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    某城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造及運(yùn)行效果

    2022-01-26 03:17:48郭海鵬周益欽蔡佳青紀(jì)澤霞紀(jì)斯棟
    廣州化工 2022年1期
    關(guān)鍵詞:氯化鋁活性污泥處理廠

    郭海鵬,周益欽,林 琿,蔡佳青,紀(jì)澤霞,紀(jì)斯棟

    (1 汕頭大學(xué)理學(xué)院,廣東 汕頭 515000; 2 廣東聯(lián)泰環(huán)保股份有限公司,廣東 汕頭 515000)

    隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加速,廢水的排放量逐年增加,水資源污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻。國(guó)家對(duì)環(huán)保行業(yè)的重視程度和支持力度不斷提升,污水處理行業(yè)也得到了快速發(fā)展。“十二五”和“十三五”期間,國(guó)家大力推動(dòng)建設(shè)污水處理廠,截止到2019年,全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量達(dá)到4140座,日處理能力達(dá)到2.14×108m3[1]。隨著生態(tài)文明建設(shè)的持續(xù)深入進(jìn)行,國(guó)家對(duì)污水處理設(shè)施的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,全國(guó)有越來(lái)越多的污水處理廠響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召,通過(guò)工藝改造和工程改擴(kuò)建,將排放標(biāo)準(zhǔn)提高到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中規(guī)定的一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)或者更嚴(yán)的地方標(biāo)準(zhǔn)[2]。

    廣東某城鎮(zhèn)污水處理廠位于沿海城市,主要處理城區(qū)生活污水,處理規(guī)模26×104m3/d,服務(wù)范圍75 km2,采用“A2/O+氯消毒”工藝,污泥經(jīng)濃縮池和離心脫水機(jī)處理至含水率80%以下,泥餅運(yùn)至污泥焚燒廠焚燒處置,工藝流程圖見(jiàn)圖1。原設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),已長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

    根據(jù)國(guó)家及廣東省的最新環(huán)保要求,該污水廠出水水質(zhì)須提高至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值,具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

    圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

    表1 原設(shè)計(jì)進(jìn)出水標(biāo)準(zhǔn)及新排放標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Original inlet and outlet water standard and new effluent discharge standard (mg/L)

    1 提標(biāo)前進(jìn)出水水質(zhì)分析

    通過(guò)對(duì)該廠2019年全年主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)會(huì)隨季節(jié)的更替有所波動(dòng),總氮、氨氮和總磷存在超過(guò)設(shè)計(jì)濃度的情況,超標(biāo)率分別為3.3%、8.8%和0.5%,盡管如此,該廠出水水質(zhì)總體平穩(wěn),能穩(wěn)定達(dá)到原排放標(biāo)準(zhǔn)要求,表明該廠的工藝運(yùn)行效果良好,具備一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

    由表2可知,對(duì)比新排放標(biāo)準(zhǔn)要求,主要是總磷和SS存在較大的超標(biāo)可能性,達(dá)標(biāo)率分別只有6%和21%。因此,針對(duì)總磷和SS可能超標(biāo)的問(wèn)題,制定相應(yīng)的技術(shù)方案。

    表2 提標(biāo)前的進(jìn)出水水質(zhì)Table 2 Inlet and outlet water quality before upgrading

    2 提標(biāo)方法的選擇

    目前污水處理除磷技術(shù)主要有生物除磷和化學(xué)除磷兩種。生物除磷主要是利用聚磷菌對(duì)溶解性磷的厭氧釋放和好氧吸收作用,最終通過(guò)好氧過(guò)量吸磷,并隨活性污泥的排放去除總磷?;瘜W(xué)除磷是通過(guò)投加化學(xué)藥劑,使磷成為不溶性固體沉淀物,進(jìn)而從污水中分離出去。生物除磷是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的除磷方法,但由于受工藝設(shè)計(jì)、污泥濃度、排泥量、氣溫、水質(zhì)等因素影響,去除效果存在波動(dòng)情況,除磷效率有一定限度[3-4]。從該廠歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出,單純通過(guò)生物除磷作用,總磷去除率不超過(guò)60%,想要再進(jìn)一步去除總磷,達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn),需考慮化學(xué)除磷的方法。

