城镇污水处理厂升级改造必须考虑的技术问题探讨王阿华

全国给水排水技术信息网2009年年会论文集城镇污水处理厂升级改造必须考虑的技术问题探讨王阿华(南京市市政设计研究院有限责任公司,南京210008)摘要本文根据笔者在编写《城镇污水处理厂除磷脱氮提标改造技术导则》中遇到的问题及本人多年的工作经验,重点探讨了城镇污水处理厂升级改造中必须考虑的技术问题,可供全国其他地区在污水处理厂升级改造工程实践中参考。关键词水质特征稳定达标除磷脱氮工艺流程升级改造1问题的提出城市发展进程的加快和人们环保意识的提高,使得污水处理要求和污水厂排放标准日益严格。2006年原国家环境保护总局对《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918一2002)中一级A标准和一级B标准的执行对象进行修改,城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时,执行一级标准的A标准,排入《地表水环境质量标准》(GB3838一2002)中111类功能水域(划定的饮用水水源保护区和游泳区除外)、《海水水质标准》(GB3097一1982)中海水二类功能水域时,执行一级标准的B标准。2007年江苏省环保厅和江苏省质量技术监督局联合发布江苏省地方标准《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值))(DB32/TIO72一2007)。因此,出水排入重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域的污水处理厂需要升级改造才能满足排放要求。污水处理厂在除磷脱氮升级改造的尝试过程中,遇到了很多问题需要加以解决:工业企业污水排放对进水水质有明显的影响,不利于部分污水处理厂的COcDr稳定达标,重金属等有毒有害物质的排放严重威胁城镇污水处理厂的运行安全;碳源不足,出水TN达标排放难度大;进水水质水量明显波动和冬季水温低,出水氨氮和NT难以稳定达标等。为此,本文根据笔者在编写《城镇污水处理厂除磷脱氮提标改造技术导则》中遇到的问题及本人多年的工作经验,重点探讨了城镇污水处理厂升级改造中必须考虑的问题,可供全国其他地区在污水处理厂升级改造工程实践中参考。以COcDr为例,化粪池可以削减COcDr2%0~30%;(2)当污水处理系统的污水收集管网能够到达住宅小区时,住宅小区建设中不宜再行建设化粪池,尤其对进水碳源不足的南方城镇污水处理厂,更应严格控制化粪池的建设。否则会加重城镇污水处理厂进水BODS/NT比值的进一步失调;对于己经建设的化粪池,应加强管理,及时清掏。根据江苏省苏南地区城镇污水主要污染物来源调查研究,经进水水质水量特性分析后发现,工业企业生产废水排放已经对城镇污水处理厂进水水质和出水稳定达标产生了不同程度的影响,因此,污水处理厂升级改造的同时,应考虑加强源头控制:①对于废水处理设施老化、处理能力不配套、企业内部管理不善、含有影响污水处理厂正常运行的有毒有害物质的工业企业必须禁止其废水接入。②对于预处理设施运行正常,但出水水质可生化性差,且大部分是难生物降解成分部分不能生物处理的工业企业废水应有选择的接入,并且要做好总量控制。例如屠宰废水、垃圾渗滤液等废水。③考虑到重金属、有毒有害有机物、硝化抑制物和含氮杂环化合物(不可氨化有机氮)工业废水直接影响到微生物的生存,建议严加控制,有条件时不让进入城镇污水处理厂。④对于进水碳源缺少的污水处理厂可以允许具有优质碳源的污染源直接排入或部分处理后排入污水收集系统。例如食品工业中酿造、食品加工、糖业废水。3只有重视升级改造污水处理厂的进水水质水量特性进行分析,才能合理确定升级改造工艺方案及其设计参数2只有加强城镇污水处理系统源头污染物控制,才能保障污水处理厂升级改造达到预期目标据调查,全国住宅小区中建设化粪池的情况还很多,例如无锡市有70%,常州市有2%0,苏州市也有10%。目前对是否取消化粪池争议很大,事实上短期内全部取消化粪池有一定的难度,因此城镇污水处理系统建设中应区别对待。