汙水處理升級改造的5個關鍵問題

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一項汙水處理的專業知識——汙水處理升級改造的5個關鍵問題。

我國汙水處理領域在近幾年得到快速發展，日處理能力大幅提高，處於世界前列,已成為汙水處理大國，但在技術選型、升級改造、能耗控製及運行管理方麵，仍然距汙水處理強國有較大的差距。因此，現有汙水處理廠的科學合理升級改造、優化運行已成為行業長期發展的目標，需不斷持續改進。

近日，江蘇(宜興)環保產業研究院總工陳珺做了題為“汙水處理升級改造的5個關鍵問題”，陳總工從實際處理能力的評估、生物處理工藝選型、生化池優化設計、二沉池的優化以及汙水處理廠水力優化五個方麵，結合汙水處理廠運行和管理經驗，對汙水處理目前運營過程中存在的問題進行了全麵剖析，並介紹了汙水處理升級改造的具體措施，深入顯出，條理清晰，用數據說話更有說服力，這五個問題也可能是您非常關注的問題，因為汙水處理的提標改造和運營優化到企業的生存及水環境的改善。基於此，我們可以不斷擴展和創新，引領行業向前發展。

汙水處理升級改造涉及的麵非常廣，包括水量水質的變化、工藝選型、排放標準、設備更新、投資與運行成本、占地、能耗及控製等等，遠非一個報告所能完全覆蓋。這裏僅和大家交流一下在汙水處理升級改造的過程中涉及到五個主要方麵的問題，這些問題包括：實際處理能力的評估、生物處理工藝選型、生化池優化設計、二沉池的優化以及汙水處理廠水力優化的問題。

一、實際處理能力的評估

實際處理能力評估是汙水處理升級改造過程中最為重要的事情。隻有在清楚了解目前汙水處理廠的實際處理能力才能有的放矢地進行下一步的升級改造。這個“實際處理能力”涉及到很多方麵，包括汙水水量水質特性、設備設施狀況、處理要求、工藝控製策略、運行維護等等，這些因素互相交織在一起，形成了真正的實際處理能力，而非通常所指的設計規模。

實際處理能力不是一成不變的，它會隨著時間的推移而發生變化，比如由於人口的增加導致進水量的持續上升需要提高實際處理能力，最簡單的方法就是擴容;另外，不合理的運行維護會使汙水處理廠隨著歲月的流逝而降低其處理能力。標準提高是汙水處理廠發展過程中經常遇到的事情，為了達到新的標準，在既有的設施情況下其處理能力可能就會降低。同時，我們還可以看到另外一些情景，某些卓越的汙水廠會在其曆史發展過程中不斷優化自身的情況，突破瓶頸的限製，以最小的投入實現處理能力的提高，實現汙水處理的可持續發展。

因此，在進行汙水處理升級改造之前的一個重要步驟是對實際處理能力的評估。我們對全國四千多座汙水處理廠中的3300座汙水處理廠的實際進水COD、TN濃度做了一些分析，可以看出絕大多數汙水廠的COD濃度並不是很高，COD高於400mg/L的汙水處理廠隻占很小一部分，進水氮的濃度低的並不是很多。

我們做了一些實際汙水廠的進水設計值與實際值的比較，可以看出從南到北很多汙水處理廠的COD設計值與實際值有較大的差距，實際進水COD遠遠低於設計值，隻有50%左右，氮的值也會低一些，但低的並不是很多。所以，很多汙水處理廠的池容是有冗餘的，這種冗餘的潛力在升級改造時就可能得到利用，當然這會涉及到其他單元的問題，比如沉澱池的問題、進水管線的問題等等，需要進行實際評估。

實際處理能力評估需要用到一些方法，這些方法一般包括開會討論分析、全廠實際測試、工藝模擬分析。開會討論分析通常是相關方坐在一起討論，這種方式天然上來說是比較保守的，因為在沒有確切數據和依據的情況下，人都是保守的，隻能憑經驗。第二種方法是實際測試，實際測試包括沉澱池負荷測試、氧轉移測試、示蹤劑測試以及在線監測等，實際測試的好處是因地製宜，找出關鍵參數，明確製約瓶頸。其中，負荷測試包括預處理、曝氣池、沉澱池、汙泥脫水單元等方麵的測試，需要明確各個單元的實際處理能力，當然測試期間不能影響出水水質。這裏舉一個曝氣效率方麵測試的例子，大家知道α值是混合液中氧轉移效率與清水中氧轉移效率之比，是曝氣計算過程的一個關鍵參數，國內設計規範是0.8-0.85，美國在80年代之前也是基本采用0.8，但實際運行中發現這個值差別較大，α值和泥齡、水質等參數有關係，低的能到0.3。實際上，最為可靠的方法是用尾氣法測試獲得實際的α值，這是我們在一個汙水廠正在做的尾氣法測試的照片，美國已經有數百個汙水廠采用了這種方法。通過這種方法獲得真實的參數為設備選型提供更加科學合理的依據。

