高效城市污水再生處理新工藝

1.1 高負荷澄清池（DENSADEG）

　　高負荷澄清池不僅能夠實(shí)現相當程度的污泥濃縮，還能實(shí)現非常高的水力負荷，所以該工藝十分的緊湊。

　　高負荷澄清池由三部分組成，分別是反應池、預沉濃縮池和斜板分離器，如圖2所示。

　　向經(jīng)過(guò)格柵和除砂后的污水中加入Fe₂(SO₄)₃，經(jīng)快速混合后，污水在反應器內進(jìn)行混凝。同時(shí)，回流污泥也回流到反應池，然后污水溢流進(jìn)第二反應室。

　　第二反應室配備帶有旋轉垂直柵條的濃縮機械裝置。懸浮物沉到池底，并由旋轉刮泥機進(jìn)行濃縮。澄清后的
液流流經(jīng)斜板并收集于集水槽中，最終匯集到中心渠道。

　　污泥分離是由裝有液面探測器的自動(dòng)化分離泵控制，這樣可以維持低高液面間的懸浮泥渣層，從而控制泥齡和干固體濃度。

1.2 生物曝氣濾池 (BAFF)

　　污水的二級處理，采用上向流式生物曝氣濾池，要處理的污水和壓縮空氣都被引至濾池底部。這樣可以避免降流式濾池中經(jīng)常出現的表面堵塞和氣囊的形成。此外，僅有處理后的出水才暴露于空氣中，這樣可以最大限度的減少臭味。具體結構見(jiàn)圖3。

　　填料是經(jīng)特別挑選的多孔性，有粗糙表面和高比表面積的材料。它為微生物的生長(cháng)提供了理想的載體，并可維持高濃度生物量，其濃度是活性污泥法的4~5倍，從而增加了單元的負荷，減小了污水廠(chǎng)的規模。

　　BAF處理（生物曝氣濾池）分為2個(gè)階段：階段1為了去除有機物，階段2為了硝化，故也稱(chēng)之為BAFF工藝。

　　由英國Degremont有限公司設計的，建設于英國Poole STW的新型高復合澄清池和生物曝氣濾池。

2.1 建設目的

　　這個(gè)項目是為了滿(mǎn)足EA（歐洲環(huán)保局）制訂的更為嚴格的排放標準（見(jiàn)表1），在原有污水廠(chǎng)基礎上擴建的。

BOD(mg/L)	20（溫度可降到7℃）
SS(mg/L)	30（溫度可降到7℃）
NH3-N(mg/L)	5（溫度可降到10℃）
污泥	重量占6％（適合于厭氧消化）

2.2 設計規模

　　該項目的設計規模及原污水水質(zhì)情況見(jiàn)表2。

旱季流量 (m3/d)	28 000
高峰流量 (m3/d)	64 000
水溫 (℃)	7~22
BOD (kg/d)	7235（最高值為460mg/L，持續4h）
SS (kg/d)	8 683（最高值為565mg/L，持續4h）
TKN (kg/d)	1 250（最高值為81mg/L，持續4h）
NH3-N(kg/d)	875（最高值為57mg/L，持續4h）

2.3 污水廠(chǎng)占地面積

　　由于原污水廠(chǎng)占地面積有限，新建的污水廠(chǎng)必須十分緊湊，占地面積約135m×37m。用地指標：0.18m²/(m³&S226;d)。

2.4 新建工藝設施

　　因原污水處理已不能滿(mǎn)足新的排放要求，而且場(chǎng)地緊張，決定采用如下工藝：
　　3座高負荷澄清池（DENSADEG）
　　8座去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFOR C)
　　18座硝化生物曝氣濾池(BIOFOR N)
　　新處理工藝流程如圖4所示。

2.5 設計參數

2.5.1 高負荷澄清池（DENSADEG）設計參數

　　考慮到定期的檢修，需要采用3套高負荷澄清池（DENSADEG），設計參數如下：

	數量	單位
斜板面積	3	座
澄清池同時(shí)運行時(shí)的流速	67	㎡
平均流速	7.9	m/h
最大流速	15.4	m/h

2.5.2 高負荷澄清池（DENSADEG）設計目標

　　高負荷澄清池的設計目的為：懸浮物去除率80％，BOD去除率為50％，底流污泥濃度為6%。

2.5.3 生物曝氣濾池(BAFF)設計參數

　　BAFF處理（生物曝氣濾池）分為2個(gè)階段：階段1為了去除有機物，階段2為了硝化。

　　下表列出濾池的尺寸和高峰流量時(shí)的操作流速：

	階段1	階段2	單位
數目	8	18	座
單個(gè)濾池的面積	73	73	㎡
填料高度	3	4	m
流速	5.3	2.4	m/h
去除有機物的濾池的沖洗速度（7座運行）	6.05		m/h
硝化濾池的沖洗速度（16座運行，一備一檢）		2.65	m/h

