 m 3 通常置于深床水域环境中 其表面微生物能够有效反硝 化 棚 深床滤池可以在一个池体完成脱氮 除磷 去除s s 功能 乜门分为深床压力 过滤系统和深床反硝化系统 当不采用碳源投加 即为深床压力过滤系统 总氮 不达标时 补加碳源即为深床反硝化系统 可满足脱氮的要求 同时通过化学加 药直接过滤可去除总磷 一池完成总氮 总磷 s s 三个水质指标的一级a 达标 排放或中水回用 深床反硝化系统达到下列高级出水水质标准 n 0 3 n l m g l t n 3 m g 1 n t u 2 s s 5 m g l 这是通常深度处理达到的最高处理技术之一 高于我国的一级a 标准 表1 2 为佛罗里达州坦帕市提供的报告啪1 h o w a r dc u r r e na w t p 处理厂 1 9 8 0 2 0 0 1 年期间反硝化系统运行中最终出水的数据 表1 2 佛罗里达州坦帕市h o w a r dc u r r e na w t p 处理厂 同处理1 0 0 m g t a b l e l 一2h o w a r dc u r r e na w t pt a n p a f l o r i d a c a p a c i t y1 0 0 m g d 江苏大学工程硕士学位论文 其特点包括 反硝化系统只需悬浮生物法1 1 0 的占地 便于处理厂的扩建或改造 布水单元采用专利技术的曝气砖 相对于常规水处理采用的塑料曝气头 形式 可以有更高的耐水力冲击负荷和s s 冲击 适合于微污染水源性 质的污水深度处理 在国内的一些工程案例 前序的水常规处理工段跑泥比较严重 经过改进出 水s s 仍然不能达标 采用深床滤池效果比较好 反洗用水量少 逆洗用水量仅为总承载量的2 反洗流速6 9 p m f t 2 远低于其它同类系统 脱氮反应与时间有关 然而特定去除效率所需的时间又与处理水的温度 有关 通常 进水水温低于摄氏1 2 1 3 c 时常规深度处理的脱氮效果比 较差 到达1 0 c 左右细菌将停止生长 但是 深床滤池的最低设计运 行进水温度可以达到8 c 下表卜3 为低温运行报告 江苏大学工程硕士学位论文 表卜3 美国东北部地区低温运行条件下月平均数据 t a b l e l 3a v e r a g ed a t a si nl o wt e m p e r a t u r ec o n d i t i o ni ne a s t n o a ha m e r i c a n o v2 0 0 31 0 71 4 9 d e c 2 0 0 31 7 7 1 1 6 j a n2 0 0 41 1 38 5 幸 a d f 1 o8 d e s i g n p e a k d a y 2 3 68 d e s l g n 1 1 5 6 8 2 5 1 0 9 1 1 3 o 4 5 0 4 7 o 4 8 备注 宰其中1 5 天检测温度均低于摄氏8 c 出水硝氮平均为0 4 5 m g l 水量1 0 9 m g d 深床滤池的缺点是 一次性投资成本较高 对城镇污水厂的土建提出苛刻的要求 处理少量污水可以采用钢铁罐体 但是处理城镇大量污水时 需要采用的水泥池体结构 池体的结构和载 荷需要特别设计 由于池体底部曝气砖对水平度要求比较高 在大处理 水量应用 池体面积较大时 对池体水平度的控制提出更高的要求 深床滤池采用的鼓风机出口的压力一般达到8 1 0 b a r 当处理水量大时 选择相应的大流量鼓风机的出口温升比较高 从而增加了能耗 目前 深床滤池在国内的应用比较少 但是随着未来技术的进步和处理要求 的提高 深床滤池的应用也是一个重要方向 1 3 江苏大学工程硕士学位论文 1 3 