北京某再生水厂处理工艺的比选研究

TechnologyForum︱260︱华东科技北京某再生水厂处理工艺的比选研究北京某再生水厂处理工艺的比选研究北京某再生水厂处理工艺的比选研究北京某再生水厂处理工艺的比选研究蔡静娜（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）【摘要】根据进出水水质和当地实际，对再生水厂的二级处理和深度处理等工艺进行比选，最终确定再生水处理采用改良A2/O＋MBR工艺。【关键词】再生水；工艺方案；比选；改良A2/O＋MBR。中图分类号：TK223.5文献标识码：A文章编号：1006-8465（2016）01-0260-02引言北京已经成为世界上水资源严重紧缺的大城市之一，特别是最近几年，北京地下水位逐年下降，水资源逐年短缺。从2004年起北京市就把再生水纳入全市年度水资源配置计划中，利用量逐年加大，利用范围不断拓展。再生水已经成为北京市不可或缺的水源。实现污、废水资源化，提高污水处理率、解决污水处理问题的关键在于处理工艺的选择，应根据进水水质、出水要求、再生水厂规模等因素综合考虑后确定。北京地区2012.7.1实施的北京地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11/890-2012），其中要求新（改、扩）建城镇污水处理厂排入北京市II、III类水体需执行表1限值A标准，排入IV、V类水体需执行表1限值B标准，两标准均高于国标最严标准。下面笔者结合自身工作实践，介绍下北京某再生水厂设计中处理工艺的比选研究。1基础资料（1）再生水厂规模：近期规模4×104m3/d，远期规模为6×104m3/d。（2）该再生水厂设计进水水质指标见表1：表1再生水厂设计进水水质项目CODcrBOD5SSTNNH4+-NTPpH设计进水水质450260350604786~9（3）再生水厂出水要求：根据当地规划，该再生水厂处理出水优先用于建筑冲厕、道路清扫、城市绿化，余水用于补充景观河道用水（河道规划为Ⅳ类水体）。（4）出水水质确定出水首先要满足执行《北京市水污染物排放标准》（DB11307-2005）中排入地表水三级标准限值，同时应执行北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11890-2012）中的B标准。作为回用水其出水水质应满足执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准，同时应满足《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB18920-2002）中城镇杂用水（冲厕、道路清扫、城市绿化）及《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）中景观环境用水的再生水质标准。综合以上分析，该再生水厂设计出水水质指标见表2。表2再生水厂设计出水水质指标CODcrBOD5SSTNNH4+-NTP数值（mg/L）≤30≤6≤5≤15≤1.5≤0.32处理工艺比选2.1预处理污水的预处理设施主要包括格栅和沉砂池。预处理可去除污水中大块的呈悬浮状或漂浮状态的污物、砂砾等，以确保处理系统安全运行。由于旋流沉砂池利用水力涡流，使泥砂和有机物分开，以达到除渣目的，该池型具有基建、运行费用低和除砂效果好等优点，故本工程预处理拟采用旋流沉砂池和粗、细格栅。2.2二级处理表3再生水厂设计要求达到的处理效率设计指标CODcrBOD5SSTNNH4+-NTP进水水质（mg/L）45026035060478出水水质（mg/L）3065151.50.3要求的去除率（%）93.397.798.675.096.896.3常规活性污泥法的去除率（％）65～9065～9570～9010～2550～7015～20由于本工程设计出水水质标准较高，常规活性污泥法尽管对CODcr、BOD5、SS的去除效率较高，但仍难达到本工程的要求；TN和TP的去除效率十分有限，与设计要求相去甚远。因此，必须采用污水脱氮除磷工艺。根据该再生水厂进水水质，BOD5/CODcr=0.58，BOD5/TN=4.33，BOD5/TP=32.5，进水可生化性好，完全可以而且应该优先采用生物脱氮除磷工艺进行处理。