总磷超标工程改造解决方案

总磷超标工程改造解决方案[上]作者:王志刚出处:原创发布时间:4/4/2006\17:57:10来自:价值中国网序言：随着国家和地方排放标准对于排放水质要求的提高，对于已建或在建污染治理工程，都将面临如何适应新的排放标准和提高了的水质要求；尤其是我国的地表水系日渐严重的水体富营养化威胁，对于污水排放中的氮、磷指标，将会日渐严厉。十一五期间，很多原有处理设施，都将面临为适应提高了的排放要求必须进行工程改造的现实。而在这些面临改造的污水处理工程中，如何充分挖掘原有设施的潜力、运用当今成熟高效先进的技术揉合于既有设施，充分合理而又最大限度利用好既有设施，发挥其最高效能，则是一个摆在我国环境保护业界的现实课题。笔者曾做过一些这方面的项目，现就其中一个解决总磷超标的工程实例作一介绍。总磷超标工程改造解决方案[上]——XX汽车有限公司涂装废水处理工程改造一．工程概况XX汽车有限公司涂装废水处理工程，已经于2004年建成并投入正常运行接近两年。在这期间，排放水质各项指标中除了总磷指标为10mg/l稍有超标外，其余各项水质均已优于排放标准。随着新的排放标准的实施和环太湖流域对于水体富营养化问题日益严重，当地环保部门要求其排入城市下水道的总磷指标为4mg/l。因此，该工程尚需对废水处理工程进行技术改造，对总磷作专项处理，使之达到排放标准。二．现有废水处理工艺技术分析现有废水处理采用了“气浮——好氧曝气——沉淀——砂、炭过滤”的骨干工艺，技术路线可行且比较完善，所以才会使处理出水除了总磷以外的其余各项水质均已优于排放标准而得以达标排放。但是，对现有工艺流程作具体分析后发现尚存在一些不足之处，最主要的一点就是忽略了磷的处理难度，没有对磷作为重点处理对象，在工艺中采取必要和确切有效的处理过程、措施以及工程保障设施，由此便导致了处理出水总磷超标的结果。仔细分析现有工艺对于磷的单项处理，发现存在如下几个不足之处：其一，气浮分离前面的PH值调节过程有所欠妥。涂装废水的PH值通常都是偏酸性，而除磷过程则需要偏碱性，但是现有工艺流程却将加酸反应设置在PH调节的前端；而在气浮出水进入曝气池的中间却没有采取PH值的调节措施，而曝气生化过程的PH值必须是中性水质，这就限制了前级PH调节过程必须保证将废水调节成中性水质，这样一来，就限制了絮凝剂对磷的捕集作用，使得前级高浓度磷的去除大打折扣，只能依赖后级来去除。其二，对于低浓度的磷，生物处理是十分有效的手段。但是在紧接着的后级生物处理系统中，偏偏采用了仅仅是单纯的好氧曝气系统，而单纯的好氧曝气生化过程是除不了磷的。那么，整个除磷的压力也就自然地指望最后的终端处理设施——活性炭吸附来保证了。其三，对于低浓度的磷，活性炭吸附处理是可以作为最终保障措施来将其大部分吸附掉。但是在活性炭的吸附一是受到吸附容量的限制，二是活性炭在长期运行过程中必须保证其表面清洁，不受任何污染，才能确保活性炭的微孔具备吸附能力和保持其活性。可是，现有工艺中除了在活性炭吸附的前级设置了一台石英砂过滤器以外，再也没有其他辅助措施可以确保活性炭免受污染长期保持其活性。其实，这台石英砂过滤器自身都在严重污染中，为什么呢？我们知道，石英砂过滤器和活性炭吸附过滤器在清水处理中是一对很好的搭档，这是因为，清水中没有有机物呀！而现在这样一对好搭档所要处理的对象却是污水——含有相当浓度的有机物的污水，这些有机物在通过石英砂和活性炭的过程中势必会在这些颗粒物料的表面结成厚厚的生物膜，这些生物膜又跟截留的悬浮物——污泥一起形成黏泥，一旦结成黏泥反冲洗根本洗不干净，从而使活性炭丧失吸附能力、石英砂过滤效率下降；有机物浓度低的话，也许两个月之内还行，有机物浓度高的话，不到一个月就失效，这样一对好搭档就只能成为摆设啦。三．解决方案通过前面对于现有工艺流程的仔细分析，我们找出了三个症结，原因找到了，事情也就好办了，我们只要对症下药，把这几个问题解决了，就可以确保把总磷指标降下来，保证使处理出水全面达标排放。