    化學(xué)除磷在強(qiáng)化除磷效果時(shí),在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行沉析反應(yīng)和絮凝反應(yīng),沉析反應(yīng)即溶解態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非溶解態(tài)物質(zhì)或顆粒態(tài)物質(zhì),絮凝反應(yīng)是細(xì)小的非溶解態(tài)或顆粒物質(zhì)相互黏連形成較大絮體,提高沉降速率和顆粒物的去除率,也就是說(shuō),化學(xué)除磷不僅能提高總磷的去除率,還有利于進(jìn)一步降低出水SS的濃度[5-6]。

    通過(guò)對(duì)該廠2019年的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出,對(duì)比新排放標(biāo)準(zhǔn),不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的出水指標(biāo)主要是總磷和SS。因此,針對(duì)總磷和SS的進(jìn)一步去除開展化學(xué)藥劑投加試驗(yàn)研究。

    3 化學(xué)除磷試驗(yàn)

    3.1 試驗(yàn)方法

    試驗(yàn)水樣取自該廠生化池出水,試驗(yàn)采用的除磷藥劑有:復(fù)合除磷劑CL、復(fù)合除磷劑YW和聚合氯化鋁(PAC,有效含量10%)。試驗(yàn)時(shí),藥劑均配制成濃度10%的藥液進(jìn)行投加。試驗(yàn)進(jìn)行兩組小試,每組取9個(gè)水樣,每個(gè)水樣取500 mL生化池出水,同時(shí)分別投加劑量不同的藥液,采用六聯(lián)攪拌器同步進(jìn)行混凝攪拌。先以120 rpm快速攪拌 1 min,再以 50 rpm慢速攪拌15 min;靜沉 30 min后取上清液,采用國(guó)標(biāo)鉬酸銨分光光度法檢測(cè)總磷指標(biāo)。每組藥液投加量從40 mg/L開始,每個(gè)樣依次遞增10 mg/L,總共投加8個(gè)樣,另設(shè)一個(gè)不投加藥液的空白對(duì)照樣。

    3.2 結(jié)果與討論

    兩組水樣原水總磷濃度分別為3.2 mg/L和1.5 mg/L,由圖2和圖3可知,復(fù)合除磷劑CL在兩組試驗(yàn)中,都能將總磷降至0.5 mg/L以下,另外兩個(gè)藥劑只有在原水濃度較低時(shí)才能有可能降至0.5 mg/L以下。

    圖2 不同藥劑的投加曲線Fig.2 Dosing curve of different chemicals

    由兩組小試結(jié)果可知,如將總磷降至0.5 mg/L以下,去除每毫克總磷的復(fù)合除磷劑CL單耗為29~35 mg,而聚合氯化鋁和復(fù)合除磷劑YW單耗分別為38 mg和50 mg,在原水總磷濃度3.2 mg/L的試驗(yàn)組,聚合氯化鋁和復(fù)合除磷劑YW在投加范圍內(nèi),均未能達(dá)到0.5 mg/L以下。

    在原水總磷1.5 mg/L的試驗(yàn)組,復(fù)合除磷劑YW投加到60 mg/L后,總磷出現(xiàn)反彈,而復(fù)合除磷劑CL和聚合氯化鋁的投加曲線則趨于穩(wěn)定,表明除磷劑投加到一定程度后,總磷的殘余量將達(dá)到一個(gè)極限值,無(wú)法通過(guò)投加藥劑進(jìn)一步去除,殘余的總磷可能為有機(jī)磷,無(wú)法與藥劑反應(yīng)。投加復(fù)合除磷劑YW后總磷出現(xiàn)輕微反彈,可能是由于藥劑的過(guò)量投加,導(dǎo)致絮凝沉淀平衡被打破或藥劑含有能被誤檢為總磷的成分。

    圖3 不同藥劑的投加曲線Fig.3 Dosing curve of different chemicals

    兩組試驗(yàn)中復(fù)合除磷劑CL的總磷去除率可達(dá)到85%左右,復(fù)合除磷劑YW的總磷去除率最高70%,聚合氯化鋁的總磷去除率最高80%。相同投加量的情況下,復(fù)合除磷劑CL的總磷去除率都高于另外兩種藥劑。結(jié)果表明,除磷效果最佳、單耗最低的是復(fù)合除磷劑CL,去除每毫克總磷的單耗為29~35 mg,然后依次是聚合氯化鋁和復(fù)合除磷劑YW。故選取復(fù)合除磷劑CL作為生產(chǎn)試驗(yàn)的首選除磷藥劑。

