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生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，正面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力，正成為推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時發(fā)布環(huán)境技術(shù)進(jìn)步獎項，全面介紹行業(yè)內(nèi)的實用技術(shù)裝備和示范工程，引導(dǎo)行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟(jì)社會全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。
生態(tài)環(huán)境保護(hù)實用技術(shù)
2023-J-3
申報單位
南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司
推薦單位
江蘇省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會
一、技術(shù)簡介
適用范圍
本技術(shù)可廣泛應(yīng)用于新建、擴(kuò)建和升級改造的污水處理廠，將出水穩(wěn)定提標(biāo)至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，深入挖掘延伸傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力。為城市污水廠提標(biāo)項目的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理全過程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和高質(zhì)量發(fā)展保駕護(hù)航。
技術(shù)原理
本技術(shù)提出一種將污水穩(wěn)定提標(biāo)至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的組合工藝及三種子工藝，并優(yōu)化相應(yīng)的設(shè)計與運(yùn)行參數(shù)，提供實際的工程運(yùn)行成本和投資費(fèi)用，為污水處理廠的提質(zhì)增效提供參考。
當(dāng)污水處理廠出水中COD和TN濃度超標(biāo)時，可以選擇反硝化濾池工藝。當(dāng)污水處理廠出水中TP和SS濃度超標(biāo)時，可以選擇高效沉淀池工藝。當(dāng)污水處理廠出水中COD和氨氮濃度超標(biāo)時，可以選擇“臭氧——曝氣生物濾池”組合工藝。針對出水TP濃度達(dá)標(biāo)，其余指標(biāo)均不達(dá)標(biāo)的情況，可以選擇“反硝化濾池——臭氧——曝氣生物濾池”組合工藝。主要工藝如下：
(2)經(jīng)沉淀后，澄清水進(jìn)入內(nèi)碳源反硝化生物濾池內(nèi)，并向內(nèi)碳源反硝化生物濾池內(nèi)補(bǔ)加污泥水解酸化產(chǎn)物。內(nèi)碳源反硝化生物濾池采用2——3mm石英砂介質(zhì)濾料，污泥水解酸化產(chǎn)物是污泥穩(wěn)定處置自然發(fā)酵形成；
(3)向曝氣生物濾池底部的布水層中加入臭氧，經(jīng)過反硝化濾池的廢水進(jìn)入布水層進(jìn)入曝氣生物濾池內(nèi)，填料層進(jìn)行生化處理；
經(jīng)生化處理后，凈化水引入模塊化人工濕地中，模塊化人工濕地是由若干小型濕地模塊組件拼接形成。
工藝路線
本工藝路線包括高效沉淀池(HST)、反硝化濾池(DNBF)、臭氧—曝氣生物濾池(O3-BAF)這三種深度處理工藝單獨運(yùn)行時的最佳運(yùn)行參數(shù)，主要包括：
(1)影響高效沉淀池運(yùn)行效果的因素主要有混凝劑種類與投加量、絮凝劑種類與投加量、污泥回流比等參數(shù)。PAC投加量的最適投加范圍約為PAC/TP=2——15(mg·L-1/mg·L-1)，PAM投加量的最適投加范圍約為PAM/SS=0.01——0.05(mg·L-1/mg·L-1)。最佳污泥回流比一般在2%——6%之間。
(2)影響反硝化濾池運(yùn)行效果的因素主要有碳源種類及投加量、濾料種類及粒徑等參數(shù)。外加碳源乙酸鈉應(yīng)用較為廣泛，最佳投加量(以C/N計)應(yīng)當(dāng)控制在4.5左右。在濾池的運(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)消除跌水現(xiàn)象，降低進(jìn)水DO濃度。
(3)影響臭氧工藝運(yùn)行效果的因素主要有臭氧投加量、臭氧接觸時間等參數(shù)。進(jìn)水中混有大量工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水處理廠，可適當(dāng)延長臭氧接觸時間，通常取40——50 min。影響曝氣生物濾池運(yùn)行效果的因素主要有水力負(fù)荷、水力停留時間、氣水比等參數(shù)。
當(dāng)尾水中TN和TP濃度均超標(biāo)時，可以選擇“高效沉淀池-反硝化濾池”組合工藝。當(dāng)污水處理廠進(jìn)水中混有工業(yè)廢水，且單獨使用BAF工藝無法使出水COD和氨氮濃度達(dá)標(biāo)時，可以選擇O3-BAF組合工藝。當(dāng)污水處理廠尾水中COD、氨氮和TN濃度均超標(biāo)時，可以選擇“反硝化濾池——臭氧曝氣生物濾池”組合工藝。
