Garmerwolde污水处理厂省略颗粒污泥系统旁侧流SHARON陈涛

书书书檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶殞殞殞殞热点聚焦Ｇａｒｍｅｒｗｏｌｄｅ污水处理厂提标改造　———新增好氧颗粒污泥系统、旁侧流ＳＨＡＲＯＮ陈　涛１，ＨｅｌｅｎＸ．Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ（门晓欣）２，李　军１，Ｍ．Ｃ．Ｍ．ｖａｎＬｏｏｓｄｒｅｃｈｔ３，ＭａｒｉｏＰｒｏｎｋ３（１．浙江工业大学环境学院，浙江杭州　３１００１４；２．ＬＸＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＬ．Ｌ．Ｃ．，Ｒｉｃｈｂｏｒｏ，ＰＡ　１８９５４，ＵＳＡ；３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＤｅｌｆｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｌｆｔ　２６０１，ｔｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）摘　要　Ｇａｒｍｅｒｗｏｌｄｅ污水处理厂原主体工艺采用ＡＢ法。为应对不断增加的污水量和更加严格的排放标准，该厂进行了提标改造。２００５年主要通过增加旁侧ＳＨＡＲＯＮ（２４００ｋｇＮ／ｄ）以解决污泥消化液处理问题，氨氮去除率９５％以上，达到硝化阶段节约能耗２５％、反硝化阶段节约外加碳源４０％，减少５０％的污泥产量。２０１３年新增独立运行的ＳＢＲ好氧颗粒污泥系统（Ｎｅｒｅｄａ），增加产能２．８６万ｍ３／ｄ，好氧污泥颗粒化后６０％颗粒＞１ｍｍ、生物量可稳定达到８ｇ／Ｌ以上、ＳＶＩ５值稳定在４５ｍＬ／ｇ左右，出水ＴＮ≤７ｍｇ／Ｌ，ＴＰ≤１ｍｇ／Ｌ，比传统活性污泥系统能耗降低５８％～６３％、占地减少３３％、运行费用节省５０％。关键词　城镇污水处理厂　　提标改造　　好氧颗粒污泥　　ＳＨＡＲＯＮ　　Ｎｅｒｅｄａ　　中图分类号：ＴＵ９９２．９　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００９０１７７（２０１６）０５００１１０６ＵｐｇｒａｄｉｎｇａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＧａｒｍｅｒｗｏｌｄｅＷＷＴＰｉｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮｅｗｌｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＡｅｒｏｂｉｃＧｒａｎｕｌａｒＳｌｕｄｇｅＳｙｓｔｅｍａｎｄＥｎｈａｎｃｅｄＳＨＡＲＯＮＣｈｅｎＴａｏ１，ＨｅｌｅｎＸ．Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ２，ＬｉＪｕｎ１，Ｍ．Ｃ．Ｍ．ｖａｎＬｏｏｓｄｒｅｃｈｔ３，ＭａｒｉｏＰｒｏｎｋ３（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１４，Ｃｈｉｎａ；２．ＬＸＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＬ．Ｌ．Ｃ．，Ｒｉｃｈｂｏｒｏ，ＰＡ　１８９５４，ＵＳＡ；３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＤｅｌｆｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｌｆｔ　２６０１，ｔｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＧａｒｍｅｒｗｏｌｄｅＷＷＴＰｕｓｅｄｔｈｅｔｗｏｓｔａｇｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｐｒｏｃｅｓｓ（ｓｏｃａｌｌｅｄＡＢｐｒｏｃｅｓｓ）ａｓｍａｉｎｓｔｒｅａｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ．Ｄｕｅｔｏｅｖｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｌｏｗａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｌａｎｔｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｅｓｉｄｅｓｔｒｅａｍＳＨＡＲＯＮｓｙｓｔｅｍｔｏｈａｎｄｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏａｄｏｖｅｒ３０％ｆｒｏｍｒｅｊｅｃｔｅｄｗａｔｅｒｉｎ２００５．ＳｉｎｃｅｔｈｅｎｔｈｅＮＨ４＋Ｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｒｅａｃｈｍｏｒｅｔｈａｎ９５％．