興平市污水處理廠VT深井曝氣工藝的設計與運行
陜西省興平市位于渭河流域以北，全市日均污水排放量約為10×104m3，其中城區(qū)排放量為5×104m3／d。該市工業(yè)比較發(fā)達，城區(qū)工業(yè)日均用水量占全市日均用水總量的84％，城市污水中工業(yè)廢水的比例超過50％，污水水質(zhì)復雜，處理難度較大。
針對該污水特性以及節(jié)能降耗的污水處理可持續(xù)發(fā)展思路，興平市城市污水處理廠(5×104m3／d)引進了加拿大VERTREATTM(簡稱VT)深井曝氣工藝。
1工程概況
1．1設計進、出水水質(zhì)
經(jīng)前期的調(diào)查取樣及有關要求，確定了該市城區(qū)污水進水水質(zhì)。出水水質(zhì)需達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的二級標準。設計進、出水水質(zhì)見表1。
.jpg) |
1．2工藝流程
污水處理整體工藝流程見圖1。
.jpg) |
污水通過管道從污水渠引入廠內(nèi)，經(jīng)粗格柵去除粗大懸浮物后進入提升泵房，提升泵房中安裝的在線pH計和COD檢測儀實現(xiàn)對進水的水質(zhì)監(jiān)控。提升泵房出水通過潛水泵提升至細格柵，以進一步去除污水中粒徑較小的懸浮物，然后自流進入旋流沉砂池進一步去除粒徑＞0．2 mm的砂粒后，自流入分水槽，再進入VT反應器進行生化處理。
生化部分為兩套獨立的VT系統(tǒng)，并聯(lián)運行，單套系統(tǒng)包括VT深井反應器1座，配套氣浮澄清池8座，頂部池1座，進水混合池8座，污水處理能力為25 000 m3／d。
原水經(jīng)分水槽均分后，自流入進水混合池中，污水和回流污泥進行充分混合后通過進水管自流入深井反應器中部進水點。深井反應器中曝氣系統(tǒng)為超深水高壓曝氣，所曝空氣既可滿足微生物新陳代謝需氧，又對污水產(chǎn)生氣提作用，使反應器內(nèi)的環(huán)形空間(見圖2中所示區(qū)域2)中產(chǎn)生約60倍于進水流量的上升水量，上升水流到達反應器頂部池進行廢氣的脫除，脫氣后的污水又沿井內(nèi)中心套筒下降到達反應器反應區(qū)進行生物降解。
.jpg) |
深井反應器出水經(jīng)設在井底的出水管靠井內(nèi)壓力自流人后續(xù)氣浮池進行泥水分離。分離出的濃縮污泥經(jīng)過氣浮池上的刮渣、刮泥機收集以25％進水流量的回流比進入進水混合池，剩余污泥通過螺桿泵輸送至貯泥池，進行脫水外運。氣浮池上清液為達標后的出水，氣浮池分離的污泥含固率為4％，一部分回流至反應器，一部分進入后續(xù)脫水機房。
2主體設備及運行參數(shù)
2．1 主體設備
2．1．1預處理系統(tǒng)
①粗格柵井1座，尺寸為8．0 m×3．0 m×4．5 m，鋼混結(jié)構(gòu)。配置粗格柵除污機2臺(1用1備)，成套鋼結(jié)構(gòu)設備。格柵間距為20 mm，額定流量為2 900 m3／h，單臺功率為1．5 kW。配套污泥破碎傳送機1臺，功率為1．5 kW。
②進水潛水泵3臺(2用1備)，流量為1 400m3／h，揚程為130 kPa，功率為75 kW。潛水泵對進廠污水進行一次提升，后續(xù)流程均為自流。
③細格柵井1座，尺寸為4．5 m×3．0 m×4．5 m，鋼混結(jié)構(gòu)。配置細格柵除污機2臺，成套鋼結(jié)構(gòu)設備。格柵間距為5 mm，額定流量為1450m3／h，單臺功率為2 kW。配套污泥破碎傳送機1臺，功率為1．5 kW。
