维普资讯 http://www.cqvip.com 化学工程师 Chemical Engineer 2008年7月 的工艺选择 (1.北京绿洲净源环保设备有限公司。北京100028;2.唐山市排水有限公司。河北唐山063000; 3.哈尔滨工业大学市政环境工程学院。黑龙江哈尔滨150090) 摘要:根据污水厂原有工艺(A/A/O)的运行状况和生物脱氮除磷的基本原理,对水厂的原有工艺 (A/A/O)和较成熟的生物脱氮除磷改良A/A/O工艺、UCT、MUCT和倒置A/A/O工艺现存问题进行了分 析,从而指出污水厂扩建工程中选择倒置A/A/O工艺的必要性。 关键词:倒置A/A/O工艺;生物脱氮除磷;扩建工程 中图分类号:X703.1 文献标识码:B Selection of process in Fengrun Wastewater Treatment Plant extension project ZHANG Rui ,SONG Yah—hua ,ZHANG Yu—ling (1.Beijing Pure—Source Environmental Technology&Equipment Co.,Ltd.,Beijing 100028,China; 2.Tangshan Municipal Drainage Company Ltd.,Tangshan 063000,China; 3.College of Municipal and Environmentla Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China) Abstract:On the base of analysis of wastewater treatment plant original process operation status and the bas— ic principle of biological nitrogen and phosphorus removal process,the existing problems were discussed in the O— riginal process(A/A/O)and more mature biological nitorgen and phosphorus removal process including modified A/A/O,UCT,MUCT and reversed A/A/O process.It is necessary for the Fengrun wastewater treatment plant to choose reversed A/A/O process. Key words:reversed A/A/O process;biological nitrogen and phosphorus removal;extension project 丰润是《海河流域水污染防治规划》项目的涉 及地区,其水污染治理工作对该项目具有全局性的 1 丰润污水厂原有工艺运行状况分析 重大意义。近年来,唐山市建成了7座污水厂投入 唐山市丰润污水处理厂始建于1991年,采用的 使用,极大地改善了水体的水质。同时,唐山市再 是传统活性污泥法处理工艺,设计流量为3.3万t・ 生水利用事业取得了突破性进展。污水回用一方 d~,设计标准同一般生活污水标准,工业废水占 面缓解了工业用水对城市供水规模的压力,但同时 30%,生活污水占70%。进水水质:BOD =200mg 要求污水处理厂提高出厂水的水质,须强化对N、P ・L~、COD=500mg・L~、SS=240mg・L~;设计 等营养物质的去除。 本文对唐山市的丰润污水厂原有工艺的运行 出水标准:BOD=20mg・L~、COD=120mg・L~、 SS=24mg・L~。出水直接排入河道。 现状进行了分析,提出了扩建工程的必要性和基本 近几年,由于污水厂服务范围内的点源的制药 要求;根据传统生物脱N、除P的原理,对一些应用 较成熟、可同时脱N除P功能的活性污泥工艺进行 厂,下属淀粉厂、葡萄糖厂、有机溶剂厂、柠檬酸厂、 了特征分析;据此,笔者重点探讨了该污水厂扩建 青霉素厂等的污水处理设施运转不正常,造成大量 未经处理的高浓度废水直接通过排水管网进入污 工程中选择倒置A/A/O工艺的必要性,并指出了 水处理厂,使进水指标居高不下。服务区内另一类 该工艺的运行特征,以更好地指导今后的实际生 废水是印染废水,含有各种染化料,废水色度高,不 产,优化工艺运行。 易处理。 2004年。污水处理厂的进水水量和水质均已经 超过设计值,水量达到6.8万t・d~,而且进水中的 工业废水占到约60%,而生活废水仅40%。表1为 收稿13期:2008—04—26 2004年7~12月份水质状况。 