污水处理厂乙酸钠加药间设计探讨

发布时间:2018-10-18 03:14              

随着经济的发展和人类对生态环境的重视,中国对污水处理的排放标准也越来越严格,尤其是氮、磷等污染物指标。目前东部沿海和经济相对发达的地区新建污水处理厂的排放指标已经按《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002一级标准执行,同时很多已建的污水处理厂也已开始进行提标改造的建设。

而中国很多城市的污水存在低碳相对高氮磷的水质特点,由于有机物含量偏低,在采用常规脱氮工艺时无法满足缺氧反硝化阶段对碳源的需求,

导致反硝化过程受阻,并抑制异养好氧细菌增值,使得氨氮(NH 4-N )的同化作用下降,因此大大影响了污水处理厂的脱氮效果。通过实践证明,投加碳源是污水处理厂解决这类问题的重要手段。

本文以青岛某污水处理厂升级改造工程为例,介绍污水厂采用乙酸钠作为外加碳源时,其计算及设计要点。

1.几种常用碳源的特点分析

目前污水处理厂解决低碳源污水处理常用的外

加碳源有甲醇、淀粉、乙酸钠等,其中甲醇和乙酸钠均为易降解物质,本身不含有营养物质(如氮、磷),分解后不留任何难于降解的中间产物。而淀粉为多糖结构,水解为小分子脂肪酸所需的时间长,且在水中的溶解性差,不易完全溶于水,容易造成残留和污泥絮体偏多等问题。

研究表明,乙酸钠作为碳源时其反硝化速率要远高于甲醇和淀粉。其主要原因在于,乙酸钠为低分子有机酸盐,容易被微生物利用。而淀粉等高分子的糖类物质需转化成乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸等最易降解的有机物,然后才被利用;甲醇虽然是快速易生物降解的有机物,但甲醇必须转化成乙酸等低分子有机酸才能被微生物利用,所以出现了利用乙酸钠作为碳源比用淀粉、甲醇进行反硝化速度快很多的现象[1]。

同时,甲醇作为一种易燃易爆的危险品,当采用甲醇作为外加碳源时,其加药间本身具有一定的火灾危险性。当甲醇储罐发生火灾时,易导致储罐破裂或发生突沸,使液体外溢发生连续性火灾爆炸,危及范围较大,因此甲醇加药间对周边环境要求一定的安全距离。同时由于其挥发蒸汽与空气混合易形成爆炸性气体混合物,故其范围内的电力装置均须采用特殊设计。

而乙酸钠本身不属于危险品,方便运输及储存,绝对价格也比甲醇便宜,因此对于一些已建的污水处理厂来说,由于其用地限制,当需要外加碳源时,采用乙酸钠作为外加碳源比甲醇更具有优势。

2.乙酸钠投加量的计算

在缺氧反硝化阶段,污水中的硝态氮(NO3-N)在反硝化菌的作用下,被还原为气态氮(N2)的过程。反硝化反应是由异养型微生物完成的生化反应,它们在溶解氧浓度极低的条件下,利用硝酸盐(NO3-N)中的氧作为电子受体,有机物(碳源)为电子供体。

在实际工程中,若进入反硝化段的污水BOD5∶N<4∶1时,应考虑外加碳源,BOD5/N≥4,可认为反硝化完全。当碳源不足时,系统投加的碳源量可根据对应去除的硝态氮量进行计算,计算公式如下:

碳源投加剂量(mg/L)=(4-CBOD5/CN)ˑCN/η

其中:CBOD5为进水的BOD5浓度,mg/L;CN为进水的硝酸盐浓度,mg/L;η为投加碳源的BOD5当量。

乙酸钠的BOD5当量为0.52(mgBOD/mg乙酸钠)[2],故当投加乙酸钠作为碳源时,投加剂量(mg/L)=(4-CBOD5/CN)ˑCN/0.52。

表1污水处理厂进出水水质指标

指标

COD cr(mg/L)

BOD5(mg/L)

SS(mg/L)

TN(mg/L)

TP(mg/L)

进水水质

750

350

400

70

9

出水水质

≤50

≤10

≤15

≤0.5

3乙酸钠加药间的设计要点

乙酸钠加药间主要包括两部分,乙酸钠储存区域及投加泵区域。当污水厂购进的乙酸钠为配置好的水溶液时,乙酸钠的储存区域主要设备为进料泵及溶液储罐,若原料采用乙酸钠粉剂时,还需要配备干粉制备装置等,本工程中主要采用原料溶液。乙酸钠加药系统流程见图1