2.2.1二级处理工艺比选（1）传统的A2/O工艺图1A2/O工艺流程图A2/O工艺是厌氧-缺氧-好氧工艺的简称，是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。该工艺厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，使得微生物对有机物和氮磷的去除率较高。据国内一些污水厂的经验，该工艺对BOD5和SS的去除率为90％～95％，总氮去除率为70％以上，磷去除率为90％左右。但厌氧区居前，回流污泥全部进入厌氧池，会将硝酸盐和溶解氧带入厌氧池进行脱氮，污泥反硝化细菌在厌氧条件下以有机物为碳源进行反硝化，由于厌氧池起到了前置反硝化脱氮池的功能，也使得厌氧池磷释放的有效容积减少，影响除磷效果；缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果；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少部分经历了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，这对于系统除磷是不利的。因此该工艺很难取得脱氮、除磷双赢的效果。（2）改良型A2/O工艺改良型A2/O工艺是将缺氧区一分为二，在厌氧区前设置第一缺氧区（或称预缺氧区），回流污泥首先进入第一缺氧区进行反硝化脱氮和除氧，然后再进入厌氧区释磷。同时为了提高厌氧区的C/P值，将80%左右的污水流入厌氧区，其余约20%左右的污水流入第一缺氧区。因此比较好地解决了脱氮、除磷中存在的矛盾。改良型A2/O工艺流程如下图所示：图2改良型A2/O工艺流程图（3）CASS工艺CASS工艺是以生物反应动力学原理及合理的水利条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优点的新工艺，尤其适用于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理。CASS的整个工艺为一间歇反应器，在此反应器中进行交替的曝气-不曝气过程的不断重复，将生物反应过程及泥水的分离过程结合在一个池中完成。因此，它是SBR工艺及ICEAS工艺的一种新变形。CASS反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区是设置在CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。兼氧区不仅具有辅助厌氧或兼氧条件下运行的生物选择区对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化作用。主反应区则是最终去除有机物的场所。CASS工艺工作原理如下图所示：图3CASS工艺原理图CASS工艺脱氮除磷的原理为：除磷是靠厌氧生物选择区、兼氧科技论坛2016.01︱261︱区和主反应区完成，硝化是在兼氧区和主反应区完成。从充水/曝气开始，溶解氧浓度从0mg/L逐渐增加到2mg/L的过程中，大约有50%的时间溶解氧浓度接近于零，约30%时间DO在1mg/L左右，约20%时间DO在2mg/L左右，DO能否进入微生物絮体内，取决絮体大小和活性污泥的好氧速率，一般情况下，好氧速度快，DO含量不高时，溶解氧很难进入絮体内部，这样在絮体内形成微缺氧环境，而硝化产生的较多浓度梯度的NO3-N可进入絮体内，使絮体发生反硝化作用，使硝化反硝化过程同时发生，从主反应区回流20～30%混合液至选择区，强化除磷效果。CASS工艺在国内得到广泛应用，如北京航天城再生水厂、福建长乐再生水厂就是采用CASS工艺。本工程就改良A2/O和CASS两种工艺进行了详细比较，比较结果详见表4。表4处理工艺比较表序号项目改良A2/O工艺CASS工艺1有机物去除效果很好较好2脱氮除磷效果很好较好3承受冲击负能力较强一般4对自控系统的要求一般很高5维护工作量较小较大6构筑物数量较少较少由上表可见，CASS工艺流程简单，处理构筑物较少，占地面积小，工程投资省；但该工艺出水水质稳定性稍差，滗水器滗水到较低水位时，出水水质将变差；整个工艺过程必须完全依赖自动化控制，对相关电气设备及自控仪表的质量要求较高，维护工作量较大；生化系统对雨季合流污水的处理能力较弱，频繁调整运行工况在生产实际中很难实现。