城市污水处理厂二级出水深度处理回用的设计与运行.pdf

城市污水处理厂二级出水深度处理回用的设计与运行 王荣斌 二十一冶建设有限公司, 甘肃 兰州 730000 汪翠萍 邢 奕 邹安华 北京科技大学环境工程系, 北京 100083 摘要 将城市污水作为工业循环冷却补充水的水源已成为世界各国解决缺水问题的主要方案之一, 但二级出水水质 不符合循环冷却水对 CODCr、硬度、氮、磷等指标要求, 必须对其进行深度处理才能回用。 本设计采用生物接触氧化 絮凝沉淀机械搅拌澄清连续动态过滤消毒工艺, 其出水补充至电厂循环冷却水系统。 运行实践表明, 该工艺处 理效率高, 动力消耗少, 出水水质达到循环冷却水水质标准, 且经过对工艺的改进完善, 使操作更加简便, 设备运行更 加稳定。 关键词 回用 循环冷却水 连续动态过滤器 污泥脱水床 0 引言 燃煤火力发电厂在将煤转化成电能的过程中需 要消耗大量的水, 如 1 座 2 600 MW 的火电厂耗水 量一般为810 4 m 3 d,相当于一个中小城市的居民用 水总量 ,其中循环冷却耗水量占到总耗水量的 2 3; 而 我国城市污水排放量却逐年递增, 大部分污水未经任 何处理直接排入天然水体, 造成了不同程度的污染, 因此将城市污水深度处理回用于火电厂既可以减轻 水污染 ,又能缓解供需矛盾 [ 1,2] 。目前 ,将城市污水作 为工业循环冷却补充水的水源已成为世界各国解决 缺水问题的主要方案之一 ,我国近年来也要求新建及 扩建电厂机组使用城市污水处理厂二级出水作为电 厂循环冷却水 海边电厂除外 [ 3] 。但二级出水水质 通常不符合循环冷却水对 CODCr、 硬度、氮、磷等营养 元素的要求 ,营养元素过多将引起细菌的滋生, 产生 黏泥 ,尤其是氨氮含量高 ,硝化菌的繁殖将消耗碱度, 造成 pH 值下降, 严重危害循环水系统的安全运行。 因此 ,必须将二级出水进行深度处理才能回用 。 1 设计水质 、 水量 河北某火电厂拟将污水处理厂二级出水深度处 理作为扩建机组的循环冷却补充水, 为此, 新建 1 座 中水 深 度 处理 站 。深 度 处理 站 的 设 计水 量 为 48 000 m 3 d,原水时不均匀系数取 1. 2。深度处理站 主要处理对象是某污水处理厂的二级出水,其水质达 到国家二级排放标准 ,中水深度处理站出水水质需满 足污水再生利用工程设计规范 GB503354-2002 中 再生水用作冷却水的水质控制指标 。主要指标如 表1。 表 1 二级出水排放标准和再生水回用作冷却水的水质控制指标 项目pH SS mgL- 1 CODCr mgL - 1 BOD5 mgL- 1 氨氮 mgL- 1 总磷 mgL- 1 总硬度 以 CaCO3计 mgL - 1 粪大肠杆菌群 个L- 1 二级排放标准6～ 9≤30≤120≤ 30≤25≤1 再生水回用指标6 . 5～ 9≤60≤ 10≤10≤1≤450≤2 000 2 工艺流程 对比中水深度处理站的进水水质和要求的出水 水质 ,可见降解有机物和氨氮 ,去除硬度和悬浮物 ,以 及消毒是工艺设计的重点 ,据此设计的深度处理工艺 流程如图 1。 污水处理厂二级出水 原水 利用管道的余压进 入缓冲池 ,再通过提升泵送至曝气生物滤池。曝气生 物滤池为上向流形式, 底部采用长柄滤头配水 ,可通 过 PLC 根据进水水质情况调整运行格数或运行状 图 1 深度处理工艺流程图 态,实现自动反洗 ,反洗水水源为清水池的出水。经 生物降解有机污染物和氨氮后 ,曝气生物滤池出水进 10 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 反应池, 反应池内先后投加石灰乳液、Na2CO3溶液、 PAM 、 聚合硫酸铁等药剂 ,通过搅拌机的作用实现污 水与药剂充分混合, 并完成有关化学反应。反应池的 出水进入机械搅拌澄清池 ,实现固液分离。澄清池的 出水进入连续动态过滤器 ,通过接触过滤作用进一步 降低浊度。过滤器出水投加硫酸调整 pH 值, 投加 ClO2进行消毒后进入清水池, 供给电厂作为循环冷 却补充水 。曝气生物滤池的反洗排水和连续动态过 滤器的浓水进入反洗水贮池后 ,再进入反应池重新进 行处理。机械搅拌澄清池的污泥排放至污泥贮池 ,经 浓缩后进污泥脱水床, 脱出液返回反洗水贮池 ,干化 后的泥饼外运处置。 3 主要设计参数 1 缓冲池。钢混结构 ,设 1 座, 池体尺寸11 m 7. 6 m 6. 5 m ,有效调节时间 15 min。 2 泵房。半地下式钢混结构, 30 m 10 m 11. 5 m ,内分别设有 4台 3 用 1 备 曝气生物滤池进 水提升泵 ,单机流量 800 m 3 h,扬程 20 m ; 曝气生物滤 池反洗水泵2 台 ,单机流量 550 m 3 h,扬程 18 m; 电动 葫芦 1 台。 3 曝气生物滤池。用于实现氨氮的硝化, 降解 绝大部分有机物 。钢混结构, 1 座分 2 组共 20 格, 单 格尺寸 6. 0 m 8. 8 m 7. 0 m , 其中填料高度为 3. 