多點(diǎn)進(jìn)水與多點(diǎn)化學(xué)除磷強(qiáng)化脫氮除磷工程實(shí)例

李 航 ，龐 飛 ，張 欣 ，呂利平

（1.重慶市三峽水務(wù)渝北排水有限責(zé)任公司，重慶401120；2.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都610500；3.長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶408100）

1 工程概況

重慶市某污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為6×104m3/d，采用改良型A2/O+砂濾池工藝，主要負(fù)責(zé)收集處理服務(wù)片區(qū)內(nèi)的生活污水及少量工業(yè)廢水。其具體工藝流程如圖1所示。 筆者對(duì)該處理廠各處理單元的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及調(diào)試運(yùn)行情況進(jìn)行介紹。

圖1 工藝流程

2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

該工程出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)〔1〕如表 1 所示。

表1 污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 污水處理單元

污水處理單元主要包括粗、細(xì)格柵間，旋流沉砂池、改良型A2/O生物池、鼓風(fēng)機(jī)房、二沉池、剩余及回流污泥泵房、V型砂濾池及反沖洗泵房、接觸消毒池、加氯加藥間等。

3.1.1 粗、細(xì)格柵間

土建及設(shè)備安裝均按6×104m3/d設(shè)計(jì)，污水變化系數(shù)1.46，設(shè)計(jì)流量3 650 m3/h。設(shè)自動(dòng)除渣回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)2臺(tái)，單機(jī)功率1.5 kW，格柵寬1.6 m，格柵間距10 mm。設(shè)3 mm內(nèi)進(jìn)流式格柵2臺(tái)，單機(jī)功率1.5 kW，每臺(tái)格柵配備獨(dú)立的增壓泵，泵流量為20 m3/h，增壓20 m，功率為5.5 kW。

3.1.2 旋流沉砂池

設(shè)旋流沉砂池1座，平面尺寸11.4 m×13.2 m，池深 4.8 m，直徑 4.5 m，水力表面負(fù)荷為 115 m3/（m2·h），水力停留時(shí)間60 s。設(shè)3臺(tái)自吸式提砂泵（2用1備），運(yùn)行中提砂泵由程序控制運(yùn)轉(zhuǎn)，砂水分離器的運(yùn)行與提砂泵同步。

3.1.3 改良型A2/O生物池

生物池由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池組成，分2個(gè)平行系列布置，單座平面尺寸為80.6 m×51.33 m，池深7.7 m。生物池平面布置如圖2所示。

圖2 生物池平面布置

好氧池采用盤式微孔曝氣器，單池1 896個(gè)，膜片材質(zhì)EPDM，托盤材質(zhì)為PP，單盤直徑為0.3 m，單盤曝氣量4.6m3/h，氣泡直徑≤2 mm。內(nèi)設(shè)3臺(tái)回流泵，單臺(tái)回流泵流量為1 590 m3/h，揚(yáng)程為0.6～0.8 m，功率為7.5 kW。生物池設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 生物池設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.4 鼓風(fēng)機(jī)房

采用單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，共設(shè)3臺(tái)機(jī)組（2用1備），均為變頻控制，每臺(tái)風(fēng)量160 m3/min，壓差為0.075 MPa，配套電機(jī)功率為280 kW。輸氣總管上設(shè)置切換閥門，可任意切換備用機(jī)組。運(yùn)行中根據(jù)好氧池溶解氧濃度的反饋，控制機(jī)組開(kāi)停臺(tái)次，以及通過(guò)進(jìn)口導(dǎo)流葉片角度進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)范圍50%～100%），保證系統(tǒng)對(duì)溶解氧的需求。

3.1.5 二沉池

設(shè)2座周進(jìn)周出輻流式二沉池，內(nèi)徑45 m，池深4.41 m，單座流量1 825 m3/h，表面負(fù)荷為1.15 m3/（m2·h），最長(zhǎng)沉淀時(shí)間為 3.5 h，有效水深 3.91 m，采用單管排泥機(jī)排泥。

