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STS深床滤池技术方案-8万吨


咸阳西郊污水处理厂工程
——Denite?反硝化深床滤池

技 术 方 案

水 环 纯 水 务 技 术 ( 上 海 ) 有 限 公 司 ( 美 国 STS)
2011 年 8 月


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美国 STS 集团简介 ...........

.................................................... 错误!未定义书签。? Denite?反硝化滤池简介 ......................................................................................... 1? 2.1? 反硝化深床滤池工艺 .......................................................................................... 1?

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3.?

Denite?反硝化滤池设计 ......................................................................................... 6? 3.1 3.2 设计水量 ............................................................................................................. 6? 设计水质及水温 ................................................................................................. 6?

3.3? 工艺路线 .............................................................................................................. 6? 3.4? 工程设计 .............................................................................................................. 6? 4.? 总结、运行费用及建议 ........................................................................................ 12? 4.1 4.2 4.3 总结 ................................................................................................................... 12? 运行费用 ........................................................................................................... 12? 化学除磷加药系统 ........................................................................................... 13?

1. Denite?反硝化滤池简介
1.1 反硝化深床滤池工艺 本次 8 万吨/天的工程深度处理工艺主要目的为去除 SS/TN/TP,深床滤池可作 为反硝化深床滤池使用,使得 SS、TN 和 TP 出水达到《城镇污水厂污染物排放标 准》 (GB18918-2002)一级 A 标准,并为未来更为严格的排放标准预留下扩展的空 间,整体投资将大大减少。 深床滤池工艺流程图如下:

深床滤池工艺流程图 反硝化深床滤池工艺流程图如下:

图 2-1

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反硝化深床滤池工艺流程图

图 2-2

DeepBedTM Filter(深床滤池)是 STS 公司独特的过滤处理工艺。滤料采用 2~ 4mm 石英砂介质,滤床深度 1.83m,滤池可保证出水 SS 不大于 8mg/l、通常 5mg/L 左右。绝大多数滤池表层很容易堵塞,很快失去水头,而 STS 独特的均质石英砂允 许固体杂质透过滤床的表层, 深入数英尺的滤料中, 达到整个滤池纵深截留固体物。

图 2-3:过滤介质:石英砂 滤池需定期反冲洗,反冲洗模拟人的搓手模式,大量强有力的空气使滤料相互 搓擦,使截留的 SS 全部清洗出池,冲洗用水一般为总量的 1-3%。滤池运行如下图 所示:

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图 2-4:气洗

图 2-5:气水同时反冲

图 2-6:水洗

图 2-7:过滤

Denite? DeepBedTM Filter(反硝化深床滤池)是集生物脱氮及过滤功能合二为一 的处理单元。是 STS 公司独特领先全球的脱氮及过滤并举的先进处理工艺。1969 年世界上第一个反硝化滤池即诞生在 STS/Tetra 公司。近 40 年来 STS/Tetra 的反硝 化滤池在全世界有数百个系统中正常运行着。 反硝化滤池采用特殊规格及形状的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质,同时深 床又是硝酸氮 (NO3-N) 及悬浮物极好的去除构筑物。2~4 毫米介质的比表面积较 大。 1.83m 深介质的滤床足以避免窜流或穿透现象, 即使前段处理工艺发生污泥膨胀 或异常情况也可减少滤床水力穿透现象发生。介质有较好的悬浮物截留功效,在反 冲洗周期区间, m2 过滤面积能保证截留 ≥7.3kg 的固体悬浮物。 每 固体物负荷高的 特性大大延长了滤池过滤周期,减少了反冲洗次数,并能轻松应对峰值流量或处理 厂污泥膨胀等异常情况。悬浮物不断的被截留会增加水头损失,因此需要反冲洗来 去除截留的固体物。由于固体物负荷高、床体深,因此需要较高强度的反冲洗。滤 池采用气、水协同进行反冲洗。反冲洗污水一般返回到前段处理单元。 去除 TN: 利用适量优质碳源, 附着生长在石英砂表面上的反硝化细菌把 NOx-N 转换成 N2 完成脱氮反应过程, 作为后置反硝化滤池的世界发明者, 经过多个工程经 验和数年的历史数据表明,在前端硝化反应较完全的情况下,STS/Tetra 的技术可稳