7 m ,空塔滤速为 2. 0 m h, NH3- N 去除容积负荷 0. 30 kg m 3d 。 曝气鼓风机和反洗鼓风机设在曝气 生物滤池管廊内 ,曝气采用 10 台罗茨鼓风机, 单台供 气量 13. 01 m 3 min,出口风压 58. 8 kPa; 反洗采用 2 台 罗茨鼓风机 , 单台供气量 35. 2 m 3 min, 出口风压 73. 5 kPa。 管廊内设电动葫芦 1台 。 4 反应池。钢混结构 , 1 座分 2 格, 单格尺寸 7. 0 m 7. 0 m 6. 5 m, 反应时间 18 min; 每格内安装 搅拌机1 台 ,桨叶尺寸2 450 mm,转速 33 r min。 5 机械搅拌澄清池。钢混结构 ,共 4 座, 单池尺 寸 16. 9 m 6. 4 m ,分离室上升流速为 1 mm s,搅拌 机叶轮直径为 2. 5 m。 6 连续动态过滤器。钢制, 2 组共 10 台 , 单台 处理水量 200 m 3 h ,单台规格 4. 8 m 4. 8 m5. 4 m。 7 清水池 。用于向电厂供水 , 同时提供配药用 水,以及曝气生物滤池反洗水。钢混结构 , 设 1 座分 4 格 ,总有效容积为8 000 m 3 。 8 反洗排水贮池 。用于接收曝气生物滤池的反 洗排水 、 连续动态过滤器的浓水、污泥贮池上清液以 及污泥脱水床的脱出液, 钢混结构 , 1 座, 10 m 20 m 6. 5 m 。 9 污泥贮池 。钢混结构 1座 , 13 m 3. 5 m ,内 安装刮泥机 1 台 ,直径 10 m 。 10 污泥脱水床。毛石砌筑 , 粗砂作垫层 , 1 座 分16 格, 单格尺寸 10 m 15 m, 采用 2 台提升渣浆泵 供泥 ,泵流量为 50 m 3 h, 扬程为 20 m ; 脱水后污泥含 水率 65 左右, 装车外运处置。 4 工艺特点及运行效果 4. 1 工艺特点 本工艺在目前较为成熟的深度处理工艺基础上, 局部进行了改进 ,具体体现在以下两点 1 采用连续动态过滤器代替传统快滤池 。它是 一种利用流态化工程原理 ,实现连续过滤和连续反洗 的新型过滤设备 ,过滤方式为上流式常压过滤, 过滤 效率高 ,能够有效去除水中悬浮物和胶体物质, 甚至 可以通过与其它工艺联合应用达到除氮、除磷、去除 色度和重金属的效果 。其优点主要表现为 ①设备占 地面积小, 节省空间。传统快滤池滤速 般为 4 ～ 8 m h ,而连续动态过滤器可达 10～ 12 m h, 提高了单 位面积的处理能力 , 减少滤池数量 , 节约占地面积。 ② 设备投资低、运行费用少。由于不必配备大功率反 冲洗泵 、 鼓风机及反冲洗管道和阀门, 而只需要小功 率空气压缩机为气提滤料提供气源 ,大大节省设备投 资及运行费用。 ③ 设备运行效率高。由于连续动态 过滤器采用的上流式过滤 , 截污后的滤料在滤层底 部,被不断提升反洗 , 使得所有滤料都能充分发挥作 用。 ④ 操作简单 ,自动化程度高,不需要停机反冲洗。 2 采用了污泥脱水床代替机械脱水 。由于污泥 贮池内的污泥主要为化学污泥 ,因此较生物污泥容易 脱水, 且没有臭味, 因此采用污泥脱水床, 利用渗透、 蒸发作用脱水, 减少了大量的动力消耗。污泥脱水床 可以建成防渗土池 ,与昂贵的机械脱水设备相比, 基 建投资大大降低 ,而且污泥脱水床不需要投加絮凝剂 PAM ,减少了运行成本 。 4. 2 运行效果 工程试运行的结果监测表明,经深度处理的出水 水质主要指标 pH 6. 5 ～ 8, 浊度 ≤1NTU, CODCr≤ 30 mg L,总硬度 以 CaCO3计 ≤250 mg L ,粪大肠杆 菌群 ≤ 3 个 L 。深度处理后的出水水质完全达到再 生水用作冷却水的水质控制指标,能满足循环冷却水 系统的补水要求 。 11 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 5 问题分析 1 由于石灰除硬系统产生的沉淀物主要为碳酸 钙,因此在管线中存在严重的结垢问题,尤其是污泥排 放的管道及设备,在停止排泥时,存留的碳酸钙污泥会 淤积结垢堵塞管道,损坏泵体 。解决的方法是在管线 上布置冲洗水管,定期对设备和管道进行高压冲洗 。 2 污泥脱水床在多次间歇投加时,由于前次碳酸 钙污泥脱水后形成的泥饼孔隙率小,在脱水床过滤层 表面形成致密的污泥层,当再次进泥时,污水不容易渗 滤,因此脱水效果下降。要解决该问题,可以采取一次 排泥脱水; 或者采用间歇排泥、 定期除泥的方式。 6 结论 1 采用生物接触氧化 絮凝沉淀机械搅拌澄 清 连续动态过滤 消毒工艺对城市污水处理厂二 级出水进行深度处理 ,出水水质达到再生水用作冷却 水的水质控制指标, 能满足循环冷却水系统的补水要 求,且流程简单, 操作方便, 通过技术改进 ,系统运行 更加稳定。 2 连续动态过滤器过滤效率高 、 运行能耗低 ; 污 泥脱水床不需要动力消耗 ,处理过程生态 、 环保,在中 水深度处理回用中值得推广应用。 参考文献 [ 1] 张国斌. 