    4 藥劑投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    根據(jù)廠區(qū)構(gòu)筑物平面布置及工藝流程情況,鑒于該廠沒(méi)有深度處理工段,將藥劑投加點(diǎn)分別設(shè)置在一期工程兩組生化池出水口和二期工程一組生化池出水井,每個(gè)投藥點(diǎn)配置一套藥液投加系統(tǒng),包含隔膜計(jì)量泵(加藥泵)、儲(chǔ)藥罐、管路、控制箱等,每套投加系統(tǒng)配置兩臺(tái)加藥泵和兩個(gè)儲(chǔ)藥罐,一用一備。藥劑投加系統(tǒng)流程見(jiàn)圖4。

    圖4 藥劑投加系統(tǒng)流程圖Fig.4 Flow chart of chemical dosing system

    5 應(yīng)急提標(biāo)后的處理效果

    由表3可知,在進(jìn)水水質(zhì)相似的情況下,提標(biāo)后部分出水指標(biāo)有明顯改善,特別是總磷和SS。出水總磷均值0.29 mg/L,去除率90%,出水SS均值6 mg/L,去除率90%,兩者相比提標(biāo)前的56%和85%均有所提升。CODCr、BOD5、總氮、氨氮等去除率略微提升,但不顯著。因此,除磷劑主要對(duì)去除總磷和SS有顯著作用,對(duì)其他指標(biāo)沒(méi)有明顯促進(jìn)作用。整體出水可穩(wěn)定達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)。該藥劑屬鐵鹽復(fù)合劑,溶液呈赤褐色,藥劑投加后會(huì)使生化池中的污泥混合液呈現(xiàn)一定的赤褐色,但對(duì)出水色度基本沒(méi)有影響。

    去除總磷主要是通過(guò)除磷劑與溶解性磷酸鹽反應(yīng)生成沉淀物,在污泥沉淀階段隨排泥一并去除。而SS的去除主要是通過(guò)除磷劑水解絮凝作用,網(wǎng)捕懸浮顆粒物,同樣可隨污泥一并沉降和排除。由于SS中含有一定的活性污泥分散顆粒,在總磷檢測(cè)時(shí)會(huì)被消解成為總磷的一部分,故活性污泥分散顆粒的沉降對(duì)出水總磷的降低也起到的重要的作用。

    表3 提標(biāo)后的進(jìn)出水水質(zhì)Table 3 Inlet and outlet water quality after upgrading

    除磷劑呈酸性,對(duì)比投加除磷劑前后的進(jìn)出水pH值,投加除磷劑前,進(jìn)水pH在6.59~7.22之間波動(dòng),均值6.96,出水pH在6.50~6.87之間波動(dòng),均值6.63。投加除磷劑后,進(jìn)水pH在6.33~7.34之間波動(dòng),均值7.00,出水pH在6.27~6.80之間波動(dòng),均值6.43。可以看出在進(jìn)水pH值變化不大的情況下,投加除磷劑后,出水pH值略微下降,均值降幅約3%。pH值的波動(dòng)范圍仍在生化系統(tǒng)適宜的6~9的范圍,對(duì)生化系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)。

    提標(biāo)后對(duì)生化池中活性污泥進(jìn)行鏡檢觀察(見(jiàn)圖7和圖8),菌膠團(tuán)邊緣清晰,結(jié)構(gòu)緊密,微生物的種類、大小、數(shù)量及活性較提標(biāo)前沒(méi)有明顯的變化。

    投加除磷藥劑后,可達(dá)到預(yù)期處理效果,從主要指標(biāo)的處理情況看,活性污泥的污染物降解能力沒(méi)有降低,藥劑的投加沒(méi)有出現(xiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的對(duì)生化系統(tǒng)造成的不利影響[7-8]。

    圖5 提標(biāo)后活性污泥中的累枝蟲和鐘蟲Fig.5 Epistylis in activated sludge after upgrading

    6 結(jié) 論

    針對(duì)該廠原工藝和新排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)要求進(jìn)行分析,開展藥劑試驗(yàn),制定提標(biāo)方案,并予以實(shí)施。結(jié)果表明,出水總磷和SS有明顯改善,平均濃度分別是0.29 mg/L和6 mg/L,去除率均達(dá)到90%,其他指標(biāo)改善的程度不顯著。藥劑復(fù)合除磷劑CL的投加會(huì)使活性污泥呈現(xiàn)一定的赤褐色,但對(duì)出水感觀沒(méi)有明顯影響。藥劑的投加對(duì)活性污泥中的主要微生物也沒(méi)有顯著影響。整體出水可穩(wěn)定達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到預(yù)期處理效果。

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