曝氣生物濾池處理工業(yè)綜合廢水提標改造技術研究

Word版本，下載可自由編輯曝氣生物濾池處理工業(yè)綜合廢水提標改造技術研究針對曝氣生物濾池工藝不具備脫氮除磷功能，特殊是在處理工業(yè)綜合廢水時出水不能穩(wěn)定達標排放的問題，提出了“化學除磷+氣浮除油+水解酸化+前置反硝化曝氣生物濾池”的全流程處理工藝，并利用中試討論對處理流程以及各個處理單元運行參數(shù)舉行了優(yōu)化，在水解酸化2.0h，投加混凝劑硫化鐵量為40.0mg/L，氣浮溶氣壓力3.5kg/cm2，AO池125%回流比，水力停歇時光為20.0min的條件下，其出水達到國家一級A排放標準的要求。并對升級改造的建設和運行費用舉行了核算，為同類污水處理廠的升級改造工程提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1前言

遼河流域的渾河中部城市群是遼寧乃至東北老工業(yè)區(qū)振興的核心區(qū)域，隨著工業(yè)化進程的高速進展，流域內(nèi)工業(yè)園區(qū)正在蓬勃興起，隨之產(chǎn)生了大量工業(yè)綜合廢水。該類廢水經(jīng)園區(qū)內(nèi)處理后，仍含有大量極難降解的有機污染物，水質可生化性極差，給所匯入的城鎮(zhèn)污水處理廠帶來較大的處理難度并造成干擾，直接導致出水不達標的問題[1~3]。與此同時，流域水環(huán)境質量改善的需求對污水處理廠出水提出了越發(fā)嚴格的要求，按照遼寧省環(huán)保局與遼寧省質量技術監(jiān)督局聯(lián)合頒布的《遼寧省污水綜合排放標準》的要求，市級以上污水處理廠出水COD(chemicaloxygendemand)、NH3-N(氨氮)和TN(總氮)的濃度要達到國家一級A排放標準，故污水廠目前亟需結合現(xiàn)有處理工藝舉行升級改造討論，實現(xiàn)工業(yè)綜合廢水的達標排放[4~8]。

曝氣生物濾池工藝因為其占地面積小、處理效果好等特點，在遼河流域內(nèi)的污水處理廠尚占有一定的比例，出水基本達到二級排放標準，但隨著難降解工業(yè)綜合廢水的匯入，導致濾池板結阻塞、生物膜脫落等現(xiàn)象的產(chǎn)生。針對工業(yè)綜合廢水存在的問題和曝氣生物濾池的特點，舉行了水解酸化和藹浮除油的預處理討論，以及化學除磷和前置反硝化深度脫氮討論，使其出水達到一級A排放標準，為該類污水廠的升級改造提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持[9～13]。

2實驗裝置與實驗辦法

2.1實驗水質

該討論選取沈陽市鐵西區(qū)某污水處理廠，該污水廠日處理水量40萬t，其中60%以上的進水為工業(yè)綜合廢水。如表1所示，從污水處理廠的進水水質指標來看，其有機污染物和固體懸浮物(SS)濃度都比較高，經(jīng)過水廠現(xiàn)有些兩級曝氣生物濾池工藝處理，出水基本上能夠達到國家二級排放標準，但對照一級A標準，一方面需要進一步去除水中的COD、SS和NH3-N;另一方面還需要增強脫氮除磷的功能。

2.2實驗裝置

針對工業(yè)綜合廢水的特性以及污水處理廠現(xiàn)有工藝特點，設計了深度處理的全流程工藝，中試裝置主要包括混凝池、氣浮池、水解沉淀池和前置反硝化曝氣生物濾池4個處理單元。

