城市污水处理厂提标改造的技术途径

王凯军[e-mail]城市污水处理厂提标改造的技术途径分析一、水污染控制技术的发展历程控制疾病去除有机物脱氮除磷水回用21世纪初1900年1914年20世纪后半叶未来技术发展公共卫生富营养化河道黑臭水资源短缺新兴污染物1、问题导向污水处理技术发展历史Bio.N+Premoval去除有机污染物技术(发展去除BOD技术)控制粪便污染问题(发展去除SS技术)富营养化问题(生物脱氮除磷技术)水资源问题（回用技术)微污染物问题？？？成本增加复杂性增加安全性降低一、城市污水处理工艺的提质增效污泥消化池1、问题导向污水处理技术发展历史一、城市污水处理工艺的提标改造欧洲水框架指令（EWFD-2010）对于人口密集区域将执行更加严格的N、P标准，要求总氮2.2mg/L和磷为0.1mg/LP欧洲采用改良二级处理可取得我国一级A或准IV类水标准；2、国内外的污水处理工艺对比---欧美的工艺？一、城市污水处理工艺的提标改造泥膜混合好氧颗粒污泥投填料投外碳源化学除磷化学强化一级MBR除磷除磷直接过滤曝气生物滤池反硝化滤池MBR（超滤）指标一级A京标ACODcr5020BOD5104TN1510NH4+-N5(8)1.0TP0.50.2色度30Ⅳ类Ⅳ类30406101.52.01.52.00.30.4存在差距我国需采用化学除磷和MBR或反硝化滤池才可以取得一级A排放标准。而达到准IV类水标准的工艺流程相当复杂；3、国内外的污水处理工艺对比---我国的工艺水解酸化我国提标改造面临的问题：1、脱氮除磷是难点2、碳源投加3、提标过程的节能降耗一、城市污水处理工艺的提标改造欧洲将执行更加严格的标准的污水处理工艺-2.2mg/LN-0.1mg/LP2、国内外的污水处理工艺对比---欧美的工艺一、城市污水处理工艺的提标改造–污水处理的主要能耗单元是曝气过程，主要物耗单元是除磷和碳源投加过程–排放标准不断提升，流程变长，能耗和物耗显著增加–优化控制目标：在粗放运行厂支持稳定达标，在精细运行厂实现节能降耗二级一级B一级B一级A一级A准IV类HRT增1~4hr增4~12hr增2~4hr能耗基本不变增~0.3kWh/m3增~0.3kWh/m3物耗基本不变增~0.1元/m3增~0.2元/m318%51%9%1%1%4%3%11%2%进水提升泵鼓风机回流泵内回流泵剩余泵搅拌器中水水泵污泥脱水机污泥输送器二、污水处理厂提标改造中的节能降耗4、提标改造中的节能降耗二、处理厂提标改造中的节能降耗节能降耗工艺和设计运行和管理设备和器材源头控制、新工艺设计标准和选择水量、水质和运行节能、高效设备采用材料资源消耗污水处理节能降耗途径分析二、污水处理厂提标改造中的节能降耗污水浓度COD＝500mg/l；排放标准为COD＝100mg/L假设预处理：COD去除率为40%；出水COD为300mg/预处理：曝气池需要去除200mg/L不用预处理：需要去除400mg/Ｌ02004006008001000-1010305070进水292403537733769768951800560662去除率65635864625858444551123456789101、新工艺和设计标准选择影响1)强化预处理降低除碳工艺能耗二、污水处理厂提标改造中的节能降耗厌氧氨氧化(ANAMMOX)可以实现碳平衡和能量自给荷兰鹿特丹污水厂奥地利Strass全世界范围内都在进行中试，准备生产性的研究二、污水处理厂提标改造中的节能降耗1、新工艺和设计标准选择影响技术措施1.从大气泡曝气改为微孔曝气2.在预处理部分设置流量调节池以保持恒定的流量3.水泵和鼓风机安装调频电机4.调节水泵以适应低水力负荷期间优化能源效率5.将标准效率的泵改为高效水泵6.安装集散式控制系统(SCADA)监测和调节曝气的能耗7.更新旧设备8.采用污泥带式压滤机替代污泥离心脱水机9.