陳珺：污水處理升級(jí)改造的5個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
我國(guó)污水處理領(lǐng)域在近幾年得到快速發(fā)展，日處理能力大幅提高，處于世界前列,已成為污水處理大國(guó)，但在技術(shù)選型、升級(jí)改造、能耗控制及運(yùn)行管理方面，仍然距污水處理強(qiáng)國(guó)有較大的差距。因此，現(xiàn)有污水處理廠的科學(xué)合理升級(jí)改造、優(yōu)化運(yùn)行已成為行業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的目標(biāo)，需不斷持續(xù)改進(jìn)。
近日，江蘇(宜興)環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究院總工陳珺，在《亞洲環(huán)�！分鬓k的“第四屆長(zhǎng)三角(蘇浙滬)排水與污水處理研討會(huì)”上做了題為“污水處理升級(jí)改造的5個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題”，陳總工從實(shí)際處理能力的評(píng)估、生物處理工藝選型、生化池優(yōu)化設(shè)計(jì)、二沉池的優(yōu)化以及污水處理廠水力優(yōu)化五個(gè)方面，結(jié)合污水處理廠運(yùn)行和管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)污水處理目前運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了全面剖析，并介紹了污水處理升級(jí)改造的具體措施，深入顯出，條理清晰，用數(shù)據(jù)說(shuō)話更有說(shuō)服力，這五個(gè)問(wèn)題也可能是您非常關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)槲鬯幚淼奶針?biāo)改造和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化到企業(yè)的生存及水環(huán)境的改善。基于此，我們可以不斷擴(kuò)展和創(chuàng)新，引領(lǐng)行業(yè)向前發(fā)展。
污水處理升級(jí)改造涉及的面非常廣，包括水量水質(zhì)的變化、工藝選型、排放標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備更新、投資與運(yùn)行成本、占地、能耗及控制等等，遠(yuǎn)非一個(gè)報(bào)告所能完全覆蓋。這里僅和大家交流一下在污水處理升級(jí)改造的過(guò)程中涉及到五個(gè)主要方面的問(wèn)題，這些問(wèn)題包括：實(shí)際處理能力的評(píng)估、生物處理工藝選型、生化池優(yōu)化設(shè)計(jì)、二沉池的優(yōu)化以及污水處理廠水力優(yōu)化的問(wèn)題。
一、實(shí)際處理能力的評(píng)估
實(shí)際處理能力評(píng)估是污水處理升級(jí)改造過(guò)程中最為重要的事情。只有在清楚了解目前污水處理廠的實(shí)際處理能力才能有的放矢地進(jìn)行下一步的升級(jí)改造。這個(gè)“實(shí)際處理能力”涉及到很多方面，包括污水水量水質(zhì)特性、設(shè)備設(shè)施狀況、處理要求、工藝控制策略、運(yùn)行維護(hù)等等，這些因素互相交織在一起，形成了真正的實(shí)際處理能力，而非通常所指的設(shè)計(jì)規(guī)模。
實(shí)際處理能力不是一成不變的，它會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，比如由于人口的增加導(dǎo)致進(jìn)水量的持續(xù)上升需要提高實(shí)際處理能力，最簡(jiǎn)單的方法就是擴(kuò)容;另外，不合理的運(yùn)行維護(hù)會(huì)使污水處理廠隨著歲月的流逝而降低其處理能力。標(biāo)準(zhǔn)提高是污水處理廠發(fā)展過(guò)程中經(jīng)常遇到的事情，為了達(dá)到新的標(biāo)準(zhǔn)，在既有的設(shè)施情況下其處理能力可能就會(huì)降低。同時(shí)，我們還可以看到另外一些情景，某些卓越的污水廠會(huì)在其歷史發(fā)展過(guò)程中不斷優(yōu)化自身的情況，突破瓶頸的限制，以最小的投入實(shí)現(xiàn)處理能力的提高，實(shí)現(xiàn)污水處理的可持續(xù)發(fā)展。
因此，在進(jìn)行污水處理升級(jí)改造之前的一個(gè)重要步驟是對(duì)實(shí)際處理能力的評(píng)估。我們對(duì)全國(guó)四千多座污水處理廠中的3300座污水處理廠的實(shí)際進(jìn)水COD、TN濃度做了一些分析，可以看出絕大多數(shù)污水廠的COD濃度并不是很高，COD高于400mg/L的污水處理廠只占很小一部分，進(jìn)水氮的濃度低的并不是很多。