如圖1所示，其中絮凝池柱高1.6m，直徑0.6m，原水和混凝劑溶液均從距底部1.2m處注入，內(nèi)設JJ-1大功率電動攪拌器，使原水和混凝劑充分混合，以去除原水中的SS和TP;溶藥池采納相同設計參數(shù)，同樣使用攪拌器使固體混凝劑充分溶解為液狀，并由蠕動泵注入絮凝池;氣浮池接觸室高2.2m，直徑0.12m，分別室高2.4m，直徑0.32m，加入混凝劑的原水使用DP-130高壓隔膜泵、與空氣充分混合的回流液使用尼克尼20FPD04Z氣液混合泵從接觸室底部共同注入，經(jīng)分別室將其中的泡沫殘渣去除，并從頂部平臺排出;水解沉淀池柱高4.5m，直徑0.5m，盛裝厭氧污泥，污水從底部注入，經(jīng)污泥層去除部分SS和COD;前置反硝化曝氣生物濾池使用柱高4.3m，直徑0.5m的有機玻璃濾柱填裝火山巖濾料，濾柱中的火山巖濾料粒徑分離為6～8mm、4～6mm和3～5mm，其中承托層高0.3m，濾料高4.0m，水面超高1.0m，設計三級生物濾柱分離為反硝化DN池、氧化硝化CN池和硝化N池，即分離舉行反硝化、氧化和硝化反應，對污水中的TN、COD和NH3-N舉行生化去除，CN池和N池使用空壓機舉行曝氣，三級濾柱均采納向上流方式，使用高壓隔膜泵從底部注水。中試裝置日處理水量2t。

2.3水質分析辦法

TN的測試采納過硫酸鉀氧化法，NH3-N的測試采納納氏試劑比色法，硝酸鹽氮的測試采納麝香草酚分光光度法，亞硝酸鹽氮的測試采納N(-1-奈基)-乙二胺分光光度法，COD的測試采納重鉻酸鉀法，DO(溶解氧)的測試使用溶解氧迅速測定儀[14]。

3實驗結果與分析

3.1運行參數(shù)優(yōu)化

3.1.1水解酸化預處理

水解酸化單元的作用是在進一步去除水中COD和SS濃度的同時，提升水質的可生化性[15~17]，其主要控制參數(shù)為HRT(水力停歇時光)?，F(xiàn)利用對進出水COD、SS濃度以及BOD/COD的檢測與分析優(yōu)化HRT。

如圖2所示，當HRT在2.0h以下時，COD的去除率不足30.0%，因為時光較短，這部分去除的主要是水中懸浮狀COD。而隨著HRT的逐漸提升，水中難降解有機污染物在水解和發(fā)酵細菌的作用下，轉化為單糖、氨基酸、脂肪酸等小分子、易降解的有機物[18~20]，COD的去除率也不斷上升，達到50%以上。隨著出水COD濃度的不斷下降，出水BOD的濃度也隨之下降，但因為工業(yè)廢水中的難降解有機物濃度所在比例較高，出水COD濃度下降的速率要高于出水BOD濃度下降的速率，出水BOD/COD的比值也隨之上升。如圖3所示，進水BOD/COD的值基本在0.3～0.4，當HRT大于2.0h時，出水BOD/COD的值升至0.4以上。而當HRT大于4.0h時，水中的難降解有機物已完成水解，出水COD的去除率變化不大，BOD/COD的值也開頭回落。所以，當HRT介于2.0～4.0h時，出水BOD/COD的值保持在0.4以上，屬于較易舉行生化處理的范圍，有助于后續(xù)生物濾池的進一步處理?？紤]到在流量不變的條件下，構筑物的體積會隨著HRT的上升而增大，故確定水解酸化的HRT為2.0h。

此外，水解池對原水中的SS也有較強的去除能力。因為工業(yè)綜合廢水中含有較多的粘渣和懸浮物，雖然利用混凝氣浮工藝可以去除50.0%，但出水的SS濃度仍在60.0mg/L，假如這些SS直接進入濾池，將會增強濾池的反沖洗次數(shù)。經(jīng)過水解池厭氧污泥層對水中顆粒物質和膠體物質的截留和吸附作用，出水的SS得到進一步的去除，其濃度基本保持在40.0mg/L以下，去除率在44.0%以上。因為水解池對SS的去除主要是利用截留和吸附作用，故過長的HRT對SS的去除并無顯然的效果，所以對于占地面積有限的污水處理廠，水解池在升級改造過程中徹低可以取代初沉池，起到初級去除原水中的SS和COD的作用。

3.1.2強化化學除磷

實驗選用Al(2SO4)3、聚合氯化鋁(PAC)、FeCl3和聚合硫酸鐵(PFS)四種常用的混凝劑，利用對原水以及出水中TP濃度的考察，確定使用PFS為強化化學除磷實驗的混凝劑，并對其投藥量和攪拌時光兩個參數(shù)舉行優(yōu)化[21~24]。