张家港活性砂中试课题的背景情况 1 3 1 张家港活性砂中试课题的来源 本课题来自张家港市自来水公司 张家港市地处江苏省苏州市 属于太湖流域 由于常规处理工艺出水s s 总磷 总氮等不能完全达到一级a 标准 因此需要采用含有反硝化脱氮除磷的 深度处理技术方案来提标改造 1 3 2 张家港项目实施的特点分析 本项目涉及的两个污水处理厂滨临张家港市区 土地面积极其紧张 用电负 荷的增加也比较困难 处理后的废水尾水对环境不能造成二次污染 因此未考虑 强化生物预处理技术 原因是 主要的污水来源为生活污水 工业污水较少 污 水的可生化性较好 另外土地条件也限制了强化生物预处理技术不在本项目考虑 范围 土地的紧张导致生物池扩容等难以实现 虽然业主已经组织污水厂的有关 技术和管理人员 根据现有条件 进行了强化生物处理的工作 但是多次努力 还是未能完全稳定地达到预期效果 人工湿地等因占地面积过大 污水厂区靠近 市区等未考虑 1 3 3 中试需要解决的问题 生物活性砂过滤器的设计和优化有一定的理论指导 国外的应用相对已经比 较成熟 但是具体的大型项目应用中间 往往要解决以下几个问题通过中试过程 来实现 从运行角度 主要关心的是经济问题 我们进行了初步分析 具体如下 除磷 脱氮的投加量需要进行提前测算 需要中试来实现 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 由于各地的污水处理厂的水质条件及常规工段的运行条件各不相同 导致除 磷药剂和碳源的消耗相差比较大 如果能够提前测算 将给活性砂滤池的前置加 药系统的设计提供基础数据 用于加药系统的投资预算 关于水力设计 主要是水头损失的设计 由于生物活性砂过滤器的水头损失范围大约为0 5 1 9 米 在本项目的污水 处理厂的提标改造中需要二次提升泵房来进行提升 提升泵的扬程设计一般为约 6 米 但是生物活性砂过滤器的水头损失和污泥负荷 水力负荷 砂床高度 活性砂颗粒的粒径 反冲洗强度等一系列问题有关 需要试验确定更加精确 二次提升潜水泵是污水厂提标改造深度处理工艺中电能消耗较大的单元 扬程设计过高 导致日常运行中提升泵的能源浪费 同时也会浪费碳源 由于二次提升泵前二次提升集水井的来水 是从二沉池跌落的 是一个充氧 过程 过量提升会带来集水井液位经常处于低水位 跌落过程是充氧过程 深度 处理工段进水中的溶解氧提高会消耗部分碳源 如果潜水泵的扬程余量不够 导致生物活性砂过滤系统不能满负荷 提供具体的水头损失数据是需要的 冲击水量条件下 常规工段出水的水质参数的变化是中试阶段应该考虑 的问题 由于张家港城区未全面实现雨污分流工程 雨季时 地表径流汇聚到城市排 水管网中 导致污水处理厂的污水量急剧增加 这一部分的地表雨水含有的s s 和c o d 均较小 稀释了原有污水的c o d 和s s 进而冲击常规工段主要是氧化 沟的处理工艺 导致氧化沟的出水中c o d s s 总磷 总氮 溶解氧值的变化 从而对生物活性砂过滤器的运行造成一定的压力 从以往的运行情况来看 冲击负荷主要由常规污水处理工段的氧化沟 二沉 池来实现 但是考虑n 沉池出水可能不稳定 生物活性砂过滤器是最后一道工 1 s 江苏大学工程硕士学位论文 艺 要有一定的抗冲击能力和自动调节能力 还是需要通过中试来检验 1 3 4 中试技术方案的确定 本课题被确定为生物活性砂过滤器的中试项目 提标改造的工艺选择必需要非常慎重 根据污水处理厂的研究表明 污水处 理厂达到1 a 排放标准和达到1 b 排放标准相比 运行成本增加较大 如s s 从 2 0 0 m g l 降低到2 0 m g 1 运行成本约为0 3 元 吨 而从2 0 m g l 降低到1 0 t o g