應(yīng)用效果
本技術(shù)可依據(jù)污水處理廠尾水水質(zhì)現(xiàn)狀和排放要求提供目標(biāo)可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)性和套餐式的組合工藝選擇標(biāo)準(zhǔn)與工藝參數(shù)推薦。集成組合濾池，優(yōu)化濾池內(nèi)的復(fù)合填料，綜合利用剩余污泥，提供經(jīng)濟(jì)碳源，有效提高反硝化效率，增大總氮的去除?？蓮V泛應(yīng)用于新建、擴(kuò)建和升級改造的污水處理廠，將出水穩(wěn)定提標(biāo)至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，深入挖掘延伸傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力。
研發(fā)背景
當(dāng)前全國污水處理行業(yè)已經(jīng)打響了提質(zhì)增效的發(fā)令槍，隨著水污染的防治力度的加大，國內(nèi)多地制定了嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，將排入地表水體N、P等污染物的排放限值規(guī)定進(jìn)一步接近或達(dá)到地表Ⅳ類水體水質(zhì)。污水處理廠實施提標(biāo)改造，與污水廠關(guān)聯(lián)的湖泊水庫和河道等水體水質(zhì)可更好地達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)。
江蘇省在2018年6月發(fā)布《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》、浙江省在2018年12月發(fā)布《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等，執(zhí)行更加嚴(yán)格的氮磷排放要求。
2021年1月11日，發(fā)改委等10部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》，要求2025年全國地級及以上缺水城市再生水利用率達(dá)到25%以上，再生水將成為城市的“第二水源”。結(jié)合城鎮(zhèn)污水處理廠新一輪提標(biāo)建設(shè)，城鎮(zhèn)污水處理將從 “工程水”階段進(jìn)入“生態(tài)水”階段，更新治水理念，創(chuàng)造綜合效益。
此外，國內(nèi)污水廠提標(biāo)改造技術(shù)存在以下問題：1、國外技術(shù)壟斷，已形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)；2、國內(nèi)技術(shù)相對單一，主要集中以MBR為核心的膜處理工藝，其投資和運(yùn)行費(fèi)用高昂；3、其他工藝魚龍混雜，出水水質(zhì)難以保障。因此，需要研發(fā)一種穩(wěn)定高效的深度處理技術(shù)以滿足愈發(fā)嚴(yán)格的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
技術(shù)特點
本技術(shù)提供一種用于城市污水提標(biāo)至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的組合污水處理工藝，可經(jīng)濟(jì)有效實現(xiàn)出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅳ和Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。主要特點包括：
1.經(jīng)濟(jì)套餐式的組合工藝
本技術(shù)對影響高效沉淀池、反硝化濾池、臭氧曝氣生物濾池運(yùn)行效果的關(guān)鍵因素進(jìn)行研究，并優(yōu)化了工程設(shè)計與運(yùn)行參數(shù)?？梢罁?jù)污水處理廠尾水水質(zhì)現(xiàn)狀和排放要求提供目標(biāo)可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)性和套餐式的組合工藝選擇標(biāo)準(zhǔn)與工藝參數(shù)，為穩(wěn)定實現(xiàn)污染物的超低排放與污水處理提質(zhì)增效提供參考。
2. 可替代有機(jī)碳源
水解酸化產(chǎn)物是將污水廠剩余污泥穩(wěn)定處置，并向污泥中添加經(jīng)堿處理后的玉米芯和海綿鐵組成的復(fù)合填料?？勺鳛榉聪趸奶荚春蜕镙d體，解決了連續(xù)投加碳源的弊端。海綿鐵可釋放更多的鐵離子，增強(qiáng)了異養(yǎng)微生物的活性。同時海綿鐵的緩慢腐蝕過程也在不斷產(chǎn)生氫氣，供氫自養(yǎng)反硝化菌的生長，進(jìn)一步強(qiáng)化了反硝化進(jìn)程，提高硝態(tài)氮的去除率。
3.提高內(nèi)部碳源利用效率
