改良Bardenpho+氣浮+臭氧氧化工藝用于污水廠準(zhǔn)Ⅳ類出水

文_李志超 馬姍姍 中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司

河北省污水處理廠新建二期工程，占地7.73公頃，污水處理規(guī)模10×104m3/d，總變化系數(shù)Kz=1.5，再生水規(guī)模2×104m3/d，污泥處理規(guī)模240t/d（80%含水率），另有4萬(wàn)m3雨水調(diào)蓄池1座。該工程為全地下式污水處理廠，設(shè)兩個(gè)地下箱體，主要接收排水分區(qū)內(nèi)的市政污水及初期雨水。目前污水管網(wǎng)處于高水位運(yùn)行，污水外溢現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

1 現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬(wàn)m3/d，于1995年投產(chǎn)運(yùn)行，污水廠出水水質(zhì)相當(dāng)于目前執(zhí)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。工程采用工藝為帶有前置厭氧、缺氧段的具有生物除磷脫氮功能的A2/O活性污泥法，污泥處理采用重力濃縮后進(jìn)行帶式脫水機(jī)脫水。

經(jīng)過(guò)一級(jí)A提標(biāo)及深度處理工程兩次改造后，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提升至河北省《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的重點(diǎn)控制區(qū)排放限值，現(xiàn)狀實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)如表1和圖1所示。

表1 2019年12月～2020年11月實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)(mg/L)

2 工藝方案

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)（表2）

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)(mg/L)

2.2 水質(zhì)分析

（1）污水的可生化性

該工程進(jìn)水以生活污水為主，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)COD=500mg/L，BOD5=240mg/L， BOD5/COD=0.48，可生化性好。

（2）BOD5/TN

該指標(biāo)是鑒別能否采用生物脫氮工藝的主要指標(biāo)，進(jìn)入生物池的BOD5/TN＞4，即可認(rèn)為污水有足夠的碳源供反硝化菌使用。該工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)BOD5=240mg/L，TN=65mg/L，BOD5/TN=3.7，碳源不足，設(shè)計(jì)中考慮外加碳源措施。

（3）BOD5/TP

該指標(biāo)是鑒別能否采用生物除磷的主要指標(biāo)，較高的BOD5負(fù)荷可以取得較好的除磷效果，進(jìn)行生物除磷的低限是BOD5/TP=20[2]。該 工 程 BOD5=240mg/L，TP=8mg/L，BOD5/TP=30，采用生物除磷工藝可以獲得滿意的除磷效果。但常規(guī)的生物處理工藝出水TP要穩(wěn)定低于0.3mg/L相當(dāng)困難，因此在該工程設(shè)計(jì)中需采用生物法與化學(xué)法相結(jié)合以強(qiáng)化除磷效果。

2.3 設(shè)計(jì)工藝

①該工程污水處理工藝為：

一級(jí)處理：粗格柵+細(xì)格柵+曝氣沉砂池+初沉池（設(shè)超越）；二級(jí)處理：五段Bardenpho+平流式二沉池；深度處理：氣浮+臭氧氧化；消毒工藝：紫外消毒+次氯酸鈉進(jìn)行補(bǔ)氯；除臭工藝：生物強(qiáng)化（全過(guò)程）除臭+生物輔助強(qiáng)化除臭。

②該工程再生水處理工藝為：氣浮后增加超濾工藝。

③該工程污泥處理工藝為：疊螺濃縮+超高壓板框脫水+低溫干化工藝。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

該工程由于受用地限制，主體構(gòu)筑物分兩個(gè)箱體布置。1#箱體主要包含調(diào)蓄池、預(yù)處理車間、初沉池、污泥處理車間、消防泵房、生物除臭濾池等子項(xiàng)，2#箱體主要包含生物池、二沉池、氣浮池、超濾車間、臭氧接觸池、紫外消毒渠、加藥間、鼓風(fēng)機(jī)房、生物除臭濾池等子項(xiàng)，詳見(jiàn)圖2。