ＳＨＡＲＯＮｓａｖｅｓ２５％ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，４０％ｅｘｔｅｒｎａｌｃａｒｂｏｎｃｏｓｔｆｏｒｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄ５０％ｓｌｕｄｇｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎ２０１３ａｎＳＢＲＡｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｓｙｓｔｅｍ（ｓｏｃａｌｌｅｄＮｅｒｅｄａｐｒｏｃｅｓｓ）ｉｓｂｒｏｕｇｈｔｉｎｔｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈａｃａｐａｃｉｔｙｏｆ２８６００ｍ３／ｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｓｙｓｔｅｍｐａｒａｌｌｅｌｔｏｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓＡＢｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄＳＨＡＲＯＮｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｏｐｅｒａｔｅｓａｔａｂｉｏｍａｓｓｏｆ８ｇ／ＬｓｔｅａｄｉｌｙａｎｄＳＶＩ５ｏｆ４５ｍＬ／ｇ．Ｔｈｅｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｓｉｚｅｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ６０％ｌａｒｇｅｒｔｈａｎ１ｍｍ．ＴｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙｍｅｅｔｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆＴＮａｔ７ｍｇ／ＬａｎｄＴＰａｔ１ｍｇ／Ｌ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅ，ｔｈｅａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｕｍｅｄ５８％６３％ｌｅｓｓｅｎｅｒｇｙ，３３％ｌｅｓｓｌａｎｄａｎｄ５０％ｓａｖｉｎｇｓｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｍｕｎｉｃｉｐａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ　　ｕｐｇｒａｄｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅ　　ＳＨＡＲＯＮ　Ｎｅｒｅｄａ　　１　基本概况和提标改造的必要性１．１　基本概况Ｇａｒｍｅｒｗｏｌｄｅ污水处理厂位于荷兰北部的格罗宁根市东北，规模约为７．４万ｍ３／ｄ（２７００万ｍ３／ｙ，约—１１—净　水　技　术ＷＡＴＥＲＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３５，Ｎｏ．５，２０１６Ｏｃｔｏｂｅｒ２５ｔｈ，２０１６净水技术２０１６，３５（５）：１１１６ＷａｔｅｒＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙDOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2016.05.002２３５万人口当量），污水来源主要为市政污水。原工程主体采用ＡＢ法（如图１所示），活性污泥池有效容积为２４８００ｍ３，沉淀池有效容积为２４８００ｍ３。原工艺设计排放标准：ＴＮ≤１２ｍｇ／Ｌ、ＴＰ≤１ｍｇ／Ｌ，出水排入附近河道。污泥消化产生的沼气每年提供０．８ＭＷ电力。图１　Ｇａｒｍｅｒｗｏｌｄｅ污水处理厂原工艺流程图Ｆｉｇ．１　ＯｒｉｇｉｎａｌＦｌｏｗＣｈａｒｔｏｆＧａｒｍｅｒｗｏｌｄｅＷＷＴＰ１．２　提标改造必要性及存在问题随着当地社会经济的发展，现有污水厂的处理规模已经不能满足需求，导致现有污水处理设施负荷过大。该厂处理效率无法提升使得出水不能达到要求，特别是出水ＴＮ超标。据统计，该厂污泥脱水、浓缩等处置环节回流液提供了该厂氮负荷总量的大约３４％，这对处理工艺的脱氮能力造成了显著的难度，使得总氮控制目标的达成更加困难。因此为应对不断增长的污水排放量，必须新建污水处理设施；解决污泥消化液高浓度含氮废水回流产生的冲击影响问题。由于土地资源的有限和经济效益的考虑，在提标改造中特别需要考虑经济、高效、运行稳定、节约土地。２　提标改造技术路线及实施２．１　技术路线概述ＡＢ法是吸附生物降解工艺的简称，主要特征是Ａ段在高负荷下（一般为普通活性污泥法的５０～１００倍）和较短的水力停留时间下（３０～４０ｍｉｎ），利用世代周期较短的原核细菌（泥龄０．３～０．５ｄ）去除大量有机物，产泥量约占总系统的８０％；Ｂ段在低负荷下（一般＜０．