作者简介:张锐(1977一),男,工程师,本科,主要从事城市污水处理。 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年第7期 张锐等:丰润污水厂扩建工程的工艺选择 47 表1 2004年7~12月份进水水质 月份7 8 特点是厌氧、缺氧和好氧三段功能明确,界线分明, SS 350 328 BOD5 COD 543 688 1048 1267 SS 月份247 286 10 l1 BOD5 COD 1036 ll18 2074 1798 可根据进水条件和出水要求,人为地创造和控制三 段的时空比例和运转条件,只要碳源充足(TKN/ COD<0.08或BOD/TKN>4)就可以根据需要达到 9 691 1483 312 12 755 1336 296 目前,污水厂通过技术上调整,控制污水处理 系统各构筑物的运行参数,勉强使活性污泥系统能 够保持稳定,出水COD<100mg・L~、BOD5<30mg 比较高的脱氮率。该工艺具有流程简单、HRT短、 不易污泥膨胀、无需投药、运行费用低等优点¨ 。 常规生物脱N除P工艺呈厌氧/缺氧/好氧的 布置形式。厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获 ・L~,可以达到国家排放标准,如表2所示。二级 污水处理量虽有所减少,但日处量基本能保持在2. 4万t以上。 表2 2004年7~12月份出水水质 份BOD COD SS 份BOD5 COD SS 7 18 86 22 10 17 65 17 8 18 79 19 l1 18 74 22 9 22 76 19 12 14 50 21 在实际进水负荷远远超过设计容量的前提下, 曝气池的运行十分关键,水厂主要采取了以下措施 稳定出水水质:(1)调节进水量,使F/M在0.5kg・ (kg・d) 左右;(2)适当加大曝气量。通过实践, 工艺中确定DO应维持在3—4mg・L 比较适宜; (3)适当提高MLSS,降低污泥负荷,工艺运行中 MLSS在1300—1800mg・L 之间,;(4)及时排放剩 余污泥,剩余污泥排放到初沉池的比例为5%左右; (5)控制二沉池表面负荷不高于0.7m。・(m ・ h)~。 对于当时的这种超负荷运行的事实,以上的改 进无疑是杯水车薪,无法从根本上解决问题。丰润 污水厂的扩建于2005启动,于2007年基本完工,计 划2008年下半年进行试运行,扩建工程中的工艺不 仅要满足高负荷运行,而且部分出水还要满足回用 水要求,这要求提出高效的脱N除P工艺。 2 常规生物脱N除P工艺分析 2.1 常规A/A/O工艺 A/A/O工艺是丰润污水厂原有工艺,它是一种 典型的脱N除P工艺,其流程最简单,应用也最广 泛。如图1所示,系统由ANAEROBIC(厌氧)、AN. OXIC(缺氧)、OXIC(好氧)三段组成。 混合液污泥 缺氧池H好氧池(硝化) 三 、池广—~出水 回流污泥 Y剩余污泥 图1具有硝化一反硝化的A/A/O工艺 这是一种推流式的前置反硝化型BNR工艺,其 得碳源并得以充分释磷。其缺点是当进水TP/ BOD 值较高时,除P效率有限;另外,由于混合液 回流比不宜过大,该工艺的脱N也难以进一步提 高。其主要表现在以下3个方面: (1)由于厌氧区居前,回流污泥中的盐对 厌氧区产生不利影响; (2)由于缺氧区位于系统中部,反硝化在碳源 分配上居于不利地位,影响系统脱N效果; (3)由于存在内循环,常规工艺系统所排放的 剩余污泥中实际只有一小部分经历完整的放P、吸 P过程,其余基本上未经厌氧状态而直接由缺氧段 进入好氧区,对系统除P是不利的。 为了避免回流污泥所携带的NO;对厌氧释P 的影响,在厌氧池之前增加厌氧/缺氧调节池,回流 污泥与10%左右的原水进入该池,微生物利用10% 进水中的有机物对回流污泥的NO;反硝化,从而 保证厌氧池的厌氧环境,该工艺称为改良A/A/O 工艺,如图2所示。 进水(9o%) 混合液污泥 1o%U厌/J调节池 缺角 圃 回流污泥 图2改良A/A/O工艺 测试结果表明 该工艺的处理效果与改良 UCT相同甚至优于改良UCT,并节省了一个回流系 统,在工程设计和建设中得到了应用。 2.2 UCT工艺 UCT工艺(图3)为五段Bardenpho工艺的进一 步改进,污泥回流至缺氧池而不是厌氧池,并在缺 氧池和厌氧池之间建立第三套混合液回流,使进入 厌氧区的NO;负荷降低。 该工艺与A/A/O工艺的区别在于回流污泥首 先进入缺氧段,而缺氧段部分出流混合液再回至厌 氧段。通过这样的改进,可以避免因回流污泥中的 NO;回流至厌氧段干扰磷的厌氧释放,而且NO; 将在缺氧段被反硝化。特别当进水的BOD /TNK 或BOD /TP较低时,适用UCT工艺 。 维普资讯 http://www.cqvip.com