圖2 1#、2#箱體平面布置圖

3.2 主要工藝參數(shù)

①初沉池設(shè)1座2組，由于初沉池會(huì)去除部分BOD5，提高了外加碳源的消耗量，設(shè)計(jì)上采用水力停留時(shí)間較短的初沉池，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷q=6.5m3/m3·hr，停留時(shí)間0.5h；并對(duì)生物池做超越初沉池時(shí)的校核，運(yùn)行時(shí)可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況超越初沉池。

②生物池設(shè)1座2組，采用厭氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧五段式布置，第一級(jí)AA/O充分利用污水內(nèi)碳源進(jìn)行前置反硝化和生物除磷，第二級(jí)利用外加碳源進(jìn)行強(qiáng)化深度反硝化，是目前反硝化最為徹底的污水脫氮工藝。有效水深8m，設(shè)計(jì)水溫13.5℃，泥齡13d，厭氧區(qū)、前缺氧區(qū)、前好氧區(qū)、后缺氧區(qū)、后好氧區(qū)在設(shè)計(jì)流量下的水力停留時(shí)間依次為：1.5、4.3、6.9、2.5、1.0h，混合液懸浮固體濃度MLSS=4000mg/L，氣水比為6。

③氣浮池設(shè)1座4格，混凝區(qū)水力停留時(shí)間3.0min，絮凝區(qū)水力停留時(shí)間5.1min，氣浮區(qū)上升流速26m/h，溶氣壓力水循環(huán)10%。出水SS 小于5mg/L，TP 小于0.3mg/L，極端情況下可小于0.001mg/L，在極端除磷的工況下具有優(yōu)異表現(xiàn)。

④臭氧接觸池設(shè)1座2格，設(shè)計(jì)停留時(shí)間50min，最大臭氧投加量為13mg/L，采用液氧源制備臭氧。

⑤再生水采用浸沒(méi)式超濾工藝，設(shè)1座4組，共240支浸沒(méi)式超濾元件，膜系統(tǒng)平均通量為25LMH，膜瞬時(shí)通量（表觀）為37LMH。

⑥污泥處理采用疊螺濃縮+超高壓板框脫水+低溫干化工藝，污泥干固體量G=48000kgDS/d，污泥均質(zhì)池接收初沉污泥、剩余污泥、化學(xué)污泥及一期重力濃縮污泥，混合后含水率98.8%。設(shè)串螺污泥濃縮機(jī)3臺(tái)，2用1備，Q=360m3/h；設(shè)超高壓板框壓濾機(jī)3套，單臺(tái)處理絕干量1.5t/次，工作時(shí)間16h；設(shè)低溫帶式干化機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)6個(gè)脫水模塊。出泥含水率40%，外運(yùn)進(jìn)行焚燒處置。

⑦除臭工藝采用生物強(qiáng)化（全過(guò)程）除臭+生物除臭濾池組合，于生物池設(shè)40臺(tái)生物強(qiáng)化罐，1#箱體設(shè)3套40000m3/h生物除臭濾池，2#箱體設(shè)1套40000m3/h生物除臭濾池。

3.3 工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)

①選擇Bardenpho工藝和多級(jí)AO工藝進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并用實(shí)測(cè)的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行真實(shí)的軟件仿真模擬，提出適合該工程的最佳工藝方案，詳見(jiàn)圖3。

圖3 兩種工藝外加碳源投加量對(duì)比圖

模擬結(jié)果顯示Bardenpho工藝外加碳源的投加量明顯低于多級(jí)AO工藝。

②項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮重點(diǎn)處理單元的池型、設(shè)備配置和參數(shù)科學(xué)、合理，對(duì)箱體埋深、生物池有效水深的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析。

