庆祝中国工程院工程科技学术研讨会——城市与重大基础设施韧性研讨在上海成功召开
会议新闻2024/11/12 17:29:08
环保新质生产力|城市污水深度处理技术
来源：中国环保产业协会2024/10/18 8:30:1352
导读
南京市市政设计研究院申报的城市污水深度处理技术，可广泛应用于新建、扩建和升级改造的污水处理厂，将出水稳定提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准，深入挖掘延伸传统工艺脱氮除磷能力。
生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
生态环境保护实用技术
2023-J-3
申报单位
南京市市政设计研究院有限责任公司
推荐单位
江苏省环境保护产业协会
一、技术简介
适用范围
本技术可广泛应用于新建、扩建和升级改造的污水处理厂，将出水稳定提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准，深入挖掘延伸传统工艺脱氮除磷能力。为城市污水厂提标项目的规划、设计、建设和管理全过程技术标准化和高质量发展保驾护航。
技术原理
本技术提出一种将污水稳定提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合工艺及三种子工艺，并优化相应的设计与运行参数，提供实际的工程运行成本和投资费用，为污水处理厂的提质增效提供参考。
当污水处理厂出水中COD和TN浓度超标时，可以选择反硝化滤池工艺。当污水处理厂出水中TP和SS浓度超标时，可以选择高效沉淀池工艺。当污水处理厂出水中COD和氨氮浓度超标时，可以选择“臭氧——曝气生物滤池”组合工艺。针对出水TP浓度达标，其余指标均不达标的情况，可以选择“反硝化滤池——臭氧——曝气生物滤池”组合工艺。主要工艺如下：
(2)经沉淀后，澄清水进入内碳源反硝化生物滤池内，并向内碳源反硝化生物滤池内补加污泥水解酸化产物。内碳源反硝化生物滤池采用2——3mm石英砂介质滤料，污泥水解酸化产物是污泥稳定处置自然发酵形成；
(3)向曝气生物滤池底部的布水层中加入臭氧，经过反硝化滤池的废水进入布水层进入曝气生物滤池内，填料层进行生化处理；
经生化处理后，净化水引入模块化人工湿地中，模块化人工湿地是由若干小型湿地模块组件拼接形成。
工艺路线
本工艺路线包括高效沉淀池(HST)、反硝化滤池(DNBF)、臭氧—曝气生物滤池(O3-BAF)这三种深度处理工艺单独运行时的最佳运行参数，主要包括：
(1)影响高效沉淀池运行效果的因素主要有混凝剂种类与投加量、絮凝剂种类与投加量、污泥回流比等参数。PAC投加量的最适投加范围约为PAC/TP=2——15(mg·L-1/mg·L-1)，PAM投加量的最适投加范围约为PAM/SS=0.01——0.05(mg·L-1/mg·L-1)。最佳污泥回流比一般在2%——6%之间。
(2)影响反硝化滤池运行效果的因素主要有碳源种类及投加量、滤料种类及粒径等参数。外加碳源乙酸钠应用较为广泛，最佳投加量(以C/N计)应当控制在4.5左右。在滤池的运行过程中应当消除跌水现象，降低进水DO浓度。
(3)影响臭氧工艺运行效果的因素主要有臭氧投加量、臭氧接触时间等参数。进水中混有大量工业废水的城镇污水处理厂，可适当延长臭氧接触时间，通常取40——50 min。影响曝气生物滤池运行效果的因素主要有水力负荷、水力停留时间、气水比等参数。
当尾水中TN和TP浓度均超标时，可以选择“高效沉淀池-反硝化滤池”组合工艺。当污水处理厂进水中混有工业废水，且单独使用BAF工艺无法使出水COD和氨氮浓度达标时，可以选择O3-BAF组合工艺。当污水处理厂尾水中COD、氨氮和TN浓度均超标时，可以选择“反硝化滤池——臭氧曝气生物滤池”组合工艺。
应用效果
本技术可依据污水处理厂尾水水质现状和排放要求提供目标可达性、经济性和套餐式的组合工艺选择标准与工艺参数推荐。集成组合滤池，优化滤池内的复合填料，综合利用剩余污泥，提供经济碳源，有效提高反硝化效率，增大总氮的去除。可广泛应用于新建、扩建和升级改造的污水处理厂，将出水稳定提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准，深入挖掘延伸传统工艺脱氮除磷能力。
研发背景
当前全国污水处理行业已经打响了提质增效的发令枪，随着水污染的防治力度的加大，国内多地制定了严格的地方标准，将排入地表水体N、P等污染物的排放限值规定进一步接近或达到地表Ⅳ类水体水质。污水处理厂实施提标改造，与污水厂关联的湖泊水库和河道等水体水质可更好地达到水环境功能区的水质目标。