我們做了一些實(shí)際污水廠的進(jìn)水設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的比較，可以看出從南到北很多污水處理廠的COD設(shè)計(jì)值與實(shí)際值有較大的差距，實(shí)際進(jìn)水COD遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，只有50%左右，氮的值也會(huì)低一些，但低的并不是很多。所以，很多污水處理廠的池容是有冗余的，這種冗余的潛力在升級(jí)改造時(shí)就可能得到利用，當(dāng)然這會(huì)涉及到其他單元的問(wèn)題，比如沉淀池的問(wèn)題、進(jìn)水管線的問(wèn)題等等，需要進(jìn)行實(shí)際評(píng)估。
實(shí)際處理能力評(píng)估需要用到一些方法，這些方法一般包括開(kāi)會(huì)討論分析、全廠實(shí)際測(cè)試、工藝模擬分析。開(kāi)會(huì)討論分析通常是相關(guān)方坐在一起討論，這種方式天然上來(lái)說(shuō)是比較保守的，因?yàn)樵跊](méi)有確切數(shù)據(jù)和依據(jù)的情況下，人都是保守的，只能憑經(jīng)驗(yàn)。第二種方法是實(shí)際測(cè)試，實(shí)際測(cè)試包括沉淀池負(fù)荷測(cè)試、氧轉(zhuǎn)移測(cè)試、示蹤劑測(cè)試以及在線監(jiān)測(cè)等，實(shí)際測(cè)試的好處是因地制宜，找出關(guān)鍵參數(shù)，明確制約瓶頸。其中，負(fù)荷測(cè)試包括預(yù)處理、曝氣池、沉淀池、污泥脫水單元等方面的測(cè)試，需要明確各個(gè)單元的實(shí)際處理能力，當(dāng)然測(cè)試期間不能影響出水水質(zhì)。這里舉一個(gè)曝氣效率方面測(cè)試的例子，大家知道α值是混合液中氧轉(zhuǎn)移效率與清水中氧轉(zhuǎn)移效率之比，是曝氣計(jì)算過(guò)程的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范是0.8-0.85，美國(guó)在80年代之前也是基本采用0.8，但實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)這個(gè)值差別較大，α值和泥齡、水質(zhì)等參數(shù)有關(guān)系，低的能到0.3。實(shí)際上，最為可靠的方法是用尾氣法測(cè)試獲得實(shí)際的α值，這是我們?cè)谝粋�(gè)污水廠正在做的尾氣法測(cè)試的照片，美國(guó)已經(jīng)有數(shù)百個(gè)污水廠采用了這種方法。通過(guò)這種方法獲得真實(shí)的參數(shù)為設(shè)備選型提供更加科學(xué)合理的依據(jù)。
其他測(cè)試方法還包括針對(duì)水質(zhì)的反硝化速率測(cè)試、示蹤劑測(cè)試沉淀池效率等，限于時(shí)間關(guān)系不再一一贅述。
第三種實(shí)際處理能力的評(píng)估方法是工藝模擬，尤其是動(dòng)態(tài)模擬，這個(gè)無(wú)論是對(duì)實(shí)際污水廠的升級(jí)改造還是優(yōu)化運(yùn)行都很有益。動(dòng)態(tài)模擬可以根據(jù)進(jìn)水動(dòng)態(tài)負(fù)荷的變化而做出準(zhǔn)確的模擬，確保在峰值負(fù)荷期間出水水質(zhì)依然達(dá)標(biāo)，同時(shí)可以優(yōu)選出合理的工藝和參數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，這種方法是傳統(tǒng)EXCEL設(shè)計(jì)計(jì)算所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
下面這個(gè)圖可以是一個(gè)穩(wěn)態(tài)模擬的反映，可以看出在曝氣池廊道的前端氨氮就已經(jīng)很低了，曝氣池有一定的冗余能力，我們可以通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬來(lái)確定其可利用的池容潛力。
下面這幾個(gè)圖反映了減少不同比例曝氣池池容后的出水氨氮?jiǎng)討B(tài)變化，這就為具體的池容利用提供了可靠的依據(jù)。
當(dāng)然工藝模擬并非是一件簡(jiǎn)單的事情，需要對(duì)水質(zhì)特性、工藝參數(shù)有深入的了解，也并非是購(gòu)買(mǎi)一套軟件就能解決的，污水處理工藝模擬背后反映的是污水處理龐大知識(shí)體系的積累，需要有對(duì)這方面深入了解的技術(shù)人員。
二、生物處理工藝選型
