一體化氣浮裝置在水質(zhì)凈化廠改造工程中的應(yīng)用

王 翼

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

水處理工程中的氣浮裝置，工作原理是利用溶氣系統(tǒng)，產(chǎn)生溶于水中的微小氣泡,與水中的細(xì)小懸浮物絮體粘合在一起，懸浮物隨微小氣泡一起上升至水面，形成浮渣，使水中的懸浮絮體得到去除。同時(shí)由于水體中的有機(jī)物（COD）和總磷（TP）有相當(dāng)一部分是以懸浮物（SS）或附著于懸浮物（SS）的形式存在的，大部分可以伴隨懸浮物（SS）的去除而被同步去除。

氣浮裝置通過(guò)向水中通入大量微小氣泡，實(shí)現(xiàn)固、液分離，具有自動(dòng)化程度高、占地面積小、去除懸浮物效率高等特點(diǎn)[1]。氣浮裝置可以安裝在鋼筋混凝土池體內(nèi)，也可以安裝在鋼制池體內(nèi)，在國(guó)內(nèi)給水工程、污水處理工程、河道治理工程，已經(jīng)有較多的應(yīng)用，是一種成熟可靠的工藝。

近年來(lái)國(guó)家對(duì)水環(huán)境保護(hù)的要求逐年提高，從國(guó)家到各級(jí)地方政府層面都出臺(tái)了一系列新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，從一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)到一級(jí)A 以及更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。排放標(biāo)準(zhǔn)的提高勢(shì)必需要對(duì)現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)（土建、設(shè)備等）進(jìn)行改造，在沒(méi)有條件消納多余污水的情況下，提標(biāo)改造工程必然要滿足不停水、不減產(chǎn)、不降低排放指標(biāo)的前提條件。

本文介紹某水質(zhì)凈化廠提標(biāo)改造工程中，一種一體化的氣浮裝置作為臨時(shí)水處理設(shè)備，在水質(zhì)凈化廠不停水改造中的應(yīng)用，為今后的類似工程提供一些經(jīng)驗(yàn)。

1 工程背景

某水質(zhì)凈化廠始建于1992 年，經(jīng)過(guò)三期工程建設(shè)，設(shè)計(jì)處理總規(guī)模為15 萬(wàn)m3/d（目前高峰期實(shí)際為18 萬(wàn)m3/d），污水處理工藝為A/A/O 工藝。經(jīng)過(guò)2008年提標(biāo)改造工程，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高到《城鎮(zhèn)水質(zhì)凈化廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918—2002 一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

為滿足《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)水質(zhì)凈化廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限》DB 32/1072—2018 的排放要求，需要對(duì)深度處理部分的V 型濾池進(jìn)行改造，改造期間要保證深度處理單元原設(shè)計(jì)過(guò)水能力，出水仍需滿足《城鎮(zhèn)水質(zhì)凈化廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

需要改造的V 型濾池共12 組，每組的設(shè)計(jì)過(guò)流能力為1.25 萬(wàn)m3/d，總變化系數(shù)1.3。改造時(shí)間為同年的6 月到12 月，根據(jù)工期、周邊臨時(shí)用地條件、改造期間的峰值流量及水質(zhì)凈化廠運(yùn)行單位提供的單組濾池實(shí)際最大過(guò)流能力，最后按工期限制確定的濾池改造方案為每次3 組，分4 次進(jìn)行。按上述改造方案，停掉3 組濾池并充分挖掘剩余9 組濾池的過(guò)流潛能，尚有有2 萬(wàn)m3/d 的污水無(wú)法通過(guò)濾池進(jìn)行處理，因此在改造工程實(shí)施期間需要采用一套臨時(shí)過(guò)濾設(shè)施來(lái)協(xié)助V 型濾池處理多余的污水。在濾池全部改造完畢投入使用后，停用本套臨時(shí)過(guò)濾設(shè)施，建設(shè)單位可以將其遷移至其余項(xiàng)目或地點(diǎn)繼續(xù)使用。