④旋流沉砂池2座，鋼混結(jié)構(gòu)。主體尺寸為Ø3．2 m×7 m。
2．1．2生物處理部分(VT工藝)
①深井反應器系統(tǒng)
反應器系統(tǒng)主要包含生物氧化深井反應器和除氣設備頂部池。
VT深井反應器2座。鋼結(jié)構(gòu)井筒，外包250～350 mm厚混凝土，單井尺寸為Ø3．2 m×92 m，有效容積為520 m3。內(nèi)設氧化區(qū)、混合區(qū)和深度氧化區(qū)三個獨立的功能區(qū)，包括中心套筒下降區(qū)，中心套筒與井筒之間形成的環(huán)形空間上升區(qū)，開口管式曝氣裝置以及進料管道和出水管道。反應器上部為一級氧化區(qū)，主要用于對污水進行“粗”處理以去除污水中大部分有機物；一級氧化區(qū)下部為混合區(qū)，泥水在此區(qū)域內(nèi)充分混合，有效強化泥水傳質(zhì)；反應器底部為深度氧化區(qū)，此區(qū)域內(nèi)的高溶解氧使污水得以深度處理，保證出水水質(zhì)。
頂部池2座。鋼混結(jié)構(gòu)，單池尺寸為21 m×7m×7 m。內(nèi)設脫氣板，環(huán)形空間出水管。環(huán)形空間的提升水通過頂部池進人中心套筒，然后進入反應器內(nèi)部進行生物降解，并且生化過程產(chǎn)生的廢氣在此池內(nèi)收集。
②氣浮池泥水分離部分
氣浮澄清池16座。尺寸為24 m×6 m×4 m，鋼混結(jié)構(gòu)。內(nèi)設混凝反應區(qū)及刮渣、刮泥機。刮渣、刮泥機設置變頻驅(qū)動設備，根據(jù)污泥濃度控制刮板轉(zhuǎn)速，達到維持污泥濃度的目的(設計正常刮板速率為0．4 m／min)，刮渣、刮泥機驅(qū)動電機功率各為0．75 kW。深井反應器出水自流進入氣浮池，在氣浮池內(nèi)實現(xiàn)泥水分離及污泥濃縮，氣浮池主要去除污水中的SS。
③進水混合池污泥回流部分
進水混合池16座，鋼混結(jié)構(gòu)，與氣浮澄清池共壁合建。池體尺寸為2．18 m×6 m×3．1 m。進水混合池既是VT反應器的進水池又是回流污泥的進泥池。污水與污泥充分混合后的泥水混合液自流進入VT反應器中的設計，縮短了工藝流程，強化了泥、水傳質(zhì)作用。
④空壓機房
空壓機房裝配螺桿式空壓機5臺(4用1備)。4臺運行空壓機中，每2臺為一組，分別對單個深井反應器曝氣。每組空壓機中1臺連續(xù)供氣，另1臺裝配截流閥可根據(jù)反應器出水中DO濃度實現(xiàn)對截流閥的PLC自控，進而控制空氣流量，節(jié)省電力消耗。生化系統(tǒng)(2口井)總平均功率為254 kW，總需氣量為1 700 m3／h。
2．2運行參數(shù)
工藝主體運行參數(shù)見表2。
.jpg) |
3 VT系統(tǒng)特點
反應器部分：在高水壓條件下氧氣傳導率高達86％以上；反應器內(nèi)污水整體呈環(huán)形循環(huán)流態(tài)，在反應區(qū)和提升區(qū)又分別呈紊流和推流流態(tài)；反應器內(nèi)部存在高壓、高溶氧的環(huán)境，能對難降解有機物進行深度降解；反應器潛置于地下100 m左右處，不會因北方冬季氣候寒冷而影響出水水質(zhì)或?qū)е挛勰嗯蛎浀；用于深井曝氣的空氣在反應器?nèi)起到供氧、攪拌、氣提、加壓溶氣等作用，做到“一氣多用”，從而大大減少能量消耗；反應器20年不打開、不維修。
