臭氧氧化-Flopac 生物濾池組合工藝在化工園區(qū)污水廠提標改造中的應用

張云輝

（上海化學工業(yè)區(qū)中法水務發(fā)展有限公司， 上海 201507）

某化工園區(qū)污水廠原出水水質(zhì)執(zhí)行上海市DB 31／199—2009《污水綜合排放標準》的二級標準， 根據(jù)上海市環(huán)保局的要求， 從2017 年7 月1 日起，出水水質(zhì)執(zhí)行DB 31／199—2009 的一級排放標準，為此， 需要對園區(qū)污水廠進行提標改造。

本文結(jié)合該污水廠提標改造工程實例， 研究了O3-Flopac 生物濾池在化工園區(qū)污水廠提標改造中的應用， 以期為類似污水廠的提標改造提供借鑒。

1 提標前污水廠概況

該污水廠于2002 年開始運行， 現(xiàn)設計規(guī)模為32 500 m3／d， 采用A／O-DAF-O3-NaClO 消毒工藝，出水執(zhí)行DB 31／199—2009 的二級標準。

園區(qū)污水廠自正式運行開始， 運行狀況良好，出水水質(zhì)均達到排放標準， 2016 年日均處理水量為3.0 萬m3／d。 對該廠2015 年1 月1 日～2016 年12 月31 日的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析， 結(jié)果如表1 所示。

表1 進出水水質(zhì)和排放標準Tab. 1 Influent and effluent water quality and discharge standard

從出水水質(zhì)與一級標準之間的差距來看， 除COD 和TP 有超標的風險外， 其余出水指標均在一級排放標準以下。 對于TP 的超標風險， 可以通過原有工藝增加FeCl3投加量的方式來消除， FeCl3投加量為30 ～50 mg／L， 因此本項目提標改造的重點在于提高污水處理系統(tǒng)的有機物去除效果， 難降解、 可生化性差的溶解性COD 的去除是提標改造工藝選擇的重點。

2 設計水質(zhì)、 水量

考慮到近期、 遠期污水廠擴建的影響， 提標工藝設計處理水量為4.2 萬m3／d（包括2 550 m3／d 濾池的反洗廢水）。 V 型濾池設計進水ρ（COD） ≤120 mg／L， 提標工程出水水質(zhì)執(zhí)行DB 31／199—2009 的一級排放標準。

3 提標改造工藝

3.1 提標改造工藝選擇

經(jīng)過常規(guī)生化工藝處理后的尾水中大多是難降解的有機污染物， 目前針對這類廢水常用的提標處理方法是“高級氧化＋生化處理”。 常用的高級氧化方法有微電解氧化法、 Fenton 氧化法等， 微電解需要在酸性條件下進行， 并且運行一段時間后容易出現(xiàn)板結(jié)、 溝流等現(xiàn)象， 需要更換填料［1］； Fenton 氧化需要投加藥劑調(diào)整pH 值， 投加各種藥劑， 操作復雜， 同時Fenton 氧化還產(chǎn)生大量的鐵污泥， 導致運行費用增加［2－4］。

臭氧氧化是一種廣為應用的高級氧化技術， 具有反應快、 無二次污染等優(yōu)點， 能使廢水中的部分有機污染物徹底礦化， 將難生物降解的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾男》肿游镔|(zhì)， 從而改善廢水的可生化性， 提高后續(xù)生物處理效率［5－7］。 Flopac 生物濾池可以利用前端臭氧單元出水中豐富的溶解氧， 對水中殘余的可生化降解有機物進行生物降解， 不需設置曝氣系統(tǒng)， 其污染物去除機理包括生化、 過濾、 截留和吸附等［8］。 O3-Flopac 生物濾池工藝將物化處理與生化處理技術相結(jié)合， 具有出水水質(zhì)好、 設備維護簡單、 投資和運行成本低等優(yōu)勢。