1、调整加酸反应过程在工艺流程中的位置将现有工艺流程中加酸反应装置调整到气浮出水之后，生物处理系统之前，改变废水絮凝反应的PH值的条件，让絮凝反应过程在偏碱性水质中完成，把加酸反应作为废水进入生物处理系统之前的PH值的回调措施，确保大部分磷去除在废水进入生物处理系统之前。2、改单纯的好氧曝气过程为生物除磷系统将现有工艺流程中的单一曝气池改建为“A/O”生物除磷系统，即“厌氧——好氧”生物处理过程。且须将现有曝气池作大幅度的改建，改建成为“厌氧——高负荷曝气——沉淀——低负荷延时曝气”等四格池体、分为两个生物处理阶段四个生物处理过程，保证以最高效率去除残留的磷；使后面的斜管沉淀池出水中的总磷指标就能达到排放要求。3、改建工艺流程末端设施作为工艺流程末端的保障措施，以便无论在任何非常情况下都能保证处理出水的各项指标满足排放标准的要求，必须加强石英砂过滤器和活性炭吸附装置对于磷的有效去除作用。因此，就要增加抑制砂过滤和活性炭中生物膜形成的工艺装置，更新石英砂和活性炭滤料；并且还应增加石英砂过滤器和活性炭吸附装置的备用系统，这是因为：①石英砂过滤器和活性炭吸附装置在反冲洗过程中不可中断废水处理；②石英砂过滤器和活性炭吸附装置需要定期进行设备维护和更换滤料，在此期间也不可中断废水处理。所以石英砂过滤器和活性炭吸附装置需要作一备一用的工艺配置。四．技术改造说明技术改造后的工艺流程如下图：[工艺流程图略]1、改造技术说明1.磷的存在与去除1.1磷的存在形式涂装废水所存在的含磷物质基本上都是不同形式的磷酸盐。根据物理特性可将污水中磷酸盐类物质分成溶解性和非溶解性；根据化学特性，则可分为正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐。磷元素在生物化学过程中起着重要的主导作用。所有的微生物都含有相当数量的磷，活性污泥微生物也不例外，磷是微生物细胞的重要组分。在常规二级生物处理系统中，污水中微生物降解过程伴随着微生物菌体的合成，磷作为微生物正常生长所需要的元素也成为生物污泥的组分。由于进入剩余污泥的总磷是逐渐增大，因而也使出水的磷浓度明显降低。1.2污水除磷方式所有污水除磷方法都包含两个必要的过程，首先将溶解性含磷物质转化成不溶性的悬浮性状态，然后通过悬浮固体的去除将磷从污水中除去。在这些含磷固体的物理去除中为了避免磷又回流到污水处理的其它工段内，必须控制磷的再次溶解和释放，而采用投加化学药剂去除磷大多数情况下都与生物处理相结合，纯化学处理的情况很少。生物处理是通过生物作用，尤其是微生物的作用完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转为成无害的气体产物(CO2)、液体产物(H2O)以及富含有机物的固体产物(生物污泥)，多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀固液分离，从净化后的水中除去。近年来，在工艺选择上采用了污泥浓缩脱水一体化，剩余活性污泥内含有大量的磷而滤液中含磷较少，将剩余活性污泥在吸收聚磷状态下进行脱水。污泥厌氧消化池不排上清液，通过污泥消化工艺的限磷措施，减少了厂内污水、废水的含磷负荷。但同时也提高了污泥中磷的含量，作为农肥含磷的提高增加了肥效，但就像污泥中重金属含量一样，由于其长期的富集，势必造成磷含量超过国家农肥标准，这将直接影响到污泥作为农肥的利用。因此对污泥的再利用和采用较好的处置方法，也值得我们再进一步去探讨。城市污水处理厂的上游水排放应对磷加以控制，污水厂的进水不能无限地接纳磷，污水厂不论是采用生物处理或是化学处理方法去除磷，其污水中磷的总量应控制在6mg/l，甚至在5mg/l以下为佳，所以当地环保部门要求本工程对外排放的总磷必须低于等于4mg/l是有科学依据的。由此可见，城市污水处理工艺仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将磷酸盐富集到污泥中。大量的试验数据说明，在污水中可溶性和不溶性存在的磷酸盐通过固液分离得以从污水中沉淀并被排放去除。