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環(huán)保新質生產力 | 城市污水深度處理技術

2024-10-17 09:59:42來源:中國環(huán)保產業(yè)協(xié)會 關鍵詞:污水處理水環(huán)境治理閱讀量:14291

導讀:南京市市政設計研究院申報的城市污水深度處理技術,可廣泛應用于新建、擴建和升級改造的污水處理廠,將出水穩(wěn)定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準,深入挖掘延伸傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力。
  生態(tài)環(huán)保產業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設和高質量發(fā)展的關鍵力量,正面臨著轉型升級的迫切需求。環(huán)保新質生產力,正成為推動產業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產業(yè)的新技術、新裝備、新材料、新模式,深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果,及時發(fā)布環(huán)境技術進步獎項,全面介紹行業(yè)內的實用技術裝備和示范工程,引導行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新,加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能,為經(jīng)濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
 
  生態(tài)環(huán)境保護實用技術
 
  2023-J-3
 
  申報單位
 
  南京市市政設計研究院有限責任公司
 
  推薦單位
 
  江蘇省環(huán)境保護產業(yè)協(xié)會
 
  一、技術簡介
 
  適用范圍
 
  本技術可廣泛應用于新建、擴建和升級改造的污水處理廠,將出水穩(wěn)定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準,深入挖掘延伸傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力。為城市污水廠提標項目的規(guī)劃、設計、建設和管理全過程技術標準化和高質量發(fā)展保駕護航。
 
  技術原理
 
  本技術提出一種將污水穩(wěn)定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準的組合工藝及三種子工藝,并優(yōu)化相應的設計與運行參數(shù),提供實際的工程運行成本和投資費用,為污水處理廠的提質增效提供參考。
 
  當污水處理廠出水中COD和TN濃度超標時,可以選擇反硝化濾池工藝。當污水處理廠出水中TP和SS濃度超標時,可以選擇高效沉淀池工藝。當污水處理廠出水中COD和氨氮濃度超標時,可以選擇“臭氧——曝氣生物濾池”組合工藝。針對出水TP濃度達標,其余指標均不達標的情況,可以選擇“反硝化濾池——臭氧——曝氣生物濾池”組合工藝。主要工藝如下:
 
  (1)將污水送入高密度沉淀池內,投加混凝劑、絮凝劑;
 
  (2)經(jīng)沉淀后,澄清水進入內碳源反硝化生物濾池內,并向內碳源反硝化生物濾池內補加污泥水解酸化產物。內碳源反硝化生物濾池采用2——3mm石英砂介質濾料,污泥水解酸化產物是污泥穩(wěn)定處置自然發(fā)酵形成;
 
  (3)向曝氣生物濾池底部的布水層中加入臭氧,經(jīng)過反硝化濾池的廢水進入布水層進入曝氣生物濾池內,填料層進行生化處理;
 
  經(jīng)生化處理后,凈化水引入模塊化人工濕地中,模塊化人工濕地是由若干小型濕地模塊組件拼接形成。
 
  工藝路線
 
  本工藝路線包括高效沉淀池(HST)、反硝化濾池(DNBF)、臭氧—曝氣生物濾池(O3-BAF)這三種深度處理工藝單獨運行時的最佳運行參數(shù),主要包括:
 
  (1)影響高效沉淀池運行效果的因素主要有混凝劑種類與投加量、絮凝劑種類與投加量、污泥回流比等參數(shù)。PAC投加量的最適投加范圍約為PAC/TP=2——15(mg·L-1/mg·L-1),PAM投加量的最適投加范圍約為PAM/SS=0.01——0.05(mg·L-1/mg·L-1)。最佳污泥回流比一般在2%——6%之間。
 
  (2)影響反硝化濾池運行效果的因素主要有碳源種類及投加量、濾料種類及粒徑等參數(shù)。外加碳源乙酸鈉應用較為廣泛,最佳投加量(以C/N計)應當控制在4.5左右。在濾池的運行過程中應當消除跌水現(xiàn)象,降低進水DO濃度。
 
  (3)影響臭氧工藝運行效果的因素主要有臭氧投加量、臭氧接觸時間等參數(shù)。進水中混有大量工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水處理廠,可適當延長臭氧接觸時間,通常取40——50 min。影響曝氣生物濾池運行效果的因素主要有水力負荷、水力停留時間、氣水比等參數(shù)。
 
