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市政污水总氮提标技术

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最后更新: 2021-05-08 13:15
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公司基本资料信息
详细说明

1、适用范围或应用领域

市政污水处理,并且适用于生化段水解酸化池、厌氧池、缺氧池、好氧池


2、技术简介

早期建成的应用氧化沟工艺的污水厂因无法停产、占地面积紧张、池体老化、水流流速快、改造工期短、工程投资低等原因面临改造困难,绝大多数只能在现有基建设施基础上改造。


一般市政生活污水在运行管控上的依赖度占比要大于工业废水,同时需考虑在新增用地情况下的提标改造。整体设计思路在于:明确AO分区,强化硝化反硝化;高效脱氮填料及其模块组件核心技术能够加强生化段的脱氮效能,不新增用地,增强水解开环能力优先利用原水碳源;多点进水多点回流,最大限度利用原水碳源,曝气多点调控加强溶解氧控制,提高反硝化效率;同时提高好氧同步硝化反硝化进一步脱总氮;需配合工艺调控。


3、主要目标

市政污水主要目标是总氮,标准制定者显然充分考虑到了总氮稳定达标类表四标准的可行性。类四类和真四类的唯一区别就是总氮,为什么从1.5mg/L放宽到10mg/L,而北京类四类地标实际总氮要求15mg/L,标准制定者为何唯独对总氮放宽要求,显然是因为总氮达标很难,位于难题榜榜首,而氧化沟系统AO分区不明显,即便是交替运行,总氮达标也非常困难,原因在于:制约总氮提标的影响因素多种多样,其中来水C/N失衡占总因素的80%,其次是DO、搅拌推流效果、泥龄以及回流情况的影响,而C/N失衡这一点是目前全国城镇污水处理厂的共病。提标改造要求:出水稳定达标类表四标准,减少额外药剂投加。


4、提标路线及技术原理

(一)提标路线 

1、核算生化池负荷,明确AO分区,强化硝化反硝化;

2、不新增用地,采用高效脱氮填料及其模块组件核心技术能够加强前置生化段的脱氮效能;

3、评估生化池内搅拌效果,校核搅拌推流器功率,以保证混合效果; 

4、增强水解开环能力优先利用原水碳源; 

5、多点进水多点回流,最大限度利用原水碳源; 

6、曝气多点调控加强溶解氧控制,提高反硝化效率,同时提高好氧同步硝化反硝化进一步脱总氮; 

7、配合控制系统和工艺调控。 


(二)核心技术说明 

1、有机与无机复合材质-专性菌种固定化作用好 

填料采用特殊材质,苏净填料按照脱氮原理,以微生物的结构组成为蓝本研制的高效脱氮填料,亲水亲微生物性好,填料具有比表面积大、挂膜速度快、挂膜量大(最高15-20g/L,是传统填料的5-6倍)。填料对专性菌的选择固定化作用好,尤其是参与脱氮过程的硝化菌和反硝化菌,填料上固定化脱氮菌种的丰度远大于悬浮污泥中的丰度,故能提高处理负荷以及具有耐冲击、耐低温(水温8-12℃)和操作简便的特点,在有硝化菌的前提下挂膜仅需要72h;系统投入正常时间不超过一个月。 



2、立体空间结构-保型性好 

采用高强度加强丝编制而成的多层支撑的立体空间结构,在挂膜后形成立体多维度生物空间结构,进一步增加比表面结和生物膜量。 


3、一次成型编织-可靠性好 

高强度:最大断裂强力可达2800N,使用寿命可达8-10年。优化安装方式:采用安装方式稳固,填料跨过钢筋安装,防止脱落。固定式安装包括:碳钢(不锈钢)、绳子、玻璃钢支架。 



研究模块化安装:

(1)实现不停产安装。传统方法改造安装填料需清空池子,需要大量的人力物力,停产也会造成巨大环保压力和经济损失。

(2)安装方便,施工周期短,填料支架可在工厂加工为半成品,在工程现场拼装,完成吊装工作即可。

(3)方便检修。若检修底部曝气,可将填料支架吊出,给检修工人提供良好的工作环境。

(4)方便更换。填料支架和填料到达使用寿命时,可以直接将填料支架吊出更换。



4、节能环保-强化各工段效果 

填料挂膜后形成溶解氧梯度,在宏观上由外到内形成AAO工艺,在微观纤维丝上可形成0.5-2mm厚的生物膜,也存在AAO工艺;同时存在同步硝化反硝化及短程SND,节省能耗和药剂费;具有一定的污泥减量化功能。加强厌氧水解,提高B/C比,优先利用原水碳源。缺氧段、好氧段固定脱氮优势菌种,实现SND同步硝化反硝化。 