而仍有一大部分可溶性磷酸盐和极少部分的不溶性磷酸盐存在于污水中，但是有一点可以肯定地说，对于磷酸盐的最终去除只能依靠固液分离通过污泥排放来实现。总磷超标工程改造解决方案[中]——XX汽车有限公司涂装废水处理工程改造2.除磷作用机理2.1化学除磷一般常用的化学药剂是铁盐、铝盐和石灰等，但就其药剂作用原理可基于以下几点。2.1.1胶体化学过程按照物理化学的观点，污染的废水往往是呈现水溶性胶体溶液，简称水溶胶，该体系显示了不稳定的的热力学状态，具有表面扩张能力较好的胶体趋向于形成粗糙的表面；具有较差的表面扩张能力的胶体趋向于形成一个具有能量释放的粗颗粒表面状态，这种不稳定状态主要受胶体表面带电粒子和有极性的水分子的电荷电位的共同影响。在同性电荷相排斥和异性电荷吸引的交替作用下，水中的胶体在等电位点时稳定性最差，从而在重力的作用下达到最大的沉降速度。当污水中加入化学药剂后，药剂中高价离子和催化剂反应后的产物，可以帮助胶体颗粒到达等电位点。从而形成絮凝矾花。同时污水中的活性基因，在胶体颗粒呈现“架桥”作用，使絮凝矾花进一步长大，压密呈薄薄层。从而使污染物在水中迅速沉降并分离出来，上层水透明澄清。2.1.2化学反应过程在污水中加入药剂后，会形成若干化学反应，最重要的反应过程有下面几种：(1)形成溶解度低的沉淀物高价金属离子与许多阴离子都形成难溶的化合物沉淀下来，这些化合物在形成絮凝矾花的核心和矾花之间的连接中特别重要。(2)无机化合物的氧化反应催化剂可使若干无机化合物直接氧化，形成无害的易于沉淀产物。(3)有机化合物催化反应由于催化剂的催化能力，许多有机化合物很容易地与溶解氧发生反应，在许多情况下，终产物是CO2、H2O和氮气。有时也会产生一些酸性物质，这些酸性物质与高价金属离子一起形成难溶的化合物而从水中沉淀出来。2.1.3微生物氧化过程废水中的有机污染物是通过好氧微生物的氧化作用得以降解的。加入药剂后，可以加速这种氧化分解的速度，其作用机理主要是由高价位向低价位转变时，成为微生物代谢过程中的电子受体，提高兼收并蓄的传递速度，刺激好氧微生物种群迅速增殖。据试验，经化学药剂处理过的活性污泥中，好氧细菌是普通活性污泥的3倍。这主要是由于普通活性污泥菌胶团内部往往是兼性细菌占优势。而兼性细菌的兼收蓄速度远远低于好氧细菌。当污水中的有机物作为微生物的食物来源时，有机污染物被迅速地氧化、分解，因此提高了废水的净水效率。2.2生物除磷所有生物除磷工艺的一个共同特点是厌氧区的设置，在厌氧状态下，通过污水与回流污泥的混合接触，促进发酵作用和磷释放的进行，随时在好氧状态下，较好的污泥混合液含有大量能超量贮集、吸收聚磷的贮磷细菌。经过沉淀作用，达到固液分离，从而大大提高磷的去除效果。2.2.1生物除磷代谢模型从印度研究人员Srinath等人于1959年首次提及污水生物除磷现象以来，各国科学家对生物除磷机理进行了长达20余年的摸索研究。然而，早期生物除磷研究往往以实际污水处理工艺为主要研究对象，且注意力大多集中于好氧条件下的生物摄磷过程，并没有在意磷的厌氧释放同好氧摄取之间的关系。直到上世纪80年代初，荷兰研究人员Rensink才首次报道了好氧摄磷与厌氧放磷过程之间存在着某种必然联系。在此基础上，生物除磷的一个完整生化代谢模型才由后续一些科学家完善、定型。一般认为，污水中的基质(COD)首先在厌氧条件下被转化为细菌细胞内的聚合物质--PHA(即PHB+PHV，以PHB为主要成分)，这个过程籍细胞内多聚磷酸盐来提供所需能量。结果，磷酸盐被释放到细胞之外。当环境改变为好氧条件后，由于环境中缺乏COD而使得在厌氧条件下贮存的PHB被用来充当基质。籍基质所提供的能量，细菌在此条件下过量摄取环境中的磷酸盐而在细胞内形成多聚磷酸盐，细菌同时得到增殖。此外，在好氧条件下糖源也得到补充。在好氧条件后分离增殖的细菌，磷便能随细菌细胞而被排除。聚磷细菌PAOs(PhosphateAccumulatingOrganisms)细胞内的磷含量可高达12%(以细胞干重计)，而普通细菌细胞的磷含量仅为1%～3%。可见，生物聚磷后的细菌分离可有效将污水中的磷酸盐脱除。兼性反硝化细