反硝化一般需要有機(jī)碳源作電子供體，包括外加碳源、污水碳源和內(nèi)源碳源。污水碳源一般不足，外加碳源則會增加運(yùn)行成本，因此提高內(nèi)部碳源利用效率是很有價值的。內(nèi)碳源回收型反硝化復(fù)合濾池是集多種污染物去除功能于一體，對總氮、總磷和SS均有較好的去除效果，可進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。
4.高性能復(fù)合功能改性填料
主要包括鋪設(shè)厚度為1:1:1的生物吸附層、加熱層與生物降解層，可將水中原來紊亂的大分子團(tuán)鏈打斷。生物吸附層具有優(yōu)異的吸附功能，生物降解層具有良好的降解功能，適當(dāng)?shù)募訜峥纱龠M(jìn)污水中細(xì)菌的活性，從而進(jìn)一步降低難降解COD的含量。
二、典型應(yīng)用案例
案例名稱
南京橋北污水處理廠擴(kuò)建工程
案例簡介
南京橋北污水處理廠總設(shè)計規(guī)模20×104m3/d，占地約合10.59ha，污水廠服務(wù)范圍內(nèi)用地性質(zhì)主要是居住、商業(yè)及科研用地。本次擴(kuò)建工程廠址為現(xiàn)狀污水廠廠區(qū)內(nèi)一期工程東側(cè)的規(guī)劃預(yù)留地，用地面積約3.44ha，規(guī)模10×104m3/d，擴(kuò)建完成后污水廠的總規(guī)模達(dá)到20×104m3/d。
1、南京首座出水預(yù)按準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)打造的高標(biāo)準(zhǔn)污水廠
根據(jù)市環(huán)保局關(guān)于鼓勵建設(shè)單位在一級A基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高污水處理廠處理標(biāo)準(zhǔn)，減少尾水污染物排放總量要求的回復(fù)，橋北污水廠的尾水排入石頭河，石頭河為長江的支流，為了積極響應(yīng)長江生態(tài)大保護(hù)，減少尾水污染物排放總量的要求，提高政治站位，經(jīng)過充分的科學(xué)論證，采用“曝氣沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀池+反硝化濾池”主體處理工藝，通過多模式改良A2O強(qiáng)化二級脫氮除磷，加上新型反硝化濾池深度處理對TN的補(bǔ)充去除，并同步去除SS、TP，實現(xiàn)了高品質(zhì)準(zhǔn)Ⅳ類出水目標(biāo)，實際運(yùn)行表明，除了TN外，其余指標(biāo)已達(dá)到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計出水水質(zhì)，具體見統(tǒng)計報表。
2、新型高效反硝化生物濾池在國內(nèi)的首次引進(jìn)應(yīng)用
(1)為了克服一期工程深度處理工藝不具備除氮能力、兼顧一期工程的水質(zhì)再提升，結(jié)合用地條件及優(yōu)化投資，將擴(kuò)建工程反硝化濾池的規(guī)模控制為15×104m3/d，其高質(zhì)量的出水與一期剩余5×104m3/d出水混合后進(jìn)行排放，TN能夠控制在10mg/L以下，滿足污水廠整體出水水質(zhì)的需求，增加污水廠排水的安全性。
(2)濾池主體結(jié)構(gòu)與V型濾池相同，進(jìn)水采用V型槽淹沒配水，克服了常規(guī)深床濾池進(jìn)水配水跌水造成碳源無效消耗，實現(xiàn)低碳運(yùn)行；
(3)濾料采用生物陶粒濾料，有效粒徑為2.5mm，比表面積大，優(yōu)于常規(guī)深床濾池采用的粒徑為2——3mm的石英砂濾料，可獲得更高的生物濃度及更大的滯留能力，延長過濾周期，濾層厚度僅需1.8m，少于常規(guī)深床濾池2.44m的濾層厚度，降低濾床深度和工程造價；
(4)鑒于V型濾池在水處理中應(yīng)用廣泛且成熟，大幅縮短了運(yùn)行人員的適應(yīng)期。
3、智慧運(yùn)行控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗
①實現(xiàn)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)、電動菱形空氣流量調(diào)節(jié)閥和溶解氧在線檢測系統(tǒng)的優(yōu)化聯(lián)動調(diào)節(jié)，可以經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，實現(xiàn)低耗運(yùn)行，實際運(yùn)行表明可節(jié)約30%——40%的能耗。
?、谥悄芗铀?，優(yōu)化原料投入。加藥系統(tǒng)由常用的變頻計量泵升級為數(shù)字泵，對加藥設(shè)備進(jìn)行智能化、精準(zhǔn)化控制。
4、采用多型高效新型設(shè)備
?、?.6m大尺徑網(wǎng)孔板式轉(zhuǎn)鼓細(xì)格柵：網(wǎng)孔采用6mm孔徑，運(yùn)行時可產(chǎn)生地毯效應(yīng)，能進(jìn)一步提高過濾分離效率；
?、诹庑慰諝庹{(diào)節(jié)閥：其調(diào)節(jié)行程和流量呈直線關(guān)系，能夠很好地滿足空氣流量調(diào)節(jié)的需求；
?、?.5m大直徑傘形雙曲面立式攪拌機(jī)：雙曲面葉輪間隔均勻布置長導(dǎo)流攪拌肋和短導(dǎo)流攪拌肋，相對于傳統(tǒng)水下攪拌機(jī)，節(jié)能達(dá)到50%——60%以上；