１５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ）和２～５ｈ的水力停留时间下，利用较长泥龄（一般为１５～２０ｄ）条件的长世代周期微生物去除剩余有机物；由于Ａ段的生物量，对水质、水量、ｐＨ、有毒有害物质的冲击负荷具有良好的缓冲，Ａ段和Ｂ段具有独立的污泥回流系统［１］。由于ＡＢ法的工艺特点，具有有机物去除率高、系统运行稳定、抗冲击负荷能力强、良好的脱氮除磷效果以及节能等优点，但Ａ段易产生恶硫化氢、大粪素等臭气体影响周边环境，Ａ段有机物去除过多导致Ｂ段进水碳氮比偏低而影响脱氮，污泥产量过高造成后续污泥处置难度加大。针对该厂原工艺存在的问题，在旁侧流增加强化短程硝化反硝化（ＳＨＡＲＯＮ，ｓｉｎｇｌｅｒｅａｃｔｏｒｈｉｇｈａｃｔｉｖｉｔｙａｍｍｏｎｉａｒｅｍｏｖａｌｏｖｅｒｎｉｔｒｉｔｅ）反应器来处理污泥消化液［２］，以减轻主处理工艺的氮负荷，达到新的更加严格的排放标准；另新增处理规模为２．８６万ｍ３／ｄ（占改造后总处理量的４１％，约１４万人口当量）的好氧颗粒污泥处理系统来消纳新增污水量［３］。该污水处理厂的提标改造工艺流程如图２所示。新建好氧颗粒污泥工艺的设计出水标准为ＣＯＤＣｒ≤１２５ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ５≤２０ｍｇ／Ｌ，ＴＮ≤７ｍｇ／Ｌ，ＴＰ≤１ｍｇ／Ｌ，ＳＳ≤３０ｍｇ／Ｌ。２．２　短程硝化反硝化系统ＳＨＡＲＯＮ工艺是一种用来处理高浓度、低碳氮比含氨废水的脱氮工艺，通过控制反应器水力停留时间、消化液温度和ｐＨ等，在有氧条件下利用优势的亚硝化细菌迅速将氨氮转化为亚硝酸盐，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体将亚硝酸盐反硝化生成氮气。具有工艺流程简单、脱氮速度快、投资和运行费用低等优点［４］。—２１—陈　涛，ＨｅｌｅｎＸ．Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ（门晓欣），李　军，等．Ｇａｒｍｅｒｗｏｌｄｅ污水处理厂提标改造———新增好氧颗粒污泥系统、旁侧流ＳＨＡＲＯＮＶｏｌ．３５，Ｎｏ．５，２０１６图２　Ｇａｒｍｅｒｗｏｌｄｅ污水处理厂提标改造工艺流程图Ｆｉｇ．２　ＦｌｏｗＣｈａｒｔｏｆＧａｒｍｅｒｗｏｌｄｅＷＷＴＰｆｏｒＵｐｇｒａｄｉｎｇａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ该厂的ＳＨＡＲＯＮ系统设计规模为３２００ｍ３／ｄ，设计负荷为２４００ｋｇＮ／ｄ，反应器由两个主反应池组成，有效容积为４９００ｍ３（单体容积为２４５０ｍ３），以序批式反应器方式进行，分进水、反应、沉淀、排水等过程，水力停留时间为１．４～１．５ｄ，进水ＮＨ４＋Ｎ浓度为７００～８００ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ来源考虑为污泥干化浓缩液、工业废物、甲醇等，出水进入集水井。该系统于２００５年运行，后期试验了ＭａｒｋｖａｎＬｏｏｓｄｒｅｃｈｔ教授研发的ＢＡＢＥ技术（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｂａｔｃｈｅｎｈａｎｃｅｄ），有效解决了主处理工艺与旁侧流工艺之间细菌差异性大、菌种单一等问题，取得了提高旁侧流短程硝化反硝化效果、强化主处理工艺硝化能力等成效。２．３　好氧颗粒污泥系统（Ｎｅｒｅｄａ）好氧颗粒污泥技术作为近几十年来新开发的污水处理技术，通过微生物的自凝聚作用使得好氧污泥颗粒化，使絮状活性污泥成为颗粒状。与普通活性污泥相比具有不易发生污泥膨胀、污泥含量高（可达到１０ｇ／Ｌ）、沉降性能好、抗冲击负荷能力强、抗有毒有害物质侵扰、容积负荷率高、节地节能等特点［５］。经过近几十年的实验室和中试研究，在工业污水处理领域已经有较成熟的应用，近年开始已经在非洲、欧洲多地城镇污水处理厂开始了应用。新建的好氧颗粒污泥系统独立平行于原有的ＡＢ法主处理工艺，由ＲｏｙａｌＨａｓｋｏｎｉｎｇＤＨＶ公司设计，采用其Ｎｅｒｅｄａ技术，该技术以ＳＢＲ方式运行，一个典型运行周期示意如图３所示。主要原理为：总体上，通过控制沉淀时间、进水时间、进水流速等，在反应器中形成并控制选择压，以促进好氧颗粒污泥的形成、图３　典型Ｎｅｒｅｄａ反应器运行周期Ｆｉｇ．３　ＴｙｐｉｃａｌＮｅｒｅｄａＯｐｅｒａｔｉｏｎＣｙｃｌｅ生长和稳定；厌氧进水条件下，从反应器底部进水，同时出水由反应器上部溢流堰溢出，易生物降解ＣＯＤ在颗粒床中被聚糖菌（ＧＡＯ）和聚磷菌（ＰＡＯ）于体内迅速吸收储存为聚糖类（ＰＨＡ）等高分子聚合物，使得一般异养菌在厌氧条件下因得不到氧而无法生长，同时聚磷菌释放正磷酸盐并强化聚磷菌，使其在颗粒污泥中成为优势菌种；进水阶段结束后，反应器进入曝气阶段，由于大部分易降解碳源已被吸收，一般异养菌得不到碳源仍无法生长，而在厌氧阶段储存有ＰＨＡ的菌种得到较好生长，硝化菌在颗粒污泥表面进行氨氮的氧化，颗粒污泥粒径所造成的溶解氧浓度梯度、传质机制、结构—３１—净　水　技　术ＷＡＴＥＲＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３５，Ｎｏ．５，２０１６Ｏｃｔｏｂｅｒ２５ｔｈ，２０１６特征等造成了局部的缺氧环境而产生同步硝化反硝化，同时厌氧条件下释放的正磷酸盐在好氧条件下被聚磷菌大量摄取，聚磷菌等之前摄取储存的