循環(huán)活性污泥工藝提標(biāo)改造在生活污水處理中的應(yīng)用

摘" 要：桂林是世界著名的風(fēng)景游覽城市和歷史文化名城。所以桂林市的城市性質(zhì)定為國際性風(fēng)景旅游城市，國家級歷史文化名城，中國山水城市。隨著生態(tài)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格、民眾對生活環(huán)境要求的提高，桂林市某污水處理廠將原一期設(shè)計的循環(huán)活性污泥工藝進(jìn)行提標(biāo)改造，而改造后的排放標(biāo)準(zhǔn)由GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)提升至一級A標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)一步有效減少污染物的排放。

關(guān)鍵詞：提標(biāo)改造;高效沉淀池;纖維束濾池;化學(xué)除磷;聚合氯化鋁

中圖分類號：X799.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0173-04

Abstract： Guilin is a world-famous scenic city and a famous historical and cultural city. Therefore， the urban nature of Guilin is defined as an international scenic tourist city， a national historical and cultural city， and a Chinese landscape city. With the increasingly stringent ecological and environmental protection and the improvement of people's living environment， a sewage treatment plant in Guilin conducted upgrading and renovation to the CASS process designed in the" originalfirst phase， and the discharge standard after the upgrading and renovation was raised from the first-class B standard of GB 18918-2002 \"Urban Sewage Treatment Plant Pollutant Discharge Standard\" to the first-class A standard， so as to further effectively reduce the emission of pollutants.

Keywords： upgrading and renovation; high efficiency sedimentation tank; fiber bundle filter; chemical phosphorus removal; PAC

桂林市的主要城市職能包括：進(jìn)行自然生態(tài)保育、優(yōu)秀山水景觀保護(hù)的職能;觀光、度假、休療養(yǎng)、生態(tài)與文化創(chuàng)意、會議會展、旅游活動體驗(yàn)和新型旅游產(chǎn)業(yè)等旅游類的職能;歷史文化保護(hù)的職能等。如今隨著公眾環(huán)境意識的增加，國內(nèi)對污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，為更好地保護(hù)桂林市優(yōu)秀的自然資源與景觀環(huán)境，滿足桂林市社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，因此桂林市某污水處理廠需要對原有的循環(huán)活性污泥（CASS）處理工藝進(jìn)行提標(biāo)改造，新增加污水深度處理工藝，以實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。

1" 原CASS工藝水質(zhì)分析

該污水處理廠原一期主體工藝為CASS工藝，無沉淀池，CASS池出水通過自流式經(jīng)過紫外消毒進(jìn)入巴氏計量槽后直接排入附近河道。其原有主要生產(chǎn)構(gòu)筑物包括：進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及沉砂池、CASS生物池、配電間、鼓風(fēng)機(jī)房、污泥濃縮池、脫水機(jī)房、污泥深度處理池、板框壓榨車間、紫外線消毒渠和巴氏計量槽等。該污水處理廠提標(biāo)前已正式運(yùn)行近10年，進(jìn)出水水質(zhì)也已趨于穩(wěn)定，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。圖1為原一期CASS工藝處理流程圖。

通過原一期CASS工藝出水水質(zhì)分析，該污水廠一期日均出水水質(zhì)滿足一級B標(biāo)準(zhǔn)，而以一級A標(biāo)準(zhǔn)來衡量，出水CODcr、SS和TN已穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，氨氮達(dá)標(biāo)率89%，TP達(dá)標(biāo)率24.7%，BOD5達(dá)標(biāo)率75%。

因此，從以上分析可以得出結(jié)論，該污水廠出水能夠達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，但距離一級A標(biāo)準(zhǔn)差距較大，主要超標(biāo)項(xiàng)為BOD5和TP兩項(xiàng)指標(biāo)。運(yùn)行過程中應(yīng)注意控制曝氣量和運(yùn)行參數(shù)，強(qiáng)化生物處理效果，TP需要投藥沉淀后加以去除。因此，提標(biāo)改造需增加深度處理單元，輔以化學(xué)除磷，可以使出水達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

污水處理廠三級深度處理的重點(diǎn)是進(jìn)一步去除常規(guī)二級生化處理中難以達(dá)標(biāo)的BOD、SS和TP，從而同時進(jìn)一步去除有機(jī)物。所以本次改造深度處理重點(diǎn)處理對象為以下幾項(xiàng)。