图1乙酸钠加药系统流程

3.1乙酸钠的储存

乙酸钠储存区域主要包括乙酸钠储罐、乙酸钠进料泵等。经之前计算可知,本工程乙酸钠日投加量为5384.6kg/d,购置的乙酸钠原料液浓度为33%,其日投加量为16.3m3,考虑3.5天的储备量,共设乙酸钠储罐2座,每座有效容积为30m3。

乙酸钠进料泵采用磁力泵,共1台。进料泵的参数为:Q=15m3/h,H=20m。不设备用,考虑到原液运输车可能带有原液输送泵,故本工程进料处除配置进料泵外,另设直接进料口,安装快速接头,可利用运输车自带输送泵,将乙酸钠原液直接泵送到储罐中。

进料泵区域应布置在加药间靠近道路的一侧,以方便原液运输车的管路连接。

3.2乙酸钠的投加

乙酸钠投加泵的作用是将乙酸钠储罐的溶液泵送到反应池的投加点。乙酸钠投加泵采用隔膜式计量泵,隔膜泵的参数为:Q=200 1000l/h,H=30 m,变频控制。共5台,其中南区反应池1用1备,北区反应池2用1备。

乙酸钠投加系统的附属设施主要包括Y型过滤器、安全阀、脉冲阻尼器、背压阀、在线稀释装置等。其主要作用如下:

Y型过滤器:为防止原料液中的杂质或析出物堵塞泵口,在投加泵的进液管上设置Y型过滤器。

安全阀:当投加管路由于阻塞等原因使管路压力超过安全阀设定的压力时,安全阀打开,使药液回流到储罐,保证计量泵的安全。

脉冲阻尼器:由于计量泵为往复式运动,通过设置的脉冲阻尼器将计量泵输出的脉冲流转化成稳定的连续流。

背压阀:为使计量泵保持一定的输出压力,当投加点背压小于0.1Mpa时,投加管路还需设置背压阀。

在线稀释装置:在计量泵的出口管路设在线稀释装置,可以实现在线稀释自动控制,降低投加浓度以利于投加精度控制及提高投加效果。

3.3其他设计要点

为了保证乙酸钠加药间的安全运行,在乙酸钠加药间的设计过程中,还应注意以下几点:

(1)冲洗水系统

投加泵附近应设冲洗水系统,同时在投药管路预留快速接头,当管路、计量泵发生阻塞时,利用冲洗水冲洗投药管路。冲洗水源可直接利用厂区回用水或厂区给水管,但须注意冲洗水压力不能大于计量泵的最大工作压力。

(2)储罐防泄露设计

为防止储罐意外泄漏,本工程在储罐四周设置矮墙,形成一个储池。矮墙的顶标高设计满足单套储罐泄漏后,溶液不会从矮墙溢出。同时储池内设600ˑ600集液坑一座,集液坑通过管道与厂区污水井相连,管道采用手动闸阀控制,平时常闭。

当储罐泄漏时,可利用移动式水泵将储池中的乙酸钠溶液临时泵送到储罐车中,仅在冲洗储池剩余的少量溶液时,方可打开集液坑阀门,将冲洗废液排放至厂区污水管中。

(3)建筑相关设计

由于乙酸钠溶液有弱碱性,因此乙酸钠加药间的墙壁及地面应采用防腐材料,同时加药间管路较多,在检修或维护过程中,容易出现溶液溅出等情况。为便于收集冲洗废水,在加药间应设置排水沟,并对地面采用防滑做法。

(4)安全设计

考虑加药间可能出现储罐、管路泄漏等情况,为了运行维护人员的安全,在乙酸钠加药间应设洗眼器,同时就近库备防酸碱工作服、防酸碱面罩、防酸碱手套及靴子等劳保用品。

4结语

随着经济的发展和人们对生态环境的重视,中国污水处理厂的排放指标在逐步提高。尤其是污水中的氮磷等指标控制已经成为污水处理厂处理目标的重点。而低碳高氮污水的脱氮处理一直是污水处理中的难点,采用甲醇、乙酸钠等作为外加碳源解决低碳高氮污水中碳源不足的问题,提高其反硝化阶段的脱氮水平,已经在很多污水处理厂中得到了应用,并取到了良好的处理效果。

而由于甲醇的火灾危险性,对于一些用地限制的新建污水处理厂或已建污水厂的改、扩建工程来说,乙酸钠将更适合作为外加碳源。中国目前并没有乙酸钠加药间的专门的设计规范及标准。在设计中应充分考虑其药剂性质及投加特点等,在实现反硝化阶段脱氮效果的同时,保障污水处理厂的安全运行。