改良A2/O工艺尽管流程较复杂，占地较大、造价较高，但处理效果好，耐冲击负荷能力强，出水水质稳定；可根据进水水质的变化及出水水质要求，灵活调整运行方式，强化脱氮或除磷；生化系统对混合污水的处理能力强，对自控系统的要求一般，系统可靠性好，维护工作量少。目前国内外大中型再生水厂大多采用此工艺，北京市也有多座污水厂均采用该工艺。同时，采用改良A²/O工艺，设计上可通过灵活调整运行方式，更好地适应进出水水质的变化，而且深度处理设施的建设和运行更具灵活性。推荐本工程二级处理采用改良A2/O工艺，并采用协同沉淀方案同步进行化学除磷。2.3深度处理污水深度处理，也称高级处理或三级处理。它是将二级处理出水再进一步进行物理、化学和生物处理，以便有效去除污水中各种不同性质的杂质，从而满足用户对水质的使用要求。根据该再生水厂设计进水水质，参考北京几个污水处理厂二级生化处理的处理效率，预测该再生水厂二级处理出水水质，并与本工程设计出厂水水质相比较，详见表5。表5二级处理预计出水水质与设计出水水质对照表（mg/L）设计指标CODcrBOD5SSTNNH4+－NTP进水水质（mg/L）45026035060478出水水质（mg/L）3065151.50.3再生水厂去除率（%）93.397.798.675.096.896.3进水水质（mg/L）45026035060478出水水质（mg/L）5015301551.5二级处理去除率（%）88.994.291.475.089.481.3注：生物脱氮率一般为70~80%，生物除磷一般为70~90%，除生物除磷还需考虑化学除磷。由上表可知，由于进水浓度较高，生化处理效果的稳定性控制较困难，二级处理出水水质与本工程设计出水水质要求尚有一定的差距，主要超标因子为CODcr、BOD5、SS和TP。因此，从加快河道治理步伐和有利污水资源化角度考虑，增加深度处理工艺是必要的。深度处理常见的方法有以下几种：2.3.1活性砂滤系统近几年引进的活性砂滤系统是一种可连续运行的砂型过滤器，在国外已应用多年，其特点是反冲洗时不需要停机，活性砂滤罐对水的过滤与反冲洗同时进行，从而提高过滤器的使用效率。其工作原理为：活性砂过滤器是基于逆流原理。它的处理工艺是：需处理的水通过进水管进入活性砂过滤器底部的入流分配管，水从砂滤器的底部向上流经砂过滤床，水被清洁后经出流口排出过滤器。含有处理杂质的砂从过滤器底圆锥形底部通过空气提升泵而被运送到顶部的砂清洗器，对污染砂的清洗在空气提升泵中就已开始，在泵中，紊流混合作用将脏颗粒从砂粒中分离出来，受污染的砂从泵的出口被倒入清洗器中，在清洗器中砂被中等流速的清洗水冲洗，杂质通过清洗水出口排出，而清洗干净的砂粒靠重力向下返回砂床，在活性砂滤器中，水的过滤和砂的清洗互不干扰，无论水的清洁还是砂的清洗，都是连续地运行。砂滤系统的冲洗废水排入反冲洗水调节池。该项技术已在多座水厂得到成功应用。2.3.2膜生物反应器（MBR）MBR是将膜分离技术和生物反应过程有机结合，以膜技术的高效分离作用取代传统活性污泥法中的二沉池，实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果，消除了污泥膨胀的影响，并大幅度提高了曝气池中活性污泥的浓度，大大延长了泥龄，减少了剩余污泥量，并通过膜对废水中SS、有机物、病原菌和病毒的高效截流作用，大大提高了处理出水水质，在通畅情况下，其处理出水无需进行消毒处理即可达到相关的卫生标准。该技术被专家誉为“污水资源化的一项革命性技术”，已被许多发达国家广泛应用于废水处理和水回用领域。MBR技术以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程进行固液分离，由于采用膜分离，因此可以保持很高的生物相浓度和非常优异的出水效果，一次达到再生水水质要求。经过经济、技术等方面比较，深度处理推荐采用MBR工艺。2.4消毒根据《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）的规定，出水粪大肠菌群数不得超过3个/L。为了有效地防止水媒性传染病对人们的危害，降低水源的总大肠菌群数，对再生水厂出水进行消毒是