高碑店污水处理厂一期工程出水水质改造工程工艺设计.docx
- 文档编号:12338189
- 上传时间:2023-04-18
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:23.91KB
高碑店污水处理厂一期工程出水水质改造工程工艺设计.docx
《高碑店污水处理厂一期工程出水水质改造工程工艺设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高碑店污水处理厂一期工程出水水质改造工程工艺设计.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高碑店污水处理厂一期工程出水水质改造工程工艺设计
高碑店污水处理厂一期工程出水水质改造工程工艺设计
关键词高碑店污水处理厂曝气池倒置型A2/O工艺污泥
1 前言
为配合北京市关于污水处理后作为水资源再利用战略方针的实施,高碑店污水处理厂一期工程进一步实施工艺技术改造,控制氮、磷的排放指标,使之适应于目前高碑店湖及第一热电厂冷却水使用要求。
其工艺技术改造工程可分两步。
第一步满足或优于高碑店湖目前湖水水质。
第二步是随着北京市工农业的发展及沿河污水排放控制的实施,高碑店湖水质将逐年好转,直至达到国家四类水体水质标准,届时高碑店污水处理厂实行第二步改造,使之满足排入高碑店湖水四类水质的要求。
2 高碑店污水处理厂现况
高碑店污水处理厂是目前我国最大的污水处理厂,一期工程已于1993年10月24日竣工投产,一期工程处理能力50万吨/日。
二期工程投产运转后,处理能力达100万吨/日。
高碑店污水处理厂污水系统流域面积96平方公里,服务人口240万人,汇集北京市城区的大部分生活污水、东郊工业区、使馆区和化工路的全部污水。
该污水处理厂采用前置缺氧段活性污泥法工艺,即在推流式曝气池前端设置缺氧段,其目的是改善污泥性质,防止污泥膨胀。
污水处理工艺流程如下图所示
目前高碑店污水处理厂一、二期工程的二级出水直接排入通惠河下游,除约5500万吨/年用于农业灌溉外,剩余的每年超过2亿吨处理出水还没有得到利用。
但随着污水资源化工程的实施,一期工程47万吨/日的处理出水将通过"水资源化再利用工程"的泵站输送至高碑店湖及再利用管网,作为北京第一热电厂、东郊工业区的循环冷却水水源及其它市政杂用水,因此对高碑店污水处理厂的二级出水水质提出了更高的要求(二期工程的出水部分已作为华能热电厂冷却水补充水的水源)。
3 改造规模及处理程度
3.1改造规模
改造规模为50万吨/日,即对高碑店污水处理厂一期工程(50万吨/日)进行改造。
3.2处理程度
本改造工程的出水水质目标分两步进行。
第一步:
改造后,使高碑店污水处理厂二级处理出水水质优于目前第一热电厂冷却水取水水源-高碑店湖湖水水质。
根据排水公司提供数据,其水质对比如下表。
第二步:
随着北京市污水管网的完善及沿河污水排放控制的实施,高碑店湖湖水水质将逐年好转,直至达到国家四类水体的水质标准。
届时,将对高碑店污水处理厂出水进行进一步工艺改造,使50万吨/日的出水满足高碑店湖四类水体的水质标准。
本改造工程只进行第一步改造。
地点项目BOD(mg/l)COD(mg/l)总磷(mg/l)氨氮(mg/l)高碑店湖12.146.61.311.7现况高碑店污水厂总进水1293196.530.7现况高碑店污水厂二级处理出水1147.24.527.2改造后高碑店污水厂二级出水要求10401.5~1.0*10四类水体水质6300.2TKN2注:
*如果进水磷浓度在5毫克/升左右,出水亦可达到1毫克/升左右
从上面水质对比表可以看出,现况高碑店污水处理厂二级出水水质与高碑店湖水质的主要差别是总磷,氨氮不是主要问题(上表中二级出水氨氮27.2毫克/升,因运行鼓风量不够,溶解氧较低,未达到硝化程度所致),只要加大曝气量,现有曝气池的处理能力可达到70%左右硝化程度,出水氨氮满足要求。
