高效城市污水再生處理新工藝
高效城市污水再生處理新工藝
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由英國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——高負荷澄清池和生物曝氣濾池（BAFF工藝），法國OTV等公司也有相似技術如BIOSTYR推出，本文重點介紹建設于英國Poole STW地區的BAFF工藝，及其該工藝的設計、調試、運行狀況。
1 BAFF工藝介紹
BAFF工藝是目前比較先進的一種污水處理新技術，能夠使污水出水水質滿足日益提高的排污標準，包括對氨氮的嚴格控制。該工藝利用高效的復合澄清技術（DENSADEG）和生物曝氣濾池（BAF）工藝相結合，實現高標準的污水處理目標，工藝如圖1所示。
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1.1 高負荷澄清池（DENSADEG）
高負荷澄清池不僅能夠實現相當程度的污泥濃縮，還能實現非常高的水力負荷，所以該工藝十分的緊湊。
高負荷澄清池由三部分組成，分別是反應池、預沉濃縮池和斜板分離器，如圖2所示。
向經過格柵和除砂后的污水中加入Fe2(SO4)3，經快速混合后，污水在反應器內進行混凝。同時，回流污泥也回流到反應池，然后污水溢流進第二反應室。
第二反應室配備帶有旋轉垂直柵條的濃縮機械裝置。懸浮物沉到池底，并由旋轉刮泥機進行濃縮。澄清后的液流流經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器的自動化分離泵控制，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。
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1.2 生物曝氣濾池 (BAFF)
污水的二級處理，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常出現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。具體結構見圖3。
填料是經特別挑選的多孔性，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荷，減小了污水廠的規模。
BAF處理（生物曝氣濾池）分為2個階段：階段1為了去除有機物，階段2為了硝化，故也稱之為BAFF工藝。
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2 工程實例介紹
由英國Degremont有限公司設計的，建設于英國Poole STW的新型高復合澄清池和生物曝氣濾池。
2.1 建設目的
這個項目是為了滿足EA（歐洲環保局）制訂的更為嚴格的排放標準（見表1），在原有污水廠基礎上擴建的。
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2.2 設計規模
該項目的設計規模及原污水水質情況見表2。
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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：0.18m2/(m3&S226;d)。
2.4 新建工藝設施
因原污水處理已不能滿足新的排放要求，而且場地緊張，決定采用如下工藝：
3座高負荷澄清池（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。
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2.5 設計參數
2.5.1 高負荷澄清池（DENSADEG）設計參數
考慮到定期的檢修，需要采用3套高負荷澄清池（DENSADEG），設計參數如下：
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2.5.2 高負荷澄清池（DENSADEG）設計目標
高負荷澄清池的設計目的為：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)設計參數
BAFF處理（生物曝氣濾池）分為2個階段：階段1為了去除有機物，階段2為了硝化。
下表列出濾池的尺寸和高峰流量時的操作流速：
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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，向進入濾池的污水中投加NaOH。加藥是自動化的，通過監測pH值來控制投藥量。