张锐等:丰润污水厂扩建工程的工艺选择 2008年第7期 燕、 垦全 鎏 :! 图3 UCT脱氮除磷工艺 2.3 MUCT工艺 通过回流方式的改变,UCT工艺降低了进入厌 氧区的NO;负荷,但同时也降低了工艺的脱N能 力。为此,开发了如图4的改良UCT(MUCT)工艺, 但代价是允许的COD/TKN的最小值从7.1提高至 9.1 ]。 混合液回流(100% 2oo%)混合液回流(1OO% 20o%) l 回流污泥(50%~l ̄Vo) 图4 MUCT脱氮除磷工艺 由图4可知,该工艺在UCT工艺的基础上将缺 氧段一分为二,形成两套的内回流。经过这样 的改良,MUCT与UCT相比具有2个优点:(1)克服 UCT工艺不易控制缺氧段的停留时间;(2)避免控 制不当,DO仍会影响厌氧区。 当然,UCT和MUCT工艺仍有以下一些缺点: (1)MUCT工艺比传统工艺多了一级污泥回流,系 统的复杂程度和自控要求有所提高,耗能有所增 加;(2)设2个单独的缺氧池(其中有一座专门用于 去除外回流带来的盐)增加了缺氧池体积;(3) 与A/A/O工艺类似,剩余污泥只有一部分经历了 完整的放P、吸P过程,其余部分直接竞缺氧、好氧 后沉淀排出;(4)与A/A/O工艺类似,反硝化在碳 源分配上处于不利地位,影响脱N效果。 2.4倒置A/A/O工艺 为了取消混合液回流系统、避免厌氧池污泥浓 度的降低和工艺过程抗回流NO;影响能力不够强 的弱点,通过吸收改良A/A/O工艺的优点,降低处 理工艺的总体反硝化水平,结合实际工程需要,在 改良A/A/O工艺的基础上开发了回流污泥反硝化 生物除P工艺,如图5所示(缺氧/厌氧/好氧工艺, 简称倒置A/A/O工艺或倒置A /0工艺)。 进水 图5倒置A/A/O工艺 由于我国的城市污水中C/N比普遍偏低,回流 盐对生物除P的不利影响尤其明显;就满足国 家《污水综合排放标准》来说,除磷要求高、NH。一N 和总N去除要求不太高,因此,倒置A/A/O工艺非 常适合这种需求,该工艺出水经简单处理即可作为 回用水。 3 生物脱N除P工艺选择 3.1工艺选择的一般原则 一般污水处理工艺方案的优化选择是以确保 处理厂运行性能、降低费用为前提,同时需要根据 确定的标准和一般原则,从整体优化的观念出发, 结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件 和要求,选择切实可行的处理工艺方案。一般原则 包括:处理效果稳定可靠、工艺控制调节灵活、工程 实施切实可行、运行维护管理方便、投资运行费用 节省及整体工艺协调优化。 3.2 生物脱N除P工艺 对于污水生物除磷脱氮工艺来说,由于生物除 磷效果的好坏主要取决于厌氧池进水的快速生物 降解有机物与TP的有效比值,而该有效比值取决 于厌氧池进流(进水及回流污泥)的快速生物降解 有机物浓度、磷浓度、盐浓度和溶解氧浓度,水 质特性分析的重要性和必要性更为明显。 丰润污水厂的处理原水属于中等以上浓度的 污水,达到一级排放标准所需的处理功能为:生物 除P+化学除P+硝 反硝化;达到二级排放标准 所需的处理功能为:生物(或化学)除P+硝ft./反 硝化。 就满足排放标准来说,所需要的处理程度为具 有除P和部分硝化功能。由于硝化作用主要受硝 化菌比增长速率、泥龄和温度的影响,活性污泥中 的硝化分成不硝化、部分硝化和完全硝化3种情 况,其中部分硝化属于不可控制的高度不稳定过 程,因此活性污泥系统中硝化作用只能按完全硝化 或不硝化这两种方式设计,不能按部分硝化的方式 设计。 当处理系统按硝化设计时,盐的控制是工 艺设计的关键。从生物除P及降低能耗角度考虑, 处理系统都必须具备反硝化能力,但反硝化程度应 根据具体情况确定(在倒置A/A/O工艺中通过进 水方式和回流比控制)。出水总N和总P有要求 时,根据要求综合考虑反硝化程度。出水总N无要 求但出水总P控制较严时,可根据除P要求考虑反 硝化程度,主要目的是消除回流污泥盐对生物 除P的不利影响。 丰润污水厂目前的水质,存在C/N比偏低的问 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年第7期 张锐等:丰润污水厂扩建工程的工艺选择 49 题,回流盐对生物除P的不利影响尤其明显。 就满足国家《污水综合排放标准》来说,除P要求 高、NH 一N和总N去除要求不太高;就满足再生水 接近于回流污泥的浓度,单位池容的反硝化速率明 显提高,能够稳定、高效、可靠地完全去除回流污泥 中的盐,除磷效果及稳定性优于其它除磷脱氮 工艺; 的水质要求来说,出水的N、P去除率要求高,在污 水厂进水水质较好的情况下,能够满足要求,因此, (5)附加协同沉淀法化学除磷,可满足出水TP 倒置A/A/O工艺非常适合上述需求。 