大型城镇污水处理厂提标改造必要性及技术分析

大型城镇污水处理厂提标改造必要性及技术分析甘一萍中国水协排水委第四届长三角（苏浙沪）排水与污水处理研讨会一.提标改造的需求二.升级改造技术路线选择与分析三.水质提标实际案例一.提标改造的需求提标改造为改善地表水体环境功能依据地表水水域环境功能和保护目标，我国的地表水按功能高低可以分为五类，而劣Ⅴ类水，就是污染程度已超过Ⅴ类的水。我国现行的GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，对城镇污水厂出水水质设定了三级标准，其中一级标准分为A标准和B标准。我国城镇污水处理厂出水基本达到一级标准27%57%12%4%2016年年鉴统计：全国城镇污水厂3552座,出水达到不同排放标准的比例一级A一级B二级其他达到一级A或一级B标准，城镇污水处理厂排放的水只相当于地表水的劣Ⅴ类水。仰山大沟水蔺沟土城沟小中河新南北东沙河温通永定河河沙河榆河惠河沙清河坝河凤河凉河小河月北旱河河旱南河泉万北小河人民渠新开渠水衙沟丰草河马草河旱河河龙小三家店通惠排干亮马河二道沟京密引水渠南护城河北护城河筒子河V类类劣v类II-类图例长河转河大多地区水环境达不到功能要求北京是资源性重度缺水城市,多年缺水造成河湖无清水补充，城市中心区水环境达不到功能要求。北京市政府最初确定的目标是:河湖景观、城市绿化等全部使用再生水,中心城污水厂出水主要指标达到地表水IV类标准。➢研究成果为北京中心城大型污水处理厂升级改造和再生水利用工程顺利开展提供技术支撑；➢通过工程实施，使深度处理后再生水基本达到地表Ⅳ类水标准，逐步实现北京城区主要河湖恢复地表水功能的目标；➢显著减少了向流域内城市河湖排放的污染物总量，对海河流域水环境质量改善的核心目标完成提供保障水专项“北京城市再生水水质提高关键技术研究与集成示范“课题立项总体目标：8指标国家一级A标准国家地表水IV类标准北京地方标准CODcr503030BOD51066氨氮51.51.5(2.5)总氮201.515总磷0.50.30.3色度30北京市地方标准率先于2014年6月发布2015年12月31日起执行水质标准中主要指标的对比在《地表水环境质量标准》中对地表Ⅳ类水列有24项指标，对污水处理厂出水最为关注的是下列指标：COD、BOD5、氨氮、总磷、总氮感官指标：嗅味、色度(透明度)、营养物也是治理黑臭河道更加关注的指标。100万吨/dNO3--N(mg/L)20152010201.5甲醇/元/m30.0680.140.25每天投药费用6.8万元14万元25万元乙酸钠/元/m30.260.520.96每天投药费用26万元52万元96万元北京地标确定：NH4+-N为冬季2.5mg/L、夏季1.5mg/L，TN为15mg/L氨氮1.5mg/L,在现有池容下，提高曝气量基本不难达到。但在冬季，温度低，硝化菌活性差，运行能耗将大幅度提高，应适当降低氨氮的出水标准。因此按不同季节考核更科学环境敏感的营养类指标：TN,NH4+-N,TP总氮的降低与碳源投加相关色度是感官的关键性指标二级出水色度：45-50臭氧出水色度:25-30城镇污水厂一级排放标准中的COD:40-50mg/L，对应的色度较高，采用臭氧等工艺可将COD降至30mg/L，相应的色度会有很大改观,基本为难生物降解物质，排入河道后也很少消耗溶解氧。二.升级改造技术路线选择与分析可供选择的主要技术路线臭氧生物滤池砂滤池膜过滤MBR适用技术：➢A2/O工艺及各种改良工艺➢膜生物反（MBR）➢曝气生物滤池➢膜过滤➢多级过滤➢臭氧氧化消毒采用改良和优化的工艺增强工艺可调性精心调控稳定运行根据进水负荷变化精细运行调控改造重点技术手段和路线1、脱氮除磷升级改造技术充分挖掘二级生物处理的脱氮潜力,实现稳定运行,为后续深度处理工艺提供基础保障。