2.5.4 生物曝氣濾池(BAFF)的硝化保證措施

　　為了給硝化提供足夠的堿度并保證出水呈中性，向進(jìn)入濾池的污水中投加NaOH。加藥是自動(dòng)化的，通過(guò)監測pH值來(lái)控制投藥量。

2.5.5 生物曝氣濾池(BAFF)的反沖洗

　　濾池的反沖洗也由自動(dòng)化控制，并且反沖洗水回流到處理系統前端。反沖洗可分為3個(gè)步驟：（1）填料的流化，（2）沖洗，（3）漂洗。

　　沖洗的效果由氣、水同時(shí)反沖洗來(lái)保證，這使得填料處于振動(dòng)和攪拌狀態(tài)，從而去除多余的生物量。正因為這個(gè)原因，生物降解是一直存在的，同時(shí)很快的適應于流量和負荷的變化。

　　用處理后的污水來(lái)短期反沖洗填料，流量為800m³/h。因為污水水質(zhì)較差，故回流反沖洗水相當于濾床體積的10％。

2.5.6 生物曝氣濾池的自控系統

　　完全自動(dòng)化控制對BAFF污水處理廠(chǎng)是十分重要的，也是十分必要的。這樣就不需人為控制來(lái)應對進(jìn)水流量的變化，通過(guò)PLC自控就可以完成對每一個(gè)濾池的控制。

　　生物曝氣濾池的運行可分為4個(gè)階段：（1）閑置階段，（2）過(guò)濾階段，（3）反沖洗階段，（4）準備過(guò)濾階段。PLC能夠根據進(jìn)水流量和當前濾池的運行情況，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉濾池以應對進(jìn)水流量的變化。

　　進(jìn)入BAFF污水廠(chǎng)的污水量由裝有固定轉速的水泵的泵站控制。進(jìn)水是階段性不均勻的，而濾池則一直處于運行或閑置狀態(tài)，這對污水的處理沒(méi)有不良影響。

2.6　工藝調試

2.6.1 高負荷澄清池（DENSADEG）調試

　　處理廠(chǎng)全套設備由英國Degrement有限公司提供。

　　工藝調試運行從1996年1月3日開(kāi)始，首先將經(jīng)過(guò)格柵、沉砂池處理后的污水直接進(jìn)入到高負荷澄清池（DENSADEG）的初沉室中。這樣做的目的有二：一是保證DENSADEG工藝正常運行，二是保持藥劑用量在控制范圍之內。

　　首先需要提供Fe₂(SO₄)₃和聚電解質(zhì)化學(xué)藥劑泵裝置。經(jīng)反復試驗確定Fe₂(SO₄)₃混凝劑和聚電解質(zhì)的用量分別為40 mg/L和1 mg/L。同時(shí)，控制加藥量和加藥頻率使系統處于最佳沉淀效果。

　　通過(guò)使用斜板和置于沉淀池底的裝有垂直柵條的濃縮池，污水首先經(jīng)過(guò)第一座斜板分離器。來(lái)自斜板的上清液流入到置于預處理室中的出水渠。進(jìn)水管配有閥門(mén)，沉淀的污水也可通過(guò)緊急溢流堰回流到污水廠(chǎng)入口處的泵站。

　　同時(shí)，污泥泵也處于運行狀態(tài)，且引進(jìn)了初沉池的周期性除泥設備。每天都檢測初沉池3個(gè)液位試樣點(diǎn)的污泥液位和污泥特性。當污泥濃縮率達到6％時(shí)，用污泥泵將污泥打入污泥消化池前的儲泥池。

　　當能取得連續投配率和良好的沉淀效果時(shí)，大約13天后水流就轉到第2座高負荷澄清池（DENSADEG）并且重復整個(gè)運行過(guò)程。同時(shí)，第2座高負荷澄清池（DENSADEG）能取得上述相當的效果時(shí)，水流就轉到第3座高負荷澄清池（DENSADEG）中。3座高負荷澄清池（DENSADEG）的調試進(jìn)行了75天。