火力发电厂中水回用技术与应用前景. 中国给水排水, 2005,21 7 89 -91. [ 2] 张敬东. 关于城市生活污水处理后回用于火力发电厂生产用水 的探讨. 工业水处理, 1999-05, 19 3 5-8. [ 3] 宋晓红, 王平. 二级处理后的城市污水用作电厂冷却水若干问 题的探讨. 电力环境保护, 2006, 22 5 40 -42. 作者通讯处 王荣斌 730000 兰州市定西路 211 号 二十一冶建设 有限公司 通讯联系人 邢奕 100083 北京市海淀区学院路 30 号 北京科技 大学环境工程系 电话 010 62234821 E -mail xingyi76 gmail. com 2007- 01-26 收稿 上接第 9页 4. 1 各区体积比计算 当硝化率 fDN取最小值 71. 4时, 即污泥回流比 R 为 50, 内回流比 r 为 200 V1∶ V2∶ VR0. 38Q∶ 0. 49Q∶ 0. 08Q ; 当硝化率 fDN取最大值 83. 3时,即污 泥回流比 R 为 100, 内回流比 r 为 400 V1∶ V2∶ VR 0. 38Q∶ 0. 55Q∶ 0. 11Q 。 4. 2 各区体积比及污泥活性恢复区占总内圆的角度 θ 值的结论 图5 体积及半径示意图 上述计算中得出 V1∶ V2∶ VR 1∶ 1. 29 ～ 1. 45 ∶ 0. 21～ 0. 29 , 由 VRV2, 并且当硝化率 fDN取最大 值83. 3时, 即污泥回流比 R 为 100, 内回流比 r 为400时, θ 的取值为 60 , 故可知污泥活性恢复区 占总内圆的角度 θ 值应以 60 为宜, 也不宜过小以 免影响 R 区对于污泥活性的恢复程度 , 具体取值应 根据实际情况合理确定。 5 计算实例 圆形的池型既具有良好的 水力特性 , 又节约工程造价, 一 般工程中 圆形池 的径 深比为 5∶ 1 。 某城 市污 水处 理厂 进水 BOD5为200 mg L ,TN 为40 mg L , 水温为 10 ℃, 进水悬浮固体浓 度 Nj为200 mg L ; 出水 BOD5要求为20 mg L ,设计流 量 Q 取5 000 m 3 d, AOR 工艺的硝化率一般能达到 0. 85以上, 故以 V1∶ V2∶ VR0. 38Q∶ 0. 55Q∶ 0. 11Q 的 体积比来确定 , 以图 5 为例 , 体积及半径计算为 V10. 38 5 000 1 900 m 3 ; V 20. 55 5000 2 750 m 3 ; V R0. 11 5 000 550 m 3 。计算得, R113. 8 m , R2 17. 3 m , θ 60 。 参考文献 [ 1] 周雹. 城镇污水生物处理新工艺及其应用. 中国给水排水, 2003,19. [ 2] 高俊发, 王社平. 污水处理厂工艺设计手册. 北京 化学工业出 版社 156 -158. [ 3] 周雹, 周丹等. 活性污泥工艺的设计计算方法探讨. 中国给水排 水, 2001,17. [ 4] 周雹, 周丹. A2 O 除磷脱氮工艺设计计算 下 . 中国给水排水, 2003,29. [ 5] 周雹, 周丹. A2 O 除磷脱氮工艺设计计算 上 . 中国给水排水, 2003,29. [ 6] 顾夏声. 废水生物处理数学模式. 北京 清华大学出版社, 1993, 7 119 -123. 作者通讯处 高霞娥 710054 陕西省西安市 长安大学雁塔校区 416信箱 电话 029 82339959 E -mail gaoxiae6688163. com; gaojfchd. edu. cn 2007- 01-17 收稿 12 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 THE RESEARCH ON DESIGN OF AOR PROCESSGaoJunfa Gao Xiae7 Abstract AOR is a new biochemical process that combines with traditional-activated sludge process and oxidation ditch. It has better function of nitrogen and phosphorus removals, and its unique design of sludge renewal region, makes the return sludge centralized with appropriate oxygenation, meanwhile each region can engender flow state with concentric circles adopted. Accordingly, it is a sort of water technology with high efficiency , energy saving and better accommodation. After