如圖4所示，隨著混凝劑PFS投加量的增強，水中TP的濃度不斷削減。當投藥量達到30.0mg/L時，水中TP的濃度已低于0.5mg/L，去除率達到75.0%以上。按照鐵鹽除磷的化學方程式可知，每去除1mg的P，需要1.8mg的Fe。原水中TP的濃度在1mg/L至4mg/L，若使出水TP濃度小于0.5mg/L，最多需要12.0mg/L的硫酸鐵，以至少40.0%有效成分計算，需要30.0mg/L?？紤]水解等因素，終于選定投藥量為40.0mg/L，此時的出水TP濃度為0.3mg/L?？梢员ＷC出水水質符合一級A排放標準的要求。

確定PFS的投藥量后，對攪拌時光舉行了優(yōu)化。在投藥量40.0mg/L條件下，轉變攪拌時光，測定出水TP濃度。攪拌時光及進出水TP濃度和去除率如圖5所示，隨著攪拌時光的增長，水中TP的濃度不斷削減。時光從5.0min增強到15.0min，水中TP的去除率提升了5.1%，而從15.0min增強到30.0min，去除率僅提升了2.0%，故過長的攪拌時光對TP的去除并無顯著的效果，反而會增強額外的能源消耗和構筑物的建造體積。因為出水TP濃度均小于國家一級A標準要求的0.5mg/L，故從運行成本上考慮，確定最佳攪拌時光為15min。

3.1.3高效氣浮除油

原水與混凝劑PFS混合后進入氣浮池，目的是將水中造成濾池阻塞的油污以及混凝產(chǎn)生的泡沫殘渣去除。氣浮池采納加壓溶氣氣浮方式，主要有溶氣壓力和回流比兩個控制參數(shù)，利用對進出水含油量的檢測分析，優(yōu)化氣浮單元的運行參數(shù)[25，26]。溶氣壓力對油類去除的影響如圖6所示，出水含油量隨溶氣壓力的變化趨勢可分為三個階段。

當壓力小于2kg/cm2時，氣浮形成的氣泡粒徑還較大，對水中絮狀顆粒的去除能力有限。在壓力增強到3.5kg/cm2的過程中，隨著氣泡粒徑的減小，氣浮的去除能力也有了顯著的提升。但此后即便形成氣泡的粒徑不斷減小，出水含油量卻不再降低，這說明并非氣泡粒徑越小氣浮效果越好，而是當氣泡粒徑和水中雜質粒徑越臨近時效果越好。普通的，氣浮工藝的微氣泡平均粒徑在40.0μm左右，從實驗中可以看出，當溶氣壓力為3.5kg/cm2時就可以取得較好的去除效果，此時出水含油量為2.73mg/L，去除率為84.6%，而過高的溶氣壓力只會增強動力的輸出和電能的消耗。

回流比對含油量的去除影響如圖7所示，氣浮的去除效果受回流比的影響較大。當回流比低于30%時，因為形成的氣泡較少，對水中油類的去除能力較差。當回流比增大到30.0%～50.0%時，氣浮的去除效果達到最佳。而當回流比增大到50.0%以上時，去除率卻浮現(xiàn)下降，經(jīng)分析認為這是因為水中空氣比例過高，微氣泡聚合成粒徑較大的氣泡，導致氣浮效果變差。故確定氣浮除油的回流比為50.0%，此時出水含油量為3.12mg/L，去除率為82.9%。

3.1.4A/O深度脫氮

脫氮單元采納前置反硝化曝氣生物濾池。其控制參數(shù)主要有回流比、HRT和曝氣量，利用對出水COD、TN、NH3-N和DO的檢測，對各個參數(shù)舉行優(yōu)化。