  當尾水中TN和TP濃度均超標時,可以選擇“高效沉淀池-反硝化濾池”組合工藝。當污水處理廠進水中混有工業(yè)廢水,且單獨使用BAF工藝無法使出水COD和氨氮濃度達標時,可以選擇O3-BAF組合工藝。當污水處理廠尾水中COD、氨氮和TN濃度均超標時,可以選擇“反硝化濾池——臭氧曝氣生物濾池”組合工藝。
 
  應用效果
 
  本技術可依據(jù)污水處理廠尾水水質現(xiàn)狀和排放要求提供目標可達性、經(jīng)濟性和套餐式的組合工藝選擇標準與工藝參數(shù)推薦。集成組合濾池,優(yōu)化濾池內的復合填料,綜合利用剩余污泥,提供經(jīng)濟碳源,有效提高反硝化效率,增大總氮的去除??蓮V泛應用于新建、擴建和升級改造的污水處理廠,將出水穩(wěn)定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準,深入挖掘延伸傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力。
 
  研發(fā)背景
 
  當前全國污水處理行業(yè)已經(jīng)打響了提質增效的發(fā)令槍,隨著水污染的防治力度的加大,國內多地制定了嚴格的地方標準,將排入地表水體N、P等污染物的排放限值規(guī)定進一步接近或達到地表Ⅳ類水體水質。污水處理廠實施提標改造,與污水廠關聯(lián)的湖泊水庫和河道等水體水質可更好地達到水環(huán)境功能區(qū)的水質目標。
 
  江蘇省在2018年6月發(fā)布《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》、浙江省在2018年12月發(fā)布《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標準》等,執(zhí)行更加嚴格的氮磷排放要求。
 
  2021年1月11日,發(fā)改委等10部委聯(lián)合發(fā)布《關于推進污水資源化利用的指導意見》,要求2025年全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上,再生水將成為城市的“第二水源”。結合城鎮(zhèn)污水處理廠新一輪提標建設,城鎮(zhèn)污水處理將從 “工程水”階段進入“生態(tài)水”階段,更新治水理念,創(chuàng)造綜合效益。
 
  此外,國內污水廠提標改造技術存在以下問題:1、國外技術壟斷,已形成具有自主知識產權的專利技術;2、國內技術相對單一,主要集中以MBR為核心的膜處理工藝,其投資和運行費用高昂;3、其他工藝魚龍混雜,出水水質難以保障。因此,需要研發(fā)一種穩(wěn)定高效的深度處理技術以滿足愈發(fā)嚴格的出水水質標準。
 
  技術特點
 
  本技術提供一種用于城市污水提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準的組合污水處理工藝,可經(jīng)濟有效實現(xiàn)出水水質穩(wěn)定達到地表Ⅳ和Ⅲ類標準。主要特點包括:
 
  1.經(jīng)濟套餐式的組合工藝
 
  本技術對影響高效沉淀池、反硝化濾池、臭氧曝氣生物濾池運行效果的關鍵因素進行研究,并優(yōu)化了工程設計與運行參數(shù)??梢罁?jù)污水處理廠尾水水質現(xiàn)狀和排放要求提供目標可達性、經(jīng)濟性和套餐式的組合工藝選擇標準與工藝參數(shù),為穩(wěn)定實現(xiàn)污染物的超低排放與污水處理提質增效提供參考。
 
  2. 可替代有機碳源
 
  水解酸化產物是將污水廠剩余污泥穩(wěn)定處置,并向污泥中添加經(jīng)堿處理后的玉米芯和海綿鐵組成的復合填料。可作為反硝化的碳源和生物載體,解決了連續(xù)投加碳源的弊端。海綿鐵可釋放更多的鐵離子,增強了異養(yǎng)微生物的活性。同時海綿鐵的緩慢腐蝕過程也在不斷產生氫氣,供氫自養(yǎng)反硝化菌的生長,進一步強化了反硝化進程,提高硝態(tài)氮的去除率。
 
  3.提高內部碳源利用效率
 
  反硝化一般需要有機碳源作電子供體,包括外加碳源、污水碳源和內源碳源。污水碳源一般不足,外加碳源則會增加運行成本,因此提高內部碳源利用效率是很有價值的。內碳源回收型反硝化復合濾池是集多種污染物去除功能于一體,對總氮、總磷和SS均有較好的去除效果,可進一步提高出水水質。
 