采用溶气气浮替代污泥离心浓缩2、提标改造中的节能降耗产生能源30%~100%厌氧消化,提高预处理分解效果节约能源10-20%高效曝气、精确曝气、节能电机等可再生能源5-10%（风能、太阳能、地热）水中的能源2-10%（污水中热能、水源热泵、水轮机）二、污水处理厂提标改造中的节能降耗产生能源30%~100%厌氧消化,提高预处理分解效果节约能源10-20%高效曝气、精确曝气、节能电机等可再生能源5-10%（风能、太阳能、地热）水中的能源2-10%（污水中热能、水源热泵、水轮机）二、污水处理厂提标改造中的节能降耗我们非常兴奋的宣告政府和工业界联合发布英国厌氧消化战略和行动计划80200102030405060708090可再生能源化石能源所占比例（%）1、可持续发展阶段的趋势---能源自给2、提标改造中的节能降耗产生能源30%~100%厌氧消化,提高预处理分解效果节约能源10-20%高效曝气、精确曝气、节能电机等可再生能源5-10%（风能、太阳能、地热）水中的能源2-10%（污水中热能、水源热泵、水轮机）二、污水处理厂提标改造中的节能降耗酒仙桥再生水厂光伏电站装机容量5.05兆瓦，年发电量550万千瓦时，所发电力优先用于再生水厂，超出部分输送公共电网。2、提标改造中的节能降耗二、污水处理厂提标改造中的节能降耗产生能源30%~100%厌氧消化,提高预处理分解效果节约能源10-20%高效曝气、精确曝气、节能电机等可再生能源5-10%（风能、太阳能、地热）水中的能源2-10%（污水中热能、水源热泵、水轮机）2、提标改造中的节能降耗产生能源30%~100%厌氧消化,提高预处理分解效果节约能源10-20%高效曝气、精确曝气、节能电机等可再生能源5-10%（风能、太阳能、地热）水中的能源2-10%（污水中热能、水源热泵、水轮机）二、污水处理厂提标改造中的节能降耗技术措施1.从大气泡曝气改为微孔曝气2.在预处理部分设置流量调节池以保持恒定的流量3.水泵和鼓风机安装调频电机4.调节水泵以适应低水力负荷期间优化能源效率5.将标准效率的泵改为高效水泵6.安装集散式控制系统(SCADA)监测和调节曝气的能耗7.更新旧设备8.采用污泥带式压滤机替代污泥离心脱水机9.采用溶气气浮替代污泥离心浓缩清华大学施汉昌课题组研发了3代技术：1代标准反馈、2代模型控制、3代数据智能融合，2代技术包含前馈模型、氨氮-DO反馈、鼓风机控制等核心技术已在20余座污水厂示范，曝气能耗降低10-20%。策略也支持加药控制“压力-流量-DO”串级反馈，北京市某污水处理厂前馈补偿-DO串级反馈，无锡市某污水处理厂氨氮反馈-DO变参数广州市某污水处理厂V1.0V2.0V2.0SV3.0ASM-数据智能融合二、污水处理厂提标改造中的节能降耗3、污水处理厂脾气控制●本质是根据流量、浓度和反应程度调节；●大部分为根据溶解氧浓度进行调控风量；实现比较困难：a)溶解氧变化波动大；b)曝气池有多点溶解氧；c)与反应关联少a)DO控制技术b、曝气池氨氮控制二、污水处理厂提标改造中的节能降耗3、污水处理厂脾气控制05101520251003005007009001100温室气体产生量(tCO2/d)进水BODu/(mg/L)好氧工艺（泥龄5d)好氧工艺（泥龄10d）好氧工艺（泥龄30d）不同污水处理工艺的温室气体产量C、曝气池污泥令（SRT）控制二、污水处理厂提标改造中的节能降耗3、污水处理厂脾气控制1）进水碳源“预浓缩”：最低好氧降解，高浓度有机物污泥进行厌氧消化；2）能耗控制：优化控制，如在线氨氮控制曝气；采用SRT动态控制系统运行；3）厌氧氨氧化：对污泥消化脱水液进行处理，无需有机碳源；4.