曝氣生物濾池處理工業(yè)綜合廢水提標(biāo)改造技術(shù)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(biāo)改造技術(shù)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(dá)標(biāo)排放的問題，提出了“化學(xué)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(yùn)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(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。并對升級改造的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)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(jìn)程的高速進(jìn)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(jī)污染物，水質(zhì)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(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)的問題[1~3]。與此同時，流域水環(huán)境質(zhì)量改善的需求對污水處理廠出水提出了越發(fā)嚴(yán)格的要求，按照遼寧省環(huán)保局與遼寧省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合頒布的《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》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(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，故污水廠目前亟需結(jié)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(dá)標(biāo)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(diǎn)，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(dá)到二級排放標(biāo)準(zhǔn)，但隨著難降解工業(yè)綜合廢水的匯入，導(dǎo)致濾池板結(jié)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(diǎn)，舉行了水解酸化和藹浮除油的預(yù)處理討論，以及化學(xué)除磷和前置反硝化深度脫氮討論，使其出水達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)

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(jìn)水為工業(yè)綜合廢水。如表1所示，從污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)來看，其有機(jī)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(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，但對照一級A標(biāo)準(zhǔn)，一方面需要進(jìn)一步去除水中的COD、SS和NH3-N;另一方面還需要增強(qiáng)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(diǎn)，設(shè)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(shè)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(shè)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(jī)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(shè)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(yīng)，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(jī)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(zhì)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(jié)果與分析

3.1運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

3.1.1水解酸化預(yù)處理

水解酸化單元的作用是在進(jìn)一步去除水中COD和SS濃度的同時，提升水質(zhì)的可生化性[15~17]，其主要控制參數(shù)為HRT(水力停歇時光)。現(xiàn)利用對進(jìn)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(dāng)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(jī)污染物在水解和發(fā)酵細(xì)菌的作用下，轉(zhuǎn)化為單糖、氨基酸、脂肪酸等小分子、易降解的有機(jī)物[18~20]，COD的去除率也不斷上升，達(dá)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(jī)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(jìn)水BOD/COD的值基本在0.3～0.4，當(dāng)HRT大于2.0h時，出水BOD/COD的值升至0.4以上。而當(dāng)HRT大于4.0h時，水中的難降解有機(jī)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(dāng)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(jìn)一步處理?？紤]到在流量不變的條件下，構(gòu)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(qiáng)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(jìn)入濾池，將會增強(qiáng)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(zhì)和膠體物質(zhì)的截留和吸附作用，出水的SS得到進(jìn)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(qiáng)化化學(xué)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(qiáng)化化學(xué)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(qiáng)，水中TP的濃度不斷削減。當(dāng)投藥量達(dá)到30.0mg/L時，水中TP的濃度已低于0.5mg/L，去除率達(dá)到75.0%以上。按照鐵鹽除磷的化學(xué)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。可以保證出水水質(zhì)符合一級A排放標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)變攪拌時光，測定出水TP濃度。攪拌時光及進(jìn)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(qiáng)到15.0min，水中TP的去除率提升了5.1%，而從15.0min增強(qiáng)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(qiáng)額外的能源消耗和構(gòu)筑物的建造體積。因為出水TP濃度均小于國家一級A標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5mg/L，故從運(yùn)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(jìn)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(jìn)出水含油量的檢測分析，優(yōu)化氣浮單元的運(yùn)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(dāng)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(qiáng)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(dāng)氣泡粒徑和水中雜質(zhì)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(dāng)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(qiáng)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(dāng)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(dāng)回流比增大到30.0%～50.0%時，氣浮的去除效果達(dá)到最佳。而當(dāng)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(rèn)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(dǎo)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(shè)計中的BOD負(fù)荷和硝化負(fù)荷計算以及COD負(fù)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(dá)標(biāo)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(dāng)回流比從50%增強(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jìn)而影響反硝化的舉行;另一方面，隨著回流比的增強(qiáng)，進(jìn)入DN池的溶解氧也在增強(qiáng)，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(yīng)池構(gòu)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(jìn)一步討論。

增強(qiáng)，出水TN的濃度也隨之降低，微生物對基質(zhì)的去除率也越高。但普通的，當(dāng)HRT增強(qiáng)到20.0min以上時，出水TN濃度的下降趨勢以及去除率的增強(qiáng)都變得平緩，而且所需的構(gòu)筑物體積也在不斷增強(qiáng)。為了確保出水TN濃度達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)，即空壓機(jī)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(jì)的鋪張，一方面又會導(dǎo)致微生物的活性過度增加，在養(yǎng)分供應(yīng)不足的狀況下，導(dǎo)致生物膜發(fā)生自身的氧化分解。實驗利用對CN池進(jìn)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(qiáng)，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(qiáng)到0.8m3/h時，兩項指標(biāo)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(qiáng)動力費(fèi)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(jìn)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(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)經(jīng)濟(jì)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(jié)果，如采納前置反硝化曝氣生物濾池工藝，需要增強(qiáng)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(qiáng)一套前置DN池，以及回流管道，同時還需對水泵和曝氣風(fēng)機(jī)設(shè)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(fēng)機(jī)設(shè)備舉行更換，如圖13所示，虛線部分為新建構(gòu)筑物。

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

經(jīng)過經(jīng)濟(jì)費(fèi)用估算，前置反硝化工藝較后置反硝化工藝，在投資總費(fèi)用方面，因為構(gòu)筑物建設(shè)和設(shè)備購置緣由要高出1330.12萬元;而在年運(yùn)行費(fèi)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(shè)和運(yùn)行總費(fèi)用將會基本持平，此后前置反硝化工藝較