1.1" 懸浮物（SS）

污水處理廠出水中SS含量的高低，對于BOD5和TP的出水指標(biāo)有決定性影響。因此SS的去除程度是保證出水能否全面達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素。生化二級處理出水中殘留的懸浮物中BOD5的含量占50%～80%，為了提高出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)一步去除這些懸浮顆粒物。目前通常是采用混凝、沉淀加過濾工藝來去除二級生化處理出水中的SS，該工藝不僅可以去除水中懸浮狀的細(xì)微顆粒雜質(zhì)，還可以去除水中大分子的膠體物質(zhì)。

1.2" 磷（P）

活性污泥法中若進(jìn)水碳氮磷配比平衡且穩(wěn)定，則經(jīng)過強(qiáng)化二級處理生物脫氮除磷后可做到出水總磷（TP）達(dá)一級A標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上進(jìn)水不可能完全滿足相當(dāng)?shù)钠胶鈼l件。因此污水處理廠出水總磷要降至0.5 mg/L以下，就目前較為可行的技術(shù)需化學(xué)輔助除磷。

1.3" 有機(jī)物

二級生化處理出水中的有機(jī)物主要分為溶解性有機(jī)物和懸浮性有機(jī)物?？缮锝到獾娜芙庑杂袡C(jī)物在生化處理過程中基本上可以去除，殘存的溶解性有機(jī)物則多為難降解的有機(jī)物，這部分難降解有機(jī)物通過混凝沉淀工藝可部分去除。而懸浮性有機(jī)物則通過SS的去除得以去除。

2" 深度處理工藝及主要構(gòu)筑物設(shè)備

在污水廠提標(biāo)改造中首先應(yīng)強(qiáng)化二級生化處理的處理效率，再利用深度處理工藝來進(jìn)一步降低出水SS，進(jìn)而進(jìn)一步去除COD、BOD5、TP等污染物。為保證加藥除磷效果達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，降低投藥量，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，且考慮除磷沉淀對生物的影響，不建議在生物池前端加藥劑。而由于廠內(nèi)原有紫外消毒系統(tǒng)無法滿足提標(biāo)之后的工藝要求，需設(shè)計一套新的消毒系統(tǒng)，因此最終確定深度處理工藝為：提升泵房+高效沉淀池+纖維束濾池+紫外線消毒系統(tǒng)，輔以化學(xué)除磷，出水采用巴氏計量槽計量。

1）提升泵房。按2.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計。功能為提升污水至濾池。設(shè)計參數(shù)為最大流量Qmax=1 531 m3/h;平均流量Q=1 042 m3/h。設(shè)備為3臺潛水泵，2用1備，單臺流量Q=625 m3/h，揚(yáng)程H=7.5 m，功率N=22 kW;1臺潛水泵流量Q=200 m3/h，揚(yáng)程H=7.5 m，功率N=5.5 kW。運(yùn)行方式為水泵的開、停，根據(jù)集水井內(nèi)水位計自動控制。

2）高效沉淀池。按2.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，2座，單座規(guī)模1.25萬m3/d。功能為在進(jìn)水中投加聚合氯化鋁（PAC），利用折板絮凝池使水中膠體脫穩(wěn)，形成絮體，利用斜板沉淀池沉淀去除，可以進(jìn)一步降低BOD5、CODcr、SS等指標(biāo)。設(shè)計參數(shù)為最大流量Qmax=1 531 m3/h;平均流量Q=1 042 m3/h;混凝時間為21 min;沉淀池上升流速為0.56 mm/s。設(shè)備為4臺污泥螺桿泵（2臺回流2臺排泥，每座池的排泥和回流泵互為備用），流量Q=30 m3/h，揚(yáng)程H=20 m，功率N=5.5 kW;2臺細(xì)格柵，寬度0.9 m，功率N≤1.5 kW，格柵間隙b=3 mm;2套水平無軸螺旋輸送機(jī)，直徑Ф220，長L=4 m，流量Q=3 m3/h，功率N=1.1kW;2臺混合攪拌機(jī)，攪拌直徑Ф=1.2 m，功率N=4.0 kW，轉(zhuǎn)速n=60 rpm;2臺絮凝攪拌機(jī)攪拌直徑Ф=1.4 m，高度H=4.5 m，功率N=3.0 kW，轉(zhuǎn)速n=48 rpm;2臺中心傳動刮泥機(jī)，直徑Ф=9.0 m，功率N=0.55 kW，外線速度約3 m/min;斜管孔徑dn=60 mm，長L=1 000 mm，傾角60°，面積108 m2。運(yùn)行方式為24 h連續(xù)運(yùn)行。