3.1.6 剩余及回流污泥泵房

剩余污泥與回流污泥泵房合建。剩余污泥通過(guò)重力排至污泥濃縮池，剩余污泥輸送管設(shè)計(jì)管徑為D 426 mm；活性污泥經(jīng)回流污泥泵輸送至生物池，設(shè)回流污泥泵3臺(tái)（2用1備），單臺(tái)泵流量為1 250 m3/h，揚(yáng)程為7 m，功率為45 kW，根據(jù)工藝需要調(diào)整回流泵開(kāi)啟臺(tái)次，控制回流比為50%～100%。

3.1.7 V型砂濾池及反沖洗泵房

設(shè)V型砂濾池1座共6格，單座尺寸52.6 m×15 m×4.6 m，清水箱涵尺寸 54.5 m×4.85 m×7.4 m，設(shè)計(jì)流量1.01 m3/s，單格過(guò)濾面積為75.4 m2，濾速為8.1 m/h，強(qiáng)制濾速為9.07 m/h。采用三階段氣水反沖方式：氣沖、氣水聯(lián)合沖、水沖，氣沖強(qiáng)度為15.0 L/（m2·s），水沖強(qiáng)度為 3.5 L/（m2·s）。 采用均勻級(jí)配粗砂濾料，厚1 500 mm，濾料粒徑1.1～1.3 mm，濾料不均勻級(jí)數(shù)K80＜1.4。采用ABS材質(zhì)可調(diào)式濾頭布?xì)獠妓?/p>

3.1.8 接觸消毒池

設(shè)接觸消毒池1座，尺寸31.4 m×18.6 m，池深4.7 m，有效水深4.0 m，有效容積2 100 m3，設(shè)計(jì)最大流量3 650 m3/h，最大流量時(shí)接觸時(shí)間為35 min。

3.1.9 加氯加藥間

設(shè)加氯加藥間1座，選用復(fù)合式二氧化氯發(fā)生器（3用1備），單臺(tái)加氯能力為20 kg/h，配套水射器流量為40 m3/h，動(dòng)力水壓≥0.4 MPa，單機(jī)出口加氯消毒管徑為DN 160 mm。內(nèi)設(shè)氯酸鈉儲(chǔ)液罐2套，單套容積5 m3，鹽酸儲(chǔ)液罐2套，單套容積10 m3，氯酸鈉儲(chǔ)液罐與鹽酸儲(chǔ)液罐用防爆墻隔開(kāi)。

加藥間內(nèi)設(shè)計(jì)2座溶解池和2座溶液池。單座溶解池尺寸2.5 m×2 m，水深2 m，每座溶解池內(nèi)分設(shè)1臺(tái)攪拌器，轉(zhuǎn)速為125 r/min，功率為1.5 kW；單座溶液池尺寸2.8 m×2.8 m，水深2.5 m，每座溶液池內(nèi)分設(shè)1臺(tái)攪拌器，轉(zhuǎn)速為84r/min，功率為3kW。除磷加藥選擇液壓式隔膜計(jì)量泵，1用1備，單臺(tái)流量1 500 L/h，揚(yáng)程為40 m。溶解池和溶液池之間通過(guò)離心式耐腐蝕塑料泵提升藥液，2用1備，單臺(tái)提升泵流量為25 m3/h，揚(yáng)程為6 m。

3.2 污泥處理單元

污泥處理單元采用重力濃縮+機(jī)械脫水+水泥窯處理工藝。主要新增構(gòu)建筑物有污泥重力濃縮池、污泥濃縮脫水間等。

3.2.1 污泥重力濃縮池

污泥濃縮的主要目的是降低污泥含水率，對(duì)污泥進(jìn)行減容，減輕后續(xù)處理壓力，主要去除對(duì)象為污泥的自由水和間隙水，經(jīng)濃縮后其含水率可降至98%～95%。重力濃縮池單池直徑為8 m，池深6 m，有效水深 5m，停留時(shí)間 7h，固體負(fù)荷為 120kg/（m2·d），液面負(fù)荷為0.72 m3/（m2·h）。每座池體設(shè)柵條中心傳動(dòng)濃縮機(jī)1套，配套電機(jī)功率為0.55 kW。

