净水技术|污水处理厂排放标准执行地表水准Ⅲ类标准的探索

净水技术 2020-05-21 14:29:01

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傅信党,龚向红

(义乌市水处理有限责任公司,浙江义乌   322000)


随着《水污染防治行动计划》(水十条)的深入开展,全面剿灭劣Ⅴ类水体已是当前的重点目标之一。由于污水处理厂出水直接影响水环境质量,而城镇污水处理厂实行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准接近于地表劣Ⅴ类水,城镇污水处理厂出水水质迫切需要进一步提高。本文以义乌市佛堂污水处理厂为例,深入剖析城镇污水厂通过工艺控制、提标改造和活性焦动态连续吸附(active coke continuous adsorption,ACCA)活性焦多级吸附等深度处理措施,经过2017年8月份的调试和探索,将城镇污水处理厂出水由一级A标准提升至《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002 )准Ⅲ类标准,即将《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标的污染物指标(总氮除外)执行《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002 )Ⅲ类标准,实现城镇污水处理厂出水由原来的河道水环境“负担”到激活水环境的源泉的转变。

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佛堂污水厂概况

佛堂污水厂位于义乌市佛堂镇湖滨村,设计日处理规模4万吨,进水主要为镇区生活污水和镇区内工业园区的印染、电镀等工业废水,以及部分的垃圾填埋场渗滤液,其中工业废水约占总处理量的40%。佛堂污水厂一期工程(2万t)于2009年10月投入运行,二期工程(2万t)于2013年1月投入运行, 2015年完成提标改造工程,增加高效沉淀池、反硝化深床滤池等设施,提标改造后出水执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。2016年10月开始建设ACCA活性焦多级吸附再生技术试验项目,该项目于2017年7月份通水调试,8月份运行基本稳定,该项目主要通过活性焦多级吸附法对污水处理厂出水进行深度处理,进一步提升污水处理厂出水水质。

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佛堂污水厂工艺及提升至地表准Ⅲ类水标准存在的难点

佛堂污水厂原采用工艺为:水解酸化池—AAO脱氮除磷处理工艺+高效沉淀池+反硝化深床滤池工艺,处理后污水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

图1 佛堂污水厂工艺流程图

为进一步提升出水水质至准Ⅲ类标准,佛堂污水厂在原有处理工艺后端增加ACCA活性焦多级吸附再生技术试验项目,通过ACCA多级流动床吸附塔+除磷一体机的工艺技术组合,对CODCr、色度、总磷等污染物进行有效的去除。

活性焦是一种由焦炭粒、篮炭粒为原料生产的多孔含碳物质,结构和特性类似于煤质颗粒活性炭。与活性炭相比,它保留了活性炭的优点:吸附性能良好,化学性能稳定,能够再生,可重复使用,同时,它又克服了活性炭生产成本高、易粉碎等缺点。活性焦具有比表面积相对较小、中孔发达的特点,对大分子有机物具有良好的吸附性能,活性焦在污水处理时,相较于活性炭具有更优的吸附性能。

活性焦再生工艺:吸附饱和的活性焦,通过高温裂解(800 ℃),再生系统将吸附在活性焦孔道内的有机污染物进行分解,此时的有机污染物转化为甲烷、乙烷、碳氢化合物等成分组成可燃气体作为热能利用,且活性焦的孔道重新打开,性能恢复接近100%,活性焦可循环使用,再生率约70%。

图2 ACCA活性焦多级吸附再生技术试验项目工艺流程图


城镇污水处理厂出水从《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准提升至《地表水质量标准》(GB 3838—2002 )中Ⅲ类水标准,主要难点在于CODCr、氨氮、总磷、SS等污染物排放指标的提升难度较大,同时,由于佛堂污水厂进水中含有较多的印染废水,出水呈淡黄色,感官较差,这也是水质提升一个难点。

表1  污水处理厂主要污染物排放标准

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佛堂污水厂工艺调整及深度处理措施

佛堂污水厂进水为生活污水、工业废水和部分垃圾渗滤液的混合污水,其中工业废水主要为印染、电镀等行业废水,占比约40%,进水可生化性较差。

表2 佛堂污水厂近三年进水浓度统计表

根据水质提升至《地表水质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水标准的要求,佛堂污水厂针对性的对各指标采取不同措施予以提升。