系统存在短程硝化反硝化,氨氮硝化反硝化过程存在短程硝化反硝化和全程硝化反硝化过程两种。全程硝化过程就是反硝化菌群利用NO3-作电子受体,进行反硝化,而短程硝化中反硝化菌群可以利用NO2-作电子受体进行反硝化,即亚硝化微生物将NH4+-N转化为NO2--N,随即由反硝化微生物直接进行反硝化反应,将NO2--N还原为N2释放,整个生物脱氮过程比全程硝化历时要短得多。添加高效脱氮填料以后,同时存在同步硝化反硝化和短程硝化反硝化,节省碳源和碱度。全程反硝化和短程反硝化过程简图6所示:  


生物脱氮短程与全程对比示意图


短程同时硝化反硝化生物脱氮过程,除了具备同时生物脱氮过程的一系列优点外,与全程硝化反硝化相比,还具备特有的一些优点:

(1)具备较高的反硝化速率,NO2-的反硝化速率通常比NO3-高60%以上;

(2)硝化阶段可减少25%左右的供氧量,


所以其生物脱氮过程比一般硝化反硝化反应进程较快,脱氮效率高。其主要方程式:



而全程反硝化主要反应:



5、各填料对比


5、技术特点

1、处理负荷高、节约占地面积 

填料具有高纤维表面粗糙度(比表面积>0.5㎡/g),且亲水性好(吸水率可达400%),这就使得填料具有高生物吸附性(挂膜量可达140g/m以上),提高处理负荷和效率,在不增加基建的基础上进行提标改造,节约占地面积。 


2、填料强度大,布置层高更高,节约支架费用 

填料拉力检测最大可达2900N,布置层高最大可达5m,可应对不同深度池型。同时单丝断裂强力大,纤维不易断裂,不堵塞泵体,系统运行更稳定。 


3、立体空间结构有利于生物膜新陈代谢 

一次性成型编织,保型性好,形成的三维立体空间结构有利于优化生物膜传质,促进生物膜新陈代谢。 


4、不停产改造 

个性化定制吊装模块,实现不停产改造。对于池体老化不能承重的池型来讲,还可定制导轨限位吊装模块,池底承重,池壁限位,满足不同池型的改造需求。 


5、使用寿命10年以上 

与支架同寿命,延长更换周期,减少更换频率,省时省力。


6、低温脱氮(水温8-12℃)、耐冲击负荷 

立体空间结构能实现稳定的溶解氧梯度,可实现SND功能。生化池内生物固体量多,水流完全混合,且固定化效果好,能形成微生物分布梯度,故对水质水量的骤变有较强的适应能力。系统中生物量多,夏季调试好以后,可在冬季低温条件(水温8-12℃)下稳定运行。此外冬季水温低、活性污泥系统不利于硝化菌生长时,脱落生物膜对活性污泥也起到持续接种作用,维持系统硝化反应。 


同时由于生物膜传质比活性污泥慢,同样生物降解产生的热量与水体交换较慢,一方面提高微生物的局部环境温度,有利于细菌活性的维系,另一方面生物膜法的反应动力来自于自外向内的基质梯度,梯度越大,反应速率越大,水质水量冲击增大了基质梯度,提高了基质传质速度,增大了反应速率,削弱了水质水量冲击的影响。 


7、调和脱氮和除磷在泥龄上的矛盾 

脱氮菌的泥龄比除磷的泥龄长,采用活性污泥和生物膜技术复合工艺,填料上的微生物泥龄可以与悬浮活性污泥泥龄分开充分发挥各部分微生物的功能优势,最大限度地调和脱氮与除磷泥龄之间的矛盾。


6、技术优势

SJ高效脱氮填料为江苏省科学技术厅认定的“高新技术产品”,获得苏州市环境保护科学技术奖二等奖、中国环境友好型技术产品、同时参编《脱氮生物滤池通用技术规范》国家标准,本次国家标准的发布,是国家和行业对苏净科研实力和自主创新能力的充分肯定,也是对苏净在环保行业地位和市场影响力的最好注解,对提升我公司在生物脱氮领域的市场竞争力、促进企业快速发展具有重要的里程碑意义。SJ填料无论从微生物吸附性能还是脱氮性能,与国外进口产品基本持平且明显优于国内生产的同类产品,在废水处理领域更具有竞争优势,尤其在难处理废水领域中优势更加明显,具体优势如下: 


1、国内外常用的填料与高效脱氮填料主要参数对比   



2、国内外常用填料与高效脱氮填料效益比较 

本项目制备的高效脱氮填料,具有高纤维表面粗糙度(比表面积>0.5㎡/g),高生物吸附性(挂膜量可达140g/m以上,是普通生物载体的2-5倍),单丝断裂强力大,且亲水性高(吸水率近400%),比常用填料脱氮负荷高1.5-2倍,在提标改造以及新建项目中为用户节省基建投资,减少运行费用,具有较好的经济效益。 