3.2.2 污泥濃縮脫水間

采用帶式濃縮壓濾機(jī)，1用1備，處理能力為75 m3/h，帶寬2.5 m，配套電機(jī)功率為6 kW。配套輔助設(shè)備有污泥進(jìn)料螺桿泵2臺(tái)，流量為75 m3/h，揚(yáng)程為20 m；加藥螺桿泵2臺(tái)，流量為3.4 m3/h，揚(yáng)程為50 m；濾布沖洗水泵1臺(tái)，流量為11.7 m3/h，揚(yáng)程為70 m，功率為7.5 kW；空壓機(jī)1臺(tái)，流量為11.1 m3/h，功率為1.5 kW；水平螺旋輸送機(jī)2臺(tái)，長(zhǎng)度為4 m，傾斜螺旋輸送機(jī)1臺(tái)，長(zhǎng)度為4 m。

3.3 臭氣處理單元

除臭單元包括總配水井、粗細(xì)格柵間、沉砂池、生物池厭氧段、缺氧段、污泥重力濃縮池、污泥濃縮脫水間等。根據(jù)工程平面布置，預(yù)處理構(gòu)建筑物與生物池合設(shè)1座生物濾池除臭（BFD1），風(fēng)量為8 300 m3/h，設(shè)計(jì)主風(fēng)管管徑為DN 500 mm，風(fēng)速為 11.7 m/s；污泥濃縮池與脫水車間合設(shè)1座生物濾池除臭（BFD2），風(fēng)量為 1 200 m3/h，設(shè)計(jì)主風(fēng)管管徑為DN 200 mm，風(fēng)速為 10.6 m/s。

通過(guò)方案比選，本工程采用生物過(guò)濾除臭。具體工藝流程為吸風(fēng)+收集+處理+凈化排出?？偱渌⑿鞒辽俺?、生物池的厭氧段、缺氧段，及污泥濃縮池采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板密封，在適當(dāng)位置設(shè)置除臭吸風(fēng)管；粗、細(xì)格柵間非設(shè)備處采用鋼化玻璃蓋板密封，格柵、脫水機(jī)設(shè)備處采用密閉鋁合金及透明陽(yáng)光板密封罩進(jìn)行密封。所有風(fēng)管采用S304不銹鋼材質(zhì)，每個(gè)臭氣收集支管前端設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)范圍為60%～100%。生物濾池臭氣監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所示，可以看出，處理后的廢氣排放濃度明顯優(yōu)于《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）要求。

表3 生物濾池臭氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 工程調(diào)試運(yùn)行

第1階段（第1周）：開(kāi)啟配水井進(jìn)水電動(dòng)閘門，緩慢向生物池進(jìn)水（圖1進(jìn)水點(diǎn)Ⅰ），待污水淹沒(méi)曝氣盤后開(kāi)啟1臺(tái)曝氣機(jī)進(jìn)行悶曝，污水繼續(xù)淹沒(méi)至推流器時(shí)停止進(jìn)水，此時(shí)向生物池好氧段投加含水率為80%左右的脫水污泥，投加量根據(jù)原水水質(zhì)所需污泥濃度確定。悶曝24 h后采用間歇進(jìn)水方式，即每天向生物池補(bǔ)充1/5容積的原水，期間連續(xù)投加脫水污泥，待水位上升后借助溶解氧儀、污泥濃度計(jì)等對(duì)鼓風(fēng)曝氣機(jī)的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)、進(jìn)口導(dǎo)流葉片的開(kāi)啟角度以及是否繼續(xù)補(bǔ)充脫水污泥進(jìn)行調(diào)整。

