溶氣氣浮技術(shù)在市政污水深度處理工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈怡，王佳音，陳冠輝

（鄭州市污水凈化有限公司，河南 鄭州 450000）

水是人類維系生命的基本物質(zhì)，是城市發(fā)展不可或缺的重要資源，同時(shí)也是城市發(fā)展的重要保障。目前，我國(guó)部分重點(diǎn)河流水域主要面臨著水質(zhì)型缺水和水量型缺水的“雙缺”問題[1-2]，其中，水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題尤為嚴(yán)重。水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)使河流水質(zhì)變得腥臭難聞、透明度降低、溶解氧減少，影響水中植物的光合作用，從而導(dǎo)致水生物種分布失衡[2]，而氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素含量的偏高則是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素[3-5]。

目前，我國(guó)對(duì)城市生活污水除磷技術(shù)種類多，但除磷效果好、應(yīng)用范圍較廣的主要為生物除磷、化學(xué)除磷和生物化學(xué)除磷[6-8]。生物除磷技術(shù)在污水處理中應(yīng)用比較普遍，通過工藝設(shè)置可實(shí)現(xiàn)有效除磷，但易受進(jìn)水水質(zhì)等條件影響，生物除磷效果有較大差異。多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠結(jié)合自身情況采用生物除磷和化學(xué)除磷結(jié)合，能夠充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)除磷的目的。陳小軍等研究表明，除磷藥劑種類（FeCl3、AlCl3、氫氧化鈣）及其投加量對(duì)除磷效果影響顯著，投加AlCl3的除磷效果較優(yōu)；在溫度為25～35 ℃、水力負(fù)荷為3 m3·m-2·h-1、補(bǔ)充碳源后的COD/TN 為6、AlCl3投加量為3.0 mg·L-1時(shí)，系統(tǒng)出水PO43--P 質(zhì)量濃度為0.19 mg·L-1，去除率達(dá)到81.68 %，可穩(wěn)定滿足地表水環(huán)境Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)[9]。

溶氣氣浮除磷技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用屬于化學(xué)除磷與固液分離技術(shù)的集合手段，與傳統(tǒng)的深度處理除磷工藝相比較，具有占地面積小、除磷效果好等特點(diǎn)。因此，依托溶氣氣浮技術(shù)開展城鎮(zhèn)污水廠尾水氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的超低排放研究具有重要意義。本文以北方某市政污水處理廠升級(jí)改造項(xiàng)目示范工程為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹溶氣氣浮工段的工程概況及運(yùn)行成本等。

1 項(xiàng)目介紹

北方某市政污水處理廠處理規(guī)模6×105m3·d-1，分一期、二期。其中，一期規(guī)模3×105m3·d-1，采用改良A2O 活性污泥工藝，二期規(guī)模3×105m3·d-1，采用氧化溝+深度處理工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

文中提及的升級(jí)改造項(xiàng)目位于該市政污水處理廠區(qū)內(nèi)，主要對(duì)污水廠一期、二期出水進(jìn)行深度處理，設(shè)計(jì)規(guī)模6×105m3·d-1。由于污水廠一期主體工藝未設(shè)置深度處理單元，項(xiàng)目一期工藝采用“二沉池出水+氣浮除磷+活性焦吸附+V 型過濾+消毒”，二期采用“深度處理出水+活性焦吸附+V 型過濾+消毒”。具體工藝路線如圖1所示。

圖1 工藝路線圖

2 溶氣氣浮工程概況

2.1 流程介紹

溶氣氣浮工程（稱為“氣浮除磷池”）進(jìn)水水源為污水廠一期二級(jí)出水，進(jìn)入氣浮池的污水經(jīng)進(jìn)水總渠流至配水渠，然后自流至混凝區(qū)，投加PAC溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、以28% Al2O3有效成分計(jì)）和PAM（BASF 生產(chǎn)的陽離子型聚丙烯酰胺、相對(duì)分子質(zhì)量1 200 萬、現(xiàn)場(chǎng)配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%）溶液后進(jìn)入氣浮接觸區(qū)，同時(shí)溶氣加壓裝置不斷地向氣浮接觸區(qū)中釋放微小氣泡，最終匯總至出水總渠，經(jīng)后續(xù)處理工序。氣浮接觸區(qū)表面形成的浮渣層收集后排至污水廠內(nèi)配套的污泥處理單元進(jìn)行處理。

2.2 工程設(shè)計(jì)

整座氣浮除磷池采用平流式設(shè)計(jì)，處理規(guī)模3×105m3·d-1，可24 h 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，池體結(jié)構(gòu)采用半地上式混凝土澆筑而成。氣浮除磷池整體分為8 個(gè)系列，各組間可單獨(dú)運(yùn)行，每系列又分為A、B 兩格，共計(jì)16 格。每個(gè)系列由混凝系統(tǒng)、絮凝系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、氣浮系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、溶氣及溶氣釋放系統(tǒng)和化學(xué)浮渣收集及排放等模塊組成。

2.2.1 混凝系統(tǒng)

每個(gè)系列的混凝系統(tǒng)共設(shè)計(jì)2 座混凝池、2 座混凝廊道和配套的PAC 溶液加藥撬裝等，力停留時(shí)間為2.88 min。

2.2.2 絮凝系統(tǒng)

每個(gè)系列的絮凝系統(tǒng)包括2 座絮凝池、2 座絮凝廊道和配套的PAM 溶液加藥撬裝，水力停留時(shí)間6.44 min。

2.2.3 氣浮系統(tǒng)