結(jié)合本工程污染物去除要求， 本公司研發(fā)中心開展了長達一年的小試和中試， 試驗結(jié)果表明，O3-Flopac 生物濾池組合工藝能很好地發(fā)揮化學氧化和生物降解2 種技術各自的優(yōu)勢， 可以保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達標［8］。

3.2 工藝流程

提標改造后的污水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標改造工藝流程Fig. 1 Process flow of upgrading and reconstruction

提標工程（見圖1 虛線方框）進水來源于現(xiàn)有的溶氣氣浮池， 主體處理工藝流程為： V 型濾池-O3接觸氧化-Flopac 生物濾池， 廢水經(jīng)原有生化-氣浮處理工藝后， 進入V 型濾池進一步去除水中的SS和COD， 提高后續(xù)臭氧利用效率， 之后廢水進入臭氧接觸池， 通過臭氧強氧化性， 將水中部分難降解COD 轉(zhuǎn)化為可生物降解的有機物， 后續(xù)Flopac生物濾池去除這部分可被生物降解的有機物， 進而降低水中的COD 濃度， 確保出水達標排放。 V 型濾池和Flopac 生物濾池的反沖洗廢水回到氣浮池進行循環(huán)處理。

4 主要構(gòu)筑物及其工藝參數(shù)

（1） V 型濾池。 6 座， 單座尺寸為11.91 m ×3.08 m×4.50 m， 超高0.5 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 單座面積為36.7 m2， 濾速為7 ～8 m／h， 平均有效粒徑為1.35 mm 的石英砂濾料層高度為1.5 m， 水洗強度為15 m3／（m2·h）， 氣洗強度為55 m3／（m2·h）。 反洗水泵3 臺， 2 用1 備， 單臺流量為280 m3／h， 揚程為13.5 m， 功率為13.5 kW； 反洗風機3 臺， 2 用1 備，單臺流量為1 010 m3／h， 揚程為4 m， 功率為22 kW。

（2） 臭氧發(fā)生器。 增加1 臺100 kg／h 臭氧發(fā)生器和相關附屬設備， 使系統(tǒng)總臭氧投加能力達到200 kg／h。

（3） Flopac 生物濾池。 6 座， 單座尺寸為11.91 m×3.08 m×4.50 m， 超高0.5 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單座面積為36.7 m2， 濾速為7 ～8 m／h， 平均有效粒徑為2.0 mm 的陶粒濾料層高度為1.5 m， 水洗強度為15 m3／（m2·h）， 氣洗強度為55 m3／（m2·h）。 反洗水泵和反洗風機與V 型濾池共用。

5 提標工程運行效果

提標工程于2017 年5 月試運行， 2017 年7 月正式投入運行。 2017 年7 月至2019 年12 月期間，提標工程出水COD、 TOC 的平均濃度以及去除率分別如圖2、 圖3 所示。 運行期間臭氧平均投加量為90 mg／L， 平均進水量為32 000 m3／d。 從圖2 和圖3 可以看出， O3-Flopac 生物濾池組合工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定， 出水COD 和TOC 濃度穩(wěn)定在DB 31／199—2009 一級排放標準以下。 該組合工藝可有效去除化工廢水中的難降解有機物。

臭氧單元、 Flopac 生物濾池單元分別去除了25 和8 mg／L COD， 提標改造組合工藝對COD 的總?cè)コ蔬_44%， 見圖2。

圖2 提標后出水COD 濃度及其去除效果Fig. 2 Effluent COD concentration and its removal efficiency after upgrading and reconstruction

臭氧單元、 Flopac 生物濾池單元分別去除了8和7 mg ／L 的TOC， 提標改造組合工藝對TOC 的總?cè)コ蔬_50%， 見圖3。

圖3 提標后出水TOC 濃度及其去除效果Fig. 3 Effluent TOC concentration and its removal efficiency after upgrading and reconstruction

