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中国给水排水杂志 -2017-8期
书 深床滤池在污水厂地表!类水提标改造中的应用 杜 创" ! 雷 振# ! 张铁源$ ""%合肥市地下管网建设管理办公室! 安徽 合肥 #$&&$"# #%赛莱默 '中国 (有限公司! 上海 #&&&)"# $%赛莱默水处理 '齐利诺普尔 (有限公司! 美国$ 摘 要! 合肥市某污水处理厂设计排放主要指标需达到地表水环境质量!类标准% 该项目 深度处理单元采用 *+,-,./ +.01023456"反硝化深床滤池工艺!兼顾了过滤&反硝化脱氮及除磷功 能!使污水厂出水稳定达到 53') 178*&59'&%$ 178*&:: '"& 178*的目标% 深床滤池设计采用 弧形堰&恒液位控制及'前馈 ;后馈( 精确碳源投加控制方式!力求最经济的碳源投加量% 关键词! 地表!类水# 深床滤池# 碳源投加控制 中图分类号! <=&$%" 文献标识码! > 文章编号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合肥市某污水厂已建成污水处理规模为 #& \ "&? 1$ 8/!每期规模为 "& \"&? 1$ 8/"#现阶段执行 一级 K排放标准#近期将对一期&二期工程进行提 标改造#将污水排放标准提高到主要指标达到'地 表水环境质量标准(!L]$A$A)#&&#"的!类标准* 污水处理厂三期工程设计规模为 "& \"&? 1$ 8/#出 水设计值在达到'城镇污水处理厂污染物排放标 准(!L]"AB"A)#&&#"一级 K标准的基础上#要求 总磷&总氮&氨氮&>^C? 项主要指标浓度值分别不 高于 &%$&)&"%)&$& 178*#主要指标达到地表水环 境质量!类标准!总氮!) 178*"* ! 设计概况 该污水厂三期工程深度处理单元采用 *+,-,./ +.01023456"反硝化深床滤池工艺#具有过滤去除 悬浮物&微絮凝过滤除磷以及生物反硝化脱氮三种 功能* 反硝化深床滤池作为深度处理单元既可以作 为二级生化脱氮除磷工艺的强化补充#也可以在进 水 >83不足&冬季水温低&生化池容积受限等不利 情况下#确保出水氮&磷含量达标#大大提高了污水 厂整体工艺运行的稳定性及灵活性* 本项目作为地 +BB+ 第 $$ 卷 第 A 期 #&"= 年 ? 月 中 国 给 水 排 水 >J43KUK56_ZUK:56UK56_ `,.%$$ 3,%A K-T%#&"= 表水类!类水排放标准项目#53!) 178*的要求已 经超出传统二级生化处理工艺的能力范围#在深度 处理单元必须考虑脱氮功能#经过多种深度处理工 艺的比选&论证#选择了深床滤池工艺作为深度处理 的核心工艺* 污水厂主要工艺流程%污水"粗格栅"提升泵 站"细格栅"曝气沉砂池"KK^氧化沟"二沉池 "混凝反应斜板沉淀池"反硝化深床滤池"接触消 毒池"达标排放* 在 KK^氧化沟#优先利用污水中 的 ]^C) 进行生物脱氮除磷#并确保 >^C&]^C)& 3J$ 23指标达标#深度处理单元进一步确保 ::& 53&59达标* 项目设计处理规模为 "& \"&? 1$ 8/#峰值系数 为 "%$&* 深床滤池设计 A 格#单格尺寸为 @%" 1\ "A%$ 1#滤料层深度为 "%A$ 1#反冲洗水洗强度为 ") 1$ 8!1# +E"#气洗强度为 B" 1$ 8!1# +E"#设计 反冲洗周期为 #? a?A E#氮气释放周期为 $ a@ E#碳 源采用甲醇* 深床滤池设计进&出水水质见表 "* 表 ! 深床滤池设计进&出水水质 5GX%" C+R07H 0HO.F+HPGH/ +OO.F+HPQFG.0PN,O/++-MX+/ O0.P+T 17+*2" 项 目 :: 53 59 3J$ 23 >^C ]^C) 污水厂进水 #A& )& @ $) $A& "A& 深床滤池进水 #& #& &%) "%) $& "& 深床滤池出水 "& ) &%$ "%) $& "& # 深床滤池工艺特征 #$! 