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華南某微污染水處理廠純膜MBBR工藝改造工程設(shè)計!

華南某微污染水處理廠純膜MBBR工藝改造工程設(shè)計!

2021-09-15 15:05:11 4

全康環(huán)保:摘要:華南某微污染水處理廠總處理規(guī)模260萬m3/d,為改善河道水質(zhì),需對原工藝進(jìn)行升級改造,其中核心控制指標(biāo)為氨氮。通過對比曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、純膜MBBR對微污染水氨氮的適用性,并綜合考慮進(jìn)出水水質(zhì)、投資運維成本、施工難易程度等因素,最終選取純膜MBBR工藝對水廠進(jìn)行改造,切割部分沉淀區(qū)改造為純膜MBBR區(qū)。分析了不同水力池型,對于懸浮載體流態(tài)的影響。選用側(cè)進(jìn)側(cè)出微動力混合池型的改造部分,改造后出水水質(zhì)穩(wěn)定,氨氮濃度低于0.5mg/L,沉淀時間降低情況下TP去除率仍維持在81%以上,優(yōu)于排放要求;在水量長期超標(biāo)情況下出水水質(zhì)保持穩(wěn)定,抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。純膜MBBR工藝路線簡單、占地省,投資運維成本低,適于微污染水處理廠新改擴(kuò)建。

微污染水,一般指受污染程度較輕的水,水質(zhì)一般優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級A標(biāo)準(zhǔn),但劣于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中III類水標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)特點更接近地表水。微污染水的存在,一方面降低了河道水體評級,另一方面當(dāng)作為水源水時需進(jìn)行額外處理以滿足給水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。微污染水水質(zhì)特點更接近給水,處理方法與給水流程相似。微污染水去除氨氮,若采用傳統(tǒng)折點加氯方法,成本高,效果不理想,一般借鑒污水生化脫氮方式,生物膜法是最常用的硝化方案,曝氣生物濾池(BAF)是典型的工藝之一。BAF應(yīng)用時多新建為獨立系統(tǒng),難以在已有構(gòu)筑物內(nèi)改建,需額外新增占地,同時也存在投資運行費用高等問題。純膜MBBR工藝(Pure-MBBR),作為連續(xù)流生物膜法的工藝之一,是微污染水脫氮的另一種選擇方案。本文以華南某微污染水處理廠純膜MBBR工藝升級改造項目為例,介紹了平流沉淀池內(nèi)鑲嵌純膜MBBR工藝以增加脫氮功能的方法,并分析了純膜MBBR懸浮載體流動的水力設(shè)計,以期為微污染水處理新改擴(kuò)建提供參考。

01 項目背景

1.1 項目簡介

華南某微污染水處理廠處理規(guī)模260萬m3/d,主要處理河道水,解決城區(qū)段的河道水污染問題。該廠原工藝采用一級強(qiáng)化混凝沉淀工藝,有效地削減了水體懸浮物、有機(jī)物、總磷等污染物,改善了河道水質(zhì)。但該工藝對氨氮幾乎沒有處理效果,針對氨氮的污染問題,需對水廠進(jìn)行改造,使其同時具備硝化、除磷功能??紤]進(jìn)水氨氮濃度變化范圍較大,根據(jù)不同進(jìn)水氨氮濃度分別設(shè)定出水氨氮限制、氨氮去除率和氨氮去除量要求,當(dāng)進(jìn)水氨氮<3.0mg/L 時,出水氨氮≤0.5mg/L;當(dāng)3.0≤進(jìn)水氨氮<6mg/L時,氨氮去除率≥84%;當(dāng)進(jìn)水氨氮≥6.0mg/L時,氨氮去除量≥5.0mg/L,具體設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

1.2 項目難點

本項目的主要難點包括:1)無新建用地:水廠原有工藝為一級強(qiáng)化混凝沉淀工藝,對懸浮物、有機(jī)物和總磷等污染物有較好的去除,但該工藝無生物處理單元,對氨氮基本無處理能力,需要增加生物處理單元,強(qiáng)化硝化能力,實現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。由于水廠內(nèi)已無新建用地,需要在原混凝沉淀池的基礎(chǔ)上進(jìn)行提標(biāo)改造,同時實現(xiàn)硝化、除磷功能;2)進(jìn)水水質(zhì)水量波動大:該微污染水處理廠涵蓋水系多,涉及流域面廣,導(dǎo)致進(jìn)水水質(zhì)水量波動較大,尤其是氨氮濃度范圍廣,系統(tǒng)處理難度大,改造后工藝需具有較強(qiáng)的抗沖擊能力;3)實施周期短:微污染水氨氮脅迫已然形成,需快速實施,實現(xiàn)河道水體的恢復(fù);4)項目投資受限:項目體量大,但總投資受限,需選擇經(jīng)濟(jì)型工藝,降低投資。綜合以上項目難點,需尋求高效、原位、穩(wěn)定、快速、經(jīng)濟(jì)的降氨氮技術(shù)對水質(zhì)凈化廠進(jìn)行工藝升級改造。