a 增 加的深度处理系统运行成本约为0 1 元 吨 因此工艺的选择比较重要 1 因此根 据本项目的特点 及 指导意见 中 全面论证 技术先进 经济适用 稳定达 标 的原则 尾水稳定达标排放 的目标n0 1 比较上述方案 选择了生物活性 砂过滤器 转盘过滤器的脱氮除磷效果比较差 如果在转盘前前置除磷 还会影响设备 的使用和j 下常运行 因此被排除 m b r 膜生物过滤器的应用已经非常广泛 但 是膜过滤器的运行维护成本比较高 膜到一定的寿命需要更换 同时脱氮和除磷 之间存在相互影响 因此没有采用m b r 工艺 深床反硝化系统得到了重视 但 是由于一次性的投资成本太高 在国内污水处理厂的应用案例较少而没有采用 生物活性砂过滤器以其性价比适中 日后运行维护比较少 活性砂使用寿命比较 长等原因被最终选中 1 4 课题的研究对象和目的 本课题的研究对象为张家港市污水厂的常规工段出水提标改造深度处理技 术的应用 本课题的目的是生物活性砂过滤器应用于城镇污水处理厂出水提标改造的 研究和探讨 论文中提及的中试的具体目的是为生物活性砂过滤器积累中试运行 数据 提供大型应用的依据 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 1 5 课题研究的内容 对砂生物活性砂过滤器的结构设计 结构优化 研究碳源及其他投加药剂对微污染的污水处理效果的影响 研究砂循环 进水 空气量 液位差 砂床高度等参数的影响 生物启动研究 包括总氮 总磷 s s c o d 的去除特性研究 研究氨氮去除的边界条件 如温度 p h 等对氨氮去除的影响 对反硝化 去除s s 除磷的机理的探讨研究 1 6 本章小结 本章主要讨论了 1 城镇污水处理厂提标改造的背景和意义 2 介绍了现在应用的提标改造技术手段 3 根据张家港城市污水处理厂提标改造的要求 结合现有可行的工艺 进行 了提标改造深度处理技术方案介绍 采用生物活性砂过滤器处理工艺 4 对课题的中试研究对象 内容 目的等作了简单的介绍 1 7 江苏大学工程硕士学位论文 第二章中试系统设计及核心部件的结构设计 张家港活性砂过滤器中试项目是直接为只后的大规模应用作准备的 因此中 试活性砂系统的设计首先要考虑的是满足大规模的工艺 2 1 中试装置在现有污水处理工艺中的位置 张家港拟改造的污水厂共计2 个 即第一 第二污水处理厂 这两个污水处 理厂的处理污水水源均为城市污水 进水水质相似 以城市生活污水为主 含有 少量的工业污水 由于张家港两个污水厂的工艺 来水情况相似 选取张家港第 二污水处理厂为重点中试研究对象 中试装黄的工艺位置应该和深度处理的工艺 位置一致 及二沉池后 具体见张家港第二污水处理厂厂区工艺图2 1 张家港第二污水处理厂的污水处理总处理规模为7 万吨 日 常规工艺采用 氧化沟工艺 分两期建设 一期的3 5 万吨 日常规处理工段己运行 出水指标能 够正常达到一级b 标准 二期3 5 万吨 日的常规工艺正在工程拟建设阶段 中 试结束后 两个污水处理厂提标改造项目同时进行 即对第一污水处理厂的全部 的3 5 万吨 日常规工艺进行升级改造 第二污水处理厂二期常规工艺3 5 万吨 只扩建的同时 拟对一期二期的全部7 万吨 日污水进行深度处理提标改造 1 8 江苏大学工程硕士学位论文 栅渣 外运 栅渣 外运 污水 图2 1 厂区工艺流程图 f i 9 2 1f l o wc h a r to fs e w e g ep l a n t 1 9 申亘卤 一广 l 一 江苏大学工程硕士学位论文 第二污水处理厂的常规工艺是 污水经粗格栅后由泵提升 进入细格栅 平流沉砂池后污水进入选择池及 d e 氧化沟 进行生化处理 