改良型AAO-磁混凝沉淀-臭氧-活性炭工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠中的應(yīng)用實(shí)例

陳斌， 唐晶， 葉青徽， 高曉紅

（中冶華天工程技術(shù)有限公司， 南京 210019）

1 工程概況

安徽某污水處理廠進(jìn)水為生活污水和工業(yè)廢水的混合污水， 以工業(yè)廢水為主， 占比60%以上， 企業(yè)排放廢水經(jīng)過預(yù)處理， 達(dá)到GB／T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方可排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)。 污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)的工業(yè)片區(qū)， 以先進(jìn)制造業(yè)、 電子產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)， 兼有新材料產(chǎn)業(yè)和綠色食品產(chǎn)業(yè)以及配套生活區(qū)， 所排放廢水主要表現(xiàn)為有機(jī)污染物濃度高，重金屬離子含量較高， 可生化性低， 且水質(zhì)水量波動(dòng)較大等特點(diǎn)［1］。 本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)是難降解COD 的去除， 其分子鏈長(zhǎng)， 化學(xué)鍵能高， 化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 難于被微生物直接降解。 該污水處理廠采用改良型AAO－磁混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭過濾組合工藝， 出水指標(biāo)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

該污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104m3／d， 本項(xiàng)目為一期工程， 設(shè)計(jì)規(guī)模為1.5×104m3／d， 總變化系數(shù)為1.53。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

通過取樣分析， 同時(shí)參照周邊地區(qū)同類型污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)， 確定污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002 中的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。本次工程的設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 污水處理工藝

3.1 污水處理工藝選擇

本項(xiàng)目污水處理廠的預(yù)處理系統(tǒng)由生活污水預(yù)處理系統(tǒng)和工業(yè)廢水預(yù)處理系統(tǒng)組成。 生活污水預(yù)處理采用粗細(xì)格柵及沉砂池。 工業(yè)廢水中重金屬離子采用氫氧化物沉淀法去除［2］， 微小的懸浮固體、膠體通過投加PFS 絮凝劑形成較大顆粒絮體， 與氫氧化物沉淀物一同在初沉池內(nèi)進(jìn)行固液分離。 采用水解酸化工藝， 將有機(jī)物大分子分解為小分子進(jìn)入生物處理系統(tǒng)進(jìn)一步降解。

具備脫氮除磷功能的污水生化處理工藝較多，如SBR、 AO、 AAO 工藝、 氧化溝系列工藝等。 改良型AAO 工藝是常用的污水處理工藝， 國(guó)內(nèi)工程實(shí)例較多， 工藝成熟可靠， 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富， 本工程采用改良型AAO 工藝作為二級(jí)處理工藝［3］。

深度處理主要是針對(duì)生化出水進(jìn)一步去除部分SS、 COD、 BOD5及TP 等， 使其達(dá)標(biāo)排放。 混凝沉淀采用磁混凝沉淀處理技術(shù)， 該技術(shù)在常規(guī)絮凝劑與助凝劑中投加磁粉， 利用磁粉密度大的特性， 高效快速地沉淀絮凝團(tuán)， 實(shí)現(xiàn)固液分離， 將污染物去除， 該技術(shù)能夠節(jié)約土地資源， 減少基建費(fèi)用投入； 同時(shí)其水力負(fù)荷高、 藥劑投加量少， 有效降低污水處理成本， 經(jīng)濟(jì)效益顯著［4］。 本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)是難降解COD 的去除， 臭氧－生物活性炭深度處理工藝能夠有效去除水中的氨氮、 COD 以及消毒副產(chǎn)物等， 同時(shí)使色度、 嗅和味等多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)得到全面改善［5-8］。 本項(xiàng)目采用臭氧－活性炭工藝作為難降解COD 的去除工藝， 同時(shí)活性炭加砂濾池起到過濾功能。 消毒采用投加NaClO 方式， 消毒后尾水排放至水體。

3.2 污水處理工藝流程

生活污水首先進(jìn)入粗格柵渠道， 去除較大的漂浮物后， 經(jīng)泵提升進(jìn)入細(xì)格柵進(jìn)一步攔截較小的漂浮物后， 通過旋流沉砂池去除砂礫等， 再進(jìn)入生物處理系統(tǒng)。 工業(yè)廢水首先進(jìn)入粗格柵渠道去除較大的漂浮物， 經(jīng)泵提升進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后進(jìn)入混凝沉淀池， 在混凝沉淀池通過投加藥劑（NaOH、 PFS）將進(jìn)水中的重金屬轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀， 在沉淀段進(jìn)行固液分離后出水進(jìn)入水解酸化池， 將大分子有機(jī)物分解為小分子進(jìn)入生物處理系統(tǒng)進(jìn)一步降解。 經(jīng)過分別預(yù)處理后的生活污水和工業(yè)廢水匯集至改良型AAO 生物池， 進(jìn)行有機(jī)物降解和脫氮除磷， 生物池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離后， 出水進(jìn)入深度處理系統(tǒng)， 污泥回流至生物池維持足夠的生物量， 剩余污泥排至污泥濃縮池。 二沉池出水經(jīng)中間提升泵房提升后進(jìn)入磁混凝沉淀池， 通過投加化學(xué)藥劑（PAC、 PAM）、 磁粉去除TP、 SS， 之后通過臭氧接觸池和活性炭濾池的協(xié)同作用進(jìn)一步去除難降解COD 和SS 等， 出水進(jìn)入接觸消毒池并投加NaClO， 消毒后尾水排放至水體。 工藝流程如圖1 所示。