02 工藝選擇

對于微污染水硝化,若采用活性污泥法難以有效富集微生物,一般采用生物膜法。常規(guī)的生物膜法,包括曝氣生物濾池(BAF)、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化等,近年來,移動床生物膜反應(yīng)器(Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR)也得到了廣泛應(yīng)用,其工藝對比如表2所示。

MBBR,即通過向反應(yīng)器中投加懸浮載體富集生物膜,在懸浮載體流動的過程中,實現(xiàn)微生物的動態(tài)更新及污染物的高效去除,其在國內(nèi)的工程應(yīng)用規(guī)模已超過2000萬m3/d。MBBR工藝,按照其系統(tǒng)內(nèi)微生物主要存在方式,分為泥膜復(fù)合MBBR工藝(S-MBBR)和純膜MBBR工藝(P-MBBR)。S-MBBR,行業(yè)內(nèi)又稱為IFAS,但I(xiàn)FAS包含范圍更廣,也包括其他載體與活性污泥復(fù)合的工藝,而S-MBBR專指懸浮載體。S-MBBR中,既包含懸浮態(tài)的活性污泥,也包含附著態(tài)的懸浮載體生物膜,處理能力以活性污泥為主,生物膜為輔,多用于污水廠提標(biāo)改造和節(jié)地新建。P-MBBR工藝中,不設(shè)置污泥回流,不富集活性污泥,微生物主要以附著態(tài)的懸浮載體生物膜方式富集,其應(yīng)用方式靈活,可分別用于預(yù)處理、二級處理、深度處理等。但P-MBBR在國內(nèi)的應(yīng)用起步較晚,近3年逐步涌現(xiàn)相關(guān)工程應(yīng)用。肇慶某市政污水廠設(shè)計處理水量3萬m3/d,二級工藝采用純膜MBBR工藝,可實現(xiàn)出水氨氮低于1.5mg/L的處理目標(biāo)。廣東某水質(zhì)凈化廠設(shè)計處理水量1.8萬m3/d,采用純膜MBBR工藝作為深度處理工藝持續(xù)強(qiáng)化去除氨氮,保障出水氨氮穩(wěn)定達(dá)到地表IV類水要求。針對于微污染水治理,純膜MBBR工藝已在江蘇鹽城取了大規(guī)模的成功應(yīng)用,該項目為新建源水預(yù)處理廠,處理水量30萬m3/d,采用純膜MBBR工藝保障出水水質(zhì)達(dá)到地表III類水,實際運行在進(jìn)水氨氮為1.4mg/L的條件下,最優(yōu)可使出水氨氮低于0.1mg/L,取得了良好的應(yīng)用效果。已有項目均證明了P-MBBR工藝在應(yīng)對高標(biāo)準(zhǔn)情況下良好的處理效果。S-MBBR多用于改造,P-MBBR多用于新建,而P-MBBR改造還鮮有工程應(yīng)用報道。

綜上,結(jié)合本項目的難點及需求,擬采用純膜MBBR進(jìn)行改造,實現(xiàn)強(qiáng)化氨氮去除的目標(biāo)。

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03 工藝設(shè)計

3.1 工藝流程

該水質(zhì)凈化廠原工藝以一級強(qiáng)化混凝沉淀工藝為核心,上游河道水依次經(jīng)過粗、細(xì)格柵、平流式沉砂池、絮凝反應(yīng)池和平流沉淀池后流入河道下游,削減水體懸浮物、有機(jī)物、總磷等污染物。柵渣及污泥脫水后外運行。本次改造,將原平流沉淀池末端45m切割改造為純膜MBBR區(qū),其余構(gòu)筑物保持原有狀態(tài)不動,最大限度減少工程量。原池實現(xiàn)除磷、硝化的目標(biāo)。改造后工藝流程見圖1。