污泥濃縮及重力回流部分：VT反應器出水包括脫除廢氣的頂部出水與含過飽和氣體的底部出水兩部分，混合出水進入氣浮池后，污水中所含的過飽和氣體以細小的氣泡形態(tài)釋放并粘附于SS上，對其產(chǎn)生氣浮濃縮作用，濃縮后污泥含固率達到4％，SS去除率＞99％；分離出來的污泥通過收集實現(xiàn)重力回流進入混合池，與原水混合后自流返回至反應器內(nèi)。
整體系統(tǒng)特點：處理5×104m3／d廢水的VT系統(tǒng)占地面積為4400 m2；系統(tǒng)在較短的流程內(nèi)實現(xiàn)對污水COD、BOD、NH3一N、P及SS的同步去除；系統(tǒng)的空氣需求量小而使泡沫的產(chǎn)生大為減少，同時，由于沒有開放的曝氣池及污水處理過程基本發(fā)生在地下，系統(tǒng)向大氣中排放的VOCs很少，環(huán)境影響。籚T系統(tǒng)實現(xiàn)了高自動化，并減少了操作、值守人員，降低了成本。VT系統(tǒng)平面布置圖見圖3。
.jpg) |
4實際運行效果
根據(jù)連續(xù)一周的實際檢測，進、出水水質(zhì)情況見表3。
.jpg) |
由表3可見，該工藝對COD、BOD5、TSS、油類、糞大腸菌群數(shù)、色度的去除率分別為82．3％、85．2％、82．4％、80．2％、69．6％、50％。各項出水數(shù)據(jù)均優(yōu)于設計標準，達到一級B標準。
運行費用包括電費以及人工費用。
①電費：該工藝VT部分電耗為0．79 kW&S226;h／kgBOD5，處理噸水電耗為0．12 kW&S226;h。整體廠區(qū)總平均功率為404 kW，折合處理噸水電耗為0．19kW&S226;h。以當?shù)仉妰r為0．38元／(kW&S226;h)計，則處理噸水電費為0．072元。
②人工費：全廠配員16人，以人均工資為1 500元／月計，折合噸水處理成本為0．016元。
單位污水處理運行費用總計為0．088元／m3。
5技術探討
最初國內(nèi)深井曝氣工藝由于其對難降解有機物的高效降解能力而用于工業(yè)廢水的處理，但由于早期的深井曝氣工藝設計粗糙，未能充分挖掘其潛力，同時又受限于當時的鉆井技術等而沒有被廣泛使用。加拿大公司針對深井反應器的特點對深井曝氣工藝進行了技術革新和工藝改造，經(jīng)過二十多年的商業(yè)化運作至今將其發(fā)展成為具有占地省、處理能力強、能耗低、環(huán)境效益好、工藝精簡、管理操作方便、不需維護等優(yōu)勢的成熟工藝[1、2]。而深圳市藍鳳凰環(huán)保科技有限公司在引進這一技術的過程中已逐步將工藝的主要設備國產(chǎn)化，從而大大降低了技術成本。目前該工藝的總投資比有些傳統(tǒng)工藝低，結(jié)合能耗及維護等綜合考慮，該工藝應用前景廣闊。
①占地省
根據(jù)城市污水處理工程項目建設標準，處理量為(5～10)×104m3／d的污水處理廠占地標準應為0．85～0．70 m2／(m3&S226;d)，即5×104m3／d的污水處理廠占地約3．5 hm2，而興平污水處理廠占地僅為2．3 hm2，其中還包括了大面積的綠化地帶(綠化率為35％)，構(gòu)筑物和設施的占地僅1．3 hm2，遠遠低于國家建設標準。
②運行費用低
根據(jù)城市污水處理工程項目建設標準，二級污水處理廠處理電耗應為0．15～0．28 kW&S226;h／m3，BOD5電耗應為1．5～2．0 kW&S226;h／kgBOD5。而興平污水處理廠的電耗為0．12 kW&S226;h／m3，BOD5電耗為0．79 kW&S226;h／kgBOD5。
③節(jié)能分析