生物處理工藝的選型是一件很復(fù)雜的事情，涉及的面很廣，這里僅對(duì)目前常見(jiàn)的做法做一些探討。
A2O是最常用的工藝，受制于實(shí)際內(nèi)回流比的影響，即使在碳源充足的情況下，A2O工藝的脫氮率最高一般就在70%左右。所以如果進(jìn)水TN小于50mg/L，出水TN達(dá)到15mg/L是可以的，但要求達(dá)到10mg/L以下是非常困難的。這是一個(gè)大型A2O工藝的污水處理廠進(jìn)出水TN曲線圖，這個(gè)廠的進(jìn)水碳源很充足，脫氮率一般就在70%左右。
這些年另外常見(jiàn)的一種工藝是多級(jí)AO工藝，多級(jí)AO工藝實(shí)際上是早期多點(diǎn)進(jìn)水(Step-feed)工藝的改進(jìn)，多點(diǎn)進(jìn)水工藝是1935年Rid Gould最先提出，并應(yīng)用在紐約的一座污水處理廠，這種工藝的本質(zhì)目的是為了降低曝氣池前后廊道供氧差異、降低峰值水量的沖擊，通過(guò)不同進(jìn)水點(diǎn)流量的分配，在生物池從前到后的廊道上形成由高到低的污泥濃度梯度，降低進(jìn)入二沉池的入流固體通量，從而避免在雨季期間大量污泥的流失。多級(jí)AO工藝的本意也是如此，它并不能顯著提高脫氮率，因?yàn)樵趯?shí)際工程中不可能設(shè)置無(wú)限多的進(jìn)水點(diǎn)，一般最常用的是3級(jí)或4級(jí)。
這是一座改造為多級(jí)AO工藝的污水廠，改造時(shí)將曝氣池前面的一部分曝氣頭拆掉，用粗孔曝氣的方式進(jìn)行缺氧攪拌，當(dāng)然最好是安裝攪拌器進(jìn)行攪拌。為了獲得較高的脫氮效果，實(shí)際上Bardenpho工藝是很好的方法，出水總氮達(dá)到3-10mg/L之間是沒(méi)有問(wèn)題，但中國(guó)很多污水處理廠缺乏碳源，所以需要投加外部投加碳源，一般來(lái)說(shuō)較常見(jiàn)的外加碳源是乙酸鈉，其反硝化速率較快，所需的第二缺氧池容也相對(duì)較小。
下面這個(gè)圖是山東某污水處理廠的Bardenpho工藝實(shí)際出水水質(zhì)，該廠的進(jìn)水COD約200mg/L、進(jìn)水TN約35mg/L，通過(guò)在Bardenpho工藝中投加乙酸鈉后，出水TN可以低于5mg/L。
另外一種改造模式是A2O+反硝化濾池，反硝化濾池雖然有很高的脫氮率，但做的好的反硝化濾池投資還是比對(duì)活性污泥工藝改進(jìn)的投入要高，另外反硝化濾池需要在二沉池之后專門(mén)設(shè)置水泵的再次提升以滿足水頭的需要，而一些上向流的反硝化濾池在實(shí)際運(yùn)行中堵塞的現(xiàn)象比較明顯，這些都是需要考慮的地方。
現(xiàn)在還比較常見(jiàn)的一種改造形式是在生物池中投加填料，一般我們稱之為IFAS工藝，曝氣池中既有活性污泥也有附著在填料之上的生物膜，當(dāng)然也有回流污泥。而MBBR是沒(méi)有污泥回流，生物池中以附著在填料上的生物膜生長(zhǎng)為主，懸浮的MLSS很低。我們應(yīng)該明確區(qū)分這兩種工藝。IFAS或MBBR工藝主要是用于在占地面積較小或水溫較低的情況下，在不顯著增加池容的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的硝化效果。
IFAS工藝有固定式填料和移動(dòng)式填料，兩種形式各有利弊，固定式填料改造起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，有的以框架的形式直接放在曝氣池中，其他需要考慮的環(huán)節(jié)較少，但固定式填料容易滋生蠕蟲(chóng)，需要定期采取措施清除。下面這個(gè)圖是北京某污水處理廠采用的固定式填料的IFAS工藝，改造后的效果很好。
移動(dòng)式填料IFAS工藝的優(yōu)點(diǎn)是填料的比表面積大，但設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，比如填料流失、填料堵塞篩網(wǎng)、填料在池內(nèi)角落堆積、曝氣設(shè)置的問(wèn)題等等，這些方面涉及很多工程細(xì)節(jié)，主要是生物池水力流態(tài)方面的問(wèn)題，需要格外注意。
三、生化池優(yōu)化設(shè)計(jì)
很多污水處理廠到了冬春季節(jié)，曝氣池上都會(huì)產(chǎn)生大量的浮泥泡沫，嚴(yán)重的污水處理廠二沉池上全是浮泥，有的甚至大量翻泥，引起出水水質(zhì)的嚴(yán)重超標(biāo)，連現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到，就更不要說(shuō)新的標(biāo)準(zhǔn)了。這種現(xiàn)象并非個(gè)別，在全國(guó)各地實(shí)際上是一種長(zhǎng)期、普遍的現(xiàn)象，各地的污水處理運(yùn)行同行深有感受.
