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行業(yè)新聞

“MBBR+磁混凝”組合工藝提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果

來源:純水設(shè)備??????2020-02-17 10:30:32??????點(diǎn)擊:

純水設(shè)備http://www.kelidi.net】本文以浙江某工業(yè)廢水污水廠升級改造為例,分析了“MBBR+磁混凝”組合工藝用于工業(yè)廢水的提標(biāo)改造過程,為工業(yè)廢水的提標(biāo)提量提供了設(shè)計(jì)和改造思路。

01 項(xiàng)目概況

浙江省某污水處理廠,原處理水量為3萬m3/d,生化段采用分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝,具備脫氮除磷能力,尾水通過加氯消毒后排放,剩余污泥經(jīng)脫水后統(tǒng)一運(yùn)送至電廠干化焚燒。原出水COD、SS執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)二級標(biāo)準(zhǔn),NH3-N、TN和TP執(zhí)行一級B標(biāo)準(zhǔn)。改造后污水廠處理量由3萬m3/d提升至4萬m3/d,工業(yè)純水設(shè)備出水水質(zhì)全部達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

該污水廠服務(wù)范圍內(nèi)有大量工業(yè)企業(yè),企業(yè)采用“企業(yè)預(yù)處理+納管集中處理排放”為主的工業(yè)廢水治理模式,其生產(chǎn)廢水經(jīng)過各自預(yù)處理后排入污水處理廠進(jìn)行終端處理。改造后新增部分工業(yè)預(yù)處理廢水,廢水來源為污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的兩家紡織廠和兩家印染廠,紡織廢水水量約為5 700 m3/d,印染廢水水量約為2 700 m3/d;新增工業(yè)廢水經(jīng)集中預(yù)處理后排入污水廠,預(yù)處理后出水水質(zhì)和污水廠原進(jìn)水水質(zhì)相當(dāng)。


注:括號外數(shù)值為水溫>12 ℃時(shí)的控制指標(biāo),括號內(nèi)數(shù)值為水溫≤12 ℃時(shí)的控制指標(biāo)

02 技術(shù)路線與設(shè)計(jì)方案

2.1 改造難點(diǎn)

升級改造面臨的主要問題有以下三點(diǎn)。

(1)提標(biāo)+提量。增加1萬m3/d工業(yè)污水,部分指標(biāo)從二級直接提升至一級A,升級改造難度大。

(2)原工藝抗沖擊能力弱。進(jìn)水以工業(yè)廢水為主,水質(zhì)波動較大,進(jìn)水CODCr濃度最高為550 mg/L,TN濃度為53.7 mg/L,進(jìn)水水質(zhì)沖擊負(fù)荷增大時(shí),出水COD、TN濃度迅速升高,不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo),抗沖擊性能較差。

(3)無擴(kuò)建用地。廠內(nèi)用地已飽和,無生化池?cái)U(kuò)建用地,需充分挖掘現(xiàn)有生化池處理能力。

2.2 工藝方案確定原則

針對現(xiàn)狀工藝處理效果,工藝方案確定時(shí)遵循以下原則。

(1)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn),針對現(xiàn)狀工程處理能力的不足,以及出水水質(zhì)要求的提高,結(jié)合工程的實(shí)際需要,采用抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),且具有強(qiáng)化脫氮除磷效果的生化處理工藝,提高水質(zhì)達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性和可靠性。純水設(shè)備

(2)結(jié)合廠區(qū)用地特點(diǎn),深度處理采用技術(shù)先進(jìn)、效果可靠、占地較省的處理工藝,保證出水經(jīng)深度處理后達(dá)標(biāo)排放。

(3)全廠污水、污泥處理工藝力求技術(shù)成熟先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、操作、管理方便、節(jié)省投資、運(yùn)營成本低。

2.3 工藝方案確認(rèn)