?、馨鍡l式微孔曝氣器：可提高單位服務(wù)面積，在不增加阻力的前提下，提高10%的孔密度，減少氣泡直徑30%，能提高曝氣效率20%，可節(jié)約20%——30%的能耗。
5、合理布局，采用集約化的單元組合，節(jié)約用地
通過優(yōu)化水路與泥路，采用上水下泥的雙層渠道將多模式改良A2O生化池、污泥回流泵房及配水井、二沉池進(jìn)行組合連接，中間提升泵房與反硝化生物濾池進(jìn)行組合連接，次氯酸鈉、碳源投加間與接觸消毒池疊建等措施，擴(kuò)建10萬m3/d用地面積僅為3.44ha(51.6畝)，較《城市污水處理工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的用地面積9.5ha(142.5畝)，可節(jié)約63.8%的用地，節(jié)地效果非常明顯。
6、實現(xiàn)中水資源化利用，生態(tài)補(bǔ)水改善區(qū)域河道水環(huán)境質(zhì)量，節(jié)約水資源
積極實施高品質(zhì)尾水的資源化利用，廠外用于江北新區(qū)的河道生態(tài)補(bǔ)水，補(bǔ)水規(guī)模10萬m3/d；廠內(nèi)用于脫水機(jī)濾布沖洗、細(xì)格柵沖洗、水處理藥劑配制、池面清洗、綠化等，約3000m3/d，中水的回用率達(dá)到了51.5%，有效節(jié)約了水資源。
7、通過污水處理工藝的優(yōu)化改進(jìn)、新技術(shù)、新設(shè)備、智慧運(yùn)行控制等多效并舉措施，實現(xiàn)節(jié)能降耗
實際運(yùn)行噸水電耗為0.28——0.30kWh/m3。根據(jù)《城鄉(xiāng)水務(wù)2035年行業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，截止2018年，全國污水廠噸水電耗為0.31kW·h/m3，能耗指標(biāo)優(yōu)于全國平均水平。
8、與同行業(yè)先進(jìn)水平對比
本工程積極推動科技進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展，積極響應(yīng)雙碳目標(biāo)，使用了大量的高效低能耗新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備及智慧運(yùn)行控制，節(jié)約了63.8%的用地、實現(xiàn)了51.5%的中水回用，出水水質(zhì)除了TN外，其余指標(biāo)已達(dá)到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，噸水電耗優(yōu)于全國平均水平，實現(xiàn)了降碳低耗運(yùn)行，綜合指標(biāo)處于同行業(yè)領(lǐng)先水平。
達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)或性能要求
運(yùn)行表明，出水水質(zhì)除了TN外，其余指標(biāo)已達(dá)到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了高品質(zhì)準(zhǔn)Ⅳ類出水目標(biāo)。
業(yè)主單位
南京水務(wù)集團(tuán)有限公司
投運(yùn)時間
2020年2月26日
工藝流程
采用“曝氣沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀+反硝化濾池+次氯酸鈉消毒”主體處理工藝，通過多模式改良A2O強(qiáng)化二級脫氮除磷，加上反硝化濾池深度處理對TN的補(bǔ)充去除，并同步去除SS、TP，實現(xiàn)了高品質(zhì)準(zhǔn)Ⅳ類出水目標(biāo)。
運(yùn)行情況
實際運(yùn)行表明，出水水質(zhì)除了TN外，其余指標(biāo)已達(dá)到地表水環(huán)境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計出水水質(zhì)。實施高品質(zhì)尾水的資源化利用，廠外用于江北新區(qū)的河道生態(tài)補(bǔ)水，補(bǔ)水規(guī)模10萬m3/d。中水的回用率達(dá)到了51.5%，有效節(jié)約了水資源。
技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的碳減排效果
本項目積極響應(yīng)雙碳目標(biāo)，使用了大量的高效低能耗新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備及智慧運(yùn)行控制，節(jié)約了63.8%的用地、實現(xiàn)了51.5%的中水回用。實際運(yùn)行噸水電耗為0.28——0.30kWh/m3，全國污水廠噸水電耗為0.31kW·h/m3，能耗指標(biāo)優(yōu)于全國平均水平。實現(xiàn)了降碳低耗運(yùn)行，綜合指標(biāo)處于同行業(yè)領(lǐng)先水平。
三、技術(shù)申報單位聯(lián)系信息
單位名稱：南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司
單位地址：江蘇省南京市玄武區(qū)同仁街31號
聯(lián)系人：成昌艮
原標(biāo)題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力 |城市污水深度處理技術(shù)
