甘一萍:大型城镇污水处理厂提标改造必要性及技术分析

亚洲环保网 2018-06-21 09:38:16


编者按

随着我国水污染问题日益突显,城市污水处理排放标准的提高已是大势所趋。随之而来的,城市污水处理厂出水水质的要求不断提高,水质提升成为开发水资源的另一途径,污水处理厂的提标改造工作也已成为重中之重。然而,在这一过程中,不能合理设置目标,以致刚建成就要改造,改造后出水水质仍难以达到预期要求的案例屡见不鲜。


在2018第四届长三角(苏浙沪)排水与污水处理研讨会上,来自北京的治水专家,中国水协排水委秘书长甘一萍由“北京为什么要做地方性的标准”这一角度切入,从提标改造的需求、升级改造技术路线的分析、大型城镇污水处理厂提标改造案例三个方面,通过技术试验及工程实践,阐述了在深度处理、提升的过程当中,可以采取的技术及存在的问题,讨论了北京污水处理厂升级改造的必要性、技术路线选择及宝贵经验,并分享了适合北京再生水厂提标改造的两条技术路线。应该说不同的污水处理厂在提标的过程当中,因为自身的工艺不同,而且涉及到的相应用地等各方面的条件限制,所选用的技术也会有所不同。但甘秘书长所提到的两条技术路线,可能在很多地方也是适用的。


作者:甘一萍 ? ? ? ? 亚洲环保编辑整理

甘一萍


现如今,新技术及新材料被不断应用到工业生产以及日常生活中,导致排放的污水中所含污染物的含量和种类越来越复。要满足排放指标,就要对污水处理厂升级改造,不断进行技术创新,提高处理效率,以达到排放标准。


北京市治水专家,中国水协排水委秘书长甘一萍从提标改造的需求、升级改造技术路线的分析、污水厂升级改造案例三个方面,阐述了北京污水处理厂升级改造的必要性及技术路线的选择。


提标改造的需求


甘一萍首先指出提标改造的目的是为了改善地表水体的环境功能。我国地表水功能和环境功能按照Ⅰ到Ⅴ类分的,劣Ⅴ类水的污染程度已经达到比Ⅴ类还要恶劣的程度。我国现行的GB18918标准对污水处理厂的出水设了三级标准,其中一级B、一级A都是针对劣五类的标准。



我国排水委在2016年年鉴统计,全国城镇污水处理厂3152座,目前达到一级A、一级B的基本上已经90多座,都是一级A、一级B的出水,地表水仍然还是劣Ⅴ类。当时水务局的局长就说污水处理厂都已经达到一级B标准了,但水还有茶叶的颜色和土腥的味道,所以老百姓不接受。2008年以后,北京所有污水处理厂都达到一级B标准以后,很多下游的水,仍然都是劣Ⅴ类。所以在这种情况下,北京就提出:干脆直接把污水处理成地表Ⅳ类水,因为北京没有清水来补充,雨季的降雨也非常少,所以就直接提地表Ⅳ类。当时很多院士和教授都提出太超前了。当时还成立了国家的水专项,叫做“北京城市再生水水质提高关键技术研究和示范”,当时是想从再生水开始做,总体目标是为北京中心城的大型污水处理厂升级改造和再生利用工程提供技术支撑,另外是使深度处理后的再生水达到地表水Ⅳ类标准,初步恢复北京地表水的功能。当然还有支持海河流域的总体目标。


但是北京在做水专项时,是按照再生水来做的。做水专项过程中,北京市水务局和环保局有争议,环保局认为既然已经做得那么高,干脆就作为排放标准,不再是再生水标准;水务局则说再生水要求比较高,是排放到景观的。后来水务局没有争过环保局,所以北京就确定了要达到地方标准。



但是北京市的中心城区基本上是要达到北京地方标准的一级B标准,也就是氨氮1.5、总氮15、COD30。在怀柔等水库上游执行一级A标准,相当于地表水Ⅲ类标准。


在地表水环境质量标准中,对地表Ⅳ类有24类指标,对污水处理厂出水最重要的是COD、BOD、氨氮、总氮和总磷五项指标,当然后来又加了感官性指标,如臭味和色度指标等。



? ? ??总氮的降低与碳源投加相关


在甘一萍团队的研究过程中,他们发现氨氮如果小于现在的1.5毫克/升的标准,在现有的污水处理厂池容下提高曝气量基本能够达到。但是对总氮到底是10还是15,团队研究人员做了碳源投加的研究。从表中可以看出来从总氮的20降到15,降到10就要翻倍,真正降到地表水Ⅳ类的1.5,每年要100万元。所以在这种情况下,后来在地标上确定氨氮冬季2.5,夏季1.5。色度也是感官性的指标,二级出水色度是40-50,用臭氧或者活性炭来吸附,或者高级氧化之后,色度基本上能达到25-30,就是完全无色了。



升级改造技术路线的分析?