污水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)濃度偏低,但是水質(zhì)波動較大,活性污泥處理工藝抗沖擊性能弱。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,現(xiàn)狀處理工藝已不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo),而單純依靠增加深度處理工藝去除現(xiàn)狀二級出水污染物的成本較高。因此,將現(xiàn)狀二級處理中AAO工藝嵌入MBBR調(diào)整為AAO-MBBR工藝。向生化池投加懸浮載體,載體上豐富的生物菌群類型增加了對難降解有機(jī)物的處理性能;生物膜的污泥齡長,適宜硝化菌的生長,硝化菌含量高,NH3-N去除效果顯著。污水廠工業(yè)廢水占比高,且以紡織印染廢水為主,處理難度大,二級處理出水除NH3-N和TN外,仍難穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn),出水中的COD、TP需進(jìn)一步進(jìn)行深度處理??紤]到廠里用地緊張、水質(zhì)復(fù)雜,以及脫氮除磷方面的綜合考慮,選擇磁混凝作為深度處理工藝。磁混凝適用于進(jìn)水水質(zhì)復(fù)雜、脫氮除磷要求高、用地緊張的污水廠項(xiàng)目,通過向反應(yīng)器內(nèi)投加磁粉強(qiáng)化混凝及絮凝效果,可以進(jìn)一步降低出水不溶性COD及TP水平。經(jīng)過論證后,確定本次提標(biāo)工程的技術(shù)路線為“AAO-MBBR+磁混凝+紫外線/次氯酸鈉消毒”。

(1)生化池改造方案

生化段原有厭氧區(qū)和缺氧區(qū)保持不變,好氧區(qū)呈S型分布的3個(gè)廊道中,在前兩個(gè)廊道投加懸浮載體,填充率為11%;為防止懸浮載體在好氧池末端堆積,在每個(gè)廊道末尾設(shè)置攔截篩網(wǎng),對懸浮載體進(jìn)行持留;懸浮載體型號為SPR-Ⅱ型,直徑為(25±0.5) mm,高為(10±1) mm,掛膜后比重與水接近,有效比表面積大于620 m2/m3,符合《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體》(CJ/T 461—2014)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);好氧MBBR區(qū)域采用微動力混合池型,通過在生化池底部合理布置曝氣管、設(shè)置進(jìn)水渠降低斷面流速的手段,在無需推流器的情況下,實(shí)現(xiàn)懸浮載體在好氧區(qū)內(nèi)的均勻流化。該池型具有水力條件好、無水力死角等優(yōu)勢。采用微動力混合池型可節(jié)省6臺專用推流器,以及每年30萬元的電費(fèi),大大降低了投資和運(yùn)行費(fèi)用。采取逐池改造的方式,不影響污水廠的正常運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了原池改造。

(2)增設(shè)磁混凝澄清池,進(jìn)一步去除污水中的不溶性COD、TP

磁混凝澄清池尺寸為32.9 m×12.3 m,占地約為400 m2,共分為2座,總停留時(shí)間約40 min。二沉池出水經(jīng)提升后進(jìn)入磁混凝澄清池,依次投加混凝劑PAC、磁粉和助凝劑PAM,PAC投加量為55 mg/L,PAM投加量為1.33 mg/L,磁粉投加量為2.5 mg/L。反應(yīng)生成比重較大的含磁粉絮體顆粒,然后進(jìn)入磁分離池,通過磁輥進(jìn)行泥水分離,經(jīng)磁輥吸附的含磁污泥經(jīng)高剪切機(jī),實(shí)現(xiàn)磁粉和污泥的分離,并進(jìn)入磁鼓進(jìn)行磁粉回收,回收的磁粉再回流至絮凝池前繼續(xù)參與反應(yīng),剩余污泥則進(jìn)入后續(xù)污泥處理系統(tǒng)。

(3)現(xiàn)狀二氧化氯消毒更改為“紫外線消毒+次氯酸鈉消毒”

由于現(xiàn)狀廠區(qū)構(gòu)筑物布置緊湊,增設(shè)深度處理工藝后需增加深度處理構(gòu)筑物。為保證工藝流程的順暢,本次設(shè)計(jì)將二氧化氯消毒池拆除調(diào)整為次氯酸鈉加藥間,在消毒池位置設(shè)置紫外線消毒渠,同時(shí)根據(jù)實(shí)際出水狀況補(bǔ)加次氯酸鈉消毒,次氯酸鈉投加量為25 mg/L。


03 改造后運(yùn)行效果分析

本次升級改造工程于2018年8月中旬完成,水量達(dá)到設(shè)計(jì)值4萬 m3/d條件下,所投加的懸浮載體完成掛膜。分析2019年1月1日—2019 年6月25日共計(jì)176 d的進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)(包含整個(gè)冬季運(yùn)行階段),結(jié)果如表2所示。


