目前國(guó)家的技術(shù)政策中推薦采用厭氧消化工藝對(duì)污水處理廠污泥進(jìn)行減量化和穩(wěn)定化處理，但在厭氧消化過(guò)程中除產(chǎn)生甲烷外，還會(huì)釋放高濃度的氮，這部分高氨氮隨脫水濾液回流到污水處理系統(tǒng)，增加污水處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用。北京某污水處理廠采用厭氧氨氧化工藝對(duì)高氨氮污泥脫水濾液?jiǎn)为?dú)集中處理，可解決上述問(wèn)題。

北京市某污水處理廠泥區(qū)在優(yōu)化改造中面臨諸多問(wèn)題，其中沼液處理問(wèn)題直接影響了該廠污水處理的效果和成本。熱水解和厭氧消化后的污泥經(jīng)脫水后產(chǎn)生脫水濾液(沼液)，該濾液中氨氮濃度較高，如果不進(jìn)行處理直接排至廠區(qū)生物處理系統(tǒng)，將對(duì)再生水處理工藝中總氮的出水指標(biāo)造成一定的影響，使污水中碳氮比不足的問(wèn)題更加突出，增加大量的碳源投加量，增加污水處理的難度和處理成本。因此有必要將這部分污水單獨(dú)收集處理，以減少這部分污染物對(duì)污水處理設(shè)施的沖擊以及系統(tǒng)的氮負(fù)荷。

脫氮技術(shù)中，厭氧氨氧化技術(shù)作為新興工藝，克服了諸多傳統(tǒng)脫氮工藝的缺點(diǎn)，受到了普遍關(guān)注。因此，在本設(shè)計(jì)中，如何選擇最優(yōu)技術(shù)路線(xiàn)以及在原有研究基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化是設(shè)計(jì)人員需要解決的主要問(wèn)題。

1厭氧氨氧化工藝的優(yōu)點(diǎn)

厭氧氨氧化工藝相比于傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)節(jié)省能源和碳源：厭氧氨氧化在缺氧條件下進(jìn)行，無(wú)需氧氣的供應(yīng)，可節(jié)省62.5%的能源消耗;并且厭氧氨氧化過(guò)程徹底改變了過(guò)去需要通過(guò)投加電子供體(碳源)才能脫氮的傳統(tǒng)途徑(反硝化)，大大節(jié)省碳源;此外能量減少也意味著CO2排放的降低。

(2)不會(huì)產(chǎn)生pH下降因而無(wú)需補(bǔ)堿,不存在亞硝酸鹽的累積可能產(chǎn)生的毒性，因而容易經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)工藝控制。

(3)減少污泥產(chǎn)量：厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)慢、產(chǎn)率低，工藝剩余污泥量少，因此污泥處置費(fèi)用低。

(4)高負(fù)荷，減少占地面積：厭氧氨氧化氮去除效率高，因此該工藝總體負(fù)荷高，可以減少工藝占地，降低工藝基建費(fèi)用。

2工程設(shè)計(jì)

2.1

工程概況

北京市某污水處理廠處理規(guī)模為60萬(wàn)噸，污泥產(chǎn)量約為878噸/日，同時(shí)接收其他廠外運(yùn)污泥342噸/日，總處理規(guī)模1220噸/日(以含水率80%計(jì)，不含廠內(nèi)污泥系統(tǒng)回流量)，污泥處理工藝采用濃縮+預(yù)脫水+熱水解+厭氧消化+板框脫水(見(jiàn)圖1)。剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮、預(yù)脫水系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)濃縮機(jī)濃縮后，與經(jīng)過(guò)除砂的初沉污泥混合，利用預(yù)脫水機(jī)脫水與外廠輸送的脫水污泥混合后進(jìn)入熱水解系統(tǒng)。熱水解處理后的污泥經(jīng)過(guò)

稀釋及冷卻后，進(jìn)入新建的污泥消化池進(jìn)行厭氧消化。消化后的污泥經(jīng)板框壓濾脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水至含水率60%以下。脫水后泥餅外運(yùn)處置。

圖1 污泥處理流程圖

污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生的污水包括污泥濃縮上清液、熱水解消化污泥脫水的濾液。污泥濃縮的上清液中主要含有部分SS; 污泥在經(jīng)過(guò)20多天厭氧消化后，大概24%的微生物被降解，每降解1kg微生物產(chǎn)生0.124kg氮，因此部分氮磷又被釋放到污泥脫水的壓濾液中，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)厭氧消化后污泥水中氮的含量約占進(jìn)水污水氮含量的10%左右，常規(guī)設(shè)計(jì)中回到污水處理系統(tǒng)會(huì)加重污水廠的負(fù)擔(dān)，因此需要對(duì)污泥脫水的壓濾液進(jìn)行單獨(dú)處理。

本工程厭氧氨氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模(平均流量)為3500m3/d，根據(jù)中試和國(guó)內(nèi)外相近工程水質(zhì)數(shù)據(jù)，確定了厭氧氨氧化系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)(見(jiàn)表1)。

表1 厭氧氨氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2.2技術(shù)路線(xiàn)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)，最初選定技術(shù)路線(xiàn)為進(jìn)水—調(diào)節(jié)池—斜板沉淀池— 一段生物池— 一段沉淀池—二段生物池—二段沉淀池—出水。脫水后的污泥消化液中除氨氮濃度比較高外，還有較高TP、SS、COD，為了保證反應(yīng)器的脫氮效果，在前端增加混凝沉淀處理單元，去除TP、SS。然后進(jìn)入一段生物池和一段沉淀池，去除COD。將TP、SS、COD去除后進(jìn)入二段生物池和二段沉淀池進(jìn)行脫氮。通過(guò)中試運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于C/N比不高的污水，一段反應(yīng)池的COD去除率在20-30%之間，此工藝流程僅適用于C/N比高的污水。

