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BluePlains污水处理厂提标改造———后置反硝化、污泥热水解和深层隧道
更新时间:2016-11-16 来源:《净水技术》 作者:陶亚强,李军,Chang Cheinchi

摘要:根据美国环保署(EPA)和地方环境保护的要求,美国华盛顿特区Blue Plains 污水处理厂采用增加后置反硝化、污泥热水解和雨污合流深隧建造等方式实现提标改造。污水处理排放总氮(TN)达到4mg/ L 以下要求,污泥实现热电联产并提高泥质至Class A,合流制雨污水的收集率进一步提高。

1 基本概况和提标改造的必要性

1.1 基本概况

美国Blue Plains 污水处理厂位于美国华盛顿哥伦比亚特区(D. C. ),主要接收和处理生活污水和雨水,布局如图1 所示。1938 年,Blue Plains 污水处理厂作为初级处理设施建成,采用一级处理工艺,服务人口65 万,处理能力不足3. 8 ×105 t/ d。1959 年,Blue Plains 污水处理厂二级处理设施建成,服务人口快速增长,处理能力为9. 1 ×105 t/ d。1983 年,随着深度处理设施的建成,处理能力达到1. 14 ×106 t/ d。随着环境要求的提高,其处理能力和工艺得到不断改进和扩展。目前,Blue Plains 污水处理厂平均处理能力达到1. 4 × 106 t/ d,峰值达到4. 07 ×106 t/ d,总占地为0. 61 km2。由DC Water and Sewer Authority 建设运行管理。

1.2 提标改造必要性及存在问题

由于Blue Plains 污水厂需要满足由美国环保局EPA 签署的出水TN 含量降低至4. 7 × 106 lb/ a 的排放要求(折合2. 13 ×106 kg/ a),按平均处理量1. 4 ×106 t/ d 计算,出水TN 应低于4. 14 mg/ L,而现有工艺出水TN 约为7. 5 mg/ L。为保证Potomac 河的水质安全,污水处理工艺必须进行提标改造。

提标改造前该厂采用处理工艺主要包括:格栅、沉砂池、初沉池、一级曝气池(高有机负荷)、二沉池、二级曝气池(硝化池)、三沉池、多介质滤池和消毒处理,出水排放至Potomac 河。结合分析提标要求和原有工艺,总结存在主要问题有:(1)该工艺缺少反硝化脱氮阶段,污水处理过程中总氮(TN)的去除能力有限,TN 达不到向Chesapeake 海湾排放协议的要求[1];(2)用传统石灰法处理产生的美国B 级污泥(Class B)[2](见附录),污泥体积较大,质量不够高,资源回收利用价值有限[3];(3)在许多老城区,大概三分之一的污水管网收集系统仍采用雨污合流制,暴雨季节难以满足输水流量,污水会溢流进入附近水体,导致污染。

2 提标改造技术路线及实施

2.1 污水处理工艺的改造

根据工艺存在的主要问题,改造后的污水处理厂工艺流程如图2 所示,改造的主要单元见虚线方框所示。改造后的各单元组成为:格栅、曝气沉砂池、初沉池、一级曝气池、二沉池、硝化/ 反硝化活性污泥系统、三沉池、多介质滤池和消毒处理。

硝化/ 反硝化系统工艺流程如图3 所示,在原有硝化池的后端,增加反硝化段,形成硝化/ 反硝化活性污泥系统,实现对TN 的去除。二沉池污水进入硝化/ 反硝化池,每组反应器有5 格,每格均配有搅拌装置,第1、2 和3 格保持曝气进行硝化反应,第4 和5 格仅搅拌,处于缺氧状态,发生反硝化反应,其中在第4 格投加甲醇作为反硝化碳源,投加量根据原水水质和季节等因素进行控制。反硝化后的混合液进入三沉池泥水分离,出水进入到多介质滤池进行过滤,滤后水经次氯酸钠消毒处理,余氯在出水排放之前用亚硫酸氢钠去除。

为进一步提高污水处理效率并提高出水水质,该厂目前正在计划将厌氧氨氧化技术(Anammox)应用到主流工艺中。

2.2 污泥处理工艺改造

为减少残余污泥产量,提高剩余污泥质量以达到Class A(见附录),并提升资源回收利用率,使污泥处理系统实现综合供热供电,污泥处理工艺也需要进行改造。

Blue Plains 污水处理厂对浓缩后的污泥进行热水解处理,成为北美第一个采用污泥热水解的污水处理厂,在当时成为世界上最大的污泥热水解装置,其处理工艺如图4 所示。在污水处理过程中,从初沉池排出的污泥进行重力浓缩,来自二级处理和硝化/ 反硝化系统的污泥进行气浮浓缩。污泥混合后经过筛选作用,筛选尺寸5 mm,其目的是减少热水解组件的磨损,降低压力容器失效的风险,延长泵的使用寿命。随后对污泥进行预脱水,该过程使用离心机脱水至污泥含量15% ~18% ,预脱水后污泥送至热水解处理装置。

热水解处理过程中,首先是在碎浆机中加热经预脱水后的污泥;然后向6 组反应器中注入蒸汽加热到310 ~335 (154 ~168 ℃),满足EPA 规定的Class A 污泥要求,即300 (148. 8 ℃)温度下维持20 min;最后释放闪蒸罐压力,蒸汽压力骤降,污泥粘性降低。

经热水解后的污泥,用污水厂出水冷却至82 ~85 ℃之后进入4 个1. 4 ×104 m3 的厌氧消化器中温消化。

消化后的污泥进行最终脱水,产生符合Class A 标准的污泥,Class A 污泥体积较小,质量较好,作为土壤肥料用于城市的公园、花园和绿色基础设施,可增加林木产量,给农田提供养分,污泥质量的提高使DC Water 的污泥适合作为有机肥或营养土进行商业销售。并且在处理过程中产生的沼气可以实现综合产电供热,投运以来,该系统