  4.高性能復合功能改性填料
 
  主要包括鋪設厚度為1:1:1的生物吸附層、加熱層與生物降解層,可將水中原來紊亂的大分子團鏈打斷。生物吸附層具有優(yōu)異的吸附功能,生物降解層具有良好的降解功能,適當?shù)募訜峥纱龠M污水中細菌的活性,從而進一步降低難降解COD的含量。
 
  二、典型應用案例
 
  案例名稱
 
  南京橋北污水處理廠擴建工程
 
  案例簡介
 
  南京橋北污水處理廠總設計規(guī)模20×104m3/d,占地約合10.59ha,污水廠服務范圍內用地性質主要是居住、商業(yè)及科研用地。本次擴建工程廠址為現(xiàn)狀污水廠廠區(qū)內一期工程東側的規(guī)劃預留地,用地面積約3.44ha,規(guī)模10×104m3/d,擴建完成后污水廠的總規(guī)模達到20×104m3/d。
 
  1、南京首座出水預按準Ⅳ類標準打造的高標準污水廠
 
  根據(jù)市環(huán)保局關于鼓勵建設單位在一級A基礎上進一步提高污水處理廠處理標準,減少尾水污染物排放總量要求的回復,橋北污水廠的尾水排入石頭河,石頭河為長江的支流,為了積極響應長江生態(tài)大保護,減少尾水污染物排放總量的要求,提高政治站位,經(jīng)過充分的科學論證,采用“曝氣沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀池+反硝化濾池”主體處理工藝,通過多模式改良A2O強化二級脫氮除磷,加上新型反硝化濾池深度處理對TN的補充去除,并同步去除SS、TP,實現(xiàn)了高品質準Ⅳ類出水目標,實際運行表明,除了TN外,其余指標已達到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準,遠遠優(yōu)于設計出水水質,具體見統(tǒng)計報表。
 
  2、新型高效反硝化生物濾池在國內的首次引進應用
 
  (1)為了克服一期工程深度處理工藝不具備除氮能力、兼顧一期工程的水質再提升,結合用地條件及優(yōu)化投資,將擴建工程反硝化濾池的規(guī)??刂茷?5×104m3/d,其高質量的出水與一期剩余5×104m3/d出水混合后進行排放,TN能夠控制在10mg/L以下,滿足污水廠整體出水水質的需求,增加污水廠排水的安全性。
 
  (2)濾池主體結構與V型濾池相同,進水采用V型槽淹沒配水,克服了常規(guī)深床濾池進水配水跌水造成碳源無效消耗,實現(xiàn)低碳運行;
 
  (3)濾料采用生物陶粒濾料,有效粒徑為2.5mm,比表面積大,優(yōu)于常規(guī)深床濾池采用的粒徑為2——3mm的石英砂濾料,可獲得更高的生物濃度及更大的滯留能力,延長過濾周期,濾層厚度僅需1.8m,少于常規(guī)深床濾池2.44m的濾層厚度,降低濾床深度和工程造價;
 
  (4)鑒于V型濾池在水處理中應用廣泛且成熟,大幅縮短了運行人員的適應期。
 
  3、智慧運行控制,實現(xiàn)節(jié)能降耗
 
 ?、賹崿F(xiàn)磁懸浮鼓風機、電動菱形空氣流量調節(jié)閥和溶解氧在線檢測系統(tǒng)的優(yōu)化聯(lián)動調節(jié),可以經(jīng)濟地調節(jié)鼓風機輸出風量,實現(xiàn)低耗運行,實際運行表明可節(jié)約30%——40%的能耗。
 
 ?、谥悄芗铀帲瑑?yōu)化原料投入。加藥系統(tǒng)由常用的變頻計量泵升級為數(shù)字泵,對加藥設備進行智能化、精準化控制。
 
  4、采用多型高效新型設備
 
  ①2.6m大尺徑網(wǎng)孔板式轉鼓細格柵:網(wǎng)孔采用6mm孔徑,運行時可產生地毯效應,能進一步提高過濾分離效率;
 
 ?、诹庑慰諝庹{節(jié)閥:其調節(jié)行程和流量呈直線關系,能夠很好地滿足空氣流量調節(jié)的需求;
 