使用MBBR工藝改造后,強(qiáng)化了原池處理能力。NH3-N處理負(fù)荷力增大了24%。MBBR工藝屬長泥齡,有利于硝化菌群富集,且通過水力剪切的作用,保障懸浮載體上的硝化菌一直處于較高的活性。生化池出水TP濃度為(0.35±0.083) mg/L,已經(jīng)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn),通過磁混凝工藝進(jìn)一步保障了TP的達(dá)標(biāo)。

沿程分析發(fā)現(xiàn),好氧MBBR區(qū)發(fā)生了明顯的同步硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification, SND)現(xiàn)象,TN去除率為22.44%,TN去除貢獻(xiàn)率達(dá)到35.01%。生物膜上典型的缺/好氧微環(huán)境,以及對功能微生物的富集作用,促進(jìn)了同步硝化反硝化作用的進(jìn)行,使得在好氧區(qū)仍有TN的進(jìn)一步去除,也大大降低了碳源的投加費(fèi)用,故對于進(jìn)水基質(zhì)濃度不高的污水廠,甚至可完全節(jié)約外投碳源,使得MBBR除了在池容做到深度挖潛外,真正實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)利用上的深度挖潛,應(yīng)用前景廣闊。對眾多使用MBBR的污水廠進(jìn)行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)在好氧填料區(qū)均存在顯著的SND現(xiàn)象,TN去除量在3~8 mg/L,且基質(zhì)濃度較高的污水廠,SND效果更佳顯著。

04 改造前后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

該工程總投資為9 747萬元,其中工程費(fèi)用為7 659萬元,如表3所示。改造后混凝劑投加量減少,但是增加了磁粉的消耗,故總的噸水藥劑投加費(fèi)用基本不變,磁混凝工藝的增加使得噸水電耗有所提高。

 

改造前出水水質(zhì)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)行平均能耗為0.279 kW·h/m3;改造后出水水質(zhì)執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)行平均能耗為0.322 kW·h/m3,與改造前相比,增加了0.043 kW·h/m3。由于改造后新增4臺二次提升泵且磁混凝池也需攪拌,該部分增加電耗為0.053 kW·h/m3,生化池能耗變化不大且出水水質(zhì)得到了提高。純水設(shè)備

05 MBBR微生物分析

為進(jìn)一步探究懸浮載體的作用,對該污水廠投加的懸浮載體和活性污泥進(jìn)行了高通量測序分析,結(jié)果如圖2所示。


圖2中MBBR-1和MBBR-2為生化池不同區(qū)域的懸浮載體,污泥為生化池活性污泥。各部分的主要菌種及相對豐度如表4所示。



系統(tǒng)中的優(yōu)勢硝化菌群為Nitrospira(Comammox),其在懸浮載體中的相對豐度分別為3.90%、7.33%,在污泥中相對豐度為0.75%。對懸浮載體生物膜和好氧污泥進(jìn)行MLVSS測定,由表5核算得出,系統(tǒng)中69.8%的硝化菌來自懸浮載體,30.2%來源于污泥,表明在硝化過程中,懸浮載體起到了重要的作用。


此外,在懸浮載體中也檢測出反硝化菌,如Ferruginibacter、Hyphomicrobium等,反硝化菌在懸浮載體和污泥中的相對豐度分別為4.05%、2.31%和3.65%。在MBBR-2區(qū)的懸浮載體上發(fā)現(xiàn)了大量Acinetobacter,相對豐度為27.18%,該菌種屬于不動桿菌,也具有反硝化作用。反硝化菌群在填料上存在,從微觀上提供了好氧區(qū)填料上發(fā)生SND的證據(jù)。

06 結(jié)論

使用“MBBR+磁混凝”工藝對工業(yè)廢水進(jìn)行原池提標(biāo)提量升級改造,充分利用了現(xiàn)有空地,投資運(yùn)行成本低,改造周期短,運(yùn)行高效穩(wěn)定。改造后水量增加至4萬m3/d,出水COD、NH3-N、TP、TN均值分別為(30.52±5.73)、(0.90±0.92)、(0.09±0.075)、(8.26±2.55) mg/L,穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。改造前后生化池能耗不變,處理負(fù)荷提升,且抗沖擊性能更好;噸水處理費(fèi)用由0.491元/m3增加至0.584元/m3,適用于工業(yè)廢水提標(biāo)提量升級改造。工業(yè)純水設(shè)備, 蘇州水處理設(shè)備蘇州醫(yī)用純水設(shè)備