3）纖維束濾池。按2.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，變化系數(shù)為1.47。功能為進(jìn)一步去除沉淀池出水中未能去除的顆粒、膠體物質(zhì)、懸浮固體、總磷和濁度等，可以進(jìn)一步降低BOD5、CODcr、氨氮等指標(biāo)。設(shè)計參數(shù)為平均處理水量1 042 m3/h;最大流量1 531 m3/h;平均設(shè)計濾速8.68 m/h;峰值設(shè)計濾速12.76 m/h;過濾水頭2.0 m;總過濾面積120 m2;單格過濾面積20 m2;格數(shù)為6格;單格尺寸4.0 m×5.0 m;濾層高度1 500 mm（反沖洗高度）;濾料數(shù)量162 m3;反沖洗水強(qiáng)度8 L/m2·s;反沖洗風(fēng)強(qiáng)度60 L/m2·s;反沖洗時間15～30 min;反沖洗方式為水沖洗（2 min）—汽水沖洗（15～20 min）—水沖洗（2 min）。設(shè)備為纖維束濾元模組，模組尺寸1.0 m×0.5 m，性能要求每塊纖維束濾元模組由上下濾板和若干束纖維濾元構(gòu)成，濾元制造商在出廠前已將纖維束濾元安裝在濾板上構(gòu)成濾元模組。固定不流失，易清洗不積泥（采用特殊插接件將濾元上下兩端分別固定上下濾板上確保濾元不脫落）。單束易懸掛，壓縮量可控制可調(diào)節(jié)，變孔隙深層過濾;纖維密度調(diào)節(jié)裝置，規(guī)格長×寬=4.0 m×5.0 m，性能要求纖維密度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)和控制纖維壓實(shí)密度，以適應(yīng)不同的水質(zhì)和水量要求。纖維密度調(diào)節(jié)裝置依靠水力自動調(diào)整纖維密度滿足運(yùn)行需要，不需要任何外力作用調(diào)節(jié);布?xì)獠妓到y(tǒng)，規(guī)格長×寬=4.0 m×5.0 m，性能要求布?xì)獠妓b置均采用布水布?xì)庵腹芘渌錃庀到y(tǒng)，母管采用Q235-B型，支管采用UPVC材質(zhì)。布水和布?xì)庀到y(tǒng)的獨(dú)立可實(shí)現(xiàn)脈動清洗及強(qiáng)制清洗方式，易于濾料清洗，濾料不積泥。布水布?xì)庀到y(tǒng)均勻分布在下濾板的下方，在進(jìn)行反沖洗過程中，反沖氣和反沖水均勻分布在下濾板的下方，在氣、水的共同作用下，濾料層放松，呈舒展?fàn)顟B(tài)，水和氣同時對濾料進(jìn)行擦洗，布?xì)獠妓到y(tǒng)的優(yōu)良布置保證每一束濾料都能得到徹底清洗。獨(dú)特的反沖洗氣水獨(dú)立系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水脈動/氣脈動及強(qiáng)制清洗方式，有效保證纖維濾料清洗徹底，不積泥;運(yùn)行控制為原水經(jīng)高效沉淀池（根據(jù)需要投加混凝劑PAC）混合并絮凝反應(yīng)后，進(jìn)入深層床纖維束濾池過濾。濾池以恒水位方式運(yùn)行，運(yùn)行周期達(dá)到設(shè)定值后即進(jìn)行反沖洗，反沖洗分為水沖—?dú)馑疀_（水脈動）—水沖洗3階段，各階段工作時間可以根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況和進(jìn)出水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。在自動運(yùn)行狀態(tài)下，濾池根據(jù)設(shè)定的運(yùn)行周期（一般為12～24 h）控制反沖洗，達(dá)到設(shè)定值即進(jìn)行反沖洗，每次只能反沖洗1格濾池，依次輪流逐格反沖洗。每格濾池配套有濾池進(jìn)水閥門、清水出口閥門（調(diào)節(jié)型）、反沖洗進(jìn)水閥門、反沖洗排水閥門、反沖洗空氣入口閥門和初濾水排放閥門6個氣動閥門，以及反沖洗風(fēng)機(jī)排空閥、出口閥、反沖洗水泵出口閥。閥門具有本地/遠(yuǎn)程、全開、全關(guān)3種信號;反沖洗風(fēng)機(jī)和反沖洗水泵有本地/遠(yuǎn)程、運(yùn)行、停止和故障3種信號，這些信號自動通過上位監(jiān)控計算機(jī)上相應(yīng)設(shè)備的不同顏色顯示。單格濾池配備超聲波液位計，通過液位計控制濾池出水氣動閥門開度，纖維濾池的液位和出水氣動調(diào)節(jié)閥門的開度構(gòu)成閉環(huán)，以實(shí)現(xiàn)纖維濾池的恒液位過濾;強(qiáng)制反沖洗由操作員根據(jù)現(xiàn)場需要，通過PLC柜上觸摸屏或?yàn)V池就地操作箱上的“強(qiáng)洗按鈕”對PLC發(fā)出某臺濾池需要反沖洗的命令，PLC接受命令后，對該臺濾池立即建立“請求沖洗”標(biāo)志進(jìn)入反沖洗全過程，當(dāng)2格或2格以上的濾池同時需要反沖洗時，按照“先到先洗”的原則進(jìn)行反沖洗。反沖洗泵房內(nèi)設(shè)沖洗水泵2臺，1用1備，單臺流量Q=580 m3/h，揚(yáng)程H=8 m，功率N=30 kW;安裝鼓風(fēng)機(jī)3臺，2用1備，單臺風(fēng)量Q=40 m3/min，壓力P=0.06 MPa，功率N=75 kW。

