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實例:高出水標準地下式再生水廠運行難點探討

更新時間:2019-11-08 10:40 來源:給水排水 作者: 吳念鵬等 閱讀:451 網友評論0

北京市門頭溝第二再生水廠采用AAO—AO—MBR+臭氧催化氧化工藝,實際運行中MBR出水水質即可穩定達到北京市地方標準《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB 11/890—2012)表1中的A標準。探討了該工程柵渣外運及存放、水量分配及調控、出水低磷與膜污染、箱體通道冬季低溫等運行問題,并對膜組器起吊天車接力、好氧曝氣與膜吹掃風管連通的創新點進行了總結。

1 項目概況

北京市門頭溝區第二再生水廠建設規模為8萬m³/d,紅線占地面積5.79 hm²,污水收集范圍為門頭溝新城。該工程建設為地下式,污水處理構筑物及設備間置于地下負1層、負2層,工程出水一部分為河道和景觀公園提供生態活水,一部分通過泵站加壓作為市政綠化及道路澆灑水回用。本項目于2018年1月建成并開始調試,6月穩定運行。

1.1 工藝流程

本工程污水處理工藝為進水→抓爪格柵、粗格柵、進水泵井→細格柵、曝氣沉砂池及膜格柵→AAO—AO—MBR→臭氧催化氧化→次氯酸鈉消毒→出水,其中臭氧催化氧化工藝根據實際出水水質并未投入運行。污泥采用離心濃縮脫水機處理至含水率低于80%后外運處置。

1.2 進出水水質

設計及運行進出水水質見表1,其中運行水質監測數據選取了2018年3月~2019年3月(以下簡稱全年)數據進行分析(見圖1)。設計出水水質執行北京市地方標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(DB 11/890—2012)表1中的A標準。

從實際運行進出水來看,系統對COD、NH3-N、TN、TP等關鍵性指標皆有較好的處理效果,基本都可達到設計標準,尤其是COD、NH3-N、TN。另外冬季NH3-N、TN去除效果能夠維持與MBR高污泥濃度、硝化菌富集以及設計中兩級缺氧多點投加碳源是分不開的。運行中0.2 mg/L如此低標準的TP對系統的運行調控帶來很大的難度,運行中很難做到生物除磷與化學除磷的兼顧,投加過量藥劑往往也無法達到預期效果。地下式污水處理廠相比地上式污水處理廠運行可視化效果差,運行中經常會出現調控不及時部分指標超標的情況。總的來看,MBR工藝可作為高標準出水要求地下式污水處理廠的選擇。

1.3 運行關鍵參數

從運行初期至今,進水量逐漸升至4萬m³/d,全年日平均處理水量及預處理、生化池、MBR池、污泥、加藥、用電等運行情況見表2。當前生化段未采用多點進水,膜系統為單系列運行,膜清洗周期為每周1次在線小洗,每月1次在線大洗,半年1次離線清洗。

2 運行難點

2.1 預處理的運行問題

2.1.1 儲渣間的設計

預處理前端采用抓爪格柵(40 mm),粗格柵采用回轉格柵(10 mm)并配套螺旋輸送機,在運行中發現出渣含水率過高,不便于后續處理且衛生條件較差。改造后增加了壓榨段,出渣含水率大大降低。同時實際運行時柵渣不能做到日產日清,加之垃圾分類及環保趨嚴無法與污泥一同處置,故后期在格柵間旁新建了儲渣間并設計了除臭、排水。因此在地下式再生水廠的設計中建議增設柵渣儲存間,可按照7 d儲存量考慮或與處置部門協商確定,并做到柵渣與沉砂分別存放。