回流比是前置反硝化脫氮工藝中最為重要的控制參數(shù)，它直接影響水中TN的去除效果。按照中試設計中的BOD負荷和硝化負荷計算以及COD負荷校核，在單池HRT為45.0min，氣水比為5∶1的條件下，出水可穩(wěn)定實現(xiàn)一級A達標排放，首先在50%～250%的范圍內(nèi)對參數(shù)回流比舉行考察。如圖8所示，當回流比從50%增強到150%時，出水TN的濃度在不斷下降，TN的去除率也不斷提升。這是因為在回流比較低時，水中作為電子受體的硝酸鹽不足，影響了反硝化的速率，而隨著回流比的上升，有足夠的硝酸鹽作為電子受體，并通過水中的有機物作為電子供體，在無需外加碳源的條件下，完成反硝化和深度脫氮的目的。但回流比從150%繼續(xù)上升時，出水TN的濃度卻不再繼續(xù)降低，增強到200%時TN的去除率已呈下降趨勢。一方面，隨著硝酸鹽濃度的不斷上升，造成水中的碳源不足進而影響反硝化的舉行;另一方面，隨著回流比的增強，進入DN池的溶解氧也在增強，而溶解氧可作為電子受體，競爭性的妨礙硝酸鹽的還原，同時還將抑制硝酸鹽還原酶的形成。因為回流比和HRT越高所需反應池構筑物容積越大，從水廠實際升級改造工程考慮，對100%、125%、150%和175%四個回流比以及各個回流比下出水TN隨HRT的變化舉行進一步討論。

增強，出水TN的濃度也隨之降低，微生物對基質的去除率也越高。但普通的，當HRT增強到20.0min以上時，出水TN濃度的下降趨勢以及去除率的增強都變得平緩，而且所需的構筑物體積也在不斷增強。為了確保出水TN濃度達到一級A排放標準要求15.0mg/L以下時，挑選回流比為125%，HRT為20.0min的參數(shù)條件，此時出水TN濃度為12.74mg/L，去除率為67.0%。

溶解氧是維持好氧微生物生長代謝的重要因素，對于曝氣生物濾池來說，水中溶解氧的供應，即空壓機的曝氣量也是主要的能源消耗所在，過低的曝氣量將降低微生物的新陳代謝能力;而過高的曝氣量一方面會造成經(jīng)濟的鋪張，一方面又會導致微生物的活性過度增加，在養(yǎng)分供應不足的狀況下，導致生物膜發(fā)生自身的氧化分解。實驗利用對CN池進水COD濃度以及去除率的監(jiān)測，對曝氣量舉行參數(shù)優(yōu)化。如圖10所示，隨著曝氣量的增強，出水COD的濃度隨之不斷下降，去除率也在不斷提升。但在曝氣量增強到0.8m3/h時，兩項指標的變化都不大，這說明過多的曝氣量和溶解氧對于COD的去除已無太大作用，只會增強動力費用。故確定CN池的曝氣量為0.8m3/h，此時出水DO濃度在2.5mg/L左右，氣水比為4∶1。CN池的出水已有較高的DO濃度，如圖11所示，在進入N池后，在較低曝氣量的條件下，對水中的NH3-N便有較高的去除率。同出水COD濃度的變化率相像，出水NH3-N濃度也隨著曝氣量提升而不斷降低，為了達到一級A排放標準，確定N池的曝氣量為0.6m3/h，此時出水DO濃度在3.0mg/L左右，氣水比為3∶1。

3.2技術經(jīng)濟分析

該污水處理廠目前擁有日處理水量4×105t的兩級曝氣生物濾池一套，單池HRT為45.0min，兩級濾池氣水比分離為3∶1和4∶1。按照中試討論結果，如采納前置反硝化曝氣生物濾池工藝，需要增強125%的回流液，但因為HRT削減至20.0min，按照計算同樣可以通過現(xiàn)有兩級濾池分離作為CN池和N池，并有少量的富余，只需增強一套前置DN池，以及回流管道，同時還需對水泵和曝氣風機設備舉行更換，如圖12所示。如采納后置反硝化曝氣生物濾池工藝，可將現(xiàn)有兩級濾池分離作為CN池和N池，另外還需修建一套DN池，以及甲醇投加和儲備間，同時要對曝氣風機設備舉行更換，如圖13所示，虛線部分為新建構筑物。

按照中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部頒布的《全國市政工程投資估算指標》以及遼寧省建造、安裝、市政工程預算定額、費用定額和近年來的同類工程預、決算資料分離對兩種工藝流程升級改造的建設成本和運行費用舉行估算，如表2所示。

經(jīng)過經(jīng)濟費用估算，前置反硝化工藝較后置反硝化工藝，在投資總費用方面，因為構筑物建設和設備購置緣由要高出1330.12萬元;而在年運行費用方面，因為無需外加碳源則要低1915.01萬元。即在升級改造完成后第2年，兩工藝的建設和運行總費用將會基本持平，此后前置反硝化工藝較