4 工艺方案
在确定本工艺方案过程中,吸取了国内外先进的除磷技术,并咨询了美国加州大学伯克立分校的DavidJenkins教授,最后确定了如下工艺改造方案。
4.1污水处理系统生物法除磷改造方案
一般来说,生物除磷只能去除60%~80%,对于高碑店污水处理厂只靠生物法使磷降至1毫克/升比较困难。
要保证较高的稳定的除磷效果,又尽量降低运行成本,只有采用生物除磷与化学除磷相结合的方法。
化学除磷是起辅助和把关作用。
全部污水量化学法除磷,运行费较高,所以本工程暂只考虑生物法除磷。
4.1.1将曝气池改造为倒置型A2/O工艺
污水生物除磷技术的发展起源于生物超量除磷现象的发现。
污水生物除磷就是利用活性污泥中聚磷菌的超量磷吸收现象,即微生物吸收的磷量超过微生物正常生长所需要的磷量,通过污水生物处理系统的设计改进或运行方式的改变,使细胞含磷量相当高的细菌群体能在处理系统的基质竞争中取得优势。
在污水生物除磷工艺流程中都包含厌氧段和好氧段,使进入剩余污泥的含磷量增大,处理出水的磷浓度明显降低。
最基本的生物除磷工艺为厌氧-好氧活性污泥法(A/O法),这种工艺是使污水和活性污泥混合后依次经过厌氧和好氧区。
其原理是在厌氧区中,污泥中的细菌将储藏在细胞内的聚磷酸盐进行水解,释放出正磷酸盐和能量,这时厌氧区内污水的BOD5值降低,而磷含量升高。
而在好氧区内除磷菌又利用有机物氧化的能量,大量吸收混合液中的磷,以聚磷酸盐的形式储藏于体内,水中的磷又转移到污泥中,通过排除剩余污泥达到除磷的目的。
同时在好氧区中有足够的停留时间,使有机物进一步被氧化降解,氨氮在硝化细菌的作用下大部分转化为硝酸盐氮,一部分硝酸盐氮随处理后的出水流入水体,另一部分硝酸盐氮通过污泥回流带到缺氧区内,在缺氧区内首先将硝酸盐氮去除后再进入厌氧区进行磷的释放,同时可提供氧,因此既达到部分脱氮的目的。
进而达到排放标准,保护接纳水体,节省能耗。
本改造工程工艺方案的特点是:
设置缺氧区、厌氧区和好氧区,浓缩酸化池(利用原浓缩池)上清液进入处理区,10%来水进入缺氧区,90%来水进入厌氧区。
由于污水中碳、氮、磷比普遍较低,为了避免厌氧区中污泥浓度降低、增加营养物质,以及避免回流硝酸盐对生物除磷的不利影响,在厌氧区之前设缺氧区,10%原水进入缺氧区,90%原水进入厌氧区,初沉污泥经浓缩酸化池后,上清液排入进水泵房,与原水一同进入曝气池。
活性污泥利用约10%进水中的有机物、由浓缩酸化池而来的易降解的BOD5去除回流污泥中的硝态氮的氧,消除了硝态氮对后续厌氧区的不利影响,从而保证厌氧区的稳定物除磷效果。
原曝气池1/12为厌氧区,其余为好氧。
改造后将原池2/9改为缺氧区及厌氧区。
其中缺氧区为30分钟(按100%污泥回流量的实际停留时间计),长度为17米。
厌氧区为45分钟(按100%污泥回流量的实际停留时间计。
不计污泥回流的名义停留时间为1.5小时),长度为47米。
其中在厌氧区进水端分出一实际停留时间为15分钟(按100%污泥回流计)的强化吸附区,长度为15米。
其余仍为好氧区(名义停留时间为7.25小时)。
见下图(单位为毫米)
4.2污泥处理系统改造方案
4.2.1剩余污泥进行机械浓缩
在污水生物除磷工艺中,为防止使吸附在剩余污泥中的磷通过污泥处理上清液重新返回到污水中去,污泥系统要进行改造。
原流程为剩余污泥泵将剩余污泥提升至初沉池,与初沉污泥共沉,其混合污泥再进污泥浓缩池,浓缩后,消化、脱水。
因浓缩池停留时间过长,处于厌氧状态,磷又被释放出来,回到污水处理系统中,达不到除磷目的。
所以,必须对原污泥系统进行改造。
该方案是将剩余污泥与初沉污泥分别处理,初沉污泥仍进现有浓缩池,并将浓缩池改造,使之做为浓缩酸化池,将其产生的易生物降解的BOD投加到曝气池,增加碳源,有利于磷的去除和反硝化的进行。
剩余污泥则单独进行机械浓缩。
