化工集中污水處理廠提標(biāo)改造工程實(shí)例

江蘇省擁有27個(gè)國家經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和154個(gè)省級工業(yè)園區(qū)，其中58個(gè)化工園區(qū)。此外，還有大量的市級、區(qū)域和市政工業(yè)區(qū)、中央和地區(qū)辦事處。目前工業(yè)園區(qū)參照發(fā)達(dá)國家工業(yè)園區(qū)污水的治理經(jīng)驗(yàn),采取“企業(yè)預(yù)處理+園區(qū)污水廠集中處理”的治污模式。然而園區(qū)污水處理與管理模式仍然大多沿襲了市政污水的治理思路,在廢水處理工藝、接管標(biāo)準(zhǔn)以及管理模式等方面并未考慮工業(yè)園區(qū)排水特征,特別是以化工產(chǎn)業(yè)為主的工業(yè)園區(qū),其排放的綜合廢水具有以下特點(diǎn):(1)毒性大;(2)可生化性差;(3)特征有機(jī)污染物復(fù)雜多變;(4)沖擊負(fù)荷嚴(yán)重,極易導(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)。此外,針對化工廢水的處理,江蘇省制定了《化學(xué)工業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB32/939—2006),提出了更加嚴(yán)格的排放要求。鑒于此,很多化工園區(qū)污水處理廠存在提標(biāo)改造的需求。1園區(qū)污水處理現(xiàn)狀楚州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)化工集中區(qū)污水處理廠位于季橋鎮(zhèn),一期工程處理規(guī)模為5000m3/d,服務(wù)整個(gè)化工集中區(qū)(面積約66.7hm2)。原系BOT模式建設(shè)運(yùn)行,主體處理工藝為氧化溝/氣浮/氯氧化工藝,接管標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)三級標(biāo)準(zhǔn),原排放標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn),尾水通過入海河道南泓排海。由于工藝設(shè)置不合理,污水處理廠建成后不能正常運(yùn)行。經(jīng)過調(diào)研,園區(qū)污水處理廠服務(wù)企業(yè)及接管水質(zhì)具有以下特點(diǎn):(1)園區(qū)現(xiàn)有入駐企業(yè)19家,其中16家為化工企業(yè),產(chǎn)品涉及酚醛樹脂、冰染料、氯苯胺、氨基苯酚、1,4-溴-2-丁烯、苯砜、避蚊胺、殺菌劑等,涵蓋精細(xì)化工、醫(yī)藥化工和農(nóng)藥化工。其余3家為印染企業(yè),主要產(chǎn)品為棉紗染織、腈綸紗線染整及印花等。(2)企業(yè)實(shí)際產(chǎn)生的廢水量約為2500~3500m3/d,尚不能達(dá)到污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模,雖然印染企業(yè)數(shù)量少,但其排放水量卻占到70%~84%。(3)其他化工企業(yè)雖然廢水排放量較少,但成分復(fù)雜,尤其含有各種有毒抑制因子如苯酚類、苯胺類、氯苯類等,酚、醛以及鹽分的大量接納對廢水的生化處理有較大的負(fù)面影響。此外,園區(qū)還未設(shè)置“一企一管”,對水質(zhì)的監(jiān)控能力不足。針對以上水質(zhì)情況,污水處理廠在工藝設(shè)計(jì)中主要存在以下問題:系統(tǒng)未設(shè)置調(diào)節(jié)池,無法調(diào)節(jié)水質(zhì)水量;主體生化工藝為單一的氧化溝,不適合化工園區(qū)綜合廢水的處理;未設(shè)置預(yù)處理單元,不能有效提高來水的可生化性;深度處理單元針對性不強(qiáng)。綜上所述,本次污水處理廠提標(biāo)改造工程的主要目的是實(shí)現(xiàn)污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行,使出水水質(zhì)達(dá)到江蘇省《化學(xué)工業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB32/939—2006)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)轉(zhuǎn)換方案的改進(jìn)2.1tn管口設(shè)計(jì)園區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)水量仍為5000m3/d,設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。