功能特性 深床滤池为下向流重力式滤池#采用较深的石 英砂滤床#出水 :: 可达到 ) 178*#较高的 :: 去除 率可确保絮凝沉淀及过滤后达到 59!&%$ 178*的 目标* 滤池运行过程中二级处理出水中的微生物不 断地被截留或附着在滤料间隙或表面#为滤床提供 大量的微生物菌群#其中含有大量反硝化过程所需 兼性&异养菌群#为深床滤池进行反硝化过程提供了 微生物基础#因此反硝化深床滤池具有运行灵活&反 硝化功能启动快的特点#即使在水温较低的季节#不 需要漫长的滤料挂膜周期#通过合理的运营管理方 式可在 " a$ / 达到稳定的反硝化效果* 本项目出 水要求 53!) 178*#在深床滤池运行过程中硝态氮 浓度可达到 " 178*以下* #$# 深床滤池的设计负荷 传统滤池以滤速和容积负荷作为主要设计依 据* 深床滤池则需综合考虑反硝化反应速率&滤料 层的截污容量&滤料层的气体截留容量等因素#最终 决定滤池的过滤面积和滤速* 关键设计考量因素% #反硝化反应速率从微生物反应动力学上计算反硝 化需要的停留时间* 反应速率除与水温&滤层中的 反硝化细菌活性有关外#还与反应基质!出水硝酸 盐"浓度有关* 在硝酸盐去除量相同的情况下#出 水硝酸盐浓度要求越低#反应速率越慢#所需的空床 停留时间越长* 由于本项目要求出水 53!) 178*# 相对于一级 K排放标准要求的 53!") 178*#深床 滤池硝态氮的生物还原速率要慢很多* $为避免滤 池出水波动过大#深床滤池设计运行周期通常应大 于 #? E* 滤池运行周期通过滤层的截污容量与运行 总固体负荷来计算#而滤池总固体负荷又包括过滤 去除悬浮物的量&除磷产生的化学污泥量&投加碳源 生产的泥量* %反硝化过程中硝酸盐还原成氮气积 累在滤料层中* 为避免不必要的滤料水头损失#降 低反冲洗频率与能耗#反硝化滤池需要定期进行氮 气释放* 该释放周期应在滤池设计过程中通过滤料 层气体截留容量来计算* #$% 配水配气系统 深床滤池不仅包含物理过滤#也包括活性微生 物的脱氮除磷过程* 有效的反冲洗不仅要去除滤料 层中保留的污泥#还要保留滤料表面的活性微生物# 这对滤池的反冲洗气水分配系统提出更高的要求# 要求配备均匀无盲区的气水分配系统* *+,-,./ +.0M 1023456"反硝化深床滤池采用专利的 5N-+: 滤砖 见图 "* !"#$% &'()*+% ,-./012345!6789: <"78% 2346!5; =>*+% 图 ! &'()(*+ 双层两段式气水分配滤砖 b07%" *+,-,./ /FG.-GTG..+..GP+TG.5N-+: FH/+T/TG0H 滤砖为双层两段式配水配气系统%一级分配 腔#二级补偿腔* 在反冲洗过程中#在一级分配腔内 反冲洗气&水压力平衡后形成气水界面#反冲洗水通 过气水界面以下隔板的配水孔进入两侧的补偿腔# 反冲洗气通过气水界面以上隔板的配气孔进入两侧 +"&&+ 第 $$ 卷 第 A 期 中 国 给 水 排 水 SSS%SGP+T7GRE+GP%V,1 的补偿腔* 通过一级分配腔后的反冲洗水在二级补 偿腔内根据压力差产生逆向补偿#从而使得整个滤 池过滤面积上最终的整体反冲洗水&气压力&流量均 匀* *+,-,./ 特有的二次配水设计滤砖确保反冲洗 水和气体在整格过滤区域内均匀分布#反冲洗无死 区#避免了滤料板结&污堵以及局部过度冲洗* 滤砖 采用整体 JC96!高密度聚乙烯"材质#具有较高荷 载能力* #$, 碳源投加 本项目采用甲醇作为外加碳源#甲醇投加计算 公式%Bc#%?=!3^2 $ 23" ;"%)$!3^2 # 23" ;&%A= C^,"- * *+,-,./ +.01023456"反硝化深床滤池采用 拥有专利的.前馈 ;后馈/闭合环路碳源投加控制 方式#实际运行甲醇投加量可以控制在计算值的 d)e ad"&e范围以内#实现经济&安全&稳定的碳 源投加控制方式* 通过碳源投加计算公式可知#滤 池进水 C^会消耗额外的甲醇#因此有效控制滤池 进水 C^可作为节省碳源投加费用的有效方式* #$- 液位及溶解氧控制 深床滤池可以采用恒液位或者变液位控制方 式#对于需要反硝化运行的项目#建议采用恒液位控 制方式* 本项目 *+,-,./ +.01023456"反硝化深床 滤池采用.