2.1.2 應急水池水質差

地下式再生水廠在建設中多在箱體內建設應急水池,大量的出渣水、清洗液、砂水分離液、污泥脫水混合液等皆會匯流進入該池并最終返回格柵工藝段。由于該類水中懸浮物、砂粒及生物絮體量極高,啟泵后經常造成膜格柵過水量下降,柵渣壓榨機的處理能力受限,運行極為困難。建議應急水池出水在進格柵前應進行簡單的初沉處理,否則易造成預處理工藝運行壓力過大,不利于工藝整體的穩定運行。

2.1.3 柵渣外運困難

在運行中同樣遇到箱體內柵渣外運困難的問題,全地下箱體內大多數進出道路坡度較大,加之污泥車長期運輸遺撒造成柵渣小車上下困難。因此建議在地下箱體設計電動貨梯,以便于小件貨物的進出,減輕工人的工作強度。

2.2 生化系統的運行問題

2.2.1 水量分配不均

地下箱體不同于地上空間的設計,兩系列之間由于設有管廊層進而導致割裂,很難有機地進行統一,如水量的分配問題。本項目運行中由于來水分配不均造成生化池兩側的液位不同,在后期管廊間又增設了連通管,以保證系統的正常運行。因此地下式再生水廠在設計時生化池之間要做到有機協調,為運行調控留有手段和措施。

2.2.2 地埋構筑物直觀視覺差

地下箱體生化池由于結構和除臭通風的原因大多采用密封形式,造成人眼無法直觀觀察,后期運行只能依賴在線過程儀表、人工監測及經驗加以判斷,調控判斷不及時。建議在此方面進行優化設計,部分工段開設觀察孔增加可視化措施或進一步提高再生水廠自動化程度等措施以便于運行調控。

2.3 出水低磷指標與膜污染的平衡問題

2.3.1 化學除磷易加劇膜污染

MBR由于污泥停留時間(SRT)較長,生物除磷效果較差,但膜絲對SS的高效截留使得出水SS幾乎無法檢出,進而可以避免SS攜帶的有機磷流失。同時化學加藥除磷可以保證出水的達標,但此種方式的達標往往是有代價的,易造成生化污泥鐵鹽的增高進而加劇膜污染。

2.3.2 膜污染成分分析及驗證

本工程在2018年9月中旬膜污染嚴重,直接造成了膜通量和產水量下降。對膜絲進行了污染成分分析,以驗證和分析鐵鹽藥劑對膜絲的污染。表3為污染膜酸解(10 mL HNO3酸解100 cm膜絲)后ICP測試數據,可見無機污染中主要以鐵污染為主,其次為鈣鋁鎂污染。其中Fe單位面積污染含量可達1 502 mg/m²。結合膜絲顏色為黃色,主要為Fe3+污染。表4為膜池混合液污泥及上清液成分分析,污泥經消解后測試計算各元素占干泥質量百分比。膜池上清液中鐵元素含量較小,鈣為77.78 mg/L,可見形成膜污染的Fe主要不存在于上清液中。而污泥中Fe含量較高,每100 g污泥中含Fe接近25 g,故膜污染的Fe主要來自于污泥中。分析認為工藝運行中所加除磷藥劑(聚合硫酸鐵及多核復合型絮凝劑)中多余Fe導致了污泥中Fe含量過高進而形成膜污染。

2.3.3 膜絲清洗后通量恢復

膜表面電鏡(5 000倍)顯示膜表面以無機污染為主,上附著有明顯無機垢層(見圖2)。經試驗后發現采用2%草酸+5 000 mg/L NaClO或2%檸檬酸+5 000 mg/L NaClO皆可去除膜污染恢復正常膜通量(見圖3)。污染膜表面暗黃色,檸檬酸清洗后膜表面仍有部分黃色殘留,草酸清洗后膜絲恢復至原始狀態。

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因此TP降到0.2 mg/L對系統沖擊很大,除磷藥劑投加過多對膜系統影響較大,因此出水低磷指標的控制需要與膜污染進行平衡。項目出現該次膜污染后,通過除磷藥劑的篩選及投加點的組合、生物除磷效果提升等措施減緩了膜污染,整體可控。