值得注意的是:在設(shè)計(jì)過程中,江蘇省《化學(xué)工業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB32/939—2006)中對TN沒有要求,但基于化工園區(qū)氮污染物嚴(yán)格控制的要求,設(shè)置相應(yīng)的接管標(biāo)準(zhǔn)。其他指標(biāo)尤其是特征有機(jī)污染物如揮發(fā)酚等均按照排放標(biāo)準(zhǔn)控制接管標(biāo)準(zhǔn),確保特征污染物在企業(yè)端的有效去除。2.2綜合廢水水質(zhì)根據(jù)以上分析,廢水定性為以印染廢水為主的化工園區(qū)綜合廢水。針對該類廢水的治理,目前均采用預(yù)處理/主體生化處理單元/深度處理的組合工藝,由于廢水不能實(shí)現(xiàn)分質(zhì)處理,因此在各工段選擇具有針對性的處理工藝。(1)機(jī)械格柵與調(diào)節(jié)池合建原污水處理廠未設(shè)置預(yù)處理單元,但廢水為工業(yè)園區(qū)廢水,因此必須設(shè)置調(diào)節(jié)池以調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,前段輔以機(jī)械細(xì)格柵去除大塊懸浮物,由于進(jìn)水高程合理,不再設(shè)置單獨(dú)集水井,機(jī)械格柵與調(diào)節(jié)池合建。廢水處理量大且pH值呈中性,因此常規(guī)的鐵碳電解、Fenton氧化并不適合。而混凝沉淀工藝具有設(shè)備相對簡單、管理要求低、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),針對印染廢水具有較好的COD、色度去除率,因此,綜合廢水預(yù)處理工藝采用“調(diào)節(jié)池+初沉池”工藝。事實(shí)證明,初沉池的設(shè)置非常有必要,可以有效截留接管廢水中的懸浮物,降低COD濃度。(2)好氧生物活性炭pact模式來水的可生化性差,屬于難降解有機(jī)廢水,目前國內(nèi)外大多采用厭氧-好氧生物處理工藝?？紤]到廢水濃度不高,不宜采用純厭氧工藝,因此改造過程中新增水解酸化工藝。厭氧水解池一般可采用推流式、上流式和折流式結(jié)構(gòu),其中折流式水解酸化池具有泥水混合效果好、能耗低的優(yōu)勢,比傳統(tǒng)的水解處理工藝更靈活、易管理。而好氧工段的選擇較多,考慮到原污水處理廠采用氧化溝(卡魯塞爾),因此不再新建好氧單元,僅對其進(jìn)行改造。改造的目的主要是強(qiáng)化好氧處理效果,包括兩個(gè)方面:原有轉(zhuǎn)刷式曝氣系統(tǒng)充氧效果不佳,改為可提升曝氣系統(tǒng);將氧化溝改為生物活性炭(PACT)模式,兩者相輔相成。研究表明[3~5],PACT工藝具有改善污泥沉淀性能、提高不可降解COD去除率、容易改造等優(yōu)點(diǎn)。在粉末活性炭投加量為100mg/L的情況下,好氧系統(tǒng)可以提高10%左右的COD去除率,且這部分COD主要來自難降解有機(jī)污染物的去除。因此,主體生化工藝選擇“折流水解池+氧化溝(PACT)”工藝。(3)現(xiàn)有氣浮池的改造深度處理主要去除廢水中剩余的部分有機(jī)物、磷以及懸浮物。原有氣浮系統(tǒng)操作不便,可以改為處理效果相當(dāng)?shù)幕炷恋?且為了高程合適,可將現(xiàn)有氣浮池改為中間水池,便于二次提升。而原有氯消毒則保留,但由投加氯氣改為投加二氧化氯,且二氧化氯的投加量適當(dāng)提升,使之不只具有消毒功能,還具有一定的氧化功能,便于對尾水進(jìn)行脫色并進(jìn)一步去除殘余有機(jī)污染物。因此,深度處理工藝選擇“混凝沉淀+二氧化氯氧化”工藝。(4)調(diào)節(jié)池高程設(shè)置新增的調(diào)節(jié)初沉一體化池、厭氧水解池以及混凝沉淀池與原有構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)有效銜接。在高程設(shè)置方面,來水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池,調(diào)節(jié)池一次提升進(jìn)入初沉池,出水依次自流進(jìn)入折流水解池、氧化溝PACT池、二沉池和中間水池(原氣浮池改造),之后二次提升進(jìn)入混凝反應(yīng)池,自流進(jìn)入氯消毒池,出水計(jì)量排放。(5)特征有機(jī)污染物的凈化工藝優(yōu)化改造后污水廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵在于特征有機(jī)污染物的去除和沖擊負(fù)荷的平復(fù)。