其他測試方法還包括針對水質的反硝化速率測試、示蹤劑測試沉澱池效率等，限於時間關係不再一一贅述。

第三種實際處理能力的評估方法是工藝模擬，尤其是動態模擬，這個無論是對實際汙水廠的升級改造還是優化運行都很有益。動態模擬可以根據進水動態負荷的變化而做出準確的模擬，確保在峰值負荷期間出水水質依然達標，同時可以優選出合理的工藝和參數實現節能降耗的目的，這種方法是傳統EXCEL設計計算所無法實現的。

下麵這個圖可以是一個穩態模擬的反映，可以看出在曝氣池廊道的前端氨氮就已經很低了，曝氣池有一定的冗餘能力，我們可以通過動態模擬來確定其可利用的池容潛力。

下麵這幾個圖反映了減少不同比例曝氣池池容後的出水氨氮動態變化，這就為具體的池容利用提供了可靠的依據。

當然工藝模擬並非是一件簡單的事情，需要對水質特性、工藝參數有深入的了解，也並非是購買一套軟件就能解決的，汙水處理工藝模擬背後反映的是汙水處理龐大知識體係的積累，需要有對這方麵深入了解的技術人員。

二、生物處理工藝選型

生物處理工藝的選型是一件很複雜的事情，涉及的麵很廣，這裏僅對目前常見的做法做一些探討。

A2O是最常用的工藝，受製於實際內回流比的影響，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。所以如果進水TN小於50mg/L，出水TN達到15mg/L是可以的，但要求達到10mg/L以下是非常困難的。這是一個大型A2O工藝的汙水處理廠進出水TN曲線圖，這個廠的進水碳源很充足，脫氮率一般就在70%左右。

這些年另外常見的一種工藝是多級AO工藝，多級AO工藝實際上是早期多點進水(Step-feed)工藝的改進，多點進水工藝是1935年RidGould最先提出，並應用在紐約的一座汙水處理廠，這種工藝的本質目的是為了降低曝氣池前後廊道供氧差異、降低峰值水量的衝擊，通過不同進水點流量的分配，在生物池從前到後的廊道上形成由高到低的汙泥濃度梯度，降低進入二沉池的入流固體通量，從而避免在雨季期間大量汙泥的流失。多級AO工藝的本意也是如此，它並不能顯著提高脫氮率，因為在實際工程中不可能設置無限多的進水點，一般最常用的是3級或4級。

這是一座改造為多級AO工藝的汙水廠，改造時將曝氣池前麵的一部分曝氣頭拆掉，用粗孔曝氣的方式進行缺氧攪拌，當然最好是安裝攪拌器進行攪拌。為了獲得較高的脫氮效果，實際上Bardenpho工藝是很好的方法，出水總氮達到3-10mg/L之間是沒有問題，但中國很多汙水處理廠缺乏碳源，所以需要投加外部投加碳源，一般來說較常見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較小。

下麵這個圖是山東某汙水處理廠的Bardenpho工藝實際出水水質，該廠的進水COD約200mg/L、進水TN約35mg/L，通過在Bardenpho工藝中投加乙酸鈉後，出水TN可以低於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活性汙泥工藝改進的投入要高，另外反硝化濾池需要在二沉池之後專門設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際運行中堵塞的現象比較明顯，這些都是需要考慮的地方。

現在還比較常見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，曝氣池中既有活性汙泥也有附著在填料之上的生物膜，當然也有回流汙泥。而MBBR是沒有汙泥回流，生物池中以附著在填料上的生物膜生長為主，懸浮的MLSS很低。我們應該明確區分這兩種工藝。IFAS或MBBR工藝主要是用於在占地麵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現穩定的硝化效果。