弧形堰板 ;恒液位/控制方式#有效避免 滤池进水因跌水带入的 C^* 本项目深床滤池进水 C^浓度在 ) a@ 178*之间#根据 *+,-,./ 类似项目 的研究经验,#- #滤池进水中 ) a@ 178*的 C^在滤 料层表层 "& 英寸!#)? 11"处即降到 " 178*以内# 这部分滤料层内兼性微生物主要进行好氧呼吸并消 耗碳源* 在 )& a=& 英寸!" #=& a" ==A 11"深度滤 料层内 C^逐步回升至 " 178*#这一部分 C^主要 是反硝化脱氮产氧产生的* 由此可见#深床滤池进水 C^在合理的设计工 况下对反硝化的效果及出水水质不会有大的影响# 但从节省碳源投加费用的角度出发#控制整个深度 处理工艺流程内额外 C^的产生非常有意义* 合理 的液位控制能将滤池进水 C^控制在 $ 178*左右# 通过项目实测#变液位运行方式滤料层上方水中的 C^高达 B%) 178** *+,-,./ +.01023456"反硝化深 床滤池恒液位及 C^控制方式可将滤池实际进水 C^控制在 $ a) 178*#有效降低滤池进水 C^?%) a@%) 178*#能有效节约 #&e a$&e的碳源投加费 用* % 运行数据 该污水处理厂三期工程于 #&") 年 "# 月通过环 保验收#深床滤池出水稳定达到 53!) 178*&59! &%$ 178*&::!"& 178*的设计目标* 本项目设计 去除 "& 178*硝态氮#深床滤池具有良好的抗冲击 负荷#在进水硝态氮超设计值 $&e的情况下#出水 硝态氮依旧能稳定达标* 碳源投加控制能基于出水 水质要求灵活调整#用户可以在达到环境保护要求 的情况下#在人机界面设计相关参数#适当降低碳源 投加量#达到环境效益与运行经济效应的最大化* 深床滤池运行中进&出水硝态氮浓度见图 ##出水硝 态氮浓度可低于 &%) 178** !" !# !$ %& " ' ( $ & $&%')&$)&! $&!')&$)&" $&!')&$)!* $&%')&$)$$ $&%')&$)$+ $&%')&,)&- $&%')&,)%( $&%')&,)$% $&%')&,)$" $&%')&()&( $&%')&()%% $&%')&()%" $&%')&()$* ! " #./0 !1 !"# 2 $%&' (%)' *+ 图 # 深床滤池进&出水硝态氮 b07%# 5E+0HO.F+HPGH/ +OO.F+HPH0PTGP+,O/++-MX+/ O0.P+T 深床滤池运行出水总氮及氨氮浓度见图 $* ! ! " # $ % & "#$!%#"%#& "'&!%#"%#( ")&!%#"%&* ")&!+#"%"" "#&!%#"%", ")&!%)-%). ")&!+)-+&/ ")&!+)-+"& ")&!+)-+"( ")&!+)/+)/ ")&!+)/+&& ")&!+)/+&( ")&!+)/+"* ! " #012 !3 '(% 4 $% 56-%5 $% 75 &' 图 % 深床滤池出水总氮及氨氮 b07%$ 5E++OO.F+HP53GH/ G11,H0GH0PT,7+H ,O/++-MX+/ O0.P+T 在二级生化处理 KK^工艺单元出水 3J$ 23 !"%) 178*#深床滤池进水 53约 "& a#& 178*的 情况下#*+,-,./ +.01023456"出水 53可稳定达到 ) 178*以内#同时具备 53!$ 178*的能力#为用户 系统的灵活控制留有充分的空间* 深床滤池采用较深的固定滤床#过滤效果好#出 +"&"+ SSS%SGP+T7GRE+GP%V,1 杜 创!等)深床滤池在污水厂地表!类水提标改造中的应用 第 $$ 卷 第 A 期 书 水 !! 可达 " #$%&!在前端混凝沉淀池运行良好的 情况下!!!!' #$%&" 通过过滤去除混凝阶段形成 的含磷悬浮物!在保障 !!!' #$%&的前提下!深床 滤池可保证 ()!*+, #$%&" 本项目深床滤池设计 出水 !!!-* #$%&!实际运行 !! 约 . /" #$%&!() 出水稳定小于 *+, #$%&" 深床滤池出水 !! 