2.5.5 生物曝氣濾池(BAFF)的反沖洗
濾池的反沖洗也由自動化控制，并且反沖洗水回流到處理系統前端。反沖洗可分為3個步驟：（1）填料的流化，（2）沖洗，（3）漂洗。
沖洗的效果由氣、水同時反沖洗來保證，這使得填料處于振動和攪拌狀態，從而去除多余的生物量。正因為這個原因，生物降解是一直存在的，同時很快的適應于流量和負荷的變化。
用處理后的污水來短期反沖洗填料，流量為800m3/h。因為污水水質較差，故回流反沖洗水相當于濾床體積的10％。
2.5.6 生物曝氣濾池的自控系統
完全自動化控制對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應對進水流量的變化，通過PLC自控就可以完成對每一個濾池的控制。
生物曝氣濾池的運行可分為4個階段：（1）閑置階段，（2）過濾階段，（3）反沖洗階段，（4）準備過濾階段。PLC能夠根據進水流量和當前濾池的運行情況，自動開啟或關閉濾池以應對進水流量的變化。
進入BAFF污水廠的污水量由裝有固定轉速的水泵的泵站控制。進水是階段性不均勻的，而濾池則一直處于運行或閑置狀態，這對污水的處理沒有不良影響。
2.6 工藝調試
2.6.1 高負荷澄清池（DENSADEG）調試
處理廠全套設備由英國Degrement有限公司提供。
工藝調試運行從1996年1月3日開始，首先將經過格柵、沉砂池處理后的污水直接進入到高負荷澄清池（DENSADEG）的初沉室中。這樣做的目的有二：一是保證DENSADEG工藝正常運行，二是保持藥劑用量在控制范圍之內。
首先需要提供Fe2(SO4)3和聚電解質化學藥劑泵裝置。經反復試驗確定Fe2(SO4)3混凝劑和聚電解質的用量分別為40 mg/L和1 mg/L。同時，控制加藥量和加藥頻率使系統處于最佳沉淀效果。
通過使用斜板和置于沉淀池底的裝有垂直柵條的濃縮池，污水首先經過第一座斜板分離器。來自斜板的上清液流入到置于預處理室中的出水渠。進水管配有閥門，沉淀的污水也可通過緊急溢流堰回流到污水廠入口處的泵站。
同時，污泥泵也處于運行狀態，且引進了初沉池的周期性除泥設備。每天都檢測初沉池3個液位試樣點的污泥液位和污泥特性。當污泥濃縮率達到6％時，用污泥泵將污泥打入污泥消化池前的儲泥池。
當能取得連續投配率和良好的沉淀效果時，大約13天后水流就轉到第2座高負荷澄清池（DENSADEG）并且重復整個運行過程。同時，第2座高負荷澄清池（DENSADEG）能取得上述相當的效果時，水流就轉到第3座高負荷澄清池（DENSADEG）中。3座高負荷澄清池（DENSADEG）的調試進行了75天。
2.6.2 去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFOR C)的調試
高負荷澄清池（DENSADEG）的調試完成后，開始調試8座去除BOD的生物曝氣濾池(BIOFORC)，同時把水引到兩個反應器中以使得水量易于控制，并對曝氣系統、反沖洗系統的風機、泵和閥門及控制系統進行調試。
在BAFF污水廠，控制系統是關鍵所在，它能控制所有的反沖洗操作，能維持反應室處于運行、反沖洗、準備運行及停止階段。
每一對反應器的調試大約需7天才能完成，然后才能調試另一對。因此，所有的8座去除有機物的濾池總共進行了25天后才投入運行。
在這期間，處理水流入到段間轉移集水池，在此由泵打回進水泵房。當(BIOFORC)中產生了足夠的生物量時，就能夠達到設計預期的出水指標（BOD50mg/L，SS 55mg/L）。
2.6.3 硝化生物曝氣濾池(BIOFOR N)的調試
當BIOFOR C調試完成后，水被排放到硝化濾池進行硝化，調試過程如上所述，所不同的是污水要同時被分配到3座反應器中。在硝化階段，共用18座濾池，需38天來調試接種所有的硝化生物曝氣濾池反應器。由于這時已經是5月份了，溫度很高，反應器內的生物量增加的很快。
到1997年6月5日，歷時140天調試整各污水處理工藝，出水水質達到所規定的排放標準。處理水排放到Hole灣，然后流入Poole港。連續的出水水質檢測表明出水水質一直處于穩定狀態。
2.7 運行問題
像這樣大規模的污水處理廠，盡管有尖端的控制設備，但問題仍然會出現。運行成功的衡量標準是工藝在沒有影響到出水水質的情況下能否緩解問題帶來的影響，以及如何很快地解決問題。
2.7.1 高負荷澄清池（DENSADEG）泡沫問題
在高負荷澄清池（DENSADEG）調試的初期，會遇到少量的泡沫，這可以通過加脫泡沫劑很容易的抑制它，并且一旦形成生物量，問題很快就會消除。
2.7.2 單向閥堵塞問題