际经验：实现能源自给的奥地利Strass水厂二、污水处理厂提标改造中的节能降耗缺氧回流100%二沉池回流污泥100%剩余污泥进水硝化液回流200-300%出水好氧池厌氧池缺氧池缺氧好氧池缺氧好氧池缺氧好氧池回流污泥100%剩余污泥进水100%出水40%30%30%硝化液200-300%+回流100%最大反硝化率==75-80%进水100%+硝化液200-300%+回流100%1)传统和改良AAO工艺---反应器构造限制2)高级AO工艺---硝化反应和碳源限制5、脱氮与碳源投加二、污水处理厂提标改造中的节能降耗（1+r）QQrQVRQ111111kttkkF(t,k)＝,exp1)(F3)传统和改良AAO工艺---反应器构造限制的氧化沟解决方案氧化沟流速0.3m/s=1000m/h5、脱氮与碳源投加二、污水处理厂提标改造中的节能降耗AO反应器流程示意图UO反应器流程示意图0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%01020304050607005101520253035404550TN去除率/%TN/mg﹒L-1运行天数/d进水TNA/O出水TNU/O出水TNA/O系统TN去除率AO系统平均出水TN为28.7mg/L，平均TN去除率为45%；UO(8)系统平均出水TN为20.3mg/L，平均TN去除率为60%。在相同运行参数条件下，U/O系统的脱氮效率明显高于A/O系统。4)传统和改良AAO工艺---反应器构造进水方式解决方案5、脱氮与碳源投加二、污水处理厂提标改造中的节能降耗碳源COD(mg/L)比重gCOD/g理论量g/gNO3-N实际量g/gNO3-N加药装置要求凝固点（℃）甲醇1,200,0000.791.521.88/防爆设，安全防护-97.5乙醇1,560,0000.791.971.45/防爆设，安全防护-114乙酸（97-99%）1,030,0001.050.982.92/-1860%乙酸钠~440,0001.250.358.178.5为固体，需溶解投加13工业葡萄糖~300,0001.40.2113.621.40食用葡萄糖~900,0001.540.584.895.10BioC-1M1,000,0001.180.853.363.4直接投加-305、脱氮与碳源投加二、污水处理厂提标改造中的节能降耗1）碳源种类繁多，有效成分不足，急需经济有效稳定的碳源；2）投加方式原始、粗放，碳源无效的消耗量大，急需理论指导下的精确投加01智能控制器硝态氮设定值计量泵进水流量出水COD出水总氮硝态氮传感器加药量+-基于多参数智能控制算法特点：1、新增仪器仪表少，控制系统简单易维护；2、以硝态氮作为主要控制参数，实时性好；3、基于多参数智能算法，提高系统鲁棒性、稳定性以及控制精度。储罐反硝化池水质传感器智能控制器计量泵2计量泵1控制系统结构图碳源精确投加控制逻辑框图二、污水处理厂提标改造中的节能降耗5、脱氮与碳源投加5)传统和改良AAO工艺---颗粒污泥解决方案PHBPoly-P5、脱氮与碳源投加二、污水处理厂提标改造中的节能降耗三、基于纳米技术的拟颗粒污泥工艺开发欧洲将执行更加严格的标准-2.2mg/LN-0.1mg/LP从出生就落后的荷兰某污水处理厂2014年从出生就落后的活性污泥工艺1、好氧颗粒污泥的优势---占地面积减少70%，能耗降低30%三、基于纳米技术的拟颗粒污泥工艺开发工程参观：Utrecht参观2013年7月于荷兰1、好氧颗粒污泥的优势---出水水质好三、基于纳米技术的拟颗粒污泥工艺开发Nanofloc是一种含有纳米粒子结构的高分子无机有机复合絮凝剂，具有高反应活性的纳米粒子与聚合物协同作用，能有效提高絮凝效果。纳米絮凝剂nanofloc采购自奥地利某环保公司，该纳米絮凝剂为无味浅绿色黏稠溶液。2、Nanofloc简介替代好氧颗粒污泥？三、基于纳米技术的拟颗粒污泥工艺开发三、基于纳米技术的新型SBR反应器开发确定nanofloc在SBR反应器中的投量和投加方式：曝气时间结束前2min投加，投加量20μL/L0510152025302004006008001000SV(ml/L)0μL/L3μL/L5μL/L10μL/L20μL/L50μL/L100μL/L200μL/L