3.1

氨氮

出水氨氮需从一级A标的5 mg/L提升至1 mg/L,根据佛堂污水厂工艺调整经验,只需通过AAO池运行参数调整,即可达到氨氮在1 mg/L以下。

AAO工艺的运行,对溶解氧有较高的要求,缺氧和厌氧区需保持低溶解氧状态,缺氧区溶解氧一般在0.5 mg/L以下,厌氧区一般在0.2 mg/L以下,好氧区溶解氧一般控制在2~3 mg/L。缺氧、厌氧池溶解氧过高,将抑制聚磷菌的释磷和反硝化过程,影响生物脱氮除磷效果,而好氧段溶解氧过低,则会抑制聚磷菌吸磷和硝化过程,同时易引起二沉池厌氧释磷,影响脱氮除磷效果。佛堂污水厂通过调整曝气量,调控好氧区4组廊道的溶解氧,将好氧区溶解氧控制在2~4 mg/L,通过降低好氧区末端廊道曝气量,将好氧区末端溶解氧控制在2 mg/L左右。通过合理的好氧区溶解氧浓度控制,可保障硝化反应的充分进行,确保出水氨氮在1 mg/L以下。

3.2

BOD5

佛堂污水厂进水中工业水比例较高,进水BOD5浓度低,碳源不足,需额外投加碳源。经处理后出水BOD5在4 mg/L以下,符合《地表水质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水标准要求。

3.3

总磷

为强化生物脱氮效果,往往会将部分污泥及混合液回流,但回流液中携带的硝酸盐氮易造成厌氧环境破坏,使得生物除磷往往无法达到满意效果,因此采用化学除磷为辅助来实现TP的去除 。佛堂污水厂总磷的去除,主要分为AAO池生物脱氮除磷和高效沉淀池、ACCA活性焦多级吸附系统的除磷一体机的化学除磷。

AAO池内生物除磷主要通过聚磷菌在厌氧条件下释放磷酸盐于环境中,在好氧条件下,从外部过量的摄取磷酸盐以聚合形态储藏在体内,形成高磷污泥,再通过剩余污泥排放达到除磷的效果。

影响生物除磷的工艺参数主要有溶解氧、外回流比和污泥龄等,根据佛堂污水厂运行调整经验,厌氧区溶解氧控制在0.2 mg/L以下,好氧区在2~4 mg/L,外回流比约70%,考虑脱氮除磷的整体效果,污泥龄一般控制在15 d左右,生化池污泥浓度控制在3 000~3 500 mg/L,即可达到较为理想的脱氮除磷效果。

化学除磷主要包括四个步骤:凝聚作用、絮凝作用、沉淀反应和固液分离。将金属无机盐药剂加入污水中使其与磷酸盐反应,形成非溶解性的微颗粒物质,同时,非溶解性的细小固态物质会相互粘结,压缩微颗粒表面双电层的一系列电化学过程,进行交联、网捕、吸附等的物理化学过程,与污水中的可絮凝物质聚集成更大的絮体,使沉淀物颗粒体积有所增大,导致稳定的胶体脱稳,再通过固液分离从而达到化学除磷的目的。

高效沉淀池主要是通过投加助凝剂(PAC)和絮凝剂(PAM阴离子),经过快混池、絮凝沉淀反应池、高效沉淀浓缩池、撇渣管、污泥回流及污泥排放系统等,使处理药剂与水中的污染物充分混合、反应,并经斜板沉淀后去除水体中的污染物。通过调整PAC和PAM的投加比例和污泥回流量等参数控制,能很好的控制高效沉淀池的运行效果。

ACCA活性焦多级吸附系统除磷一体机的助凝和混凝部分与高效沉淀池类似,主要区别在于悬浮物的去除方式。该项目所采用的是气浮法,形成水-气-颗粒三相混合体系,颗粒粘附气泡后,形成密度小于水的絮体而上浮到水面,形成浮渣层被刮除,从而实现固液或者液液分离的过程。气浮除磷主要目的在于加强磷的去除,对有机物、细菌及微污染物也有较好的去处效果。

佛堂污水厂总磷经过AAO池生化除磷+高效沉淀池+ACCA活性焦多级吸附系统处理后,出水总磷在0.2 mg/L以下,符合《地表水质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水标准。

为进一步研究ACCA活性焦多级吸附系统对总磷的去除效果,经过对ACCA活性焦多级吸附系统除磷一体机深入调整,佛堂污水厂进入ACCA活性焦多级吸附系统的进水总磷浓度虽然有所波动,但系统出水总磷可稳定在0.1 mg/L以下,达到《地表水质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水标准。

3.4

CODCr

佛堂污水厂进水条件较为复杂,工业废水中含有较多溶解性难降解的CODCr,佛堂污水厂采用活性焦吸附作为去除CODCr的深度处理工艺。佛堂污水厂进水经过水解酸化池+AAO池生化处理后,二沉池出水CODCr在40~60 mg/L,经高效沉淀池+反硝化深床滤池处理后,出水CODCr一般在30~50 mg/L,再通过ACCA活性焦多级吸附系统进行吸附处理,出水CODCr能稳定在20 mg/L以下,其中ACCA活性焦多级吸附系统对CODCr的去除效果十分明显。