2 工程方案及周邊環(huán)境

本工程改造的V 型濾池位于水質(zhì)凈化廠區(qū)內(nèi)部，臨時(shí)過(guò)濾設(shè)備采用DN700 的臨時(shí)管道從濾池進(jìn)水管位置取水，經(jīng)過(guò)處理后的污水用管道送回濾池出水廊道，通過(guò)濾池中央出水廊道排放，考慮進(jìn)出水的水頭差，臨時(shí)過(guò)濾設(shè)備設(shè)置在濾池東側(cè)的施工臨時(shí)用地上，見(jiàn)圖1。

圖1 本工程項(xiàng)目位置示意圖

污水廠設(shè)計(jì)建造年代較早，廠區(qū)內(nèi)主路寬4.5 m，支路寬3.5 m，臨時(shí)過(guò)濾設(shè)備只能通過(guò)3.5 m 寬的支路運(yùn)輸至安放場(chǎng)地內(nèi)，運(yùn)輸路徑的上方有一根110 kV的高壓線，因此無(wú)法采用吊車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

3 工藝方案

根據(jù)工程背景和周邊條件，本次的臨時(shí)過(guò)濾設(shè)備應(yīng)具有以下特征：

（1）對(duì)V 型濾池具有可替代性，能夠高效的去除懸浮物（SS）；

（2）整套設(shè)備應(yīng)具備高度的集成性，池體結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，符合二次搬運(yùn)和使用的要求；

（3）整套設(shè)施應(yīng)占地面積小，鋼結(jié)構(gòu)池體應(yīng)滿足場(chǎng)地運(yùn)輸條件的限制條件。

根據(jù)以上要求，臨時(shí)過(guò)濾設(shè)施最終選擇了采用鋼制池體的高速離子氣浮系統(tǒng)，處理能力為2 萬(wàn)m3/d，峰值系數(shù)1.3。進(jìn)出水水質(zhì)控制要求見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)要求

處理工藝線的工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 工藝流程圖

工藝流程如下：

高效沉淀池出水至高速離子氣浮處理單元；

在混凝劑混合區(qū)加入混凝劑，在助凝劑混合區(qū)中加入助凝劑，在高速離子氣浮配水混合槽內(nèi)與溶氣系統(tǒng)產(chǎn)生的正電荷集成微氣泡吸附，橋聯(lián)進(jìn)入氣浮布水系統(tǒng)；均勻分配地進(jìn)入氣浮池體分離區(qū)，進(jìn)行固液分離；

固液分離之浮渣，自溢至收集槽后，自流至浮渣收集池，浮渣池液位到達(dá)設(shè)計(jì)高度后用排污泵排放至廠區(qū)放空管；

高速離子氣浮澄清水排放至加氯接觸池。

整套系統(tǒng)包含了4 臺(tái)高速離子氣浮主機(jī)、1 套加藥系統(tǒng)、1 套排渣系統(tǒng)、1 套空壓機(jī)及儲(chǔ)罐、1 套電氣控制系統(tǒng)，安裝完成后整體占地范圍約12 m×25 m（包含設(shè)備周邊進(jìn)出水管道）。

每臺(tái)氣浮主機(jī)外尺寸10 m×3.8 m×3.4 m，見(jiàn)圖3，包括鋼結(jié)構(gòu)池體、進(jìn)出水調(diào)節(jié)閘閥、進(jìn)水流量計(jì)、攪拌器、微氣泡發(fā)生器、溶氣裝置、回流水泵、布水裝置、集水裝置、污泥排放槽、鏈板刮泥機(jī)、液位計(jì)等。

圖3 氣浮主機(jī)效果圖

加藥系統(tǒng)包含了1 臺(tái)PAM 泡藥機(jī)及加藥泵、1個(gè)20 m3的PAC 儲(chǔ)藥罐、加藥泵及相應(yīng)的液位計(jì)、控制系統(tǒng)等。加藥點(diǎn)位于DN700 的臨時(shí)管道上，在加藥點(diǎn)后端的管道上設(shè)置了管道混合器。