江苏省在2018年6月发布《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》、浙江省在2018年12月发布《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》等，执行更加严格的氮磷排放要求。
2021年1月11日，发改委等10部委联合发布《关于推进污水资源化利用的指导意见》，要求2025年全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上，再生水将成为城市的“第二水源”。结合城镇污水处理厂新一轮提标建设，城镇污水处理将从 “工程水”阶段进入“生态水”阶段，更新治水理念，创造综合效益。
此外，国内污水厂提标改造技术存在以下问题：1、国外技术垄断，已形成具有自主知识产权的专利技术；2、国内技术相对单一，主要集中以MBR为核心的膜处理工艺，其投资和运行费用高昂；3、其他工艺鱼龙混杂，出水水质难以保障。因此，需要研发一种稳定高效的深度处理技术以满足愈发严格的出水水质标准。
技术特点
本技术提供一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，可经济有效实现出水水质稳定达到地表Ⅳ和Ⅲ类标准。主要特点包括：
1.经济套餐式的组合工艺
本技术对影响高效沉淀池、反硝化滤池、臭氧曝气生物滤池运行效果的关键因素进行研究，并优化了工程设计与运行参数。可依据污水处理厂尾水水质现状和排放要求提供目标可达性、经济性和套餐式的组合工艺选择标准与工艺参数，为稳定实现污染物的超低排放与污水处理提质增效提供参考。
2. 可替代有机碳源
水解酸化产物是将污水厂剩余污泥稳定处置，并向污泥中添加经碱处理后的玉米芯和海绵铁组成的复合填料。可作为反硝化的碳源和生物载体，解决了连续投加碳源的弊端。海绵铁可释放更多的铁离子，增强了异养微生物的活性。同时海绵铁的缓慢腐蚀过程也在不断产生氢气，供氢自养反硝化菌的生长，进一步强化了反硝化进程，提高硝态氮的去除率。
3.提高内部碳源利用效率
反硝化一般需要有机碳源作电子供体，包括外加碳源、污水碳源和内源碳源。污水碳源一般不足，外加碳源则会增加运行成本，因此提高内部碳源利用效率是很有价值的。内碳源回收型反硝化复合滤池是集多种污染物去除功能于一体，对总氮、总磷和SS均有较好的去除效果，可进一步提高出水水质。
4.高性能复合功能改性填料
主要包括铺设厚度为1:1:1的生物吸附层、加热层与生物降解层，可将水中原来紊乱的大分子团链打断。生物吸附层具有优异的吸附功能，生物降解层具有良好的降解功能，适当的加热可促进污水中细菌的活性，从而进一步降低难降解COD的含量。
二、典型应用案例
案例名称
南京桥北污水处理厂扩建工程
案例简介
南京桥北污水处理厂总设计规模20×104m3/d，占地约合10.59ha，污水厂服务范围内用地性质主要是居住、商业及科研用地。本次扩建工程厂址为现状污水厂厂区内一期工程东侧的规划预留地，用地面积约3.44ha，规模10×104m3/d，扩建完成后污水厂的总规模达到20×104m3/d。
1、南京首座出水预按准Ⅳ类标准打造的高标准污水厂
根据市环保局关于鼓励建设单位在一级A基础上进一步提高污水处理厂处理标准，减少尾水污染物排放总量要求的回复，桥北污水厂的尾水排入石头河，石头河为长江的支流，为了积极响应长江生态大保护，减少尾水污染物排放总量的要求，提高政治站位，经过充分的科学论证，采用“曝气沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀池+反硝化滤池”主体处理工艺，通过多模式改良A2O强化二级脱氮除磷，加上新型反硝化滤池深度处理对TN的补充去除，并同步去除SS、TP，实现了高品质准Ⅳ类出水目标，实际运行表明，除了TN外，其余指标已达到地表水环境Ⅳ类、甚至Ⅲ类水标准，远远优于设计出水水质，具体见统计报表。
2、新型高效反硝化生物滤池在国内的首次引进应用
(1)为了克服一期工程深度处理工艺不具备除氮能力、兼顾一期工程的水质再提升，结合用地条件及优化投资，将扩建工程反硝化滤池的规模控制为15×104m3/d，其高质量的出水与一期剩余5×104m3/d出水混合后进行排放，TN能够控制在10mg/L以下，满足污水厂整体出水水质的需求，增加污水厂排水的安全性。
(2)滤池主体结构与V型滤池相同，进水采用V型槽淹没配水，克服了常规深床滤池进水配水跌水造成碳源无效消耗，实现低碳运行；