3.5

色度

佛堂污水厂进水中印染、电镀废水较多,出水颜色呈淡黄色,感官较差,其中的色度多为不可生物降解或者难于降解的物质佛堂污水厂。佛堂污水厂出水经ACCA活性焦多级吸附系统处理后,色度有明显去除效果,出水基本呈无色透明状。

3.6

总氮

佛堂污水厂进水成分复杂,工业废水比重高,并含有部分垃圾渗滤液,进水碳源不足,总氮的去除一直是佛堂污水厂运行的一个难点。佛堂污水厂总氮去除主要通过AAO池脱氮除磷系统和反硝化深床滤池进行。在AAO池的工艺运行中,因去除氨氮的需要,AAO池整体溶解氧控制偏高,同时,进水碳源不足,导致总氮去除率偏低。佛堂污水厂通过在AAO池缺氧池和反硝化深床滤池分别投加50%乙酸作为补充碳源,达到去除总氮的目的。目前出水总氮尚无法达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类水(TN≤1.0 mg/L)标准,但根据不同的进水浓度、温度、工艺运行参数和碳源投加量等因素,出水总氮可控制在10 mg/L以下。

3.7

重金属

佛堂运营部污水处理厂经AAO池生化处理以及高效沉淀池、反硝化深床滤池和ACCA活性焦多级吸附系统处理后,出水重金属指标符合《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准,如表3所示。

表3 佛堂污水厂出水部分重金属情况表 (单位:mg/L)

3.8

佛堂污水厂8月份进、出水水质情况

佛堂污水厂8月份进、出水(出水为ACCA活性焦多级吸附再生技术试验项目出水)情况如表4所示。

表4 佛堂污水厂8月份进、出水水质情况

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技术经济可行性分析

ACCA活性焦多级吸附再生技术试验项目作为佛堂污水厂水质提升的重要组成部分,对CODCr、色度、总磷和重金属等污染物去除效果十分显著,该项目吨水处理费用约0.52元/t。

表5 ACCA活性焦多级吸附再生技术试验项目运行费用

污水处理厂执行一级A标准的排放水质仍低于功能区水质,是导致水环境质量得不到改善和水质恶化的原因之一,而执行功能区相应的地表水准Ⅲ标准,可以为受纳水体提供优质的补充水源,对恢复和改善水环境具有重要意义;佛堂污水厂执行地表水准Ⅲ标准的出水可作为高品质再生水应用于多个领域,无需另建中水处理设施,按目前吨水处理成本(不含人工和折旧费)1.36元,与同一地区自来水相比,佛堂污水厂的出水作为再生水具有经济优势。综上所述,述,佛堂污水厂执行地表水准Ⅲ标准,可进一步改善当地河道生态水体,提高水资源利用率,在技术和经济层面上可行,具有良好的环境效益和社会效益。

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结论

(1)佛堂污水厂通过AAO池工艺参数的调整,氨氮可控制在1mg/L以下,达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类水。

(2)佛堂污水厂通过AAO池生化工艺参数调整,再配套高效沉淀池、反硝化深床滤池和ACCA活性焦多级吸附系统等物化处理设施,出水总磷控制在0.2 mg/L以下,CODCr控制在20 mg/L以下,达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准,其中ACCA活性焦多级吸附系统对CODCr的去除效果十分明显。

(3)通过ACCA活性焦多级吸附系统,可明显降低出水色度,出水基本呈无色透明状。

(4)根据佛堂污水厂现有的工艺调控手段,出水总氮尚无法达到地表Ⅲ类水标准,但根据不同的进水条件、水温、碳源投加量和工艺参数调整等,出水总氮可控制在10 mg/L以下。

(5)佛堂污水厂通过工艺调控、高效沉淀池和反硝化深床滤池等提标改造工程、ACCA活性焦多级吸附再生试验项目等深入探索,出水主要指标达到《地表水环境质量标准》准Ⅲ类水标准,为城镇污水处理厂出水水质提升至《地表水环境质量标准》准Ⅲ类水提供了现实可行的案例。

推荐参考

傅信党, 龚向红. 污水处理厂排放标准执行地表水准Ⅲ类标准的探索[J]. 净水技术, 2018, 37(5):67-74.

Fu Xindang, Gong Xianghong. Exploration of implementation of surface water quality standard at quasi-class III for discharge standard of wastewater treatment plant[J]. Water Purification Technology, 2018, 37(5): 67-74.

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