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3.2 MBBR池型設(shè)計

MBBR工藝的工程應(yīng)用,流化是核心,池型是關(guān)鍵。該工藝于2000年引入國內(nèi),但遲遲未得到工程化應(yīng)用,核心是流化問題未能解決。2008年,MBBR工藝在國內(nèi)實現(xiàn)了首個大規(guī)模的成功應(yīng)用,破除了流化對于MBBR工程應(yīng)用的壁壘。在該項目中,MBBR池型為循環(huán)流動池型,即在懸浮載體投加區(qū)域安裝推流器,增加導(dǎo)流墻,形成內(nèi)部循環(huán),類似于氧化溝池型。本項目由于已有池型所限,不適合采用循環(huán)流動池型。隨著MBBR工藝的不斷優(yōu)化與創(chuàng)新,已形成了好氧區(qū)在無推流作用下的懸浮載體流化池型,稱之為微動力混合池。與循環(huán)流動池中懸浮載體在平面循環(huán)流動不同,微動力混合池中,懸浮載體主要是在曝氣的作用下縱向循環(huán)流動。通過合理布置進(jìn)出水方向,降低池內(nèi)行徑流速,同時曝氣優(yōu)化布置下在系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建了池內(nèi)上部自出水端指向進(jìn)水端、池內(nèi)下部自進(jìn)水端指向出水端的內(nèi)循環(huán)。對于微動力混合池的應(yīng)用,核心是需要平衡氣速和水的行徑流速,從而確保懸浮載體良好的流化效果。

針對本項目,結(jié)合池型特點,不適合采用循環(huán)流動池。在工程設(shè)計上,綜合考慮平流沉淀池出水方向、池內(nèi)行徑流速、處理效果等,提供兩種池型,分別為側(cè)進(jìn)側(cè)出微動力混合池型和推流池型,見圖2。其中,S為側(cè)進(jìn)側(cè)出兩級微動力混合池型,P為三級推流式池型。根據(jù)實際進(jìn)水水量、具體的池型規(guī)格得出池型S的水平流速以及單級長寬比分別為24.6m/h、2.7。池型P的水平流速以及單級長寬比分別為65.3m/h、1.8。不同的進(jìn)水方式,導(dǎo)致了其水平流速差距達(dá)到2.7倍。最新發(fā)布的《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50014-2021)提出,MBBR池內(nèi)水平流速不應(yīng)大于35m/h,且長寬比宜為2:1~4:1,當(dāng)不滿足此條件時,應(yīng)增設(shè)導(dǎo)流隔墻和弧形導(dǎo)流隔墻,強(qiáng)化懸浮載體的循環(huán)流動。所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,本次改造純膜MBBR工藝池型選用側(cè)進(jìn)側(cè)出兩級微動力混合池型。

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3.3 功能區(qū)改造

3.3.1 沉淀池改造

水廠現(xiàn)有平流沉淀池12座,長×寬×高分別為115.0m×40.7m×6.5m,池底坡度0.01。每座分成5格,每格凈寬 7.9m。每格設(shè)計流量4.33萬m3/d,水平流速18.1mm/s,表面負(fù)荷2.0m3/(m2?h),停留時間為106 min。本次改造將沉淀池末端45m處區(qū)域切割改造為純膜MBBR工藝,如圖3所示。拆除了沉淀池末端45m處的刮泥設(shè)施。改造后平流沉淀池池長70m,表面負(fù)荷升高至3.3m3/(m2?h),沉淀池停留時間縮短至64min,采用網(wǎng)格絮凝方式實現(xiàn)混凝藥劑充分混合。沉淀池末端水深3.95m,底部坡度0.01,坡向絮凝池方向,便于沉淀池污泥聚集至泥斗處。

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3.3.2 MBBR區(qū)改造

純膜MBBR工藝段在原沉淀池末端45m范圍內(nèi)進(jìn)行改造。包括新增進(jìn)出水?dāng)r截系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、懸浮載體、MBBR智慧管理系統(tǒng)及配套在線儀表(氨氮儀、DO儀)等。純膜MBBR區(qū)停留時間0.69h。投加SPR-III型懸浮載體,懸浮載體比重約 0.94~0.97,材質(zhì)為HDPE,符合《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T461-2014),各級懸浮載體填充率均為40%<67%,符合懸浮載體流化要求。純膜MBBR池設(shè)計硝化負(fù)荷>0.174kgNH3-N/(m3?d),確保系統(tǒng)的抗沖擊性能。純膜MBBR區(qū)末端有效水深3.5m,底部坡度0.01,最深處3.95m。采用微孔配合穿孔的曝氣方式,為懸浮載體流化提供動力并實現(xiàn)充氧,由于水深較淺且進(jìn)水氨氮濃度波動較大,氣水比按最不利情況考慮最大為2:1。

3.3.3 其他附屬構(gòu)筑物

1)更換細(xì)格柵:主要用于攔截進(jìn)水中的懸浮物和漂浮物??紤]原細(xì)格柵使用時間較長、故障率大、攔截效果差等問題,本次改造同時對細(xì)格柵進(jìn)行了更換。共更換18臺細(xì)格柵及2套皮帶輸送機(jī)。細(xì)格柵采用回轉(zhuǎn)式齒耙清污機(jī),Q=6500m3/h,渠寬2890mm,渠深2060mm,格柵間隙由原10mm降低為8mm,安裝角度α=70°,功率3kW,304不銹鋼材質(zhì),含電氣自控系統(tǒng)。皮帶輸送機(jī)B=500mm,L=52m,N≤11kW。共2套,機(jī)架為304不銹鋼材質(zhì),含電氣自控系統(tǒng);