采用BioWin 模擬軟件對(duì)污水處理廠的工藝流程構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)不同處理工藝條件下的出水水質(zhì)，對(duì)復(fù)雜的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，然后基于模擬結(jié)果優(yōu)化工藝方案，實(shí)現(xiàn)污水處理主要單體設(shè)計(jì)參數(shù)的模擬驗(yàn)證，詳見(jiàn)圖4。

圖4 進(jìn)出水COD 模擬曲線

③水力高程設(shè)計(jì)合理、多方考慮運(yùn)行安全：水力高程的設(shè)計(jì)按照現(xiàn)狀實(shí)際的進(jìn)水標(biāo)高及箱體內(nèi)的控制標(biāo)高為基礎(chǔ)，綜合比較了提升位置和高度，力求節(jié)省能耗，并實(shí)現(xiàn)箱體投資經(jīng)濟(jì)。箱體內(nèi)各單體的標(biāo)高、池頂、事故和放空泵房的設(shè)置均結(jié)合水力高程，充分考慮事故、漏損和斷電等意外情況下的安全標(biāo)高。

④多重舉措確保內(nèi)外環(huán)境安全：地下式污水處理廠埋設(shè)深度較深，運(yùn)行中需要將市政污水引入到地下進(jìn)行處理，且操作管理均在封閉的空間，與地上式污水廠相比具有一定的危險(xiǎn)性。該工程工藝安全設(shè)計(jì)如下：為防止污水量較大或污水處理廠出現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)行事故時(shí)出現(xiàn)溢水現(xiàn)象，對(duì)進(jìn)水管理實(shí)施多重保障，管道進(jìn)入箱體開(kāi)放液面前設(shè)置液控偏心半球閥，閥門與后續(xù)標(biāo)高聯(lián)動(dòng)，當(dāng)后續(xù)水位較高時(shí)，該閥自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)閥門斷電時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，且為防止后續(xù)水位過(guò)高時(shí)，閥門反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，改進(jìn)閥門的聯(lián)動(dòng)過(guò)程，閥門隨著后續(xù)水位的變化同時(shí)動(dòng)作，確保不會(huì)溢水。此外，在箱體的進(jìn)口及粗格柵前池的出口分別設(shè)置速閉閘，確保水位較高或斷電時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。采用三重保障確保不會(huì)水淹。

⑤流程分組科學(xué)合理，協(xié)調(diào)兼顧投資運(yùn)行：主要流程分組為兩個(gè)系列：初沉池、生物池分2 組，氣浮池分為4 格，各水提升和泥提升泵房均按2 格設(shè)置。在具體工藝設(shè)計(jì)中通過(guò)閘門的設(shè)置保證靈活運(yùn)行，每池及每個(gè)處理單元和提升單元均能做到既可單獨(dú)運(yùn)行又能互相聯(lián)通，運(yùn)行過(guò)程中可保證靈活的配置。其他建構(gòu)筑物，包括預(yù)處理車間、鼓風(fēng)機(jī)房、加藥加氯間、污泥處理車間等均配備了多組設(shè)備，便于運(yùn)行調(diào)配和使用檢修。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程新建二期污水處理規(guī)模10×104m3/d，采用五段Bardenpho 工藝+氣浮+臭氧氧化+紫外及次氯酸鈉聯(lián)合消毒，出水水質(zhì)可達(dá)到《大清河流域水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/2795-2018）重點(diǎn)控制區(qū)排放限值；新建再生水處理規(guī)模2×104m3/d，采用超濾工藝。工程建成后可有效削減進(jìn)入大清河水系的污染物負(fù)荷，有利于保障流域水環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)一步保障下游白洋淀水系質(zhì)量。

建議增加氣浮出水到超濾系統(tǒng)的切換，防止氣浮出水水質(zhì)波動(dòng)以及便于未來(lái)水質(zhì)提標(biāo)；2#箱體上部空間較為充足，可作為超濾系統(tǒng)預(yù)留位，用于增加再生水處理規(guī)模，提高水資源重復(fù)利用率。