10個月后，當聚電解質投加量發生變化時，運行中出現了第一次主要問題。通過測試，發現原因在于泵中
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，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。密封的增壓風擋也適用于泵的出水管路。
2.7.3 反沖洗閥門啟動/關閉控制問題
在試運行過程中（7月份），發現當26座濾池都處于運行狀態時，隨著沖洗和停止沖洗階段的進行，經常發生控制問題。調查發現問題集中在所有開啟閥門的Pakscan控制系統。Rotork公司發明了這種單線系統，主要是滿足對大量閥門啟動/關閉的控制。
很顯然，由Rotork公司所宣稱的最大控制閥門個數只是理論上的，與現實有一定差距，而Poole污水處理廠的控制系統正是應用的此理論值。首先懷疑的是閥門之間的接觸面，對所有的閥門都作了檢查，并且對其方位作微調整。
其次考慮是PAKSCAN控制程序軟件包的控制程序有問題，最后考慮是否因為Degremont公司改變了軟件中的反沖洗次序，從而使得系統難以正常運行。經調整后現在當反應器需要沖洗時，Pakscan控制系統可以及時接受終端信號，并且能夠進行人工控制反沖洗。
2.7.4 高負荷澄清池（DENSADEG）超負荷運行問題
發生在投入運行階段的另一個主要問題是，高峰流量進入高負荷澄清池時導致污泥層的懸浮物溢流至第二處理階段。對濾池運行造成不利影響。
設計高負荷澄清池時，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座高負荷澄清池中2座運行即可，而在高峰流量時，再運行第三座高負荷澄清池來解決水力超負荷問題。
2.8 運行資料
在運行期間（1996年1～5月）和于1996年8月開始的維護期間，已經對各種不同類型的參數進行了分析，如BOD、SS和氨氮濃度。
在1996年1～5月的運行期間獲得的資料結果表明污水廠的出水達到綜合排放標準。
圖5、6表明，污染物的突然變化并沒有影響到污水廠的穩定運行，出水濃度仍能保持在BOD去除率為97％，氨氮去除率為98％。
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在第二階段（1996年8月～1997年1月），出水水質仍能達到排放標準，在這個階段，分析了每個處理工藝的較多水樣，這可以評價每個工藝的效率。
高負荷澄清池單元對BOD的去除率一般為50%～60%。
圖7表明了去除有機物濾池和硝化濾池關于BOD去除的運行狀況。從高負荷澄清池出來的污水BOD濃度也原污水的污染物濃度趨勢相一致，其中有一個頂峰，而從去除有機物濾池出來的污水的濃度減少的相當多，并且出水穩定。這可由圖中峰值比較平穩可以看出，而硝化濾池對BOD的去除率是相當低的，在此階段，BAFF污水廠的BOD平均去除率為89％。
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生物去除有機物的濾池的真正運行負荷平均為6000kgBOD/d，而設計負荷是7235kg BOD/d，即4.7kgBOD/m3填料。
關于氨氮的去除，圖8清楚的表明氨氮的去除主要在生物硝化濾池中進行。從高負荷澄清池和去除有機物濾池出來的污水中氨氮的濃度仍然相當高，而從硝化濾池中獲得的資料表明出水中氨氮的濃度相當的低并且很穩定。在這個階段，氨氮的去除率達到98％。
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3 結論
（1）該污水廠的運行狀況是相當可靠的。
（2）高負荷澄清池和26座曝氣生物濾池要經過20星期的調試運行后才能達到排放標準。因為BAFF污水處理工藝及設備需要時間去調整、試驗、運行，從而使污水廠的運行處于最優化。
（3）調試時必須注意在調試運行下一階段前，要保證本階段的處理達到預期效果。
（4）自動控制系統是BAFF處理工藝正常運行的基本保證。
從運行結果來看，作為英國最大的BAFF污水處理廠，該廠運行十分穩定。即使有多種的干擾，出水水質仍然不受影響，因為運行中出現的問題會移交給中心控制系統的客戶運行管理程序，指導發現各種各樣問題的解決辦法。
（5）連續檢測（包括14天集中水樣檢測）證明在出水水質、能量消耗和藥劑用量上，該污水廠的運行指標均相當好，并且能夠保證設計目標。
（6）與傳統污水再生工藝相比其特點為：
●占地少。占地僅為傳統活性污泥法的20%左右。
●投資省？偼顿Y小于傳統工藝。
●處理效果好。 BOD、NH3-N去除率分別達到97%和98%以上。
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