第2階段（第2周）：（1）待好氧池水位接近出水堰時(shí)停止進(jìn)水，關(guān)閉內(nèi)回流泵前端曝氣支管，將好氧池出水端至缺氧池之間的區(qū)域調(diào)整為脫氧區(qū)，并開(kāi)啟內(nèi)回流，以馴化反硝化菌。工藝控制參數(shù)：好氧池末端溶解氧為1.0～1.5 mg/L，脫氧區(qū)末端溶解氧低于0.5 mg/L。

（2）為盡快完成菌種馴化，采用曝氣4 h—停曝（靜置）30 min—進(jìn)水（潷水）30 min—曝氣 4 h的循環(huán)方式將活性污泥全部保留在生物池內(nèi)，上清液則出水到二沉池，以底部放空方式實(shí)現(xiàn)循環(huán)處理，直至二沉池出水中的COD、TN、NH3-N達(dá)標(biāo)。

第3階段（第3～4周）：調(diào)試運(yùn)行1周后發(fā)現(xiàn)，二沉池出水COD平均為36 mg/L，NH3-N平均為3.56 mg/L，已能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但TN波動(dòng)性較大，穩(wěn)定性較差，平均質(zhì)量濃度達(dá)到14.6 mg/L，接近一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)限值。對(duì)原水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，該工程進(jìn)水碳氮比普遍介于3.0～5.0，屬于典型低碳氮比污水〔2〕。采用傳統(tǒng)的單點(diǎn)進(jìn)水方式，存在聚磷菌與反硝化菌對(duì)碳源的需求爭(zhēng)奪與競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題〔3〕。為此，將進(jìn)水方式優(yōu)化為預(yù)缺氧池（圖1進(jìn)水點(diǎn)Ⅰ）與缺氧池（圖1進(jìn)水點(diǎn)Ⅱ）多點(diǎn)進(jìn)水。經(jīng)1周的調(diào)試運(yùn)行，二沉池出水平均TN降至11.7 mg/L，穩(wěn)定性與可控性均得到大大提升。

第 4階段（第 5～10周）：（1）待上述 3個(gè)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后，采取生物池連續(xù)進(jìn)出水方式進(jìn)行全工藝流程生產(chǎn)性測(cè)試。開(kāi)始向好氧池尾端（圖1 A點(diǎn)）投加液態(tài)聚合氯化鋁（PAC），并開(kāi)啟外回流及剩余污泥泵，二沉池開(kāi)始出水進(jìn)入V型砂濾池，待接觸消毒池水位上升后開(kāi)啟二氧化氯發(fā)生器。需要注意的是，因起初管道、池體等構(gòu)筑物會(huì)大量消耗余氯，因此需要在保證安全前提下加大二氧化氯的投加量，從而實(shí)現(xiàn)較短時(shí)間內(nèi)糞大腸菌群指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（2）經(jīng)過(guò)1周的調(diào)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)除磷劑單耗高達(dá)250 g/m3左右，且出水總磷平均為0.45 mg/L。為兼顧指標(biāo)可控性及藥劑成本，采用好氧池尾端 （圖1 A點(diǎn)）與V型砂濾池前端（圖1 B點(diǎn)）多點(diǎn)化學(xué)強(qiáng)化除磷方式，總磷降至0.3 mg/L左右，可控性大大提高，除磷劑單耗也降至175 g/m3左右，下降趨勢(shì)明顯；但出水色度由2倍迅速增至16倍，存在色度超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，且砂濾池反沖洗頻率顯著提高，帶來(lái)電耗增長(zhǎng)。為此，立即終止在V型砂濾池前端投加除磷劑，并在旋流沉砂池新增1個(gè)投加點(diǎn)位，將除磷劑投加點(diǎn)進(jìn)一步優(yōu)化為旋流沉砂池與好氧池尾端?？紤]到聚合硫酸鐵（PFS）較聚合氯化鋁（PAC）形成的礬花密度更大，能在較短時(shí)間內(nèi)形成較大絮體、沉降性能優(yōu)越，因此在旋流沉砂池投加PFS，但PFS投加會(huì)造成出水色度增大，故好氧池尾端仍采用PAC。經(jīng)優(yōu)化運(yùn)行后，PFS單耗為18 g/m3左右，PAC單耗為120 g/m3左右，出水總磷進(jìn)一步降至0.25 mg/L左右，且出水色度不受影響。

