高效城市污水再生處理新工藝
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由英國(guó)Degremont有限公司推出了一種用于城市污水再生處理的新組合工藝專利技術(shù)——高負(fù)荷澄清池和生物曝氣濾池（BAFF工藝），法國(guó)OTV等公司也有相似技術(shù)如BIOSTYR推出，本文重點(diǎn)介紹建設(shè)于英國(guó)Poole STW地區(qū)的BAFF工藝，及其該工藝的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行狀況。

1 BAFF工藝介紹

BAFF工藝是目前比較先進(jìn)的一種污水處理新技術(shù)，能夠使污水出水水質(zhì)滿足日益提高的排污標(biāo)準(zhǔn)，包括對(duì)氨氮的嚴(yán)格控制。該工藝?yán)酶咝У膹?fù)合澄清技術(shù)（DENSADEG）和生物曝氣濾池（BAF）工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的污水處理目標(biāo)，工藝如圖1所示。

1.1 高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）

高負(fù)荷澄清池不僅能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)程度的污泥濃縮，還能實(shí)現(xiàn)非常高的水力負(fù)荷，所以該工藝十分的緊湊。

高負(fù)荷澄清池由三部分組成，分別是反應(yīng)池、預(yù)沉濃縮池和斜板分離器，如圖2所示。

向經(jīng)過(guò)格柵和除砂后的污水中加入Fe2(SO4)3，經(jīng)快速混合后，污水在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行混凝。同時(shí)，回流污泥也回流到反應(yīng)池，然后污水溢流進(jìn)第二反應(yīng)室。

第二反應(yīng)室配備帶有旋轉(zhuǎn)垂直柵條的濃縮機(jī)械裝置。懸浮物沉到池底，并由旋轉(zhuǎn)刮泥機(jī)進(jìn)行濃縮。澄清后的液流流經(jīng)斜板并收集于集水槽中，最終匯集到中心渠道。

污泥分離是由裝有液面探測(cè)器的自動(dòng)化分離泵控制，這樣可以維持低高液面間的懸浮泥渣層，從而控制泥齡和干固體濃度。 

 
1.2 生物曝氣濾池 (BAFF)

污水的二級(jí)處理，采用上向流式生物曝氣濾池，要處理的污水和壓縮空氣都被引至濾池底部。這樣可以避免降流式濾池中經(jīng)常出現(xiàn)的表面堵塞和氣囊的形成。此外，僅有處理后的出水才暴露于空氣中，這樣可以最大限度的減少臭味。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

填料是經(jīng)特別挑選的多孔性，有粗糙表面和高比表面積的材料。它為微生物的生長(zhǎng)提供了理想的載體，并可維持高濃度生物量，其濃度是活性污泥法的4~5倍，從而增加了單元的負(fù)荷，減小了污水廠的規(guī)模。

BAF處理（生物曝氣濾池）分為2個(gè)階段：階段1為了去除有機(jī)物，階段2為了硝化，故也稱之為BAFF工藝。 

 2 工程實(shí)例介紹

由英國(guó)Degremont有限公司設(shè)計(jì)的，建設(shè)于英國(guó)Poole STW的新型高復(fù)合澄清池和生物曝氣濾池。

2.1 建設(shè)目的

這個(gè)項(xiàng)目是為了滿足EA（歐洲環(huán)保局）制訂的更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1），在原有污水廠基礎(chǔ)上擴(kuò)建的。

 2.2 設(shè)計(jì)規(guī)模

該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)規(guī)模及原污水水質(zhì)情況見(jiàn)表2。

2.3 污水廠占地面積

由于原污水廠占地面積有限，新建的污水廠必須十分緊湊，占地面積約135m×37m。用地指標(biāo)：0.18m2/(m3&S226;d)。

2.4 新建工藝設(shè)施

因原污水處理已不能滿足新的排放要求，而且場(chǎng)地緊張，決定采用如下工藝：
　　
3座高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）
　　
8座去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFOR C)
　　
18座硝化生物曝氣濾池(BIOFOR N)
　　
新處理工藝流程如圖4所示。 

 2.5 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.5.1 高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）設(shè)計(jì)參數(shù)

考慮到定期的檢修，需要采用3套高負(fù)荷澄清池（DENSADEG），設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

2.5.2 高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）設(shè)計(jì)目標(biāo)

高負(fù)荷澄清池的設(shè)計(jì)目的為：懸浮物去除率80％，BOD去除率為50％，底流污泥濃度為6%。

2.5.3 生物曝氣濾池(BAFF)設(shè)計(jì)參數(shù)

