微孔曝气与卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺比较

微孔曝气与卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺比较

1市区人口分布广东省中部市位于东江滨水珠江三角洲附近。它是西江中部的水陆交通枢纽之一。它集历史文化名城、风景旅游城和新兴工业城于一体。目前，城区面积152.28公里，人口25.7万人。2010年规划人口为50.60万人。随着经济的发展,城市的迅速扩大,该地区的环境特别是水污染状况日趋严重,大量未经处理的污水直接排入西江,已经在一定程度上造成了西江水体的富营养化,甚至变黑、变臭,很大程度上影响了该地区居民的身心健康,尤其是对作为广东省三大水源之一的西江产生了严重污染,因此,对该市的污水集中处理势在必行。2污水处理厂规划2.1设计规模的确定目前市区人口为25.7万人,市区污水总排放量为5万m3/d,其中生活污水和工业废水分别占70%和30%,考虑到该市2010年城市的规划人口约为50万人,预测2010年市区污水总排放量约为10万m3/d,因此,该污水处理厂的设计规模按10万m3/d考虑,分两期建设,一期规模为5万m3/d,终期规模为10万m3/d。2.2废水处理厂废水水质的确定根据该市环境监测站提供的水质化验报告,并结合同类污水处理厂的实际运行资料,确定该污水处理厂的进水水质如表1。2.3污水处理厂的进出水平差异及去除率根据1998年1月1日起执行的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准,确定该污水处理厂的出水水质及所需的去除率如表2。2.4除磷脱氮的工艺分类污水处理工艺流程的选择是根据原水水质、出水要求、建设规模、建设条件及当地环境状况等因素综合确定的。从要求的出水水质及去除率表中可知,该污水处理厂的出水中,对氨氮及磷的要求较高,因而,选择的污水处理工艺流程要求具有良好的除磷脱氮功能,以下就几种常用的污水处理工艺比较如下:(1)氧化塘法:氧化塘工艺具有管理简单、运行费用少、抗冲击负荷性能好等优点,但按《室外排水设计规范》规定的最小停留时间为20天计算,所需氧化塘的容积为200万m3,此外,为防止氧化塘内污泥淤积,还需设置初沉池作为预处理,因而,占地面积太大,且卫生条件较差,现在已很少采用,本工程也无条件采用。(2)普通厌氧/好氧活性污泥法(即A/O法):该法具有曝气时间较短、能耗较低、不易发生污泥膨胀、对磷有一定的去除效果等优点,但BOD5的去除率不高(约为60%~70%),且氮的去除率很低,难以使出水达标排放,如要提高BOD5的去除率,则需延长曝气时间,这样也就失去了它的优点。(3)吸附生物降解法(即AB法):该法不需设置初沉池,A段和B段回流系统分开,其优点是工艺稳定、抗冲击负荷性能好、对BOD5的去除率大于80%,但处理构筑物较多、基建投资高、运行费用也很高,虽有一定的除磷脱氮效果,却难以保证出水中所含的磷、氮达到排放标准。(4)传统氧化沟法:该法工艺成熟可靠;对污水水质适应性强、抗冲击负荷性能好;处理构筑物较少、基建投资较低、管理比较简单;剩余污泥较少且较稳定、无需经消化处理、具有良好的脱水性能,目前在我国已广泛采用,但该工艺虽有一定的除磷脱氮效果,却难以保证出水中所含的磷、氮达到排放标准。(5)表面曝气、卡鲁塞尔-2000型氧化沟法:该法是在普通卡鲁塞尔氧化沟前增加一个厌氧池和一个缺氧池而形成的一个具有良好除磷脱氮效果的污水处理工艺,它综合了A/O法和氧化沟法的优点。具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、不易发生污泥膨胀、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。