2.6.2 去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFOR C)的調試

　　高負荷澄清池（DENSADEG）的調試完成后，開(kāi)始調試8座去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFORC)，同時(shí)把水引到兩個(gè)反應器中以使得水量易于控制，并對曝氣系統、反沖洗系統的風(fēng)機、泵和閥門(mén)及控制系統進(jìn)行調試。

　　在BAFF污水廠(chǎng)，控制系統是關(guān)鍵所在，它能控制所有的反沖洗操作，能維持反應室處于運行、反沖洗、準備運行及停止階段。

　　每一對反應器的調試大約需7天才能完成，然后才能調試另一對。因此，所有的8座去除有機物的濾池總共進(jìn)行了25天后才投入運行。

　　在這期間，處理水流入到段間轉移集水池，在此由泵打回進(jìn)水泵房。當(BIOFORC)中產(chǎn)生了足夠的生物量時(shí)，就能夠達到設計預期的出水指標（BOD50mg/L，SS 55mg/L）。

2.6.3 硝化生物曝氣濾池(BIOFOR N)的調試

　　當BIOFOR C調試完成后，水被排放到硝化濾池進(jìn)行硝化，調試過(guò)程如上所述，所不同的是污水要同時(shí)被分配到3座反應器中。在硝化階段，共用18座濾池，需38天來(lái)調試接種所有的硝化生物曝氣濾池反應器。由于這時(shí)已經(jīng)是5月份了，溫度很高，反應器內的生物量增加的很快。

　　到1997年6月5日，歷時(shí)140天調試整各污水處理工藝，出水水質(zhì)達到所規定的排放標準。處理水排放到Hole灣，然后流入Poole港。連續的出水水質(zhì)檢測表明出水水質(zhì)一直處于穩定狀態(tài)。

2.7 運行問(wèn)題

　　像這樣大規模的污水處理廠(chǎng)，盡管有尖端的控制設備，但問(wèn)題仍然會(huì )出現。運行成功的衡量標準是工藝在沒(méi)有影響到出水水質(zhì)的情況下能否緩解問(wèn)題帶來(lái)的影響，以及如何很快地解決問(wèn)題。

2.7.1 高負荷澄清池（DENSADEG）泡沫問(wèn)題

　　在高負荷澄清池（DENSADEG）調試的初期，會(huì )遇到少量的泡沫，這可以通過(guò)加脫泡沫劑很容易的抑制它，并且一旦形成生物量，問(wèn)題很快就會(huì )消除。

2.7.2 單向閥堵塞問(wèn)題

　　10個(gè)月后，當聚電解質(zhì)投加量發(fā)生變化時(shí)，運行中出現了第一次主要問(wèn)題。通過(guò)測試，發(fā)現原因在于泵中
單向閥堵塞，且止回閥粘在一起的緣故。解決的辦法是將泵拆下來(lái)，并且重新安裝不銹鋼單向閥和用Wallace Tiednam不銹鋼類(lèi)型的止回閥。密封的增壓風(fēng)擋也適用于泵的出水管路。

2.7.3　反沖洗閥門(mén)啟動(dòng)/關(guān)閉控制問(wèn)題

　　在試運行過(guò)程中（7月份），發(fā)現當26座濾池都處于運行狀態(tài)時(shí)，隨著(zhù)沖洗和停止沖洗階段的進(jìn)行，經(jīng)常發(fā)生控制問(wèn)題。調查發(fā)現問(wèn)題集中在所有開(kāi)啟閥門(mén)的Pakscan控制系統。Rotork公司發(fā)明了這種單線(xiàn)系統，主要是滿(mǎn)足對大量閥門(mén)啟動(dòng)/關(guān)閉的控制。

　　很顯然，由Rotork公司所宣稱(chēng)的最大控制閥門(mén)個(gè)數只是理論上的，與現實(shí)有一定差距，而Poole污水處理廠(chǎng)的控制系統正是應用的此理論值。首先懷疑的是閥門(mén)之間的接觸面，對所有的閥門(mén)都作了檢查，并且對其方位作微調整。