3、高效脱氮填料及模块组件的市场竞争力 

国内软性填料主要产地为江苏省宜兴市,其价格便宜,大约50-150元/m3,填料的表面积不大、中心绳易断、纤维束相互纠缠和中间易结团等弊病,将会阻碍其发展。国外德国LINDER公司和日本工程和贸易公司对软性填料的亲水性、比表面积、填料结构与布水布气性能等方面的研究具有先进性,但成本昂贵(800-7000元/m3),应用也受到限制。本专利高效脱氮填料处于国内领先地位,价格适中(100-600元/m3),且与德国和日本公司的填料性能接近,但生产、运输、使用等成本明显低于国外进口产品,性价比更高,同时从安装和维修的经济性和简便性角度设计便于安装和维修的生物脱氮膜模块组件,为不停水提标改造提供新的解决办法,响应市场需求,应用市场更加广阔。 


4、应用情况 

高效脱氮填料具有适宜微生物生长的大比表面积(>0.5㎡/g),超过100g/m的挂膜量,断裂强度超过2800N,寿命超过10年等特点,同时模块组件的研发更适宜市场需求,具有广阔的市场前景。已经进行产业化,并成功推广应用到很多废水处理工程中。目前已经应用到化工、生活污水、印染废水等领域等多个废水工程中,例如:吴中城区污水处理提标改造项目、胥口污水处理提标改造项目、张家港城南污水处理设施项目、张家港第二污水处理厂提标改造项目、达利(中国)印染废水提标项目等,工程应用性能良好,运行性能稳定,产水水质优良。


7、工程案例

1、苏州市某污水处理厂提标改造工程 

水量为30000t/d,共三期,改造一、二期,改造难点在于一期工艺老旧一级B越级提标至类表IV,二期解决总氮不达标问题。经苏净改造,将一期并联为串联AAO工艺。改造工艺在厌氧水解酸化池内布置填料,增大提高B/C比,提高废水中原有的碳源利用率。根据厂区进水水质指标核算,若需达标排放,每年预计需耗费碳源(乙酸计)687.88吨。通过水解酸化池布置填料的优化技改后,实际运行中并未额外投加碳源且运行后稳定达到苏州特别排放限值,TN4-8mg/L。 


从表1、表2、表3可以看出:

出水COD比改造前降低约10mg/L。在没有外加碳源的条件下,改造后,总氮平均降低1-2mg/L,削减率提高7%。同时,改造前,一二期出水TN高于三期,改造后,三期在外加碳源的条件下,总氮出水平均比一二期高2-3mg/L


该案例中,填料充分发挥了水解开环作用以及同步硝化反硝化作用,最大限度的利用原水中的碳源,提升了原系统的脱氮能力,减少系统碳源的投加,节省75%的药剂费用


 2、宁波某污水提标改造工程 

主要生化工艺:倒置AAO。填料安装位置:3A北系列A段,设计水量32500m³/d即1350m³/h,目标从一级A标准提高到类四类标准。同时与平行段3A南系列做对比。设计进出水如表4所示。



经过一个半月的调试,结果如表5所示。



在厌氧、缺氧中增加填料,不额外增加碳源,经过1个多月的驯化、调试,整体来说A段安装填料的3A北对于总氮的处理能力优于3A南。 


此案例通过调整运行参数,安装填料得3A北比不安装填料的3A南更节省能源消耗,厌缺氧加填料之后,后续好氧段DO控制的更低(1-2mg/L),在没有额外碳源投加的情况下,TN去除率提高了12.5%。 


3、张家港某污水处理厂提标改造项目 

该项目设计水量70000t/d,实际运行水量60000t/d。改造难点在于现场生化段无法停水施工,且转刷曝气强度大,由于交替运行,故无严格的缺氧和好氧分区。改造工艺采用氧化沟内布置填料,吊装碳钢支架。增加搅拌器,结合精准控制系统。现改造后出水水质达到苏州特别排放限值,TN<10mg/L。且氧化沟内水流态比较稳定,没有出现明显的泥水分离和污泥沉积现象。



4、张家港某污水厂提标改造工程 

该污水处理厂共运行2个系列,原运行水量分别为5000t/d每个系列,现设计提升至7000t/d。改造前现场水量和水质都不能满足要求,改造后工艺变为:水解池+A2/O生化池(改造为AO+A2/O)+反硝化砂滤池工艺。第一段A/O(9.4h)进水不超过25%,由原来水解池改造,增加填料。改造后出水稳定达到苏州特别排放限值,TN<10mg/L。 



5、吴中区某污水处理厂提标改造工程 

该工程共三期,三期总水量为30000t/d,本次填料改造的部为二期14000t/d,工艺为粗格栅→细格栅→沉砂池→AAO→辐流沉淀池吧→反应池(除磷)→平流沉淀池→滤布滤池→消毒计量。改造主要为了解决出水TN超标的情况,改造在AAO池中分别吊装苏净填料,且以反硝化滤池作为保障。最终出水稳定达到苏州特别排放限值,TN<10mg/L。



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