該工程經(jīng)調(diào)試運(yùn)行后，出水水質(zhì)均優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求，部分指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。調(diào)試運(yùn)行期間的進(jìn)、出水水質(zhì)情況如表4所示。

表4 調(diào)試運(yùn)行期間進(jìn)、出水水質(zhì)

5 經(jīng)濟(jì)性分析

該工程占地6.53×104m2， 總投資約 3.50×104萬(wàn)元。主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：處理總成本為1.61元/m3，經(jīng)營(yíng)成本為 0.95元/m3，電耗為 0.32 kW·h/m3，電耗成本為 0.24 元/m3，藥劑（含 PAC、PFS、鹽酸等）成本為0.26 元/m3。

6 結(jié)論

（1）預(yù)處理段采用3 mm內(nèi)進(jìn)流式格柵，可最大限度攔截原水中的纖維物及懸浮物，且每臺(tái)格柵配備了獨(dú)立的增壓泵，確保格柵攔截效果持續(xù)穩(wěn)定，可大大緩解后續(xù)工藝段的運(yùn)行壓力及池面感觀。

（2）生物處理階段采用預(yù)缺氧池與缺氧池多點(diǎn)進(jìn)水方式，最大限度利用原水中的碳源進(jìn)行反硝化脫氮與厭氧釋磷，達(dá)到僅依靠進(jìn)水碳源穩(wěn)定去除氮、磷的目的，一方面節(jié)省了外加碳源的藥劑費(fèi)與人工費(fèi)，另一方面有效確保了出水氮、磷的持續(xù)穩(wěn)定。

（3）在對(duì)總磷的去除上，摒棄了單點(diǎn)化學(xué)除磷思路，采取旋流沉砂池與好氧池尾端多點(diǎn)化學(xué)除磷方式強(qiáng)化總磷的去除，可達(dá)到兼顧出水總磷、色度指標(biāo)及不額外增加電耗的目的。

（4）污水廠實(shí)行半密封加蓋除臭，對(duì)易產(chǎn)臭環(huán)節(jié)實(shí)施全過(guò)程生物濾池除臭，并將臭氣排放納入日常監(jiān)測(cè)，有效避免了臭氣擾民問(wèn)題。

（5）生物池曝氣主管道采用環(huán)形閉環(huán)方式設(shè)計(jì)安裝，該方式會(huì)加大2組平行生物池的DO調(diào)控難度。建議在環(huán)形管道中間部位加裝控制閥，阻斷曝氣主管道串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)平行生物池DO的獨(dú)立控制。

（6）污水處理廠尾水排放口與雨水排放口混合設(shè)計(jì)會(huì)將污水處理廠和環(huán)保監(jiān)管部門推向“兩難”境地，雨水尤其是初期雨水混入尾水會(huì)導(dǎo)致出水水質(zhì)超標(biāo)，環(huán)保監(jiān)管部門無(wú)法判定事故責(zé)任，而污水處理廠則會(huì)承擔(dān)超標(biāo)環(huán)保處罰及3年內(nèi)增值稅無(wú)法返還的后果。為此，建議設(shè)置獨(dú)立的雨水排放口，并將雨水排放口的出水水質(zhì)納入日常監(jiān)測(cè)、監(jiān)管，讓雨水與尾水各行其道。