BAFF處理（生物曝氣濾池）分為2個(gè)階段：階段1為了去除有機(jī)物，階段2為了硝化。

下表列出濾池的尺寸和高峰流量時(shí)的操作流速：

2.5.4 生物曝氣濾池(BAFF)的硝化保證措施

為了給硝化提供足夠的堿度并保證出水呈中性，向進(jìn)入濾池的污水中投加NaOH。加藥是自動(dòng)化的，通過(guò)監(jiān)測(cè)pH值來(lái)控制投藥量。

2.5.5 生物曝氣濾池(BAFF)的反沖洗

濾池的反沖洗也由自動(dòng)化控制，并且反沖洗水回流到處理系統(tǒng)前端。反沖洗可分為3個(gè)步驟：（1）填料的流化，（2）沖洗，（3）漂洗。

沖洗的效果由氣、水同時(shí)反沖洗來(lái)保證，這使得填料處于振動(dòng)和攪拌狀態(tài)，從而去除多余的生物量。正因?yàn)檫@個(gè)原因，生物降解是一直存在的，同時(shí)很快的適應(yīng)于流量和負(fù)荷的變化。

用處理后的污水來(lái)短期反沖洗填料，流量為800m3/h。因?yàn)槲鬯|(zhì)較差，故回流反沖洗水相當(dāng)于濾床體積的10％。

2.5.6 生物曝氣濾池的自控系統(tǒng)

完全自動(dòng)化控制對(duì)BAFF污水處理廠是十分重要的，也是十分必要的。這樣就不需人為控制來(lái)應(yīng)對(duì)進(jìn)水流量的變化，通過(guò)PLC自控就可以完成對(duì)每一個(gè)濾池的控制。

生物曝氣濾池的運(yùn)行可分為4個(gè)階段：（1）閑置階段，（2）過(guò)濾階段，（3）反沖洗階段，（4）準(zhǔn)備過(guò)濾階段。PLC能夠根據(jù)進(jìn)水流量和當(dāng)前濾池的運(yùn)行情況，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉濾池以應(yīng)對(duì)進(jìn)水流量的變化。

進(jìn)入BAFF污水廠的污水量由裝有固定轉(zhuǎn)速的水泵的泵站控制。進(jìn)水是階段性不均勻的，而濾池則一直處于運(yùn)行或閑置狀態(tài)，這對(duì)污水的處理沒(méi)有不良影響。

2.6　工藝調(diào)試

2.6.1 高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）調(diào)試

處理廠全套設(shè)備由英國(guó)Degrement有限公司提供。

工藝調(diào)試運(yùn)行從1996年1月3日開(kāi)始，首先將經(jīng)過(guò)格柵、沉砂池處理后的污水直接進(jìn)入到高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）的初沉室中。這樣做的目的有二：一是保證DENSADEG工藝正常運(yùn)行，二是保持藥劑用量在控制范圍之內(nèi)。

首先需要提供Fe2(SO4)3和聚電解質(zhì)化學(xué)藥劑泵裝置。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)確定Fe2(SO4)3混凝劑和聚電解質(zhì)的用量分別為40 mg/L和1 mg/L。同時(shí)，控制加藥量和加藥頻率使系統(tǒng)處于最佳沉淀效果。

通過(guò)使用斜板和置于沉淀池底的裝有垂直柵條的濃縮池，污水首先經(jīng)過(guò)第一座斜板分離器。來(lái)自斜板的上清液流入到置于預(yù)處理室中的出水渠。進(jìn)水管配有閥門(mén)，沉淀的污水也可通過(guò)緊急溢流堰回流到污水廠入口處的泵站。

同時(shí)，污泥泵也處于運(yùn)行狀態(tài)，且引進(jìn)了初沉池的周期性除泥設(shè)備。每天都檢測(cè)初沉池3個(gè)液位試樣點(diǎn)的污泥液位和污泥特性。當(dāng)污泥濃縮率達(dá)到6％時(shí)，用污泥泵將污泥打入污泥消化池前的儲(chǔ)泥池。

當(dāng)能取得連續(xù)投配率和良好的沉淀效果時(shí)，大約13天后水流就轉(zhuǎn)到第2座高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）并且重復(fù)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。同時(shí)，第2座高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）能取得上述相當(dāng)?shù)男Ч麜r(shí)，水流就轉(zhuǎn)到第3座高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）中。3座高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）的調(diào)試進(jìn)行了75天。

2.6.2 去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFOR C)的調(diào)試

高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）的調(diào)試完成后，開(kāi)始調(diào)試8座去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFORC)，同時(shí)把水引到兩個(gè)反應(yīng)器中以使得水量易于控制，并對(duì)曝氣系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵和閥門(mén)及控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