及 () 浓度见图 ." ! " # $ % & ' &'(#)*&+,( &,(#),&),! &,(#),&)($ &,(#),&)&& &,(#),&)&- &,(#),.+," &,/#+,.+/% &,/#+,.+&/ &,/#+,.+&! &,/#+,%+,% &,/#+,%+// &,/#+,%+/! &,/#+,%+&$ 00!12345 "6 !"# 7 !" 00 !" 12 . / #$ 图 ! 深床滤池出水 ##及 $% 01$+. (3445567489!! :8; ()<5;44=>?4; 51694@ 深床滤池出水 ABC及 DBC' 浓度见图 '" !" #$ % &%'()"&)"* &%*()%&)%+ &%*()%&)*$ &%*()%&)&& &%*()%&)&, &%*()%!)%- &%*()%!)*. #/*()%!)&* &%*()%!)&+ &%*()%.)%. &%*()%.)** &%*()%.)*+ &%*()%.)&$ 01 2!!" #$345 "6 %&' 7 &/ '$ '/ $ !" #$ 012 #$ 812$ 图 & 深床滤池出水 '()及 *()& 01$+' (3445567489ABC:8; DBC' <5;44=>?4; 51694@ 本项目设计出水 ABC!,* #$%&#DBC' !-* #$%&" 滤池进水 ABC约为 ,* #$%&!投加甲醇量相 当于 E* /'* #$%&的 ABC" 通过图 ' 可见!出水 ABC均低于 ,* #$%&!证明投加甲醇均被滤层内反 硝化兼性菌群所消耗" 相对于一级 F排放标准要 求的 (G!-' #$%&!本项目 (G!' #$%&对碳源投 加系统要求更严格$前者碳源过量投加时!反硝化细 菌会继续消耗碳源!所以出水 ABC超标的风险较 低" 而由于本项目出水硝态氮已经很低!属于完全 反硝化反应!长期过量投加碳源有较高出水 ABC# DBC' 超标的风险" 通过项目验证!&4<=<6; 461#1H GI(J!通过%前馈 K后馈&闭合环路精确碳源投加控 制方式是稳定可靠的" 未来用户可以通过后反馈修 正碳源投加量!结合具体出水水质要求做到最经济 节省的碳源投加量" ! 项目重点难点分析 !+, 仪表的稳定性 本项目属于污水厂出水主要指标达到"类水排 放标准项目!出水 ABC#DBC' 及 (G排放要求均很 严格" 作为后置式反硝化滤池!深床滤池属于末端 处理工艺!对系统的精确控制提出了更高的要求" &4<=<6; 461#1HGI(J!反硝化深床滤池碳源投加控 制系统的可靠性在本项目中得到验证" 精确的碳源 投加控制需要依靠比较准确的仪表测量值!本项目 初期采用的离子电极法硝态氮分析仪数据可靠性很 差!后更换为 LM法硝态氮分析仪测量数据较可靠# 稳定" 硝态氮作为主要出水与系统控制指标!其分 析仪选型尤为重要!品牌#测量原理#量程#安装方 式#安装位置的选择都会影响到仪表测量的稳定性 和可靠性" 同时因滤池进水投加了碳源!在仪表探 头上比较容易附着生物膜!影响测量值!建议仪表探 头配置超声波和压缩空气单元" 为了提高碳源投加 的可靠性和经济性!建议定期清洗#校正仪表探头" !+- 节省碳源投加量 在污水厂总进水 A%G不足时!为了提高二级生 化处理系统的脱氮效率!需要向缺氧池投加碳源!在 深度处理采用反硝化深床滤池之后!污水厂运行灵 活性提高!除了 FFB工艺具有脱氮除磷功能以外! 深床滤池可以进一步脱氮除磷!在末端进行反硝化! 将碳源投加点放在滤池进水" 碳源投加费用是深床滤池反硝化最主要的运行 费用!本项目碳源投加控制系统在仪表可靠的前提 下!能做到碳源精确投加!但碳源的消耗包括两部 分$一是硝态氮反硝化所需碳源!另一部分是滤池进 水溶解氧所消耗的碳源" 通过前面介绍 &4<=<6; 461> #1HGI(J!反硝化深床滤池采用%弧形堰板 K恒液 位控制&的方式降低了因进水 CB造成的运行碳源 投加量!本项目实际滤池进水 CB约 ' /N #$%&!二 沉池上方出水 CB约 *+' #$%&!从二沉池出水到滤 池进水 CB还有控制的空间!