4 安裝、調(diào)試、檢測(cè)情況

整套氣浮裝置從進(jìn)場(chǎng)到安裝調(diào)試完畢具備使用條件共用時(shí)約25 d，安裝完成后的設(shè)備整體效果見(jiàn)圖4。氣浮裝置根據(jù)其工藝特點(diǎn)，基本不需要工藝調(diào)試，設(shè)備運(yùn)行后出水清澈，對(duì)懸浮物的去除效果立竿見(jiàn)影，本次氣浮裝置的調(diào)試工作主要是用在了控制系統(tǒng)的優(yōu)化完善使其符合運(yùn)行單位的控制要求。

圖4 氣浮裝置安裝完成整體效果

設(shè)備投運(yùn)后為驗(yàn)證氣浮裝置的處理效果，設(shè)備商和運(yùn)行單位分別進(jìn)行了水質(zhì)自檢和抽檢，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2；同時(shí)總包單位共委托了7 次水質(zhì)第三方檢測(cè)，每次送檢的水樣是每天11 點(diǎn)、13 點(diǎn)、15 點(diǎn)、17點(diǎn)取四次水樣組成的混合樣，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 氣浮系統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果一 單位：mg/L

表3 氣浮系統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果二 單位：mg/L

懸浮物（SS）檢測(cè)采用的是重量法，因進(jìn)水水質(zhì)較好，基本檢測(cè)不出懸浮物，但是TP 和COD 的檢測(cè)結(jié)果（50%以上的去除率）可以驗(yàn)證氣浮裝置對(duì)懸浮物的去除效果是滿足本項(xiàng)目要求的。在檢測(cè)結(jié)束后本套氣浮裝置正式投入運(yùn)行，為后續(xù)V 型濾池的改造提供了技術(shù)和生產(chǎn)上的保證。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

本項(xiàng)目氣浮裝置在投運(yùn)后，總包單位對(duì)其能耗（用電量）和藥耗（PAM 和PAC 用量）進(jìn)了了全過(guò)程的跟蹤統(tǒng)計(jì)。

在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)上游高效沉淀池的PAC 加藥量較大，會(huì)有大量的剩余PAC 進(jìn)入后續(xù)的濾池和氣浮裝置，因此運(yùn)行期間逐漸降低了氣浮裝置原設(shè)計(jì)的PAC 加藥量，5 個(gè)月的運(yùn)行期間共用去了約15 t的PAC 藥劑，平均100kg/d，是原設(shè)計(jì)PAC 加藥量的1/6。

運(yùn)行期間整套氣浮系統(tǒng)處理水量約1.85～1.95萬(wàn)m3/d，PAC 加藥量約100 kg/d，PAM（陽(yáng)離子）加藥量約1 kg/d，電耗約1 680 kW·h/d。每噸水的處理成本在0.05～0.06 元之間，其中電費(fèi)約占總費(fèi)用的90%以上。

氣浮系統(tǒng)總裝機(jī)功率為130 kW，運(yùn)行功率112 kW，其中回流水泵裝機(jī)和運(yùn)行功率均為74 kW，因考慮到后期繼續(xù)利用，本次回流水泵的選型功率大了1/3，也造成了使用期間電耗較高。考慮扣除多余的回流水泵裝機(jī)容量后，每噸水的處理成本約在0.045～0.055 元之間，這與目前一些氣浮裝置應(yīng)用后約0.05 元/m3的運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本吻合[2]。

5 結(jié) 論

（1）采用鋼結(jié)構(gòu)池體的一體化氣浮裝置在水質(zhì)凈化廠改造工程中，作為臨時(shí)過(guò)濾系統(tǒng)具有安裝、調(diào)試時(shí)間短、處理效果好、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于不具備停（減）產(chǎn)條件并要保證水質(zhì)的改造工程。

（2）氣浮裝置運(yùn)行的能耗較高，但采用可移動(dòng)式的鋼結(jié)構(gòu)一體化裝置，可以在后續(xù)的工程中重復(fù)利用，稍加改造后也可作為永久性設(shè)施用于水質(zhì)凈化廠、河道凈化工程的永久性設(shè)施，從全生命周期考慮具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。