2.4 箱體通道冬季低溫等其他運行問題

2.4.1 冬季通道頂部消防管道易凍脹、兩側卷簾門啟閉困難

水廠在冬季由于通道穿堂風的存在,造成通道溫度經常在0 ℃以下。通道中的消防管道由于充滿水受冷極易凍脹損壞,通道兩側的消防卷簾由于兩側溫差,經常造成蒸汽在卷簾門底部結冰啟閉困難。后期運行中在箱體進出口加裝了快速啟閉門,情況有所緩解,但依然無法完全解決。建議設計中應重視冬季低溫帶來的消防問題,可將通道處的消防系統設計由濕式滅火系統改為干式滅火系統。

2.4.2 箱體給排水問題

箱體各進出口的安保問題,地下箱體的給排水問題,特別是排水問題,區別于普通的建筑給排水,如加藥間的沖洗排水、在線監測的排水、箱體通道的進口雨水導排等細節經常被忽視,造成后期再行增加非常困難。特別是加藥間在設計時必須做好沖洗檢修、應急處理時的排水問題,不可將沖洗水流入設備間及電纜溝槽。

3 運行創新點

3.1 膜組器起吊天車接力

原地下式再生水廠運行過程中發現采用S型軌道吊裝膜組器運行時間長,故障多,因此本項目中天車起吊采用接力方式(見圖4),通過在S型軌道的末端設置電動平車,每個廊道的組器都可以通過S型軌道移至平車后,再通過平車運輸至浸泡池,將多次S型軌道長距離的轉彎行程變成單次S型軌道和電動平車相結合的L型運送行程,膜組器吊裝距離大大縮短,效率大為提升。

3.2 好氧池曝氣和膜池吹掃風管連通

項目運行初期水量較少,生化與膜池風機較難與處理水量進行匹配,經常出現1臺風機全開風量不足,兩臺風機全開又風量富裕問題。在實際運行中,鑒于生化風機的風壓高于膜系統的風壓,加之兩者同為多級離心風機,在運行中將兩者的出風管路進行連通,通過閥門調整,將生化池高壓側風卸至膜池低壓側。進而降低了風機開啟的總臺數,運行上更為靈活,可節省3%~5%的運行能耗。

3.3 補足空位提高單系列產水量

當處理水量達到設計規模的0.5~0.7倍時,水廠運行起來難度較大,由于系列間分割,兩系列全開能耗偏高,只開單系列又難以完全應對水量沖擊。在實際運行中采用將單系列膜池廊道空位全部填滿,利用生化的富裕處理能力,將單系列膜池產水提升至5萬m³/d的產能,進而提升了水量應對空間,節省了運行能耗。

3.4 卸藥由箱體內移至箱體外

由于運輸及勞動力成本的提高,現在的藥液大多以液體大罐運輸,該重型車在箱體內的行動不便。若是卸藥口置于箱體內,勢必比較麻煩。項目在建設中與設計院協商,將箱體內所有液體藥劑的卸藥口統一挪至箱體頂部道路附近,這樣很大程度上方便了卸藥。

4 結論

(1)門頭溝第二再生水廠采用AAO—AO—MBR+臭氧催化氧化工藝,出水水質可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(DB 11/890-2012)表1中A標準,原設計中的臭氧催化氧化作為應急處理設施。

(2)實際運行中通過膜組器起吊S型軌道與電動平車接力、好氧池曝氣及膜池吹掃出風管連通等措施實現運行效率的提高及節能降耗需求;并且充分考慮地埋箱體的特殊性,通過新建除渣間、管廊間增設連通管、卸藥口移至箱體上部道路附近、補足膜池空位提升單系列水量等措施實現了管理及運行的便利。

(3)MBR運行過程中出水低磷指標與膜污染平衡問題、箱體通道冬季低溫等運行問題還需進一步探討及運行中摸索。

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