(1)当污水处理系统的污水收集管网不能到达建设的住宅小区时,设置化粪池可以削减污染负荷,进水水质水量特性和出水水质标准的确定是污水处理工艺方案选择的关键环节,也是我国当前污水处理工程设计中存在的薄弱环节之一。调查结果表明,大多数情况是实际进水水质低于设计值,造成部分污水处理厂未进行升级改造前,大部分出水指标就己经达到要求;但也有源头控制不好的情况是实际进水水质高于设计值,且进水水质波动很大,致使污水处理厂进水碳源不足,很多出水指标很难稳定达标。全国给水排水技术信息网2009年年会论文集因此,对于提标改造工艺方案及其设计参数的确定,应对己建城镇污水处理厂的进水SCODcrC/ODor、BODS/CODor、BODS/TN、BOD;/55、TN中可氨化和溶解性不可氨化有机氮成分、水温等水质特性进行调研测试,分析影响稳定达标的主要因素。在水质构成复杂或特殊时,应进行污水处理工艺的动态试验,必要时应开展中试研究。3.1升级改造污水处理工艺流程中应合理设置预处理段(1)为了防止其缠绕损坏膜丝,当生物处理采用MBR工艺时,在沉砂池后生物池前还需增设超细格栅;(2)由于印染废水一般是间断性排放的,其废水水质和水量随着时间而变化,为使废水处理中各单元在稳定状态下运行,在处理流程的前部设置能进行水质和水量调节的调节池是非常必要的。因为大多数印染废水pH值偏高,为了保证后续处理构筑物的处理效果,特别注意pH值的调节。乡镇污水处理厂规模较小、水量水质变化大,故在格栅后也应增设调节池。因此,以印染废水为主的城镇污水处理厂、乡镇规模较小的城镇污水处理厂在格栅后应增设调节池。(3)悬浮物较高的原水不经初沉池直接进入生物处理系统,相当部分的无机物会因吸附等方式包裹在污泥中,会对污泥活性性能有影响,引起污泥中的活性成分降低,降低生物处理装置的能力和效率。因此,进水悬浮物浓度高或悬浮物中无机物比例高的城镇污水处理厂,尤其合流制污水为主时,宜设置初沉池、高表面负荷率沉淀池或初沉发酵池等前处理构筑物;(4)悬浮物不是很高的原水,若经过较长停留时间的初沉池,会损失一定的碳源,对生物脱氮产生不利影响。因此,初沉池的运行要灵活,要根据实际进水水质情况,适当地提高初沉池的表面负荷,缩短停留时间或部分超越。通常停留时间宜为0.5一1.0小时。(5)进水BODS/COcDr比值偏低(通常小于0.3)的城镇污水处理厂,尤其印染废水为主时,应考虑设置庆氧水解池,利用兼性的水解产酸菌将部分难好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物,提高后续生物处理的效率。3.2升级改造工程中应充分发挥生物处理段的作用二级生物处理工艺的选择是污水处理厂尾水稳定达标的最关键环节,特别是NT和氨氮的稳定达标去除。为了缩短工艺流程,减少构筑物的设置,生物处理段应立足于最大程度地去除有机物、NsH一N、TN;为了节省化学药剂、污泥处理处置费用,并应兼顾磷的去除。(1)有条件时,升级改造工程强化除磷脱氮可以采用回流污泥反硝化生物除磷脱氮(改良A/A/0)工艺及其变型工艺。在A/A0/工艺的厌氧池之前增设厌氧/缺氧调节池,来自二沉池的回流污泥和进水流量的10%左右进入该池(实际运行中可在较大范围内调整),水力停留时间为20~30分钟,微生物利用少量进水中的有机物和内源反硝化去除所有的回流硝态氮,消除硝态氮对厌氧池的不利影响,从而保证厌氧池的稳定性。该工艺可以根据进水水质水量和季节变化有针对性的灵活调整运行模式。(2)当现有污水处理系统无法稳定达到尾水排放标准,且设备的能力、池容的利用状况、操作参数的控制存在一定的可供调控的空间时,升级改造工程可以采用运行优化扩容技术,提高系统除磷脱氮的能力。(3)当水力流速较慢的悬浮生长连续式活性污泥系统新增池容困难、污水处理厂原有生物池处理能力不能满足尾水排放标准要求时,升级改造工程可以考虑在生物池中投加填料,将生物膜技术与活性污泥工艺结合,优化系统内微生物的组成和数量,提高系统的硝化稳定性和反硝化能力。