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定做到出水 TN≤10mg/l.。在反硝化过程中,由于硝酸氮不断被还原为氮气,深床滤 池中会逐渐集聚大量的氮气,一方面这些气体会使污水绕窜介质之间,这样增强了 微生物与水流的接触,同时也提高了过滤效率。但是当池体内积聚过多的氮气气泡 时,则会造成水头损失,这时就必须采用 STS 的 Speed BumpTM 技术驱散氮气,恢 复水头,每次持续 2 分钟左右,此过程为 STS/Tetra 的独特技术,其它脱氮滤池无 此功能。 去除 SS:通常每毫克 SS 中含 BOD5 0.4~0.5 毫克,因此在去除固体悬浮物的 同时,同时也降低了出水中的 BOD5。另外,出水中固体悬浮物含有氮、磷及其他 重金属物质,去除固体悬浮物通常能降低部分上述杂质,配合适当的化学处理, 能 使出水总磷稳定降至 0.5mg/l 以下。反硝化滤池能轻松满足 SS 不大于 8mg/l(通常 SS 5mg/l 左右)的要求。 去除 TP:微絮凝直接过滤除磷,世界上应用微絮凝直接过滤技术历史最长和 最成熟的即是 STS/Tetra 公司的深床滤池技术(可查阅相关文献) ,是省去沉淀过程 而将混凝反应与过滤过程在滤池内同步完成的一种接触絮凝过滤工艺技术。 微絮凝过滤充分体现了深层滤料中的接触凝聚或絮凝作用。它实际是在混凝、 过滤作用机理深入研究的基础上,将混凝与过滤过程有机集成一体,形成了当今水 处理的高新技术系统。在污水深度处理方面具有较高的推广价值。 这种直接过滤技术用于污水深度处理一般是指在二沉池后投加混凝剂,经机械 混合后直接进入滤池,不仅可以进一步降低 CODcr 和 BOD5,而且可以稳定保证 SS、TP 达标,不仅可简化污水厂处理流程,降低投资费用,减少运行费用,而且还 可延长过滤周期,提高产水量及出水水质。 通常深床滤池的组成部件如下所述: ? 池体构筑物:钢筋混凝土或钢制结构,通常为长方形。 ? 气水分布系统:采用“T”型气水分布块滤砖技术,反冲洗不锈钢主、支气 管;淘汰了长柄滤头和滤板。无易损易耗件。 ? 过滤介质:Tetra 5#滤料,滤床高度约 1.8m,有效粒径 2~4mm,均匀系数: 1.4,球形度不小于 0.8,莫氏硬度:6-7,比重:大于或等于 2.6,酸溶度:不 超过 3% ? 滤料承托层:总厚约 500mm,鹅卵石五种级配分布。
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? 反冲洗水泵:反冲洗时由位于清水池的潜水离心泵泵送至滤池池底,强力 反向冲洗。 ? 反冲洗鼓风机:采用罗茨鼓风机,反冲洗时进行空气搓洗。 ? 滤池自控阀门:气动和电动蝶阀。 ? 滤池堰板:FRP 滤池堰板 ? 滤池主控柜:PLC 可编程控制器,人机对话多界面显示屏,可提供中央控 制系统或 SCADA 系统的输出; ? 加药系统:用于化学除磷的药剂投加以及反硝化脱氮时的碳源投加,由设 计院配套设计。 ? 滤池仪表:滤池进水流量计,反冲洗流量计,液位开关等,由设计院统一 设计。

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3. Denite?反硝化深床滤池工程设计
3.1 设计水量 Q=8 万 m3/d,Kz=1.2,最大时处理水量 4000m3/h; 3.2 设计水质及水温 本次深度处理工程设计进出水水质如下: 进、出水水质:(单位:mg/l)
项目 设计进水水质 设计出水水质 TN ≤25 冬季) ( ≤15 SS ≤20 ≤10 NH4-N ≤5(8) ≤5(8) TP ≤1.0 ≤0.5 CODcr 60 50 BOD5 20 10 pH 6~9 6~9