针对脱碳除磷,对现有的污水池进行改造升级,甘一萍指出,改造的重点在于节省碳源的投加、增加工艺可调性、精心调控稳定运行。针对这三项,有其各自的技术手段和路线,分别为:内部碳源开发与高效利用技术、采用改良和优化的工艺、根据进水负荷变化精细运行调控。而最终目的是为了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。


针对二级处理,甘一萍列出北京污水处理现有工艺改造采用的设计参数和优化运行后的参数加以说明。


A2/O生物强化脱氮除磷工艺的设计和运行参数


甘一萍指出,重点还是在深度处理的脱氮和除色。现在二级出水一级B的出水,硝酸盐和总氮还是很高的,另外COD要进一步降低,还有脱色、消毒、杀菌的要求。所以在关键性的单元,是生物滤池深度脱氮和臭氧氧化方面的研究。主要是协同处理提高出水脱氮除色效能,通过AAO和反硝化滤池协同深度脱氮,协同增效脱色消毒是通过多级加药和臭氧,进行消毒和脱色的功能,最终满足景观环境的要求。



甘一萍团队在研究过程中,优化了前面二级生物处理的多级AO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。



对反硝化生物滤池深度脱氮技术及机理研究时,甘一萍团队投放了乙酸等进行相应的试验,最后发现乙酸钠作为碳源可以达到比较好的效果,甲醇启动时间比较长一点,但是容易产生硝酸盐的累计。此外还研究反硝化滤池碳源精确投加技术,采用了甲醇精确投加系统,特别是对总氮去除要求非常严的情况下,甲醇的精确投加就显得更加重要。另外,开发了反硝化滤池低水位短洗程反冲洗技术。由于碳源头非常多,反硝化菌长得非常快,堵塞非常严重,因此采取先气洗,再气水洗,再水洗的方法,在卢沟桥再生水厂进行了再生研究,探索了一条冲洗的方式。反硝化滤池、硝化滤池、砂滤和抽样技术,做了四五个月抗冲击负荷的生产性试验研究,总氮小于3毫克/升,也在一定程度上实现了四个月的总氮小于3的效果。




在臭氧脱色研究中,研究人员做了三个样本,二级水明显可以看出有色度,经过臭氧和活性炭基本上没色,特别是二级水有深度的茶叶颜色,但是臭氧浓缩一百倍还是无色。通过分析致色物质的主要来源,明确主要的致色物质,二级出水中就是腐植酸和富里酸。对二级出水的嗅味物质进行辨识,主要是8种致味物质,其中腥臭味(土腥味)的物质,主要是粪臭素的这一类物质。通过生物滤池、臭氧,对二级出水中的臭味物质的去除效果进行了试验,基本上是臭氧和生物滤池的结合,都能够对臭味物质有50%的去除效果。


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研究团队在清河污水处理厂做的试验,二级出水里,对不同嗅味物质,经过不同的处理工艺,有不同的处理效果。尤其是臭氧,对吲哚结构完全去除掉了,但是对二甲基、三甲基没有去除,总体来说去除效果还是非常好的。最终北京近四百万吨的大型污水处理厂全部采用二级出水后续反硝化滤池、硝化滤池,而且硝化滤池是可选的,有些厂没有硝化滤池,后面就是普通的滤池加上臭氧,及消毒。


下图是清河污水处理厂试验深度处理的工艺方案。


目前有两技术路线,一个是AO+常规的处理,另一个是常规的MBR工艺直接加臭氧。





污水厂升级改造案例


在讲述污水处理厂升级改造案例时,甘一萍选取了卢沟桥再生水厂工程,日处理能力10万立方米,该项目是甘一萍团队水专项的第一个项目,也是北京第一个达到地表四类水质标准的污水处理厂。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。因此采用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。



? ? ? ?这是当时北京院设计的设计参数。进行了不同的反硝化滤料检测对比,发现陶粒滤料的强度和抗腐蚀性要明显高于火山岩滤料。


? ? ? ?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%)。


从长期稳定运行的出水水质变化来看,总氮,基本上二级出水在20-30之间波动,出水基本上在15以下。这个厂采用碳源自动投加,甲醇投配率基本上在41毫克/升,跟手动控制相比,减少碳源10%。

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? ? ?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.



甘一萍团队经过研究,发现甲醇的投配率也有变化。如果用去除甲醇的投配率来表示碳源的投加,6-10月份基本上是2.72,冬季就要达到3.37。


进而,甘一萍补充了关于臭氧的投加问题。臭氧目前的设计是投加量3-5毫克/升,接触时间是10-15分钟。卢沟桥再生水厂长期稳定的运行,难降解的COD基本上在26-28,所以没有很大的富余。所以COD可以达到30,实际上已经非常困难了。天津污水厂工业水比卢沟桥再生水厂还要高,所以在前面加了催化氧化,甘一萍认为此举非常有必要。卢沟桥再生水厂还说明只加臭氧还是不够完善的。氨氮和总氮基本上没有问题,总氮可以在10以下。


最后,甘一萍总结说,卢沟桥在生水示范工程实际运行水量7-9万m3/d,稳定运行近两年,出水水质指标达到北京新的地方标准要求。每年可为永定河、凉水河等提供高品质再生水量约3000立方米、目前,从北京大型污水处理厂的情况来看,400万吨的大型污水处理厂采用这两种工艺技术路线,已经完全达到了地表Ⅳ类水的标准。



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