(6)表面曝气、卡鲁塞尔-2000型氧化沟除磷脱氮的基本原理:污水首先进入厌氧池与回流污泥混合,在兼性厌氧发酵菌的作用下,部分易生物降解的大分子有机物被转化成小分子的挥发性脂肪酸(VFA),聚磷菌吸收这些小分子有机物合成PHB并储存在细胞内,同时将细胞内的聚磷水解成正磷酸盐,并释放到水中,释放的能量可供专性好氧的聚磷菌在厌氧的压抑环境下维持生存;随后污水进入缺氧池,反硝化菌利用污水中的有机物和回流混合液中的硝酸盐进行反硝化,达到脱氮的目的(脱氮效果可以达到95%),同时还去除一部分碳;当污水进入氧化沟时,有机物浓度逐渐减小,此时,聚磷菌主要是依靠分解体内储存的PHB来获取能量供自身生长、繁殖,同时超量吸收污水中的溶解性磷以聚磷酸盐的形式储存在体内;随后污水进入二沉池,经过沉淀,含磷高的污泥从水中分离出来,并以剩余污泥的形式送至污泥脱水系统,从而达到除磷的效果(除磷效果可以达到80%)。因此,为得到良好的出水水质,使氮、磷达标,表面曝气卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺无疑是较为合适的处理工艺,但是,表面曝气的方式限制了氧化沟的有效水深只能在4.8m以内,因而其占地面积仍然较大,而且,该工艺对氧的利用率不高(约1.8kg/(kW·h)),这意味着该工艺仍有较高的能耗,因此,在表面曝气卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺的基础上,提出了微孔曝气、卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺,该工艺氧化沟的有效水深可达5.8m,对氧的利用率可达2.5~3.0kg/(kW·h),下面就微孔曝气、卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺和表面曝气、卡鲁塞尔-2000型氧化沟工艺的优、缺点比较见表3。综上所述,该工程设计中采用微孔曝气、卡鲁塞尔-2000型氧化沟处理工艺。2.5工艺工艺流程详见流程图1。2.6流程描述污水处理厂按两个系列设计,每个系列为5万m3/d,本次实施一个系列,预留一个系列。2.6.1污水提升水泵自动控制污水经粗格栅拦截污水中较大的杂物后进入污水提升泵站,污水经提升进入细格栅池进一步拦截污水中较小的杂物,以保证后续工段的正常运行。随后,污水流入曝气沉砂隔油池,去除污水中的砂粒和浮油,以防砂粒沉积在氧化沟内。粗格栅池内安装2台自动除渣的回转式机械格栅和1台人工格栅,人工格栅作为备用,机械格栅栅条间距为40mm,人工格栅栅条间距为80mm,设计过栅流速为0.8m/s,机械格栅的工作由时间继电器和根据格栅前、后水位差而设定的程序进行自动控制,格栅前设进水闸板以便事故时检修。污水提升泵站内设3台潜污泵,潜污泵的工作依据按泵站内集水池的水位而设定的程序进行自动控制。细格栅池内安装2台自动除渣的弧型机械格栅和1台人工格栅,人工格栅作为备用,弧型机械格栅栅条间距为10mm,人工格栅栅条间距为20mm,设计过栅流速为0.8m/s,弧型机械格栅的工作由时间继电器和根据格栅前、后水位差而设定的程序进行自动控制。曝气沉砂隔油池内设空气释放管,释放的气体使污水在池中成螺旋状向前运动,这样的螺旋运动使砂子在离心力的作用下易于沉降,同时也对附着在砂粒上的有机物进行“清洗”,以减少沉砂池排砂时产生的臭气。曝气沉砂隔油池内的污水设计水平流速为0.07m/s、停留时间为3min、供气量为0.15m3气/m3污水。在此条件下,0.5mm以上的颗粒去除率为95%,0.35~0.5mm之间的颗粒去除率为85%,0.2mm以上的颗粒去除率为65%,供气量的大、小可以通过手动调节,但供气量不宜太大以免影响后面的厌氧处理。沿沉砂池水流方向安装1台行车式泵吸排砂机,它通过砂泵将沉积在池底的砂粒送入砂水分离器,并经砂水分离后排出,同时也通过刮板将浮油刮至贮油池,行车式泵吸排砂机的工作由时间继电器进行自动控制。预处理阶段产生的栅渣用螺旋输送机送至栅渣打包机,经打包机压缩、脱水,体积缩小后与砂粒等定期运至垃圾填埋场另行处理,浮油则定期由槽车运至垃圾焚烧场。2.6.2厌氧池及材料自曝气沉砂隔油池出来的污水经巴歇尔计量槽计量后先后进入厌氧池、缺氧池和氧化沟,经处理后的出水进入二沉池,二沉池的上清液即可达标排放,底流除一部分回流至厌氧池外,其余部分送至污泥脱水系统。计量槽测得的进水量数据将由逻辑程序控制器传至中央控制室显示和记录,并用作其它相关工艺控制操作的依据。在厌氧池中,污水首先与回流污泥(污泥回流比为100%)在厌氧状态下混合和搅拌,细菌在厌氧状态下释放聚存的磷,这一过程中,保持无氧条件是很重要的,另外,回流污泥的含硝酸盐氮的浓度需较低,否则,不利于细菌对磷的释放。