很多年來(lái)我們一直對(duì)各地的這種現(xiàn)象進(jìn)行分析和調(diào)查，實(shí)際上這種現(xiàn)象與污泥膨脹、低溫有密切的關(guān)系，這些調(diào)查包括微生物方面的鑒定與水質(zhì)方面的分析。我們發(fā)現(xiàn)在很多污水廠冬季出現(xiàn)的這種現(xiàn)象是Microthrix Parvicella(微絲菌)這種絲狀菌的過(guò)度繁殖造成的，這種微生物在泥齡較長(zhǎng)、生物脫氮除磷工藝、水溫低于15度的環(huán)境中容易大量出現(xiàn)，這種情況和歐洲的很多污水廠類似。
而且微絲菌在泡沫中豐度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在混合液中的要高，一種務(wù)實(shí)的方法是選擇性地將這些微生物排除出系統(tǒng)，排除的速率要比它的生長(zhǎng)速率高，這樣才能解決問(wèn)題。所以需要對(duì)生物池進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)以控制這種現(xiàn)象的發(fā)生，首先需要在曝氣池出口處進(jìn)行擋板的設(shè)置，不能讓大量泡沫進(jìn)入二沉池，其次是需要在曝氣池廊道的轉(zhuǎn)彎處形成自由移動(dòng)的表面，廊道的轉(zhuǎn)彎開(kāi)口不能只在水下，改造前后的效果很明顯。
四、二沉池優(yōu)化
二沉池是生物處理的關(guān)鍵，生物處理是在曝氣池內(nèi)完成，但最終水質(zhì)的表現(xiàn)是在二沉池體現(xiàn)出來(lái)。但是很遺憾國(guó)內(nèi)對(duì)二沉池的研究、優(yōu)化并不特別重視，往往在二沉池之后再增加一個(gè)高密度沉淀池，形成沉淀+沉淀的單元堆砌，從邏輯上來(lái)說(shuō)不是很合理，另外還有一些實(shí)際運(yùn)行中存在的各種弊端。實(shí)際上歐美的污水廠很少有在二級(jí)出水之后用高密度沉淀池，一般都是用在一級(jí)處理方面，歐美對(duì)二沉池的優(yōu)化非常重視。
二沉池優(yōu)化的一個(gè)重要工具是CFD模擬，通過(guò)CFD的模擬可以對(duì)二沉池內(nèi)部的流態(tài)進(jìn)行科學(xué)的分析，從而采用有針對(duì)性的合理措施來(lái)改進(jìn)其實(shí)際效果。
這是山東某污水處理廠的周邊進(jìn)水、周邊出水的二沉池的CFD模擬，通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水裙板的高度對(duì)二沉池的流態(tài)有重要的影響，加長(zhǎng)了裙板以后，出水SS就會(huì)降低很多，把污泥層的界面也降低很多。
二沉池另外一個(gè)常見(jiàn)的現(xiàn)象是在出水槽外側(cè)靠近池壁這一側(cè)的SS比較高，而在內(nèi)側(cè)比較低，這其實(shí)是一種異重流的現(xiàn)象。對(duì)于已經(jīng)建好的二沉池來(lái)說(shuō)，通過(guò)CFD的模擬，在池壁上設(shè)置一定的水力擋板可以有效地改善這種情況，將上升的SS折回到池中心。對(duì)于這種所以有些情況，我們可以根據(jù)實(shí)際情況做一些水泥的擋板。
五、水力的優(yōu)化
水力的優(yōu)化實(shí)際上涉及的面比較多，這里僅從DO對(duì)厭氧、缺氧的影響、進(jìn)水與回流污泥、混合液回流的混合、反應(yīng)池部分區(qū)域的短流簡(jiǎn)單舉兩個(gè)例子。比如，在厭氧池設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往是進(jìn)水管、回流污泥口一起進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，實(shí)際上比較好的做法設(shè)置一個(gè)混合區(qū)，讓污泥與水進(jìn)行充分的混合。另外，進(jìn)水是要從底部、上部同時(shí)進(jìn)，這樣的話降低了進(jìn)水帶入的DO。
下面這個(gè)例子是一個(gè)多級(jí)AO工藝的污水廠，由于上一級(jí)好氧池的影響，在第二缺氧池、第三缺氧池的三分之一到四分之一廊道的DO在1毫克/升以上，這無(wú)疑會(huì)降低有效的缺氧池容，投加的碳源也會(huì)形成無(wú)謂的浪費(fèi)。
針對(duì)這種情況，可以在上一級(jí)好氧區(qū)的末端做一個(gè)消氧區(qū)。因?yàn)樗?wèn)題通常涉及到具體的項(xiàng)目，情況也不完全相同，需要針對(duì)性地分析。
原標(biāo)題:陳珺：污水處理升級(jí)改造的5個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