圖1 污水處理廠工藝流程Fig. 1 Process flow of sewage treatment plant

4 主要建（構(gòu)）型筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 改良型AAO 生物池。 1 座2 組， 半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 單組尺寸為51.20 m×22.65 m×6.60 m， 水力停留時(shí)間為21.3 h， 總污泥齡為20.33 d， 污泥負(fù)荷為0.05 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 硝化液回流比為150%～300%， 污泥回流比為60%～150%， 供氧量為450 kg［O2］／h。 單組參數(shù)： 預(yù)缺氧區(qū)尺寸為7.00 m×8.35 m×6.60 m， 水力停留時(shí)間為1.1 h； 厭氧區(qū)尺寸為7.00 m×11.00 m×6.60 m，水力停留時(shí)間為1.5 h； 缺氧區(qū)尺寸為9.20 m×22.65 m×6.60 m， 水力停留時(shí)間為4.0 h； 好氧區(qū)3 個(gè)系列串聯(lián)， 單系列尺寸為33.40 m × 7.35 m ×6.60 m，水力停留時(shí)間為14.7 h。 主要設(shè)備（單組）： 預(yù)缺氧區(qū)潛水?dāng)嚢杵? 臺(tái)， 葉輪直徑為340 mm， 電機(jī)功率為2.2 kW； 厭氧區(qū)潛水?dāng)嚢杵? 臺(tái)， 葉輪直徑為340 mm， 電機(jī)功率為2.2 kW； 缺氧區(qū)潛水推流器2 臺(tái)， 葉輪直徑為1 600 mm， 電機(jī)功率為4.0 kW；好氧區(qū)管式曝氣器563 根， 單根長(zhǎng)度為1.0 m， 通氣量為3 ～12 m3／（h·m）， 氧轉(zhuǎn)移效率為20% ～25%； 硝化液回流泵3 臺(tái)（2 用1 備， 均變頻）， 流量為130 L／s， 揚(yáng)程為0.8 m， 電機(jī)功率為2.5 kW。

（2） 矩形周進(jìn)周出二沉池。 1 座3 格， 半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 單格尺寸為43.30 m×8.00 m×5.30 m， 水力停留時(shí)間為3 h， 表面負(fù)荷為0.92 m3／（m2·h）。 主要設(shè)備： 非金屬鏈條刮泥機(jī)3 臺(tái)， B ＝8 m， L ＝43.3 m， N ＝0.75 kW； 回流污泥泵3 臺(tái)（2 用1 備）， 流量為470 m3／h， 揚(yáng)程為7 m， 功率為18.5 kW； 剩余污泥泵2 臺(tái)（1 用1 備）， 流量為50 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為5.5 kW。

（3） 磁混凝沉淀池。 1 座2 組， 半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 單組混合池尺寸為1.95 m×1.95 m×5.2 m， 水力停留時(shí)間為1.75 min； 單組磁粉投加池尺寸為1.95 m×1.95 m×5.20 m， 水力停留時(shí)間為1.75 min； 單組絮凝池尺寸為2.40 m×2.40 m×5.20 m， 水力停留時(shí)間為2.7 min； 單組沉淀池尺寸為8.00 m×8.00 m×7.30 m， 斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷為10.5 m3／（m2·h）， PAC 投加量為100 mg／L， PAM 投加量為1 mg／L。 主要設(shè)備： 混合攪拌機(jī)2 臺(tái)， 葉輪直徑為1 200 mm， 電機(jī)功率為2.2 kW； 磁粉攪拌機(jī)2 臺(tái)， 葉輪直徑為1 200 mm， 電機(jī)功率為3.0 kW；絮凝攪拌機(jī)2 臺(tái)， 葉輪直徑為600 mm， 電機(jī)功率為4.0 kW； 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2 臺(tái)， 直徑為8.0 m，電機(jī)功率為0.75 kW； 回流污泥泵4 臺(tái)（2 用2 備，變頻）， 流量為35 m3／h， 揚(yáng)程為10 m， 功率為5.5 kW； 剩余污泥泵4 臺(tái)（2 用2 備， 變頻）， 流量為20 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為4.0 kW； 剪切機(jī)2 臺(tái)，流量為20 m3／h， 功率為2.2 kW； 磁分離機(jī)2 臺(tái)，流量為20 m3／h， 功率為2.2 kW； 斜管91.12 m2（投影面積）， 長(zhǎng)1.0 m， 直徑為80 mm， 傾角60°。