在厌氧条件下被释放的磷将和入流污水中所含的磷一起在有氧条件下重新被细菌的细胞吸收。厌氧池设计停留时间为50min、有效水深为5.25m、水平流速为0.3m/s。厌氧池内设隔墙和导流墙、池内安装液下推流潜水搅拌器以保证污水与回流污泥的均匀混合,并防止污泥沉降。厌氧池出来的混合液流入缺氧池,并与来自氧化沟的内回流混合液(内回流比为250%)均匀混合,由于缺少溶解氧,细菌从硝酸盐中夺取氧以用于生物降解有机物,因此,在硝化过程中产生的硝酸盐在反硝化过程中转化为氮气释放,污水中的大部分氮因此而被去除。缺氧池设计停留时间为70min、有效水深为5.25m。缺氧池内设隔墙和导流墙、池内安装液下推流潜水搅拌器以保证混合液的均匀混合,并防止污泥沉降。缺氧池出来的混合液流入氧化沟,在有氧条件下降解有机物,另外有氧条件促使氨氮转化为硝酸盐,在此阶段,磷也被细菌重新吸收。氧化沟采用卡鲁塞尔四沟式氧化沟,设计停留时间为4.6h、有效水深为5.25m、水平流速为0.3m/s、稳定污泥泥龄15d、污泥浓度4000mg/l、MLVSS/MLSS为0.7,则一期规模溶解氧需氧量为8272.5kg/d,氧利用率为23.69%、曝气量为7m3/h的微孔曝气器,供氧量为430.4kg/h,鼓风机的供气量为6059.5m3/h,设计采用3台罗茨风机(两用一备),其中1台常开风机采用变频调速,根据氧化沟内溶解氧探测器探测到的溶解氧浓度自动调节风机的转速。至缺氧池的内回流量可以通过调节内回流控制门的开启度来控制。为防止污泥沉降、堵塞曝气器,并保证混合液的均匀混合,氧化沟内安装了液下推流潜水搅拌器;为便于曝气器万一堵塞后的检修,设计中将曝气器分为若干组,每组均能吊出水面进行检修;为减少能耗,氧化沟转弯处设有两道导流墙;为防止内回流至缺氧池的混合液中溶解氧浓度过高(最好接近于零),以免影响缺氧区的工艺处理,曝气器应远离内回流控制门布置;氧化沟出水口设高度可调的堰板,堰板高度的调节是由逻辑程序控制器根据溶解氧探测器探测到氧化沟内溶解氧浓度的高低进行自动控制的,如溶解氧浓度较高则降低堰板高度、减小水深,反之,则提高堰板高度、加大水深。2.6.3污泥、浮渣物的采集氧化沟出水进入二沉池,在二沉池内,水和污泥经沉淀后分离,出水流过一系列的台阶跌水以增加溶解氧的含量,然后排入西江。混合液中的固体物在二沉池内沉淀后成为污泥,生物活性污泥由吸管利用水压差的原理吸到污泥收集箱,然后用回流泵送至厌氧池作为回流污泥,重质沉淀污泥则由刮泥板刮至二沉池中央,再用污泥泵送至污泥脱水系统,浮渣物则利用旋转式潜水除渣器收集,再用浮渣泵送至污泥脱水系统,旋转式潜水除渣器利用时间继电器自动控制除渣操作次数,以减少浮渣物的含水率。二沉池设计停留时间3.76h、有效水深3.5m、表面负荷为0.85m3/(m2·h)、固体负荷为100kg/(m2·d)、出水堰负荷为182m3/(m·d)。为防止低温或其它原因造成二沉淀的沉淀效果不好、出水悬浮物浓度高、从而引起出水中磷的含量超标,设计了一套明矾投加系统以备需要时使用,明矾投加至二沉池的进水口。2.6.4重力浓缩池+顺液系统二沉池排出的剩余污泥量为5750kg/d,体积为718.75m3/d(含水率为99.2%),这些污泥在脱水前需进行浓缩以减小其体积,污泥浓缩可由以下几种方式完成:重力浓缩池、溶解气体悬浮机、离心浓缩、重力带式脱水。重力浓缩池仅能将污泥含水率降低至98%,并会产生严重的臭味,此外,如污泥在浓缩池中停留时间过长,将会产生厌氧状态,磷将可能从污泥中重新释放。溶解气体悬浮机虽然没有重力浓缩池的缺点,但是,它的结构比较复杂,维修困难。离心浓缩一般是配合离心脱水机使用,虽然污泥经离心脱水后可使污泥含水率降低至80%~75%,但其设备价格和运行费用太高。重力带式脱水一般是配合带式压滤机使用,经带式压滤机脱水后,污泥含水率只能降低至80%~85%,但其设备价格和运行费用均较低。因此,本工程采用进口的带重力浓缩的带式压榨过滤机用于污泥脱水。为了改善污泥的脱水性能、减低污泥含水率,在重力浓缩机污泥输入管中投加浓度为0.1%的3#絮凝剂。由于污泥脱水机械非连续工作(污泥脱水时间按9h/d设计),而剩余污泥的产生是连续不断的,因此,污泥脱水车间需设有污泥储存设施,污泥储存设施的体积按17h剩余污泥量设计