滤池同步去除 TN、SS 和 TP,并可通过投加碳源或停止投加碳源将深床反硝化 滤池转化为深床滤池使用。 滤池去除 CODcr 和 BOD5 是通过物理截留 SS 造成的。 设计最低水温为 12℃。 3.3 工艺路线 污水厂消毒采用加氯消毒工艺,出水提标改造到一级 A 标准。 通过上述远期进出水水质设计要求可以看出,TN 去除量最大可达 10mg/L,传 统的滤布滤池、纤维束滤池和均质滤料滤池均不能满足设计需要。 我公司深床反硝化滤池可同步满足去除 TN、SS,并在去除 SS 过程中同步去除 一部分 CODcr 和 BOD5。可以稳定达到一级 A 标准。全国十佳污水厂第一名芦村污 水厂四期工程调试结果表明,该滤池反硝化功能启动迅速,反硝化效果优异。 3.4 工程设计 3.4.1 总平面布置 按 8 万吨/天考虑,深床滤池设计 6 格,滤池单排布置,配套设置清水池和废水 池。清水池用于储存一定量的清水,保持滤池反冲洗和驱除氮气所需要的一定净水的

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体积;废水池用于调节反冲洗的水量。配有 1 套反冲洗系统,含反冲洗水泵、反冲洗 风机和反冲洗废水排放泵等。 本工程 Denite?深床反硝化滤池平面图详见下图,总尺寸 L×B=39.0×33.1m。

3.4.2 水头损失 滤池反冲洗水头损失 2.0m-2.5m。 3.4.3 深床滤池构筑物 A. 反硝化深床滤池 功 类 能:去除 SS、TN 和 TP。 型:半地下式矩形钢筋砼构筑物

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量:6 格

内净尺寸:L×B×H=30.5×3.56×6.2m(单格) B. 清水池 功 类 数 能:供深床滤池水反冲 型:地下式矩形钢筋砼构筑物 量: 1 座,与滤池合建

有效容积:700m3。 C. 反冲洗废水池 功 类 数 能:用于深床滤池反冲洗废水 型:地下式矩形钢筋砼构筑物 量: 1 座,与滤池合建

有效容积:550m3。 3.4.5 反硝化滤池主要设备 A. 进水系统 每格滤池设置 2 套进水堰板;均为 304 不锈钢材质 B. 布水布气系统 设备类型:进水管、进气管及“T”blockTM 其中各种气管、底部布气方管均采用 304 不锈钢材质 面 积: 每格 109m2,总共 652m2

C. 滤料介质 设备类型:石英砂,粒径 2-4mm,滤床深度 1.83m 数 量:1900 吨

D. 支撑介质 设备类型:天然鹅卵石,粒径 8~40mm,支撑层深度 0.45m 数 量:470 吨

E. 反冲洗水泵 设备类型:潜水离心泵 数 量:2 台,1 用 1 备

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设计参数:流量 Q=1500m3/h,扬程 H= 8.8m F. 反冲洗废水排放泵 设备类型:潜水离心泵 数 量:2 台,1 用 1 备

设计参数:流量 Q=300m3/h,扬程 H=6.5m(暂定,由设计院根据管路布置 最终确定) G. 气动控制闸/阀 数 量:共 31 个

其中 400×400 气动进水闸门 6 个 DN600 气动出水蝶阀 6 个 DN450 气动反冲洗进水蝶阀 6 个 DN600 气动反冲洗出水蝶阀 6 个 DN450 气动反冲洗气阀 6 个 DN450 气动反冲洗水量调节阀 1 个 G. 电动控制阀 DN150 电动蝶阀 1 个(用于罗茨鼓风机泄压阀) 。 H. 手动阀门 数 量:共 17 个

DN500 反冲洗水泵止回阀 2 个,DN250 废水泵止回阀 2 个,DN400 反冲洗 风机检修阀 3 个,DN500 反冲洗水泵检修阀 2 个,DN250 废水泵止回阀 2 个,DN150 放空阀 6 个。 I. 自动排气阀 数 J. 量: DN50 排气阀 1 个

自动控制柜 数 量:1 套。

滤池配套 1 个主控柜,为 Allen-Bradley 或 Siemens 品牌,防护等级 IP55, 含 PLC 及 HMI 人机界面。主控柜用于控制 2 台反冲洗风机、2 台反冲洗水泵、 2 台废水泵、所有自动控制阀门和碳源投加计量泵。 为降低碳源投加费用,需精确控制碳源投加量,含仪表控制系统一套。
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3.4.6