IFAS工藝有固定式填料和移動式填料，兩種形式各有利弊，固定式填料改造起來相對簡單，有的以框架的形式直接放在曝氣池中，其他需要考慮的環節較少，但固定式填料容易滋生蠕蟲，需要定期采取措施清除。下麵這個圖是北京某汙水處理廠采用的固定式填料的IFAS工藝，改造後的效果很好。

移動式填料IFAS工藝的優點是填料的比表麵積大，但設計不當會出現很多問題，比如填料流失、填料堵塞篩網、填料在池內角落堆積、曝氣設置的問題等等，這些方麵涉及很多工程細節，主要是生物池水力流態方麵的問題，需要格外注意。

三、生化池優化設計

很多汙水處理廠到了冬春季節，曝氣池上都會產生大量的浮泥泡沫，嚴重的汙水處理廠二沉池上全是浮泥，有的甚至大量翻泥，引起出水水質的嚴重超標，連現在的標準都達不到，就更不要說新的標準了。這種現象並非個別，在全國各地實際上是一種長期、普遍的現象，各地的汙水處理運行同行深有感受。

很多年來我們一直對各地的這種現象進行分析和調查，實際上這種現象與汙泥膨脹、低溫有密切的關係，這些調查包括微生物方麵的鑒定與水質方麵的分析。我們發現在很多汙水廠冬季出現的這種現象是MicrothrixParvicella(微絲菌)這種絲狀菌的過度繁殖造成的，這種微生物在泥齡較長、生物脫氮除磷工藝、水溫低於15度的環境中容易大量出現，這種情況和歐洲的很多汙水廠類似。

而且微絲菌在泡沫中豐度遠遠比在混合液中的要高，一種務實的方法是選擇性地將這些微生物排除出係統，排除的速率要比它的生長速率高，這樣才能解決問題。所以需要對生物池進行優化的設計以控製這種現象的發生，首先需要在曝氣池出口處進行擋板的設置，不能讓大量泡沫進入二沉池，其次是需要在曝氣池廊道的轉彎處形成自由移動的表麵，廊道的轉彎開口不能隻在水下，改造前後的效果很明顯。

四、二沉池優化

二沉池是生物處理的關鍵，生物處理是在曝氣池內完成，但最終水質的表現是在二沉池體現出來。但是很遺憾國內對二沉池的研究、優化並不特別重視，往往在二沉池之後再增加一個高密度沉澱池，形成沉澱+沉澱的單元堆砌，從邏輯上來說不是很合理，另外還有一些實際運行中存在的各種弊端。實際上歐美的汙水廠很少有在二級出水之後用高密度沉澱池，一般都是用在一級處理方麵，歐美對二沉池的優化非常重視。

二沉池優化的一個重要工具是CFD模擬，通過CFD的模擬可以對二沉池內部的流態進行科學的分析，從而采用有針對性的合理措施來改進其實際效果。

這是山東某汙水處理廠的周邊進水、周邊出水的二沉池的CFD模擬，通過模擬發現，進水裙板的高度對二沉池的流態有重要的影響，加長了裙板以後，出水SS就會降低很多，把汙泥層的界麵也降低很多。

二沉池另外一個常見的現象是在出水槽外側靠近池壁這一側的SS比較高，而在內側比較低，這其實是一種異重流的現象。對於已經建好的二沉池來說，通過CFD的模擬，在池壁上設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。對於這種所以有些情況，我們可以根據實際情況做一些水泥的擋板。

五、水力的優化

水力的優化實際上涉及的麵比較多，這裏僅從DO對厭氧、缺氧的影響、進水與回流汙泥、混合液回流的混合、反應池部分區域的短流簡單舉兩個例子。比如，在厭氧池設計的時候，往往是進水管、回流汙泥口一起進入厭氧區，實際上比較好的做法設置一個混合區，讓汙泥與水進行充分的混合。另外，進水是要從底部、上部同時進，這樣的話降低了進水帶入的DO。

下麵這個例子是一個多級AO工藝的汙水廠，由於上一級好氧池的影響，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，這無疑會降低有效的缺氧池容，投加的碳源也會形成無謂的浪費。

針對這種情況，可以在上一級好氧區的末端做一個消氧區。因為水力問題通常涉及到具體的項目，情況也不完全相同，需要針對性地分析。

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