由于浓缩时间短,此时磷不会从污泥中释放出来,而达到除磷目的,这就需要另建一座污泥浓缩机房。
4.2.2消化池上清液、脱水机滤液处理方案
剩余污泥(含水率约99.5%)采用机械浓缩,污泥体积均约为1000吨/日(含水率约94%)。
为充分利用原有消化池,并达到污泥稳定和资源化目的,故将机械浓缩后剩余污泥与经过浓缩池重力浓缩的初沉污泥一起送入消化池及脱水机房消化和脱水。
由于厌氧状态下,污泥中的磷还会释放出来,必须采取相应的处理措施。
该污泥经过消化、脱水后,大约有800吨/日的污水排出。
如果包括初沉池污泥进入消化池消化、脱水后排出的污水约为1800吨/日。
再加上脱水机滤带冲洗水量,总计大约3000吨/日的含磷污液排出。
该部分含磷废水如再返回污水处理系统,将会增加进水中磷的浓度,达不到预期除磷效果。
为此决定将消化池上清液、脱水机滤液进行化学法除磷。
通过铁盐和石灰法比较后,采用石灰法。
石灰法化学除磷所需石灰量与磷的含量关系不大,而只与污水的碱度有关,因为羟基磷灰石的溶解度随PH的增加而迅速降低。
所以,随PH的增加而促进磷酸盐的去除。
PH9.5时,全部磷酸盐均能转化为非溶解性磷酸盐。
初步按投加4000毫克/升的生石灰(Ca(OH)2)计,每天需投加石灰12吨左右。
投加石灰的的主要设备有石灰贮存罐、石灰投料器、石灰消解器、石灰浆贮存池及搅拌设备、除尘设备,机械搅拌加速澄清池及搅拌设备,助沉剂贮存及投料设备,中和沉淀池及刮渣设备,石灰、石灰渣的输送及运输设备等。
由于水中PH值9.5,所以还必须再碳酸化。
本工艺利用已有沼气发电机排放的烟道气中的二氧化碳进行中和。
石灰法除磷效果较好,并能有效地同时去除COD及重金属。
但是由于石灰的腐蚀性很强,所以需加强对设备的管理、维修及维护。
除磷后富磷污泥经处置后可作为复合肥料,达到污泥再利用及资源化目的,除磷后出水水质良好亦可回用。
4.3改造工程工艺方案
综上所述,改造生物除磷工艺方案:
曝气池将原池改造为倒置型A2/O工艺。
污泥工艺增加剩余污泥机械浓缩;原有浓缩池改为浓缩酸化池;浓缩酸化池上清液做返回曝气池;消化池上清液和脱水机滤液及冲洗水收集后采用石灰法化学除磷。
5 工程设计主要参数
5.1曝气池改造为倒置型A2/O工艺
(1)2/9改为缺氧区及厌氧区。
缺氧区及厌氧区水力停留时间分别为30分钟和90分钟,总停留时间2小时。
其中厌氧区进水端设置停留时间为15分钟的强化吸附区,后续好氧区水力停留时间为7.25小时。
(2)增设水下推流器36台。
(3)增设中隔墙36道。
(4)更换曝气头。
(5)10%原水入缺氧区,90%原水入厌氧区。
5.2更换鼓风机
现有8台鼓风机,只有2台能正常工作。
曝气池需氧量按碳化、硝化计,需5台鼓风机,(其中1台备用)。
所以,需增加风量为600立方米/分钟、风压为7000毫米水柱的离心鼓风机3台。
5.3剩余污泥机械浓缩方案设计
5.3.1更换剩余污泥泵
(1)剩余污泥量:
干泥量为64.8吨/日,污泥浓度5克/升,折合为含水率为99.5%时,污泥量为1.3万吨/日。
(2)现有6台剩余污泥泵(在现况回流污泥泵房内),因原设计为连续工作,为配合浓缩机房,改造为14小时工作制,不能满足要求,须更换:
故选用6台潜水泵(4用2备)。
流量为250立方米/小时,扬程为13米。
5.3.2新建浓缩机房
(1)剩余污泥量:
干泥量为64.8吨/日,污泥量为1.3万吨/日(含水率99.5%)。
(2)带式污泥浓缩机,处理能力150立方米/小时,带宽3米,7套(6用1备),14小时工作制。
包括污泥进泥泵、冲洗水泵、投药装置、现场控制柜等配套设备。
(3)浓缩机房:
平面尺寸为长50米、宽20米,一座。
(4)浓缩机投药量:
按2‰计,每日投药量约为0.13吨。
(5)污泥贮泥池:
长15米、宽8米、池深3.5米,内设水下搅拌机,2台。
(6)浓缩后向消化池污泥投泥泵:
流量为15立方米/小时,扬程为40米,6台(3用3备)。