4）紫外線消毒系統(tǒng)。按2.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計紫外線消毒渠，設(shè)計1條渠道。功能為殺滅出廠污水中可能含有的細(xì)菌和病毒。設(shè)計參數(shù)為平均流量25 000 m3/d，變化系數(shù)1.47，峰值流量1 531 m3/h，TSS為10 mg/L，平均固體顆粒尺寸小于30 microns，紫外透光率波長253.7 nm≥65%，進(jìn)水糞大腸菌群小于1 000 000個/L;出水要求為設(shè)備正常運(yùn)行時，經(jīng)過紫外線消毒系統(tǒng)消毒后的污水，糞大腸菌群數(shù)不超過1 000個/L，糞大腸菌群指標(biāo)能夠滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)配置為完整配套的紫外消毒系統(tǒng)，包括紫外燈模塊組（紫外燈管、石英套管、電子鎮(zhèn)流器等112套）、模塊支架、紫外線強(qiáng)度監(jiān)測系統(tǒng)、水位傳感器、系統(tǒng)控制中心、控制柜和自動清洗系統(tǒng)等，可以完成所有正常運(yùn)行、監(jiān)測及控制等功能。

5）化學(xué)除磷設(shè)計。功能為化學(xué)除磷所需化學(xué)藥劑（PAC）的投加設(shè)施。設(shè)計參數(shù)為最大投加量200L/h;設(shè)備為2個儲藥罐，單個容積10 m3;隔膜式計量泵3臺，2用1備。單臺額定流量Q=27 L/h，額定壓力為1 MPa，電機(jī)功率N=0.37 kW;耐腐蝕輸藥泵1臺，流量Q=12.5 m3/h，揚(yáng)程H=25 m，功率N=3 kW。投加點(diǎn)位于高效沉淀池的混合攪拌池內(nèi)。

6）排水池。作為濾池反沖洗水的緩沖池，用于降低濾池反沖洗水對進(jìn)水泵房的沖擊負(fù)荷。設(shè)計排水池1座，內(nèi)分2格。安裝潛水泵4臺（2用2備），單臺流量Q=52 m/h，揚(yáng)程H=9.5 m，功率N=5.9 kW;水下攪拌器2臺，定時攪拌，避免污泥沉積，攪拌器為不銹鋼材質(zhì)，直徑Ф260，功率N=1.5 kW。