在BAFF污水廠，控制系統(tǒng)是關(guān)鍵所在，它能控制所有的反沖洗操作，能維持反應(yīng)室處于運(yùn)行、反沖洗、準(zhǔn)備運(yùn)行及停止階段。

每一對(duì)反應(yīng)器的調(diào)試大約需7天才能完成，然后才能調(diào)試另一對(duì)。因此，所有的8座去除有機(jī)物的濾池總共進(jìn)行了25天后才投入運(yùn)行。

在這期間，處理水流入到段間轉(zhuǎn)移集水池，在此由泵打回進(jìn)水泵房。當(dāng)(BIOFORC)中產(chǎn)生了足夠的生物量時(shí)，就能夠達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的出水指標(biāo)（BOD50mg/L，SS 55mg/L）。

2.6.3 硝化生物曝氣濾池(BIOFOR N)的調(diào)試

當(dāng)BIOFOR C調(diào)試完成后，水被排放到硝化濾池進(jìn)行硝化，調(diào)試過(guò)程如上所述，所不同的是污水要同時(shí)被分配到3座反應(yīng)器中。在硝化階段，共用18座濾池，需38天來(lái)調(diào)試接種所有的硝化生物曝氣濾池反應(yīng)器。由于這時(shí)已經(jīng)是5月份了，溫度很高，反應(yīng)器內(nèi)的生物量增加的很快。

到1997年6月5日，歷時(shí)140天調(diào)試整各污水處理工藝，出水水質(zhì)達(dá)到所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。處理水排放到Hole灣，然后流入Poole港。連續(xù)的出水水質(zhì)檢測(cè)表明出水水質(zhì)一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.7 運(yùn)行問(wèn)題

像這樣大規(guī)模的污水處理廠，盡管有尖端的控制設(shè)備，但問(wèn)題仍然會(huì)出現(xiàn)。運(yùn)行成功的衡量標(biāo)準(zhǔn)是工藝在沒(méi)有影響到出水水質(zhì)的情況下能否緩解問(wèn)題帶來(lái)的影響，以及如何很快地解決問(wèn)題。

2.7.1 高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）泡沫問(wèn)題

在高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）調(diào)試的初期，會(huì)遇到少量的泡沫，這可以通過(guò)加脫泡沫劑很容易的抑制它，并且一旦形成生物量，問(wèn)題很快就會(huì)消除。

2.7.2 單向閥堵塞問(wèn)題

10個(gè)月后，當(dāng)聚電解質(zhì)投加量發(fā)生變化時(shí)，運(yùn)行中出現(xiàn)了第一次主要問(wèn)題。通過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)原因在于泵中
單向閥堵塞，且止回閥粘在一起的緣故。解決的辦法是將泵拆下來(lái)，并且重新安裝不銹鋼單向閥和用Wallace Tiednam不銹鋼類型的止回閥。密封的增壓風(fēng)擋也適用于泵的出水管路。

2.7.3　反沖洗閥門(mén)啟動(dòng)/關(guān)閉控制問(wèn)題

在試運(yùn)行過(guò)程中（7月份），發(fā)現(xiàn)當(dāng)26座濾池都處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，隨著沖洗和停止沖洗階段的進(jìn)行，經(jīng)常發(fā)生控制問(wèn)題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題集中在所有開(kāi)啟閥門(mén)的Pakscan控制系統(tǒng)。Rotork公司發(fā)明了這種單線系統(tǒng)，主要是滿足對(duì)大量閥門(mén)啟動(dòng)/關(guān)閉的控制。

很顯然，由Rotork公司所宣稱的最大控制閥門(mén)個(gè)數(shù)只是理論上的，與現(xiàn)實(shí)有一定差距，而Poole污水處理廠的控制系統(tǒng)正是應(yīng)用的此理論值。首先懷疑的是閥門(mén)之間的接觸面，對(duì)所有的閥門(mén)都作了檢查，并且對(duì)其方位作微調(diào)整。

其次考慮是PAKSCAN控制程序軟件包的控制程序有問(wèn)題，最后考慮是否因?yàn)镈egremont公司改變了軟件中的反沖洗次序，從而使得系統(tǒng)難以正常運(yùn)行。經(jīng)調(diào)整后現(xiàn)在當(dāng)反應(yīng)器需要沖洗時(shí)，Pakscan控制系統(tǒng)可以及時(shí)接受終端信號(hào)，并且能夠進(jìn)行人工控制反沖洗。