(7)改造部分剩余污泥管线。
5.3.3浓缩酸化池设计
利用现有4座浓缩池改造为浓缩酸化池。
并相应改造管线与配套设备。
将原一一对应的进出泥管线使之互相调配,增加灵活性,增设互相连通管及阀门,便于运行控制。
5.3.4石灰法处理污液
(1)石灰处理工艺流程
(2)石灰贮存罐
石灰投加量:
12吨/日。
石灰贮存罐:
直径2.5米,高度2.3米,2套。
除尘设备:
1套。
石灰处理站:
平面尺寸长30米、宽15米,1座。
(3)石灰投料计量器
投加量12吨/日,2套。
(4)石灰消解器
直径0.7米,高度1.3米,2套。
(5)石灰浆隔膜计量泵
流量500升/小时,扬程0.3兆帕,2台(1用1备)。
(6)机械搅拌加速澄清池
设计流量60立方米/小时·座,直径6.2米,池深5.15米,4座,采用搅拌机械。
(7)中和沉淀池
型式:
平流式。
设计流量:
3000立方米/日。
停留时间:
2小时。
平面尺寸:
长12.3米、宽5.1米、池深5.5米,一座。
刮泥机:
1台。
利用沼气发电机烟道废气中二氧化碳中和,选用气体压缩机,流量400立方米/小时,压力0.1兆帕,2台(1用1备)。
6 建议
(1)根据实测,除高碑店污水处理厂进水总磷浓度较高外,北京其它污水处理厂进水总磷浓度一般为4~5毫克/升左右,所以应对排入本污水处理厂的排磷大户进行控制,并加大力度推广使用无磷洗衣粉。
经采取有效措施后,污水处理厂进水总磷浓度将会大大降低。
如果进水总磷浓度在5毫克/升以下,仅采用生物除磷工艺就基本可达到预期处理效果,节省化学除磷运行费过高的问题。
(2)高碑店污水处理厂,是全国最大的一座现代化城市污水处理厂,污泥出路尚不落实。
污水处理后的的城市污泥具有丰富的有机质和氮、磷、钾及多种植物需要的营养素,在满足农用污泥标准前提下,应重点开发污泥快速固化、高压造粒制取颗粒肥料,彻底解决污泥无害化的问题,使其变废为宝、得到妥善处置。
1工艺方案的选择
一般而言,在采用活性污泥法的污水处理厂中,不同的污染物是以不同方式去除的。
例如,污水中的SS主要靠沉淀去除,可以选用适当的污泥负荷(F/M)值、较小的二次沉淀池的表面负荷和较低的出水堰负荷等措施;污水中BOD的去除是靠微生物的吸附和代谢作用、并对污泥与水进行分离完成的,根据污水厂运行经验,在污泥负荷≤0.3kg/(kg·d)时,即可使出水BOD5<20mg/L;污水中COD的去除取决于原水的可生化性,它与城市污水的组分有关,张家界市污水的BOD5/CODCr=0.54,可生化性良好;污水中NH3-N的去除,完成硝化是先决条件,必须使系统维持在较低的污泥负荷条件下运行,使系统的泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄;生物除磷工艺的前提条件是聚磷菌必须在厌氧条件下增长,而后进入好氧阶段才能增大磷的吸收量,因此污水中磷的去除工艺是必须在曝气池前设置厌氧段。
所以,要达到要求的出水指标,必须根据进、出水水质,选择适当的工艺参数,在满足生物除磷脱氮的前提下,完成对BOD5、CODCr和SS的去除,故生物脱氮除磷是污水处理工艺的关键。
张家界市老城区的污水是采用合流制排水体系,而新城区的分流制排水管网需逐步完善,所以对污水处理厂而言,进水水量、水质波动较大。
氧化沟工艺系列中的奥贝尔氧化沟是专门针对合流制的污水处理厂设计的,它可承受较大的水质、水量冲击负荷,可作为预选方案之一。
SBR工艺系列中的Unitank法因生物除磷效果差,又无污泥回流设施,使得整体系统的利用效率很低;MSBR法流程繁琐,对自控及监测仪表要求较高,当水量变化大时需通过调整进水和曝气过程的时序使系统正常运行。
因此,考虑将CAST法作为预选方案之一。
2 预选方案的比较
在选择了SBR法的改良工艺——CAST方案和奥贝尔氧化沟方案作为本工程的预选方案后,以近期污水量为8×104m3/d的杨家溪污水处理厂为例,从以下几个方面对两方案进行了详细比较。