3" 深度處理工藝維護(hù)注意事項(xiàng)

1）高效沉淀池傾斜管沉淀區(qū)由于活性污泥黏附性，使用較長時間后斜管上會附著大量活性污泥，直接影響出水水質(zhì)，尤其是出水總磷。因此需定期輪流將2座高效沉淀池放空，并用高壓水槍對斜管進(jìn)行沖洗，將污泥回流至進(jìn)水泵房或排至污泥池。

2）本次改造中高效沉淀池配有一套聚丙烯酰胺（PAM）投藥系統(tǒng)，但PAM使用后會造成后續(xù)纖維濾池濾膜堵塞，因此建議不使用PAM的投加。并且高效沉淀池PAC投加管路需定期疏通清洗，因?yàn)镻AC藥劑中含有少量雜質(zhì)，使用時間較長后會出現(xiàn)底部管路沉積堵塞，直接影響化學(xué)除磷效率。

3）纖維束濾池使用過久還需采購化學(xué)清洗劑對濾膜進(jìn)行化學(xué)藥劑浸泡及沖洗，徹底清除濾膜上附著的微生物及青苔，避免長期使用造成自然堵塞。

4）纖維束濾池反沖洗水泵及鼓風(fēng)機(jī)做好日常巡視巡查，定期潤滑保養(yǎng)及檢修，及時更換易損耗配件。

5）紫外消毒系統(tǒng)自動清洗裝置的空壓機(jī)需對氣缸定期排氣排水即潤滑保養(yǎng)。

4" 高效沉淀池PAC的投加量計算

4.1" 實(shí)驗(yàn)方案

為了保證出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)并更為精準(zhǔn)地投加PAC藥量，在深度處理工藝調(diào)試期間對現(xiàn)有采購的PAC進(jìn)行化學(xué)除磷反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，以便計算出PAC投加量。

化學(xué)反應(yīng)式：Al3++PO43-=AlPO4去除1 mol的P，對應(yīng)需要1 mol的Al，質(zhì)量比為P∶Al=31∶27，去除1 mg/L的P需0.871 mg/L的Al。

水樣選擇：為考慮水質(zhì)對PAC除磷的影響及實(shí)際會產(chǎn)生的水質(zhì)TP質(zhì)量濃度，將選擇的水樣分為3個質(zhì)量濃度間區(qū)2.0～1.5 mg/L、1.5～1.0 mg/L、1.0～0.5 mg/L，3個間區(qū)內(nèi)各取一瓶1 L水樣做實(shí)驗(yàn)。

PAC投加量：首先將原PAC稀釋1 000倍，鋁的稀釋質(zhì)量濃度約為63.48 mg/L，理論上去除1 L×1 mg/L的TP需要13.72 mL的PAC稀釋液。

4.2" 實(shí)驗(yàn)步驟

1）準(zhǔn)備好3個區(qū)間的水樣。

2）稀釋PAC。

3）按照表1數(shù)據(jù)對應(yīng)投加PAC稀釋液并攪拌1 min，之后靜止30 min取過濾液檢測TP，最后將檢測結(jié)果填入表1。

4.3" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出當(dāng)生化池出水總磷穩(wěn)定達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)即TPlt;1.0 mg/L時，根據(jù)最大流量Qmax=1 531 m3/h及平均流量Q=1 042 m3/h，可計算PAC投加量控制在41.68～76.55 L/h之間。

5" 結(jié)論

目前在進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定情況下，污水通過原主體CASS工藝進(jìn)行二級生化處理后再經(jīng)過三級深度處理，出水能穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。只是由于構(gòu)筑物的增加，在日常巡視及構(gòu)筑物維護(hù)時注意避免構(gòu)筑物池內(nèi)形成反應(yīng)死角，造成階段性二次污染，從而影響出水水質(zhì)。而提標(biāo)改造中新增加的設(shè)備較多，且設(shè)備的完好率也將直接影響著整體工藝的正常運(yùn)行。所以在構(gòu)筑物及設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)及檢修方面需要做出更多的努力。

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