單格的氣浮接觸區(qū)主要包括緩沖區(qū)、布水區(qū)、集泥區(qū)、斜板分離區(qū)、集水區(qū)及清水室等6 個(gè)功能區(qū)。其中，斜板分離區(qū)是整個(gè)氣浮接觸區(qū)的核心裝置，選用波紋面的PVC 斜板，安裝角度為60°，并以20 cm 的板間距按出水方向等距排列。

2.2.4 溶氣系統(tǒng)

溶氣系統(tǒng)部分主要由回流水單元、空氣加壓?jiǎn)卧约叭軞馑尫艈卧冉M成。

1）回流水單元：選用單級(jí)單吸臥式離心泵作為回流泵，可為溶氣罐持續(xù)供水，水源來自氣浮池出水渠出水。

2）溶氣水釋放單元：本工程所使用的溶氣罐采用空壓機(jī)供氣的臥式噴淋式填料罐，罐體由普通鋼板卷焊而成，溶氣效率高達(dá)90%以上。溶氣釋放器選用T-J 系列八爪型釋放器，不銹鋼材質(zhì)，釋氣率可達(dá)到99%以上。

2.2.5 泥渣排放系統(tǒng)

整套刮渣機(jī)置于氣浮池上方，入渣深度約2 cm，通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)將表面形成的渣層定時(shí)清除。整座氣浮池平均產(chǎn)渣能力約8 t·d-1（含水率95%），配套有4 座污泥室用于收集和排放浮渣，每?jī)蓚€(gè)處理系列共用1 座污泥室。

3 主要設(shè)備及參數(shù)

氣浮除磷工藝主要配套核心設(shè)備及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 核心設(shè)備及參數(shù)

4 運(yùn)行狀況

4.1 運(yùn)行效果分析

截取近階段該氣浮除磷池實(shí)際連續(xù)運(yùn)行330 天的進(jìn)出水水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行說明，進(jìn)出水檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2、圖2至圖5所示。

表2 氣浮除磷池實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)（均值）狀況

由以上圖表可知，氣浮除磷技術(shù)對(duì)城鎮(zhèn)污水廠尾水中的COD、TP、SS 及NH3-N 等有一定的去除效果。由圖2可知，進(jìn)出水TP 質(zhì)量濃度處理效果最為明顯，由0.12 mg·L-1降至0.02 mg·L-1，去除率83.33%，在運(yùn)行過程中，仍可通過工藝調(diào)控進(jìn)行強(qiáng)化除磷甚至降至0.02 mg·L-1以下，基本實(shí)現(xiàn)極限除磷。

圖2 氣浮池進(jìn)出水TP 濃度處理效果

由圖3可知，溶氣氣浮技術(shù)對(duì)懸浮物也有一定程度的去除作用，進(jìn)水為11.7 mg·L-1時(shí)，出水質(zhì)量濃度為5.3 mg·L-1，去除率54.7%。由圖4可知，經(jīng)過處理后的出水氨氮為0.12 mg·L-1，去除率60%，而對(duì)于TN 的去除效果不明顯。由圖5可知，本工程對(duì)出水CODCr要求較高（CODCr≤20 mg·L-1），是提標(biāo)改造過程中的重點(diǎn)，而溶氣氣浮對(duì)CODCr的去除能力有限，可降至14.5 mg·L-1，去除率僅為35.4%，因此，擬通過后續(xù)新增的活性焦吸附深度處理單元高效去除CODCr。

圖3 氣浮池進(jìn)出水SS 濃度處理效果

圖4 氣浮池進(jìn)出水NH3-N 濃度處理效果

圖5 氣浮池進(jìn)出水CODCr濃度處理效果

4.2 藥劑及直接運(yùn)行成本

1）藥劑成本。實(shí)際藥劑投加量為：混凝劑50 mg·L-1、絮凝劑（干粉）0.05 mg·L-1。其中，PAC溶液價(jià)格500 元·t-1，PAM 干粉價(jià)格22 500 元·t-1，核算藥劑單位成本為0.026 元·m-3。

2）直接運(yùn)行成本。該成本直主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)及維修保養(yǎng)費(fèi)等。設(shè)備電耗為0.045 kW?h?m-3，若電價(jià)按照0.65 元?(kW?h)-1，電費(fèi)成本0.029 元?m-3；設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)按每月10 萬元計(jì)，則維修保養(yǎng)成本為0.011 元?m-3。綜上所述，核算氣浮除磷系統(tǒng)直接運(yùn)行成本為0.066 元·m-3。

5 結(jié) 論

1）運(yùn)行結(jié)果表明，溶氣氣浮技術(shù)在市政污水強(qiáng)化除磷中表現(xiàn)出了較好的去除效果，系統(tǒng)穩(wěn)定，出水質(zhì)量濃度為 0.02 mg·L-1，最大去除率可達(dá)到83.33 %，基本實(shí)現(xiàn)TP 質(zhì)量濃度的超低排放。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)污水中的CODCr、SS 及NH3-N 等也具有一定去除效果。

2）經(jīng)過成本核算，該工程直接運(yùn)行成本為0.066 元·m-3，其中，電耗單位成本為0.029 元?m-3，藥劑單位成本為0.026 元·m-3，設(shè)備維修保養(yǎng)單位成本為0.011 元·m-3。