①工艺方案的技术特性比较见表2。
表2 两种工艺特性的比较
方案一(CAST工艺)
方案二(奥贝尔氧化沟)
反应池间歇运行,4座反应池交替运行保持进、出水的连续性。
连续进水、连续出水。
有机物降解与沉淀在一个池子完成,无需设独立的沉淀池及其刮泥系统。
在氧化沟中完成有机物降解,在沉淀池中进行泥水分离,需设独立的沉淀池和刮泥系统。
通过每一个周期的循环,造成有氧和无氧的环境,对氮和磷有很好的去除效果。
氧化沟系统三个沟道内的DO值呈0-1-2的梯次变化,脱氮效果好,除磷效果一般。
固体停留时间较长,可抵抗较强的冲击负荷。
较长的固体停留时间,可抵抗冲击负荷。
污泥有一定的稳定性。
污泥有一定的稳定性。
采用鼓风曝气,曝气器均布池底,动力效率高,能耗较低;间歇运转须采用高质量的膜式曝气器,设备的闲置率较高,曝气器寿命较短,维修及维护量大。
采用表面曝气,设有转碟曝气设备,转碟分点布置;设备少,管理简单,维护量小,但能耗较高。
自动化水平高,对电动阀门等设备的可靠性需求较高,控制管理较复杂。
设备少且经久耐用,控制管理简单。
耗电量较小,运行费用低。
耗电量较大,运行费用较高。
自控系统编程工作量较大,PLC硬件费用高,自动化水平较高,劳动强度较低,对操作人员的素质要求较高,总设备费用较高。
自控系统编程工作量较小,PLC硬件费用低,自动化水平较低,劳动强度较高,对操作人员的素质要求较低,总设备费用较低。
②工程投资和技术经济比较分别见表3、4。
表3 两种方案的工程投资比较
项目
方案一(CAST工艺)
方案二(奥贝尔氧化沟)
土建工程(万元)
3853.57
4490.87
设备及安装工程(万元)
3880.27
3376.09
其他费用(万元)
4663.95
5115.12
总投资(万元)
12397.79
12982.08
表4 两种方案的技术经济比较
项目
方案一(CAST工艺)
方案二(奥贝尔氧化沟)
总投资(万元)
12397.79
12982.08
污水处理厂占地(hm2)
6.8
8.0
总装机容量(kW)
1600
1840
用电量(kW·h/m3)
0.27
0.31
年药剂费(万元)
49.05
49.05
人员编制(人)
50
60
单位运行成本(元/m3)
0.60
0.64
单位经营成本(元/m3)
0.32
0.36
③污水处理工艺流程一般包括机械处理系统、生化处理系统、消毒系统和污泥处理系统4部分,CAST方案与奥贝尔方案在机械处理和消毒系统上构筑物及其设备配套相同,主要差别在于生化系统上,污泥处理系统也略有不同。
3 工艺方案的确定
综合上述方案的技术及经济比较情况,可以看出方案一和方案二各有自己不同的优势与不足,均能达到处理要求。
从表2得知,方案一在污泥沉降性能和对磷的去除效率以及管理灵活性等方面的工艺特性优于方案二,但也存在设备复杂、维修量大、管理运行水平要求高等缺点。
从表3可以看出,方案一的总投资比方案二少584.29万元,土建投资比方案二少637.3万元,但机械、自控电器设备投资比方案二高504.18万元。
从表4可以看出,方案一的能耗、总成本费用低于方案二,年运行成本相差约131.37万元。
从流程简洁、占地面积小、易于实现自动化控制等方面来考虑,CAST工艺均优于奥贝尔氧化沟工艺,因此推荐CAST方案作为污水处理厂的工艺方案。
4 结论和建议
①必须结合当地的实际,并经过全面的技术经济比较后才能优选出最佳的工艺方案。
②为了保证污水系统和污水处理厂运行的良性循环,必须制订完善的污水排放收费制度,确定合理的收费标准。
③污水处理厂建成后应制定严格的操作和维修管理措施,并完善各种规章制度
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高碑店 污水处理 一期 工程 出水 水质 改造 工艺 设计