2)新建鼓風(fēng)機(jī)房:由于原廠未設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)房,本次改造需要新建。鼓風(fēng)機(jī)房占地647.16m2,配套離心式鼓風(fēng)機(jī)16臺,共分為2組,每組8臺,每組7用1備,P=43kPa,N=240kW,風(fēng)量260m3/min;

3)提升泵房更換水泵:由于水廠運行時間較長,提升泵磨損嚴(yán)重,運行效率差,本次改造新增備用水泵2臺。新增水泵采用原廠同規(guī)格、同類型水泵,為抽芯式混流泵,單臺流量Q=7.523m3/s,揚程H=9.628m,帶變頻,采用立式異步電動機(jī),額定轉(zhuǎn)速為298r/min,額定電壓為10kV,電機(jī)功率 P=710kW。

04 工藝效果

本項目規(guī)模260萬m3/d,其中130萬m3/d部分由青島思普潤水處理股份有限公司提供MBBR工藝包,采用側(cè)進(jìn)側(cè)出微動力混合池型(S方案)進(jìn)行改造。純膜MBBR區(qū)投加懸浮載體后,未接種活性污泥,自然掛膜,掛膜效果如圖4所示,懸浮載體投加5d后表面已經(jīng)富集生物膜,30d后表面已完全被生物膜覆蓋,實現(xiàn)了低基質(zhì)條件下、無接種污泥的快速掛膜,穩(wěn)定期一、二級懸浮載體生物量均值分別為2.66g/m2和2.14g/m2。跟蹤了2020年8月至2021年2月項目的運行情況。水質(zhì)監(jiān)測期間,雖然沉淀池沉淀時間縮短了40%,但并未影響其除磷效果,在進(jìn)水TP為0.89±0.22mg/L的基礎(chǔ)上,出水TP為0.17±0.04mg/L,TP去除率達(dá)到81%,穩(wěn)定優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。MBBR區(qū)進(jìn)水氨氮濃度維持在3-5mg/L,均值為3.85±0.44mg/L,懸浮載體投加完成10d后,系統(tǒng)出水氨氮即達(dá)到設(shè)計要求,出水氨氮濃度持續(xù)穩(wěn)定在0.5mg/L以下,達(dá)到0.42±0.07mg/L,穩(wěn)定性強(qiáng)。在實際進(jìn)水水量連續(xù)超過設(shè)計值15%的情況下,出水水質(zhì)穩(wěn)定,此外,在生物膜彈性負(fù)荷的作用下,系統(tǒng)能夠輕松應(yīng)對進(jìn)水氨氮的波動,保障出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo),純膜MBBR工藝具備良好的抗水質(zhì)水量沖擊性能。另外130萬m3/d部分采用了(P方案),工程實踐也表明了其行進(jìn)流速過高的問題,需進(jìn)一步優(yōu)化。

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05 經(jīng)濟(jì)分析

本項目建設(shè)總投資2.63億元,針對微污染水脫氮純膜MBBR工藝包噸水投資55元/m3。項目運行增加能耗主要為電費,噸水電耗增加0.015~0.020kWh/m3。純膜MBBR區(qū)不需要添加藥劑及菌種,藥劑費用未增加。采用PAC進(jìn)行化學(xué)除磷,項目整體電藥成本為0.009~0.012元/m3。

06 結(jié)論

采用純膜MBBR工藝處理微污染水,在已有平流沉淀池末端45m區(qū)域改造,使原工藝同時具備硝化、除磷的功能。實際運行效果顯示,在沉淀池沉淀時間縮短40%的情況下,未影響混凝沉淀池的除磷效果,出水TP為0.17±0.04mg/L;懸浮載體自然掛膜,投加10d后氨氮即實現(xiàn)了穩(wěn)定達(dá)標(biāo),出水氨氮長期穩(wěn)定低于0.5mg/L,系統(tǒng)具備良好的抗水質(zhì)水量沖擊性能,得益于側(cè)進(jìn)側(cè)出微動力混合池型的設(shè)計;項目運行電藥綜合成本為0.009~0.012元/m3。純膜MBBR工藝處理微污染水時噸水投資在50-100元/t,具備經(jīng)濟(jì)、高效、持續(xù)、穩(wěn)定的優(yōu)勢,適于微污染原水的預(yù)處理及河道斷面控制。

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