（4） 臭氧接觸池。 1 座2 組， 半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 土建按遠(yuǎn)期規(guī)模建設(shè)， 設(shè)備按近期規(guī)模配置， 單組尺寸為26.55 m×7.00 m×7.25 m（有效水深6.0 m）。 水力停留時(shí)間為1.26 h， 臭氧投加量為24 mg／L。 主要設(shè)備： 曝氣盤110 只， 直徑為150 mm， 材質(zhì)鈦板＋不銹鋼； 尾氣破壞器2 臺(tái)， 尾氣處理量為18 kg［O3］／h， 電機(jī)功率為4.8 kW。

（5） 活性炭濾池。 1 座4 格， 半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 單格尺寸為8.60 m × 5.40 m × 6.05 m。設(shè)計(jì)濾速為6.95 m／h， 強(qiáng)制濾速為9.27 m／h， 活性炭濾料層厚度為2.0 m。 1＃ 拼裝濾板128 塊， 尺寸為980 mm × 980 mm × 100 mm； 2＃ 拼 裝 濾 板16塊， 尺寸為980 mm×530 mm×100 mm； 顆?；钚蕴繛V料300 m3， 亞甲基藍(lán)值大于200 mg／g， 碘值大于900 mg／g， 比表面積大于或等于900 m2／g； 石英砂濾料76 m3， 粒徑為0.9 ～1.2 mm； 卵石15 m3，粒徑為2 ～4 mm。 主要設(shè)備： 反洗風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（1 用1備）， 采用羅茨風(fēng)機(jī)， 流量為32 m3／min， 排出壓力為47 kPa， 電機(jī)功率為45 kW； 反沖洗水泵3 臺(tái)（2用1 備）， 單臺(tái)流量為740 m3／h， 揚(yáng)程為10 m， 電機(jī)功率為37 kW。

（6） 臭氧制備車間。 1 座， 框架結(jié)構(gòu)， 平面尺寸為20.0 m×12.0 m。 主要設(shè)備： 臭氧發(fā)生器2 套（1 用1 備）， 額定產(chǎn)量為15 kg／h， 額定質(zhì)量濃度為135 mg／L， 電機(jī)功率為150 kW； 板式換熱器2套， 換熱功率大于或等于120 kW； 內(nèi)循環(huán)水泵2臺(tái)， 單臺(tái)流量為30 m3／h， 揚(yáng)程為23 m， 電機(jī)功率為4.0 kW； 逆流式冷卻塔1 套， 處理能力為80 m3／h， 電機(jī)功率為2.2 kW； 外循環(huán)水泵3 臺(tái)（2 用1 備）， 單臺(tái)流量為36 m3／h， 揚(yáng)程為30 m， 電機(jī)功率為7.5 kW； 液氧儲(chǔ)罐1 座， 有效容積為50 m3，承壓能力為0.8 MPa。

5 工程運(yùn)行效果

目前該工程運(yùn)行穩(wěn)定， 平均水量約為1.1 萬m3／d， 最 大 水 量 約 為1.34 萬m3／d。 進(jìn) 水COD、NH3－N、 TN、 TP、 SS 平均質(zhì)量濃度分別為395.8、30.7、 41.3、 4.2、 213.5 mg／L， 出水COD、 NH3－N、TN、 TP、 SS 平均質(zhì)量濃度分別為40.6、 3.6、 10.4、0.32、 8.3 mg／L， 各項(xiàng)指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002 一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

6 投資及經(jīng)營(yíng)成本

工程建設(shè)投資約為1.28 億元。 經(jīng)營(yíng)成本為2.39元／m3， 主要為外購(gòu)原輔材料費(fèi)用（液氧、 NaOH、PFS、 PAC、 PAM、 乙酸鈉、 NaClO 等藥劑）、 外購(gòu)燃料動(dòng)力費(fèi)（電費(fèi)）、 污泥運(yùn)輸費(fèi)、 人員工資及福利費(fèi)、 修理費(fèi)、 折舊費(fèi)、 財(cái)務(wù)費(fèi)用及其他費(fèi)用等。

7 結(jié)語(yǔ)

（1） 該工程實(shí)踐表明， 對(duì)以工業(yè)廢水為主的城鎮(zhèn)污水處理廠， 采用改良型AAO－磁混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭濾池組合工藝進(jìn)行處理， 出水能夠穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002 中的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。 該工藝結(jié)構(gòu)緊湊， 處理效果穩(wěn)定， 運(yùn)行維護(hù)方便， 運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低。 對(duì)同類污水處理廠的建設(shè)運(yùn)營(yíng)具有一定參考價(jià)值。

（2） 臭氧－活性炭工藝進(jìn)一步去除了難降解COD， 建議工程中臭氧投加量及反應(yīng)時(shí)間根據(jù)中試試驗(yàn)確定， 以達(dá)到最佳處理效果和經(jīng)濟(jì)合理性。

（3） 以工業(yè)廢水為主的城鎮(zhèn)污水處理廠， 前端應(yīng)增加水解酸化等預(yù)處理工藝， 以便充分發(fā)揮生化系統(tǒng)的潛能。