在特征有機(jī)污染物的去除方面,從前到后依靠三個(gè)手段實(shí)現(xiàn)梯度削減。首先是折流水解池,對苯環(huán)類特征有機(jī)污染物的去除有較為明顯的效果;其次是PACT工藝,通過投加粉末活性炭,依靠其在氧化溝中形成的生物載體和不完全吸附再生作用,提高對特征有機(jī)污染物的去除;再次是氯氧化單元,其對微量特征有機(jī)物污染物有一定的廣譜去除效果。而針對沖擊負(fù)荷的平復(fù),主要依靠前段收集管網(wǎng)和監(jiān)控平臺的有效監(jiān)管,沖擊負(fù)荷一旦進(jìn)入污水處理廠,將通過調(diào)節(jié)池和初沉池的功能有效提升系統(tǒng)對水質(zhì)波動的平復(fù)效果。此外,在低溫等極端環(huán)境條件下,可以通過提高粉末活性炭的投加量來提升系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性。2.3標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的改進(jìn)過程和設(shè)計(jì)2.3.1工藝工藝流程見圖1。2.3.2機(jī)械格柵池/回采系統(tǒng)調(diào)節(jié)池設(shè)置在全地下,采用曝氣攪拌。池體尺寸為45.0m×15.0m×5.0m,有效水力停留時(shí)間為13h,采用自吸泵提升,2用1備。池體內(nèi)壁環(huán)氧樹脂防腐,前端設(shè)置格柵渠用以安置機(jī)械格柵。調(diào)節(jié)池表面封閉,上面覆蓋草皮,曝氣產(chǎn)生的廢氣則通過引風(fēng)機(jī)抽至廢氣處理單元進(jìn)行處理,高空排放。調(diào)節(jié)池分三格,最后一格上建初沉池。(2)刮泥機(jī)刮泥法初沉池與調(diào)節(jié)池合建,底下為調(diào)節(jié)池,上部為初沉池。初沉池采用外方內(nèi)圓形式,混凝反應(yīng)區(qū)設(shè)置在池中間,采用中心傳動刮泥機(jī)刮泥,重力自流排泥。反應(yīng)池尺寸為2.8m×2.8m×2.4m,共五格,反應(yīng)時(shí)間為22min。沉淀池尺寸為15.0m×15.0m×4.5m,表面水力負(fù)荷為1.18m3/(m2·h)。出水自流進(jìn)入折流水解池。(3)折回收水處理系統(tǒng)折流水解池尺寸為34.0m×20.0m×7.5m,容積負(fù)荷為0.5kgCOD/(m3·d),污泥回流比為50%~100%,有效水力停留時(shí)間為22.8h。在工程應(yīng)用中,折流水解池分為2組,單組5格,前4格布水區(qū)平面尺寸為0.8m×10.0m,反應(yīng)區(qū)為5.0m×10.0m,反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置組合填料,最后一格兼具污泥沉淀功能,平面尺寸為9.0m×10.0m,表面水力負(fù)荷為1.15m3/(m2·h)。折流水解池最后一格采用條形污泥溝集泥,污泥泵抽吸回流污泥。(4)改造曝氣系統(tǒng)改造利用原有氧化溝,尺寸為60.0m×9.0m×4.9m(四溝),有效深度為4.45m。有效容積為8936.5m3,總停留時(shí)間為42.9h,污泥負(fù)荷為0.15kgCOD/(kgMLSS·d)。改造過程中先拆除轉(zhuǎn)刷曝氣,采用可提升管膜式曝氣裝置,共設(shè)置可提升曝氣頭212套。同時(shí)增設(shè)推流器4臺,配套多級離心風(fēng)機(jī)3臺(2用1備),單臺風(fēng)量為60m3/min。而粉末活性炭投加系統(tǒng)安置在加藥間,采用濕法加藥,先將粉末活性炭加水打散,然后通過隔膜泵均勻投加至氧化溝,投加量為50~100mg/L。此外,由于氧化溝停留時(shí)間較長,將進(jìn)水設(shè)置為兩點(diǎn)進(jìn)水,閥門控制,以系統(tǒng)提高氧化溝的使用效率。改造前、后氧化溝照片見圖2。(5)2沉淀池利用原有二沉池,尺寸為D×H=18.0m×3.5m,表面水力負(fù)荷為0.82m3/(m2·h)。(6)中央游泳池利用原有氣浮池改建,尺寸為13.0m×6.0m×3.3m,有效停留時(shí)間為1.1h。(7)反應(yīng)時(shí)間和有效反應(yīng)時(shí)間分為混凝反應(yīng)池和混凝沉淀池,均為新建,其中反應(yīng)池尺寸為5.0m×5.0m×4.0m,共四格,有效反應(yīng)時(shí)間為25.2min;混凝沉淀池尺寸為D×H=18.0m×4.5m,表面水力負(fù)荷為0.82m3/(m2·h)。