進水中氯離子質(zhì)量濃度高達6 000 mg／L， 氯離子對COD 測試的干擾是導致臭氧單元和Flopac 單元對COD 和TOC 去除量相差較大的原因， 為確保出水高效穩(wěn)定達標， 實際生產(chǎn)運行中按照在線TOC 儀檢測數(shù)據(jù)來優(yōu)化臭氧投加量。

6 工程效益分析

6.1 投資費用

整個工程總投資約為5 200 萬元， 其中土建（濾池集水井、 V 型濾池、 Flopac 濾池、 反沖洗廢水池、 配電間等）費用1 500 萬元， 設備、 材料（進水提升泵、 反洗水泵、 反洗風機、 濾料、 在線儀表等）費用3 000 萬元， 其他費用（工程安裝費、 設計費、 管理費等）約700 萬元。

6.2 運行費用

提標前、 后實際費用和臭氧系統(tǒng)關鍵績效指標KPI 見表2， 表2 只涉及提標處理單元運行費用，不考慮折舊及到前端處理運行費用。

從表2 可知， 提標改造后， 雖然運行費用增加了0.33 元／m3， 但相對于其他難降解COD 去 除工藝， 具有較大的成本優(yōu)勢。 根據(jù)本公司小試結(jié)果核算， 如芬頓工藝運行費用為6 ～7 元／m3， 活性炭吸附工藝運行費為3 ～4 元／m3。

另外， 從表2 還可以發(fā)現(xiàn)， 新建V 型濾池使得臭氧利用率增加了10%左右， 降低了運行成本。

表2 提標前后運行費用比較Tab. 2 Comparison of operating cost before and after upgrading

7 運行優(yōu)化

（1） 調(diào)試期間， 氣浮池前混凝池PAM 投加量達到1 ～2 mg／L， 導致V 型濾池堵塞嚴重， 反洗時間由設計的24 h 降低為6 ～8 h， 為此， 通過燒杯過濾試驗， 確定最佳PAM 投加量為0.5 ～0.7 mg／L，通過調(diào)整加藥量， 反洗時間升高到了15 ～16 h。至于無法達到設計的反洗時間可能是廢水中含較多膠態(tài)物質(zhì)導致。

（2） 前端生化池的曝氣設備為表面曝氣機， 且設計功率過大， 運行中間歇曝氣， 導致后端提標單元進水量波動較大， 加上V 型濾池的集水井受到場地限制， 設計容積偏小， 導致40% 時間廢水溢流， 溢流出的廢水又通過提升泵提升至前端的氣浮池， 加大了氣浮池的表面負荷， 導致氣浮出水帶出很多SS， 加大了V 型濾池SS 處理負荷， 這也是濾池反洗時間降低的原因， 為此， 通過后續(xù)提升泵加裝變頻器得以解決。

（3） 為維持V 型濾池良好的運行狀態(tài)， 建議每1 ～2 周手動對濾池進行強力清洗， 確保濾池的水頭損失恢復到初始值， 否則， 需重復強力清洗。

（4） 為優(yōu)化提標單元的運行成本， 建議臭氧單元出水安裝在線儀表， 建立臭氧投加量與在線儀表的邏輯控制關系， 通過合理控制臭氧單元出水COD 濃度， 最大限度地發(fā)揮后續(xù)Flopac 生物濾池去除COD 的功能， 以此節(jié)約臭氧運行成本。

8 結(jié)語

采用O3-Floapc 生物濾池組合工藝對化工園區(qū)污水廠提標改造， 取得了良好的處理效果， 出水水質(zhì)優(yōu)于上海市DB 31／199—2009 的一級排放標準。提標段運行費用為1.00 元／m3， 相對于其他高級氧化工藝， 具有較強的經(jīng)濟優(yōu)勢和技術優(yōu)勢。 本項目對采用生化-O3處理工藝的污水廠提標改造具有借鑒意義。