　　其次考慮是PAKSCAN控制程序軟件包的控制程序有問(wèn)題，最后考慮是否因為Degremont公司改變了軟件中的反沖洗次序，從而使得系統難以正常運行。經(jīng)調整后現在當反應器需要沖洗時(shí)，Pakscan控制系統可以及時(shí)接受終端信號，并且能夠進(jìn)行人工控制反沖洗。

2.7.4 高負荷澄清池（DENSADEG）超負荷運行問(wèn)題

　　發(fā)生在投入運行階段的另一個(gè)主要問(wèn)題是，高峰流量進(jìn)入高負荷澄清池時(shí)導致污泥層的懸浮物溢流至第二處理階段。對濾池運行造成不利影響。

　　設計高負荷澄清池時(shí)，它是能容納最大流量的，并且加上反沖洗水。在正常流量條件下，3座高負荷澄清池中2座運行即可，而在高峰流量時(shí)，再運行第三座高負荷澄清池來(lái)解決水力超負荷問(wèn)題。

2.8 運行資料

　　在運行期間（1996年1～5月）和于1996年8月開(kāi)始的維護期間，已經(jīng)對各種不同類(lèi)型的參數進(jìn)行了分析，如BOD、SS和氨氮濃度。

　　在1996年1～5月的運行期間獲得的資料結果表明污水廠(chǎng)的出水達到綜合排放標準。

　　圖5、6表明，污染物的突然變化并沒(méi)有影響到污水廠(chǎng)的穩定運行，出水濃度仍能保持在BOD去除率為97％，氨氮去除率為98％。

　　在第二階段（1996年8月～1997年1月），出水水質(zhì)仍能達到排放標準，在這個(gè)階段，分析了每個(gè)處理工藝的較多水樣，這可以評價(jià)每個(gè)工藝的效率。

　　高負荷澄清池單元對BOD的去除率一般為50%～60%。

　　圖7表明了去除有機物濾池和硝化濾池關(guān)于BOD去除的運行狀況。從高負荷澄清池出來(lái)的污水BOD濃度也原污水的污染物濃度趨勢相一致，其中有一個(gè)頂峰，而從去除有機物濾池出來(lái)的污水的濃度減少的相當多，并且出水穩定。這可由圖中峰值比較平穩可以看出，而硝化濾池對BOD的去除率是相當低的，在此階段，BAFF污水廠(chǎng)的BOD平均去除率為89％。

　　生物去除有機物的濾池的真正運行負荷平均為6000kgBOD/d，而設計負荷是7235kg BOD/d，即4.7kgBOD/m³填料。

　　關(guān)于氨氮的去除，圖8清楚的表明氨氮的去除主要在生物硝化濾池中進(jìn)行。從高負荷澄清池和去除有機物濾池出來(lái)的污水中氨氮的濃度仍然相當高，而從硝化濾池中獲得的資料表明出水中氨氮的濃度相當的低并且很穩定。在這個(gè)階段，氨氮的去除率達到98％。

　�。�1）該污水廠(chǎng)的運行狀況是相當可靠的。

　�。�2）高負荷澄清池和26座曝氣生物濾池要經(jīng)過(guò)20星期的調試運行后才能達到排放標準。因為BAFF污水處理工藝及設備需要時(shí)間去調整、試驗、運行，從而使污水廠(chǎng)的運行處于最優(yōu)化。

　�。�3）調試時(shí)必須注意在調試運行下一階段前，要保證本階段的處理達到預期效果。

　�。�4）自動(dòng)控制系統是BAFF處理工藝正常運行的基本保證。

　　從運行結果來(lái)看，作為英國最大的BAFF污水處理廠(chǎng)，該廠(chǎng)運行十分穩定。即使有多種的干擾，出水水質(zhì)仍然不受影響，因為運行中出現的問(wèn)題會(huì )移交給中心控制系統的客戶(hù)運行管理程序，指導發(fā)現各種各樣問(wèn)題的解決辦法。

　�。�5）連續檢測（包括14天集中水樣檢測）證明在出水水質(zhì)、能量消耗和藥劑用量上，該污水廠(chǎng)的運行指標均相當好，并且能夠保證設計目標。

　�。�6）與傳統污水再生工藝相比其特點(diǎn)為：

　　●占地少。占地僅為傳統活性污泥法的20%左右。
　　●投資省�？偼顿Y小于傳統工藝。
　　●處理效果好。 BOD、NH₃-N去除率分別達到97%和98%以上。