(8)加量和有效停留時(shí)間利用原有氯消毒池,但改為二氧化氯氧化,尺寸為13.3m×9.0m×3.3m,有效停留時(shí)間為1.7h,設(shè)計(jì)有效氯投加量為100mg/L左右。(9)污泥和蒸發(fā)系統(tǒng)新建污泥濃縮池一座,尺寸為D×H=10.0m×5.0m。原有污泥濃縮池改為污泥暫存池,用于接納初沉池污泥,之后提升排放至污泥濃縮池。核算生化剩余污泥的產(chǎn)生量為0.48t/d(干污泥),而物化污泥主要來自初沉池和混凝沉淀池,其中初沉池干污泥產(chǎn)量為2.25t/d,混凝沉淀池為0.4t/d。以上合計(jì)系統(tǒng)干污泥的產(chǎn)生量為3.13t/d,折合成含水率80%的污泥約15.65t/d。污泥濃縮后的濕污泥(含水率為97%)為104m3/d。因此,污泥濃縮池的固體通量為39.87kg/(m2·d)。原有污泥脫水設(shè)施為真空轉(zhuǎn)鼓脫水機(jī),運(yùn)行問題較多,改設(shè)為常規(guī)的帶式污泥濃縮機(jī),單臺處理能力為15m3/h(每天處理8h)。設(shè)配套污泥脫水間一座。(10)其他輔助建筑鼓風(fēng)機(jī)房、配電間和加藥間合建。原有污泥處理間改為高低壓配電間。(11)提標(biāo)改造的空間條件在設(shè)計(jì)過程中,中間池之后預(yù)留了進(jìn)一步提標(biāo)改造的空地。為了達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn),可使用高級氧化等后續(xù)深度處理系統(tǒng),銜接之后的混凝沉淀,可不必再增加提升單元。3實(shí)際運(yùn)行中存在的問題楚州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)化工集中區(qū)污水處理廠于2011年4月完成調(diào)試并通過驗(yàn)收,運(yùn)行兩年多來,出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。實(shí)際的廢水進(jìn)水量仍然控制在3000~3500m3/d左右,對照預(yù)期處理效果,進(jìn)水COD平均為400.2mg/L,初沉池、折流水解池、氧化溝PACT池、混凝沉淀池、氯消毒池出水平均COD分別為248.0、156.4、93.9、81.0和76.0mg/L。其中初沉池、折流水解池、氧化溝PACT池、混凝沉淀池、氯消毒池對COD的去除率分別為38.0%、36.9%、40.0%、13.7%和6.2%。運(yùn)行成功的核心在于初沉池和折流水解池的實(shí)際運(yùn)行效果較好。雖然出水實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo),在實(shí)際運(yùn)行中,仍然存在以下問題:(1)來水SS濃度過高,但COD等主要指標(biāo)可以達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)。由于進(jìn)水監(jiān)控未設(shè)置SS指標(biāo),導(dǎo)致初沉池污泥產(chǎn)生量遠(yuǎn)高于預(yù)期值。究其原因,與前端接管印染廢水企業(yè)處理效果不佳,把大量的剩余污泥直接排入管網(wǎng)有直接關(guān)系。因此,系統(tǒng)設(shè)置初沉池非常有必要。(2)實(shí)際進(jìn)水還未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模,因此關(guān)鍵單元(如折流水解池)的停留時(shí)間較長,其滿負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行效果有待考察。氧化溝為原有改建,停留時(shí)間偏長(設(shè)計(jì)停留時(shí)間為42.9h,實(shí)際停留時(shí)間更長),在運(yùn)行過程中污泥濃度不高,在投加粉末活性炭后,MLSS一般在1500~2000mg/L,實(shí)際產(chǎn)生的剩余污泥量不多。(3)粉末活性炭的加藥過程難以精確控制,濕法加藥難以實(shí)現(xiàn)粉末活性炭的完全溶解,如有必要,可改為池上干法投加。(4)初沉池至折流水解池管道過長,雖然高程足夠,但容易引起淤積。加藥間至初沉池的加藥管道也過長,一旦暫停運(yùn)行,對于高濃度PAM的加藥管道有堵塞危險(xiǎn)。4直接運(yùn)行成本核算楚州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)化工集中區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程總投資為2911.77萬元,其中建筑工程費(fèi)用為1527.31萬元,包括新建池體與改造部分。安裝工程費(fèi)