因此，針對(duì)某污水處理廠熱水解消化污泥脫水濾液的水質(zhì)，將工藝流程優(yōu)化為進(jìn)水—調(diào)節(jié)池—斜板沉淀池—生物池—沉淀池—出水(見(jiàn)圖2)。脫水濾液通過(guò)重力流方式進(jìn)入調(diào)節(jié)池，完成水量與水質(zhì)的均化后，通過(guò)進(jìn)水泵輸送至斜板沉淀池，在斜板沉淀池中去除TP、SS和部分COD，上清液通過(guò)重力流入生物池，在生物池中完成氨氮與總氮的自養(yǎng)去除。生物池內(nèi)的泥水混合物自流進(jìn)入沉淀池，通過(guò)重力沉降作用泥水分離，上清液作為本系統(tǒng)出水排放至廠內(nèi)退水管線(xiàn)。

圖2 厭氧氨氧化系統(tǒng)工藝流程

2.3

厭氧氨氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

厭氧氨氧化系統(tǒng)包含調(diào)節(jié)池、斜板沉淀池、生物池、沉淀池、鼓風(fēng)機(jī)房。系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

3

預(yù)期效果

厭氧氨氧化工藝處理脫水濾液在國(guó)內(nèi)外已有較多成功的實(shí)例，荷蘭鹿特丹污水廠已建厭氧氨氧化系統(tǒng)設(shè)施，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為500 m3/d，進(jìn)水氨氮濃度為800~1000mg/L，經(jīng)處理后出水氨氮20mg/L、硝酸鹽100mg/L，氨氮去除率90%，總氮去除率75%。本工程目前尚處于調(diào)試運(yùn)行階段，大概需要6個(gè)月運(yùn)行周期。但該廠的核心工藝“紅菌”已在高碑店廠啟動(dòng)示范工程，用于處理水廠高濃度氨氮的消化污泥脫水濾液，處理規(guī)模500m3/d，經(jīng)處理后總氮去除率達(dá)到80%以上。且厭氧氨氧化工藝的核心工藝“紅菌”同樣應(yīng)用于湖北省十堰市西部垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液處理，處理規(guī)模150m3/d，進(jìn)水氨氮1000~1200mg/L，經(jīng)處理后出水氨氮小于10mg/L、總氮低于40mg/L

4

問(wèn)題及優(yōu)化措施

4.1

問(wèn)題

(1)厭氧氨氧化工藝啟動(dòng)緩慢，世界上第一座生產(chǎn)性裝置啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3.5年,過(guò)長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間是其工程應(yīng)用的重大障礙。

(2)厭氧氨氧化菌(紅菌)生長(zhǎng)緩慢，細(xì)胞產(chǎn)率低，且沉降性能不佳，易流失，反應(yīng)器內(nèi)的生物活性不易維持。如圖3所示，為反應(yīng)器運(yùn)行不善，漂浮在水面上的紅菌。

圖3 生物池內(nèi)紅菌

(3)厭氧氨氧化菌(紅菌)對(duì)環(huán)境溫度要求苛刻，這也是國(guó)內(nèi)厭氧氨氧化工藝大多停留在小試階段的原因之一。因此在工程化應(yīng)用中，如何控制反應(yīng)器溫度，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)者亟需解決的問(wèn)題。

(4)厭氧氨氧化系統(tǒng)進(jìn)水來(lái)自板框壓濾水，板框系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行之后，濾布很容易出現(xiàn)問(wèn)題。一旦濾布泄漏，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)厭氧氨氧化系統(tǒng)的進(jìn)水SS升高，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使調(diào)節(jié)池底部沉泥增加，常規(guī)設(shè)計(jì)中檢修調(diào)節(jié)池需要整個(gè)厭氧氨氧化系統(tǒng)停產(chǎn)，板框壓濾水再次回到進(jìn)水泵房，從而影響后續(xù)的污水處理。

4.2

優(yōu)化措施

(1)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，為保證系統(tǒng)內(nèi)部的生物量，沉淀池進(jìn)水分布管處采取截面1/4開(kāi)孔措施，使水流均布進(jìn)入沉淀池，防止因集流進(jìn)入導(dǎo)致沉淀池底部沉泥被攪起，從而影響回流污泥量;沉淀池出水槽兩邊加擋板，由于紅菌菌種顆粒小，沉降性能弱，易流失，擋板可以有效地在出水端截留污泥量，保證出水水質(zhì);沉淀池的剩余污泥在一般設(shè)計(jì)中會(huì)排入廠區(qū)，本設(shè)計(jì)中，采取延長(zhǎng)排泥時(shí)間措施，剩余污泥進(jìn)入生物池，以回收菌種。

(2)為控制菌種溫度環(huán)境，設(shè)計(jì)中在生物池前端設(shè)置調(diào)溫池，經(jīng)熱量平衡計(jì)算發(fā)現(xiàn)，冬季該廠生物池進(jìn)水平均溫度為33℃，夏季進(jìn)水平均溫度為37℃。紅菌最適宜生存溫度為35℃。所以將斜板沉淀池出水、初沉池水、冷卻水(冷水)及一級(jí)冷卻水回水(熱水)分別匯入調(diào)溫池，其中初沉水作為營(yíng)養(yǎng)水。冷熱水通過(guò)潛水?dāng)嚢杵鲾嚢杌旌?，該混合水即為調(diào)溫水又為稀釋水，通過(guò)自動(dòng)溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量，使水溫穩(wěn)定。該優(yōu)化措施同時(shí)利用了熱水解系統(tǒng)的低溫?zé)峤粨Q水(一級(jí)冷卻水回水)，避免了能源浪費(fèi)。