a．空壓機功率小
VT系統(tǒng)的氣水比為0．8︰1(需氣量為1 700m3／h)，而常規(guī)工藝的氣水比為10︰1。在其他處理條件相同的情況下，常規(guī)工藝所需氣量為VT工藝的12．5倍，而VT工藝采用空壓機將氣體通入水下約90 m深處，出氣壓力為1．05 MPa，傳統(tǒng)工藝一般約為0．1 7 MPa。根據(jù)可壓縮流體動力學方程[3]計算得知，在曝氣量及其他環(huán)境條件相同的情況下，水下90 m深處曝氣所需電量是水下7 m處曝氣所需電量的5．6倍。而由于常規(guī)工藝的曝氣量約為VT工藝的12．5倍，故VT工藝比常規(guī)工藝省電近一半。
b．提升泵房電耗
低興平污水處理廠沉砂池流人VT反應器進水口水位為3．4 m；氣浮澄清池的出水水位為3．6 m。即VT工藝污水處理廠的沉砂池水位與出水水位基本持平，這是目前任何其他工藝都無法做到的，即使目前較為先進的BAF工藝其沉砂池與出水水位之差也需2～3 m。根據(jù)水泵的功率公式N=Q&S226;H／102η，興平污水處理廠VT工藝至少可節(jié)省水泵提升電耗(12～18)×104kW&S226;h／a。
c．污泥回流電耗低
VT系統(tǒng)污泥從氣浮澄清池回流到反應器內(nèi)是靠自流，不用污泥回流泵。其他工藝的污泥回流比為0．25～0．5，若揚程以10 kPa計，則VT工藝污泥回流可省電(1．5～3)×104kW&S226;h／a。
④主體反應器20年不需維修
VT深井反應器內(nèi)無活動零部件，僅為管道布置。反應器20年內(nèi)不必開井維修，大大節(jié)省了人力、物力及財力，同時也不會因反應器的故障而影響生產(chǎn)。
⑤環(huán)境效益好
按國家相關職業(yè)法規(guī)規(guī)定，在污水處理廠工作的員工都有相應的健康補助，這主要是由于在一般污水處理廠內(nèi)空氣中都存在大量危害人們身體健康的病菌和VOCs。首先是由于傳統(tǒng)的曝氣池面積較大，污水與空氣接觸面積也非常大，加之傳統(tǒng)工藝所需曝氣量又非常大，因而污水中有大量的病菌和VOCs進入空氣中。而VT工藝污水處理廠則很好地解決了這一問題：深井反應器取代傳統(tǒng)大面積的曝氣池，且反應器上方有構(gòu)筑物將其封閉起來，將井內(nèi)的廢氣收集起來統(tǒng)一進行排放或處理后排放；另外VT工藝所需曝氣量為傳統(tǒng)工藝的1／6，大大減少了廢氣的排放。這也是VT工藝在日本等發(fā)達國家非常受歡迎的重要原因之一。
⑥降解能力強
VT工藝的曝氣口位于反應器內(nèi)底部，在這種高壓的條件下，氧在污水中的溶解度和穿透能力都大幅增加，同時增強了微生物的活性，強化了對污水中COD的降解能力。根據(jù)有關環(huán)保部門對該污水處理廠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，平均出水COD為43 mg/L。
參考文獻：
[1] 鄭道才，馮生華，蔣惠敏．VERTREAT污水處理工藝幾點優(yōu)勢[J]．中國市政工程，2002，(4)：33–34．
[2] 馮生華，黃曉東，蔣惠敏．一種占地小耗電少的污水處理污泥處理新工藝[J]．給水排水，2001，27(12)：14–16．
[3] Metcalf ＆ Eddy，Inc．廢水工程：處理與回用I (第4版)[M]．北京：清華大學出版社，2003．
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