2.7.4 高負(fù)荷澄清池（DENSADEG）超負(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題

發(fā)生在投入運(yùn)行階段的另一個(gè)主要問(wèn)題是，高峰流量進(jìn)入高負(fù)荷澄清池時(shí)導(dǎo)致污泥層的懸浮物溢流至第二處理階段。對(duì)濾池運(yùn)行造成不利影響。

設(shè)計(jì)高負(fù)荷澄清池時(shí)，它是能容納最大流量的，并且加上反沖洗水。在正常流量條件下，3座高負(fù)荷澄清池中2座運(yùn)行即可，而在高峰流量時(shí)，再運(yùn)行第三座高負(fù)荷澄清池來(lái)解決水力超負(fù)荷問(wèn)題。

2.8 運(yùn)行資料

在運(yùn)行期間（1996年1～5月）和于1996年8月開(kāi)始的維護(hù)期間，已經(jīng)對(duì)各種不同類型的參數(shù)進(jìn)行了分析，如BOD、SS和氨氮濃度。

在1996年1～5月的運(yùn)行期間獲得的資料結(jié)果表明污水廠的出水達(dá)到綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖5、6表明，污染物的突然變化并沒(méi)有影響到污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行，出水濃度仍能保持在BOD去除率為97％，氨氮去除率為98％。 

 
在第二階段（1996年8月～1997年1月），出水水質(zhì)仍能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)階段，分析了每個(gè)處理工藝的較多水樣，這可以評(píng)價(jià)每個(gè)工藝的效率。

高負(fù)荷澄清池單元對(duì)BOD的去除率一般為50%～60%。

圖7表明了去除有機(jī)物濾池和硝化濾池關(guān)于BOD去除的運(yùn)行狀況。從高負(fù)荷澄清池出來(lái)的污水BOD濃度也原污水的污染物濃度趨勢(shì)相一致，其中有一個(gè)頂峰，而從去除有機(jī)物濾池出來(lái)的污水的濃度減少的相當(dāng)多，并且出水穩(wěn)定。這可由圖中峰值比較平穩(wěn)可以看出，而硝化濾池對(duì)BOD的去除率是相當(dāng)?shù)偷?，在此階段，BAFF污水廠的BOD平均去除率為89％。 

生物去除有機(jī)物的濾池的真正運(yùn)行負(fù)荷平均為6000kgBOD/d，而設(shè)計(jì)負(fù)荷是7235kg BOD/d，即4.7kgBOD/m3填料。

關(guān)于氨氮的去除，圖8清楚的表明氨氮的去除主要在生物硝化濾池中進(jìn)行。從高負(fù)荷澄清池和去除有機(jī)物濾池出來(lái)的污水中氨氮的濃度仍然相當(dāng)高，而從硝化濾池中獲得的資料表明出水中氨氮的濃度相當(dāng)?shù)牡筒⑶液芊€(wěn)定。在這個(gè)階段，氨氮的去除率達(dá)到98％。 

3 結(jié)論

（1）該污水廠的運(yùn)行狀況是相當(dāng)可靠的。

（2）高負(fù)荷澄清池和26座曝氣生物濾池要經(jīng)過(guò)20星期的調(diào)試運(yùn)行后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)锽AFF污水處理工藝及設(shè)備需要時(shí)間去調(diào)整、試驗(yàn)、運(yùn)行，從而使污水廠的運(yùn)行處于最優(yōu)化。

（3）調(diào)試時(shí)必須注意在調(diào)試運(yùn)行下一階段前，要保證本階段的處理達(dá)到預(yù)期效果。

（4）自動(dòng)控制系統(tǒng)是BAFF處理工藝正常運(yùn)行的基本保證。

從運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，作為英國(guó)最大的BAFF污水處理廠，該廠運(yùn)行十分穩(wěn)定。即使有多種的干擾，出水水質(zhì)仍然不受影響，因?yàn)檫\(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題會(huì)移交給中心控制系統(tǒng)的客戶運(yùn)行管理程序，指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)各種各樣問(wèn)題的解決辦法。

（5）連續(xù)檢測(cè)（包括14天集中水樣檢測(cè)）證明在出水水質(zhì)、能量消耗和藥劑用量上，該污水廠的運(yùn)行指標(biāo)均相當(dāng)好，并且能夠保證設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（6）與傳統(tǒng)污水再生工藝相比其特點(diǎn)為：

●占地少。占地僅為傳統(tǒng)活性污泥法的20%左右。
●投資省?？偼顿Y小于傳統(tǒng)工藝。
●處理效果好。 BOD、NH3-N去除率分別達(dá)到97%和98%以上。