鼓风机 鼓风机房安装反冲洗鼓风机。为保证鼓风机正常操作,减少噪音,设置空气除

尘装置和消声装置。配套设备包括过滤器、消音设备、阀门及控制系统。鼓风机外 加隔声罩和放空消音器,使噪音降低至 90dB 以下。 A. 鼓风机(用于反硝化滤池反冲洗) 设备类型:罗茨鼓风机 数 量:3 台,2 用 1 备

单台风量:Q=4664m3/h 单台风压:H=69kPa 3.4.7 碳源储存及投加系统 本工程投加碳源为甲醇或乙酸,暂定甲醇。 1) 主要设备 A. 储罐 设备类型:室外储罐 数 量:1 套

有效容积:25m3/套,储存 10 天用量。 B. 碳源投加泵 设备类型:计量泵(变频调速、防火防爆) 数 量:设置 2 台,1 用 1 备

量程:流量 Q=250L/h,扬程 H=40m。 3.4.8 仪表

1) 流量计 A 进水流量计 数 功 量:电磁流量计 1 个,规格由设计院确定 能:用于监测进水流量,并根据水量进行反馈确定碳源投加量。

B 反冲洗水流量计 数 量:DN500 电磁流量计 1 个

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能:将流量信号反馈给气动调节阀来控制反冲洗水强度。

2) 液位开关 数 量:12 个

其中每格滤池设置液位开关 1 个,共 6 个。 在清水池中设置液位开关 3 个 在反冲洗废水池中设置液位开关 3 个 3) 其他 根据需要,还需要配套鼓风机和水泵压力表,配套鼓风机及空压机压力开关等。

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4. 总结、运行费用及建议
4.1 总结

1、多功能性:反硝化深床滤池一池多用,同步去除 TN、SS、TP 三个水质指标稳 定达标,运行可靠,而其它滤池技术功能单一。 2、TN 低温时稳定达标:根据调查现实运行情况,因国内大部分污水处理厂在冬季 低温条件下反硝化不彻底,反硝化深床滤池可对 TN 的稳定达标起到了把关作 用,并可应对远期日益严格的 TN 排放标准(国家环保部已列入十二五计划中) 。 我公司技术可保证 TN≤3mg/L。 3、工艺灵活性:夏季 TN 如能达标,运行时简单改变工艺运行条件,反硝化深床滤 池可灵活转换成深床滤池, 可只直接过滤 SS, 满足 SS 稳定达标并可小于 5mg/l。 4、技术先进性:美国 STS 水务集团的反硝化深床滤池 Denite?是世界后置式反硝化 滤池的发明者,业绩遍布全球,已成功工程应用 40 年,迄今为止一直是此领域 的领导者。 5、投资成本低:因反硝化深床滤池一池多用,污水处理厂总体投资大大节省。 6、运行成本少: 反硝化滤池独有的驱氮技术, 保证滤池具有最小的碳源消耗和能耗。 反冲洗水量小,本技术反冲洗水量一般≤2%,保证≤4%,远小于其他类型滤池 的 5%-10%,这无疑降低了反冲洗废水的处理成本。 7、反硝化深床滤池终身免维护,无易损易耗件。 4.2 运行费用 滤池的运行费用由两部分组成: 1、 反冲洗电费 滤池反冲洗周期≥24h,以反冲洗周期为 24h/d、电费 0.7 元/度,则反冲洗 电费为≤0.002 元/吨水。 2、远期如需反硝化脱氮,则碳源投加费用: 冬季低温进水平均 TN 为 25mg/L,设计出水 TN 为 15mg/L,则去除 TN 为 10mg/l。甲醇投加比例为甲醇:NO3-N≤2.9:1。

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甲醇投加费用: C=10gTN×2.9g 甲醇/gTN×2.7 元/kg 甲醇×0.001 =0.078 元/吨水。 甲醇仅在冬季投加, 其他三个季节仅作为深床滤池使用, 那么平均到每年的甲醇 投加费用为: 0.078÷4=0.02 元/吨水。即甲醇平均成本约 2 分钱每吨水。 3、总运行费用 采用甲醇作为碳源,运行费用 0.022 元/吨水。 4.3 化学除磷加药系统 混凝剂投加系统用于化学除磷,包括机械搅拌混合池,在深床滤池内通过微絮 凝过滤完成,可替代混凝沉淀、过滤系统,该部分可配合设计院完成。

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