节省碳源投加内部碳源开发与高效利用技术A2/O生物强化脱氮除磷工艺的设计和运行参数主要措施设计与运行参数分段进水利用碳源预缺氧段、厌氧段、缺氧段的进水比例分别为:10-30%、40-60%、30-50%设置好氧末端非曝气区好氧末端设置20-30分钟的非曝气区采用五段优化各段体积比例预缺氧段、厌氧段、缺氧段、好氧段、脱氧段0.5-1Hr、1-1.5Hr、3.5-4.5Hr、6-9Hr、0.3-0.5Hr好氧泥龄可调温度从15℃上升到25℃时，好氧泥龄从9-10天下降到4.5-6天采用改良和优化的工艺（如强化脱氮A2/O工艺）关键水质指标关键性单元工艺研究2、深度处理重在脱氮除色(嗅)硝酸盐、总氮COD进一步降低脱色、消毒、杀菌生物滤池深度脱氮臭氧高级氧化研究基于类地表Ⅳ类水标准的再生水集成工艺技术协同处理提高出水的脱氮除色效能景观环境■协同AAO系统的反硝化及后置反硝化滤池脱除总氮■臭氧单元重在脱色兼备消毒功能A2/O与后置反硝化协同脱除总氮优化二级生物处理多级AO(缺氧-好氧)系统，开发内碳源脱氮；后置反硝化滤池外加碳源，强化脱氮，可节省碳源。2009-5-302009-6-62009-6-132009-6-202009-6-272009-7-42009-7-112009-7-182009-7-250510152025303540DNBF进水DNBF进水+碳源DNBF出水NO3--N(mg/L)日期初期增加碳源增加负荷反硝化生物滤池深度脱氮技术及机理研究碳源种类及投加对DNBF运行效果影响2008-12-62008-12-82008-12-102008-12-122008-12-142008-12-162008-12-182008-12-202008-12-222008-12-242008-12-262008-12-282008-12-302009-1-10510152025303540DNBF进水DNBF进水+碳源DNBF出水NO3--N(mg/L)日期投加乙酸▪以乙酸钠为碳源经过1周培养即可达到较好的脱氮效果，硝酸盐去除率可达93%。▪以甲醇为碳源系统启动15天，硝酸盐得到明显去除，但亚硝酸盐出现累积。卢沟桥再生水厂生产性示范验证21活性炭臭氧二级水未经稀释浓缩100倍臭氧脱色效能研究致色物质的主要来源分析00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.020501001502002503003504004500246810AbsFIOzonedose(mg/l)Peak1EX/EM=315/405Peak2EX/EM=250/425chroma110340340420色度的变化曲线与腐殖酸（Humicacid）及富里酸（Fulvicacid）的峰强度变化一致，表明致色有机物的特征结构是带双键和芳香环，代表物是腐殖酸和富里酸。233苯乙醛,花香味OOOOClClHOOH1康醛，草腥味2苯甲醛，草味4双(2-氯异丙基)醚，农药味5壬醛，油脂味62-甲基异茨醇霉味7萘，樟脑丸味8土臭素，土味O二级出水中的嗅味物质辨识采用GCMS对二级水中8种致臭物质确认➢嗅味物质识别感官指标-嗅味Decayingvegetation(dimethyldisulfide)Sweet(-)Medicinal(-)Otherundesirableodor(-)Sweet(-)Septic(dimethyltrisulfide)Chemical(-)Septic(indole)Swampy(skatole)4.59.514.519.524.5Retentiontime(min)Abundance1000020000300004000050000FPA评价：腥臭味/污水臭味，强度4（中等）SensoryCGMS分析，其中4种为腥臭味，二甲基二硫醚（DM2S）、二甲基三硫醚(DM3S)、吲哚(Indole)及三甲基吲哚（粪臭素Skatole）。