3.3倒置A/A/O工艺的技术特点 针对丰润污水厂的原水水质和实际情况,该厂 的倒置A/A/O工艺应具有如下技术特征: ≤0.5mg・L 的处理要求,处理效果稳定、可靠,药 剂消耗量低,构筑物与设备少,运行简便。 通过上述的工艺选择的确定和倒置A/A/O工 艺技术特点分析,证明了丰润污水厂的扩建工程中 采用倒置A/A/O工艺的必要性和正确性,该工艺 (1)工艺流程中反应池的设计和布置综合了已 有除磷脱氮工艺的优点,具有相对的厌氧、好 氧区域以及回流污泥反硝化区域,功能分区明确、 协调; 从技术和经济两方面均能满足水厂的扩建要求。 参技术出版社,2001. ] 考文献 李胜海.城市污水处理工程建设与运行[M].合肥:安徽科学 ](2)在厌氧池之前设缺氧/厌氧反应池(停留时 间为1~3h),来自二沉池的回流污泥和10%左右 的进水进入该池,活性污泥利用约10%进水中的有 杨殿海,宋拥好,谭巧国,杨企星.低碳源、低能耗型改良A / 0工艺的脱氮除磷研究[J].中国给水排水,2006,22(23):18 —] ] ] 21. 机物和活性污泥本身的有机物(内源反硝化)彻底 去除回流污泥中的NO3-,消除了硝态氮对后续厌氧 池的不利影响,从而保证厌氧池的稳定性和生物除 磷效果; 张建琴.改良型A /0工艺的生产运行效果[J].水处理技 术,2oo7,33(5):82—84. 魏新庆,王秀朵.多功效UCT处理工艺的工程应用[J].给水 排水,2oo8,34(3):45—48. (3)采用多点进水设计,取消混合液回流,具有 穆亚东,俞晶,穆瑞林.UCT工艺在污水处理工程设计中的应 用[J].给水排水,2007,33(3):30—33. Di H X,Van Loosdrecht M C M,Meijei S C F,et a1.Model based evaluation of two BNR process UCT and A N『J].Water 工艺流程简单、运行灵活性强等特点,可以根据进 水水量水质特性和环境条件的变化,灵活调整运行 方式,并降低工程投资和运行费用;根据不同进水 水质、不同季节情况下,生物脱氮和生物除磷所需 碳源的变化,调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比 例,不仅反硝化作用得到有效保证,系统中的除磷 效果也得到保证; (4)由于回流污泥反硝化反应池内的污泥浓度 Research,2000,35(12):2851—2860. 尹军,王晓玲,吴相会,吴磊.低CPN条件下MUCT工艺的反 硝化除磷特性[J].环境科学,2007,28(11):2478—2483. 孙力平,张轶凡,郝赫,姜飞,吕建波.复合式MUCT工艺用于 城市污水除磷脱氮的研究[J].工业用水与废水,2006,37(6): 8—11 (上接第40页) [4]王丰春.城市垃圾处理方法综述[J].电力环境保护,2003 (1’). 陈海滨,周永锋,韩沁沁.城镇垃圾处理系统的统筹规划研究 [J].环境污染与防治,2005,27(5):375—378. [12] 郭广寨,陆正明,石峰.城市生活垃圾综合处置系统的选择 [J].上海环境科学,2001,20(1). [13] 聂永丰.我国生活垃圾处理技术现状及发展方向探讨[J]. 环境经济,2005,10(22). [14] 陈海滨,邓成,毛毅.城镇生活垃圾资源化处理[J].环境工程 学报,2007,1(1). [5]赵由才,柴晓利.生活垃圾资源化原理与技术[M].北京:化学 工业出版社,2002. [6]赵坤.浅析城市生活垃圾处理方案选择[J].城市管理与科技, 2001,3(1):8—12. [7] 陈朱蕾,黎小保,周磊,等.堆肥化技术对生活垃圾预处理效 果的研究[J].环境卫生工程,2004,12(1):l1—13. [15] Chen Z.L.,Li X.B.,Zhou L.,et a1.Composting of MSW [8]邓小龙.城市垃圾综合治理及资源化技术探讨[J].环境, 1998,(5):38—39. pretreatment effect On the study[J].Sanitation project,2004,12 (1):11—13. [9]赵四才.生活垃圾资源化原理技术[M].化学工业出版社, 2002.120—238. [16] 周仲凡,王吉.城市固体废物管理与处理处置技术[M].北 京:中国石化出版社。2001.12. [10] 李艳霞,王敏健,王菊思.固体废弃物的堆肥化处理技术[J]. 环境污染治理技术与设备,2000,(4):39—45. [17] 屈志云,王敬民,刘涛,等.我国城市生活垃圾处理技术方式 的选择[J].环境卫生工程,2006,14(7).