可以进一步降低深床 滤池的碳源投加量" 经过本项目实测及论证!二次 提升泵房采用稳定#合理的运行液位!二次提升泵采 用淹没式出流方式!滤池进水 CB有望控制在 , #$% &左右" 相对于不采取任何控制!滤池进水 CB约 '-*E' 第 ,, 卷 第 O 期 中 国 给 水 排 水 PPP+P:94@$:Q34:9+R<# B%) 178*的运行方式#同样去除 ) 178*的硝态氮# 所需的甲醇量分别约为 ") 178*和 #" 178*#由此 可见#合理的液位及 C^控制措施可节省 #&e a $&e的碳源投加费用* - 结论 # 基于该项目的连续运行经验#反硝化深床 滤池作为污水厂深度处理工艺#可确保污水厂出水 稳定达到 53') 178*&59'&%$ 178*&:: '"& 178 *#可为当前国内水环境敏感流域污水处理厂提标 改造提供借鉴* $ 基于当前的仪表及自动化控制水平#可以 较精确地实现污水厂后置反硝化滤池碳源投加的控 制#做到滤池进&出水 >^C&]^C) 不升高#当然对仪 表的选型经验及运行维护管理水平有较高要求* % 从深度处理系统流程上的液位及 C^控制 能有效降低滤池进水 C^#良好的工艺控制水平可 节省 #&e a$&e碳源投加量#从而降低深床滤池的 运行费用* 参考文献! ,"- 69K8@#) 8_)B$ 8&"&#fGHFG.30PT,7+H >,HPT,.,:-%D:K% 69K#"BB$% ,#- IEF 4#:+H C#`+7R,6##'9=%bF..RVG.+/+H0PT0O0VGP0,H O0.M PTGP0,H GH/ -T,V+RR1,/+.0H7FR0H7GRP+G/NRPGP+1GPE+M 1GP0VG.OTG1+S,T[,g-%9T,V++/0H7R,OPE+UGP+T6HW0T,HM 1+HPb+/+TGP0,H##&""#!"&"%)$)? 2)$="% 作者简介!杜创!"B=A 2 "# 男# 安徽萧县人# 本 科# 给排水高级工程师# 从事市政排水和 地下管网建设管理工作* @2A&$#!T0V[%.0hiN.+10HV%V,1 收稿日期! ############################################## #&"@ 2"& 2#A "上接第 BA 页$ , ) - 姚玉英#黄凤廉#陈常规#等%化工原理,f-%天津% 天津大学出版社##&&$% , @ - *GPP+1GHH :#Jj-H+T5%6HW0T,H1+HPG.01-GVPGH/ 01M -GVPGRR+RR1+HP,OR+GSGP+T/+RG.0HGP0,H,g-%C+RG.0HGM P0,H##&&A###&!" 8$"%" 2")% , = - CW,TH0[,W`%:+GSGP+T1F.P0M+OO+VP/0RP0..GP0,H +H+T70Y+/ XNGV,1XFRP0,H PFTX0H+, g-%C+RG.0HGP0,H# #&&&# "#= !$"%#@" 2#@B% , A - kEGSGl0KC#kFPFX[EGHGE 4k#U0+gf%K/WGHV+R0H R+GSGP+T/+RG.0HGP0,H P+VEH,.,70+R, g-%C+RG.0HGP0,H# #&&A###"%?= 2@B% , B - :.+RGT+H[,`%:+GSGP+T/+RG.0HGP0,H 0H PE0H O0.1 -.GHPR ,g-%C+RG.0HGP0,H#"BB"#A"!" 8$"%?&= 2?"=% ,"&- K.M:EG110T0f#:GOGTf%fF.P0M+OO+VP/0RP0..GP0,H -.GHP% RPGP+,OPE+GTP,g-%C+RG.0HGP0,H#"BBB#"#@!" 8$"%?) 2 )B% 作者简介!苗超!"BA# 2 "# 男# 河北泊头人# 硕 士# 工程师# 目前主要从事海水淡化节能 技术研究* @2A&$#!10G,MVEG,hE,P1G0.%V,1 收稿日期!#&"@ 2&B 2#" +"&$+ SSS%SGP+T7GRE+GP%V,1 杜 创!等)深床滤池在污水厂地表!类水提标改造中的应用 第 $$ 卷 第 A 期