(4)为了提高微生物的活性,使污水处理系统的出水效果稳定达到排放标准,硝化或反硝化效果不够稳定、具有独立的沉淀池、污泥回流系统和缺氧或厌氧池的脱氮除磷活性污泥法提标污水处理厂可以采用污泥曝气再生技术。(5)当原有生物处理段采用上述强化措施后N’H3一N和TN仍然不能达标时,升级改造工程可以考虑在原生物处理段后增加曝气生物滤池、反硝化滤池等设施。增加曝气生物滤池,进一步去除氨氮;增加反硝化滤池,进一步去除NT。通常此时需要补充必要的外加碳源,确保尾水NH3一N和NT稳定达到排放标准。3`3污水处理工艺流程中应合理选择深度处理工艺单元(1)如果污水处理厂尾水要求达到一级标准A标准,通常污水处理工艺流程中必须增加深度处理单元。二级处理后的深度处理应以过滤为核心单元,混凝沉淀为强化手段,起到高效去除悬浮固体和胶体物质的作用,降低SS和消除病原体,以及通过调整混凝剂优选和剂量同步完成化学除磷。深度处理基于二级强化处理出水的NH3一N及TN己经稳定达到一级A标准,BOD。、CODcr己经稳定达到一级B标准,SS不稳定,且需要化学除磷时,宜采用混凝十沉淀+过滤工艺流程,以确保稳定全面达标。当二级处理出水水质接近一级A标准,但还不能稳定达标时,可以采用絮凝过滤(混凝+过滤)、微絮凝(混合+过滤)或直接过滤等工艺流程。全国给水排水技术信息网2009年年会论文集(2)可以采用的过滤器有:砂滤池、转盘过滤器、滤布滤池和膜过滤器。砂滤池是常用的过滤池型,适用于用地宽松、出水达标率较高的厂区改造,但水头损失较大,能耗高;转盘过滤器适用于用地紧张、水力高程有限、出水要求去除率一般的厂区改造,水头损失小,能耗低;滤布滤池适用于用地紧张、水力高程有限、出水要求去除率相对较低的厂区改造,水头损失小,能耗低;膜过滤器适用于用地紧张、出水水质要求较高、尾水再生利用的厂区改造。4工艺流程中只有充分重视内部碳源的挖掘,才能符合国家节能减排政策,达到节能减排目的根据调查,江苏省太湖流域有将近5%0城镇污水处理厂进水碳源不足,应该引起污水处理行业高度重视。(1)碳源不足时,首选应挖掘内部碳源。常用的办法有:采用回流污泥反硝化生物除磷脱氮(改良A/A/O)工艺及其变型工艺,微生物利用少量进水中的有机物和内源反硝化去除所有的回流硝态氮,消除硝态氮对厌氧池的不利影响;设置初沉发酵池,挖掘污泥中溶解性的CODcr和VFA;增设水解酸化池,利用兼性的水解产酸菌将部分难好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物;利用超声波对剩余污泥进行击破,释放出污泥中的溶解性CODor,然后将其回流至生物处理段的缺氧池中。(2)必要时,补充外加碳源,强化生物反硝化效果。常用的外加碳源有:甲醇、乙酸、乙酸盐等,可在一定程度上提高反硝化速率,乙酸钠适应性强、效果好,甲醇适应期长、价格低,两种碳源作为外加碳源较适宜。当城镇污水处理厂当地或附近有可利用的廉价碳源(酒精废水、制药废水等)时,应进行技术经济比较后,因地制宜选择合适的外加碳源。酒精废水、制药废水等可以作为快速反硝化碳源加以利用。5只有充分重视污水处理厂运行管理,才能保证即使在非正常状态下也能满足出水水质要求根据江苏省太湖流域城镇污水处理厂进水水质水量调查分析,进水水质水量明显波动,因此,污水处理工艺运行方案应根据需要,适当调整运行工况,否则难以达到处理要求。例如,无锡市卢村污水处理厂在升级改造中对冬季和夏季进水水质变化较大的这两种情况,在原有A/A0/工艺基础上进行多种运行方式上的调整。针对碳源欠缺的进水水质,夏季运行工艺调整为多点进水倒置A/A0/工艺或脱氮A0/工艺;考虑冬季进水浓度高的实际情况,将运行工艺调整为带回流污泥反硝化段的A/A0/工艺并在好氧池投加填料。另据调查,不论是在北方,还是在南方(太湖流域城镇污水温度最低只有9.6℃),冬季低温均对城镇污水处理厂生物脱氮产生了较大的不利影响口因此,冬季来临前,宜在秋季提前提高整个污水处理系统的活性污泥总量,增加实际运行泥龄,累积硝化菌和反硝化菌总量,改善硝化与反硝化效果。(l)当低温来临之前,特别是当污水水温降低到巧℃时,就应该采用冬季运行模式,提前做好准备,应对低温对生物脱氮效果的不利影