2510152025保留时间min12867生物滤池出水臭氧出水二级出水9354臭氧生物滤池工艺对二级水中的嗅味物质具有显著的去除效果组合工艺对嗅味物质的去除效果深度处理工艺中嗅味物质变化050100150200250300清河再生水进水超滤膜臭氧含量（na/L）再生水工艺节点三甲基吲哚吲哚二甲基二硫二甲基三硫采用超滤膜与臭氧工艺结合,二沉池出水的嗅味物质也有很大消减。深度处理工艺方案:反硝化滤池硝化滤池普通滤池臭氧进一步去除TN保证冬季NH4-N和COD保证SS去除效果保证色度、兼顾消毒(也可在二级增加填料)类地表四类水标准水质二级出水1.污水厂改造+生物滤池+深度过滤+臭氧氧化消毒选用的技术路线挖掘脱氮除磷潜力脱色除嗅消毒去除COD/氨氮/总氮去除悬浮物生物滤池深度过滤臭氧改造现有污水厂类IV类水初沉池生化池二沉池新建再生水设施脱色、除嗅、消毒新建或用地紧张地区，将老旧的现有设施改造为膜生物反应器(MBR)臭氧IV类水去除COD、氨氮、总氮、悬浮物、总磷2.膜生物反应器（MBR）工艺选用的技术路线三.水质提标实际实例北京卢沟桥再生水厂工程工程规模：10万m3/dCOD(mg/L)氨氮(mg/L)总氮(mg/L)总磷(mg/L)范围值258~76035~5750~785~7.5平均值47542605.8进水水质:水质特点:主要为城市生活污水,但服务区域内有食品加工,粪便废水排入,COD组分中有难降解物质，达北京市地标，COD和总氮是去除的难点。卢沟桥再生水厂工程10万立方米/天采用A2/O工艺强化脱氮，化学除磷，深度处理采用反硝化/硝化生物滤池+V型滤池+臭氧集成工艺。利用水专项研究成果，进行了工艺单元的调控和优化，实现了再生水厂顺利启动和稳定运行。反硝化滤池工艺参数设计流量：5792m3/h（1.61m3/s）反硝化生物滤池数：6格反硝化生物滤池滤料高度：2.5m设计水温：12～25℃反硝化生物滤池滤速：8.9m/h硝酸盐氮容积负荷：1.81kgNO3-N/m3/d碳源种类：甲醇碳源最大投加浓度：53mg/L进行两种反硝化滤料的检测对比火山岩滤料（4-6mm）粘土陶粒滤料（5-8mm）检测项目名称原滤料使用1年以上原滤料未使用新滤料标准值破碎率磨损率之和（%）1.021.850.17≤6盐酸可溶率（%）5.6910.360.75≤2孔隙率(%)42.8750.6240.83≥40有效粒径(mm)3.153.145.08旧4-6，新5-8滤料检测结果水处理用人工陶粒滤料（CJ/T299—2008）陶粒滤料的强度和抗腐蚀性要明显高于火山岩滤料出水水质变化TN15mg/L卢沟桥再生水厂TN去除量和出水TN平均值均保持在10mg/L左右，甲醇投配率平均值为41mg/L。与采用手动控制方式相比，波动范围明显趋于平稳，且在保证出水水质的前提下节省了外加碳源量（约10%）。采用碳源自动投加系统控制甲醇投加量不同季节甲醇投配率0510152025300102030405060708090100TNmg/L△TN甲醇投配率水温甲醇投配率、△TN及水温随时间变化图甲醇投配率/△TN受水温影响变化较大，水温较低时，反硝化速率下降。6-10月甲醇投配率/△TN为2.72,11-2月甲醇投配率/△TN为3.37.臭氧工艺运行参数：臭氧接触时间10-15min，投加量为3-5mg/L臭氧发生器OZS-M-OZE101/1037.5kg/h.台3台出水水质稳定达到北京市地方标准检测频次COD(mg/L)氨氮(mg/L)总氮(mg/L)总磷(mg/L)130.20.88９.340.115228.82.25１１．８0.107327.22.89.60.11427.51.16７.80.128528.20.39８.860.133629.31.28.040.144730.50.287.10.185829.21.27.20.175931.81.5８.80.14610320.97．６0.1521129.71.1８.40.142谢谢关注!