 ?、?.5m大直徑傘形雙曲面立式攪拌機:雙曲面葉輪間隔均勻布置長導流攪拌肋和短導流攪拌肋,相對于傳統(tǒng)水下攪拌機,節(jié)能達到50%——60%以上;
 
  ④板條式微孔曝氣器:可提高單位服務面積,在不增加阻力的前提下,提高10%的孔密度,減少氣泡直徑30%,能提高曝氣效率20%,可節(jié)約20%——30%的能耗。
 
  5、合理布局,采用集約化的單元組合,節(jié)約用地
 
  通過優(yōu)化水路與泥路,采用上水下泥的雙層渠道將多模式改良A2O生化池、污泥回流泵房及配水井、二沉池進行組合連接,中間提升泵房與反硝化生物濾池進行組合連接,次氯酸鈉、碳源投加間與接觸消毒池疊建等措施,擴建10萬m3/d用地面積僅為3.44ha(51.6畝),較《城市污水處理工程項目建設標準》規(guī)定的用地面積9.5ha(142.5畝),可節(jié)約63.8%的用地,節(jié)地效果非常明顯。
 
  6、實現(xiàn)中水資源化利用,生態(tài)補水改善區(qū)域河道水環(huán)境質量,節(jié)約水資源
 
  積極實施高品質尾水的資源化利用,廠外用于江北新區(qū)的河道生態(tài)補水,補水規(guī)模10萬m3/d;廠內用于脫水機濾布沖洗、細格柵沖洗、水處理藥劑配制、池面清洗、綠化等,約3000m3/d,中水的回用率達到了51.5%,有效節(jié)約了水資源。
 
  7、通過污水處理工藝的優(yōu)化改進、新技術、新設備、智慧運行控制等多效并舉措施,實現(xiàn)節(jié)能降耗
 
  實際運行噸水電耗為0.28——0.30kWh/m3。根據(jù)《城鄉(xiāng)水務2035年行業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》,截止2018年,全國污水廠噸水電耗為0.31kW·h/m3,能耗指標優(yōu)于全國平均水平。
 
  8、與同行業(yè)先進水平對比
 
  本工程積極推動科技進步和行業(yè)發(fā)展,積極響應雙碳目標,使用了大量的高效低能耗新工藝、新技術、新設備及智慧運行控制,節(jié)約了63.8%的用地、實現(xiàn)了51.5%的中水回用,出水水質除了TN外,其余指標已達到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準,噸水電耗優(yōu)于全國平均水平,實現(xiàn)了降碳低耗運行,綜合指標處于同行業(yè)領先水平。
 
  達到的標準或性能要求
 
  運行表明,出水水質除了TN外,其余指標已達到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準,實現(xiàn)了高品質準Ⅳ類出水目標。
 
  業(yè)主單位
 
  南京水務集團有限公司
 
  投運時間
 
  2020年2月26日
 
  工藝流程
 
  采用“曝氣沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀+反硝化濾池+次氯酸鈉消毒”主體處理工藝,通過多模式改良A2O強化二級脫氮除磷,加上反硝化濾池深度處理對TN的補充去除,并同步去除SS、TP,實現(xiàn)了高品質準Ⅳ類出水目標。
 
  運行情況
 
  實際運行表明,出水水質除了TN外,其余指標已達到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準,遠遠優(yōu)于設計出水水質。實施高品質尾水的資源化利用,廠外用于江北新區(qū)的河道生態(tài)補水,補水規(guī)模10萬m3/d。中水的回用率達到了51.5%,有效節(jié)約了水資源。
 
  技術應用產生的碳減排效果
 
  本項目積極響應雙碳目標,使用了大量的高效低能耗新工藝、新技術、新設備及智慧運行控制,節(jié)約了63.8%的用地、實現(xiàn)了51.5%的中水回用。實際運行噸水電耗為0.28——0.30kWh/m3,全國污水廠噸水電耗為0.31kW·h/m3,能耗指標優(yōu)于全國平均水平。實現(xiàn)了降碳低耗運行,綜合指標處于同行業(yè)領先水平。
 
  三、技術申報單位聯(lián)系信息
 
  單位名稱:南京市市政設計研究院有限責任公司
 
  單位地址:江蘇省南京市玄武區(qū)同仁街31號
 
  聯(lián)系人:成昌艮
 
  原標題:環(huán)保新質生產力 |城市污水深度處理技術
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