the study of AOR process, the dynamic designmeeting biological phosphorusand nitrogen removal is proposed, and the ulas used to design and calculate are deduced. Keywords AOR, biological denitrification and design the placement of catalytic ironfollowed bio -treatment improved the removal efficiency of catalytic iron, and the ations of scale and organic layer were inhibited; the promotion to bio -treatment and the reduction of catalytic ironwas realized by the inner -cycle process, but some problems such as inefficiency of NH3-N removal remains to be settled in this process. Keywords catalytic iron, high concentration organic sewage from fine chemistry zone and bio -treatment-catalytic iron inner -cycle process SHORT-CUT NITRIFICATION AND DENITRIFICATION OF A DAT -IAT BIOLOGICAL NITROGEN REMOVAL PROCESSWu Chundu Nie Ying MiaoYingqi et al 19 Abstract Nitrite accumulation was studied onthe condition of low dissolved oxygen DOand using A DAT -IAT biological nitrogen removal process to treat high -strength ammonium industrial wastewater with low C N ratio . The experimental results indicated that the system could realize long -term stable nitrite accumulation with high ammonia removal rate and no sludge bulking under the condition of low DO. During the stable operation stage, setting a DO concentration in DAT reactor at 1. 0 mg L, it was possible to achieve a average nitrite accumulation ratio NO - 2-N NO - X-N at 82. 1with the ammonia removal rate over 95 and the SVI maintained at a proper level of 90～ 125 mL g, which means a good settlement of sludge. Keywords A DAT -IAT, biological nitrogen removal, short -cut nitrification the system functioned well on conditions of hydraulic loading near 1. 2m2 m3hand sufficient air supply. The heights of the filter had great effects on the removal of different pollutants. Most of organic substances were degraded in the lower 40 cm of media near inlet, while most of ammonia were nitrified in the upper media. Keywords zeolite biological aerated filter, contaminated river water, gas -water ratio and hydraulic loading 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007