出水进入配水井再进入二沉池 沉淀后上清液进入 消毒接触池 达到1 b 标准后排入西二环河 二沉池沉淀后的剩余污泥进入污泥泵房 回流污泥回流到选择池及d e 氧化 沟前端 剩余污泥先后进入污泥浓缩池 污泥均质池 贮泥池 然后再由污泥泵 加压 与混凝剂混合 送至污泥浓缩脱水机房 产生的干泥外运填埋 中试装置位于张家港第二污水处理厂的二沉池和消毒渠之间 和日后大规模 应用位置相同 取部分沉淀后上清液潜水提升泵提升到活性砂反硝化过滤池中试装置进行 脱氮除磷处理 中试装置的出水进入消毒接触池混合排放 中试装置的少量的反 冲洗废水排放到厂区污水收集管线 2 2 活性砂过滤器系统的模块化设计 张家港活性砂过滤器拟采用模块化设计 中试装置模块化设计 保证了中试 结论在大规模应用中参数性能复现较好 也使得设备制造标准化 便于组织生产 节约制造成本 第二污水处理厂初步的活性砂系统平面布置示意图见图2 2 江苏大学工程硕士学位论文 7 熊黪繁纂 嚣 褰黎繁i 巢糍i 繁臻 跨 o j i 7 一v k 漱j 黔 鬃蒸 攀辫攀t y 糕 零 y y i 一 隧 l 攀 j 图2 2张家港污水厂的初步厂区平面布置示意图 f i 9 2 2p r i m a r yl a y o u to fs a n df i l t e ri ns e w a g ep l a n t 第一污水处理厂共设计有4 个滤池 每池有8 套过滤器 共计设计3 2 套过 滤器 第二污水处理厂 套 中试装置按照其中的1 套的性能参数设计 在很多的污水处理应用中 从中试到大规模应用 往往存在着瓶颈 在中试 中间得到的较好的试验结论 到大型应用时 往往难以复现中试结果 导致这样 的污水处理技术难以大规模应用 活性砂过滤器系统中试结果对大型应用具有复 现功能是由于活性砂过滤器系统采用模块化设计 系统拼接后各个活性砂单元之 间可以平衡水力负荷 以2 套组合为例 简单介绍一下 原理见图2 3 2 3 1 生物活性砂过滤器系统的大型应用中 进水出水渠均联系在一起 一旦有个 别单元故障 污泥负荷不平衡 各个单元之间会自动平衡 不会影响整体的系统 运行 2 1 江苏大学工程硕士学位论文 h a q m 3 s 1 7 5 h o h a b 1 5q a q b 图2 3 大型应用中各单元问水力自动平衡原理图 一一h o 一一h b f i 9 2 3p r i n c i p l eo fa u t o m a t i ch y d r a u l i c sb a l a n c ei nl a r g es c a l ea p p l i c a t i o n 另外 生物活性砂过滤器系统的运行为2 4 小时连续运行 连续反冲洗 无 需中断过滤反冲洗 因此生物的生长环境比较稳定 同时较少的辅助系统减少了 因为辅助系统故障对整个系统的影响 生物活性砂过滤器的砂床也联系在一起 一旦个别单元的砂床故障 系统会有局部修复能力 在工艺安排上 深度处理在 后 前面的常规工艺已经缓冲了污水的进水技术条件 生物活性砂过滤器系统的e p 柜的气提回路相互独立 也保证了各个单元之 间不会相互干扰 针对大型应用中土建的误差对设备的影响等问题 对土建的依赖等问题作出 了合理的 前瞻性的技术安排 设备安装过程中 采用厂家提供的专用底锥模板 可以对土建误差进行调整 迷宫梁的设计等也考虑了土建的误差修正 保证整体 水力负荷的一致性比较好 以上不至于在大面积应用时 出现水力负荷不平衡等 现象 减少了对土建的依赖 2 江苏大学工程硕士学位论文 因此 由于中试可以比较方便进行 在大规模应用前 为保证项目的顺利达 产 一般会进行中试 中试过程中 将中试设备的性能调整到最佳状态 为生物 活性砂滤系统