(3)滤料采用生物陶粒滤料，有效粒径为2.5mm，比表面积大，优于常规深床滤池采用的粒径为2——3mm的石英砂滤料，可获得更高的生物浓度及更大的滞留能力，延长过滤周期，滤层厚度仅需1.8m，少于常规深床滤池2.44m的滤层厚度，降低滤床深度和工程造价；
(4)鉴于V型滤池在水处理中应用广泛且成熟，大幅缩短了运行人员的适应期。
3、智慧运行控制，实现节能降耗
①实现磁悬浮鼓风机、电动菱形空气流量调节阀和溶解氧在线检测系统的优化联动调节，可以经济地调节鼓风机输出风量，实现低耗运行，实际运行表明可节约30%——40%的能耗。
②智能加药，优化原料投入。加药系统由常用的变频计量泵升级为数字泵，对加药设备进行智能化、精准化控制。
4、采用多型高效新型设备
①2.6m大尺径网孔板式转鼓细格栅：网孔采用6mm孔径，运行时可产生地毯效应，能进一步提高过滤分离效率；
②菱形空气调节阀：其调节行程和流量呈直线关系，能够很好地满足空气流量调节的需求；
③2.5m大直径伞形双曲面立式搅拌机：双曲面叶轮间隔均匀布置长导流搅拌肋和短导流搅拌肋，相对于传统水下搅拌机，节能达到50%——60%以上；
④板条式微孔曝气器：可提高单位服务面积，在不增加阻力的前提下，提高10%的孔密度，减少气泡直径30%，能提高曝气效率20%，可节约20%——30%的能耗。
5、合理布局，采用集约化的单元组合，节约用地
通过优化水路与泥路，采用上水下泥的双层渠道将多模式改良A2O生化池、污泥回流泵房及配水井、二沉池进行组合连接，中间提升泵房与反硝化生物滤池进行组合连接，次氯酸钠、碳源投加间与接触消毒池叠建等措施，扩建10万m3/d用地面积仅为3.44ha(51.6亩)，较《城市污水处理工程项目建设标准》规定的用地面积9.5ha(142.5亩)，可节约63.8%的用地，节地效果非常明显。
6、实现中水资源化利用，生态补水改善区域河道水环境质量，节约水资源
积极实施高品质尾水的资源化利用，厂外用于江北新区的河道生态补水，补水规模10万m3/d；厂内用于脱水机滤布冲洗、细格栅冲洗、水处理药剂配制、池面清洗、绿化等，约3000m3/d，中水的回用率达到了51.5%，有效节约了水资源。
7、通过污水处理工艺的优化改进、新技术、新设备、智慧运行控制等多效并举措施，实现节能降耗
实际运行吨水电耗为0.28——0.30kWh/m3。根据《城乡水务2035年行业发展规划纲要》，截止2018年，全国污水厂吨水电耗为0.31kW·h/m3，能耗指标优于全国平均水平。
8、与同行业先进水平对比
本工程积极推动科技进步和行业发展，积极响应双碳目标，使用了大量的高效低能耗新工艺、新技术、新设备及智慧运行控制，节约了63.8%的用地、实现了51.5%的中水回用，出水水质除了TN外，其余指标已达到地表水环境Ⅳ类、甚至Ⅲ类水标准，吨水电耗优于全国平均水平，实现了降碳低耗运行，综合指标处于同行业领先水平。
达到的标准或性能要求
运行表明，出水水质除了TN外，其余指标已达到地表水环境Ⅳ类、甚至Ⅲ类水标准，实现了高品质准Ⅳ类出水目标。
业主单位
南京水务集团有限公司
投运时间
2020年2月26日
工艺流程
采用“曝气沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀+反硝化滤池+次氯酸钠消毒”主体处理工艺，通过多模式改良A2O强化二级脱氮除磷，加上反硝化滤池深度处理对TN的补充去除，并同步去除SS、TP，实现了高品质准Ⅳ类出水目标。
运行情况
实际运行表明，出水水质除了TN外，其余指标已达到地表水环境Ⅳ类、甚至Ⅲ类水标准，远远优于设计出水水质。实施高品质尾水的资源化利用，厂外用于江北新区的河道生态补水，补水规模10万m3/d。中水的回用率达到了51.5%，有效节约了水资源。
技术应用产生的碳减排效果
本项目积极响应双碳目标，使用了大量的高效低能耗新工艺、新技术、新设备及智慧运行控制，节约了63.8%的用地、实现了51.5%的中水回用。实际运行吨水电耗为0.28——0.30kWh/m3，全国污水厂吨水电耗为0.31kW·h/m3，能耗指标优于全国平均水平。实现了降碳低耗运行，综合指标处于同行业领先水平。
三、技术申报单位联系信息
单位名称：南京市市政设计研究院有限责任公司
单位地址：江苏省南京市玄武区同仁街31号
联系人：成昌艮
原标题：环保新质生产力 |城市污水深度处理技术
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