吳明明，熊 珍，徐海飛，李 進(jìn)，徐少飛，劉 暢

(中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司，湖北武漢 430000)

截至2020年，全國城鎮(zhèn)污水處理總量為22 886萬t/d，污水處理率達(dá)到95%，其中達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的占比為60%[1]。在國家保護(hù)綠水青山的要求下，各地污水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷上升，提標(biāo)改造需求巨大。但因城市發(fā)展，部分污水處理廠逐漸處于城市中心地段，可用土地短缺；同時，傳統(tǒng)提標(biāo)工藝造成運(yùn)營成本大幅增加，增加了政府和企業(yè)的負(fù)擔(dān)。

A/RPIR技術(shù)是在原有活性污泥法的基礎(chǔ)上，通過反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加導(dǎo)流模塊，人為創(chuàng)造污泥自動回流環(huán)境，在不需要利用動力進(jìn)行污泥回流的情況下形成等同MBR膜的微生物截留，使得反應(yīng)器始終可以保持較高的活性污泥濃度。A/RPIR裝備在高效去除COD的同時可去除氨氮、TN及TP，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化和脫氮除磷，在功能上可以與膜生物反應(yīng)器相媲美[2]?！癆/RPIR+磁混凝”組合工藝以其突出的低成本、高效率、簡管理、優(yōu)出水、少占地等特點(diǎn)，在工業(yè)廢水和市政生活污水的處理中顯現(xiàn)出突出的競爭優(yōu)勢。通過該項(xiàng)目設(shè)計工藝方案比選，與常規(guī)活性污泥工藝相比，采用該組合工藝在土建上，可以節(jié)省費(fèi)用40%以上，占地節(jié)省約48%；在運(yùn)行上，可以節(jié)省動力消耗30%?！癆/RPIR+磁混凝”組合工藝作為新型組合技術(shù)，在全國已得到成功應(yīng)用，日處理規(guī)模近100萬m3，但該組合工藝的參數(shù)控制目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，易出現(xiàn)各模塊溶解氧控制不均、缺氧區(qū)溶氧高影響脫氮、磁混凝跑泥等問題，對企業(yè)運(yùn)營管理人員造成困擾，影響了推廣使用。本文對“A/RPIR+磁混凝”組合工藝的工藝調(diào)試目標(biāo)、工藝參數(shù)控制、調(diào)試效果、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)與建議進(jìn)行分析，為類似工藝的調(diào)試運(yùn)行提供參考，以促進(jìn)該工藝的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1 工程概況

1.1 背景

該項(xiàng)目為武漢市某新建污水處理廠，設(shè)計規(guī)模為10萬t/d。為了節(jié)省占地，采用“A/RPIR+磁混凝”工藝，其中A/RPIR池集生化反應(yīng)與沉淀于一體，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級 A標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)在調(diào)研當(dāng)?shù)厮畯S的基礎(chǔ)上設(shè)定，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Water Quality of Design Influent and Effluent

1.3 設(shè)計工藝流程

污水經(jīng)提升后進(jìn)入細(xì)格柵和旋流沉砂池，旋流沉砂池的出水自流進(jìn)入生化池。經(jīng)A/RPIR工藝生化處理后的出水添加PAC、磁粉藥劑后，進(jìn)入磁混凝池進(jìn)行混凝沉淀，磁混凝池出水進(jìn)入紫外消毒池進(jìn)行消毒，再流經(jīng)巴氏計量槽計量后進(jìn)行排放。產(chǎn)生的剩余污泥排放至污泥濃縮池，經(jīng)污泥濃縮和脫水(含水率為80%)后，委托外運(yùn)處置。具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of the Process

2 工藝調(diào)試目標(biāo)和方法

2.1 調(diào)試目標(biāo)

工藝調(diào)試的目標(biāo)有以下幾點(diǎn)。

(1)通過調(diào)試檢驗(yàn)土建、設(shè)備和安裝工程的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)設(shè)計、建設(shè)存在的問題并及時整改。

(2)通過工藝調(diào)試，確保污水處理能夠連續(xù)達(dá)標(biāo)排放，并在達(dá)到處理效果的基礎(chǔ)上，找出運(yùn)行的最佳工藝參數(shù)。

(3)將調(diào)試過程中出現(xiàn)的所有問題匯總，編制工藝運(yùn)行、設(shè)施情況、運(yùn)行管理等方面的調(diào)試總結(jié)。

2.2 工藝調(diào)試方法

工藝調(diào)試包括污泥接種、生化系統(tǒng)啟動、化驗(yàn)檢測、工藝參數(shù)控制等內(nèi)容。

(1)污泥接種：用干污泥接種，投加曝氣池體積5%左右的干污泥，并加入適量葡萄糖、尿素。

(2)生化系統(tǒng)啟動：首先，控制進(jìn)水流量為設(shè)計負(fù)荷的20%～30%，維持A/RPIR池內(nèi)出水端廢水DO在3～4 mg/L；其次，A/RPIR池持續(xù)悶曝72 h，悶曝過程中，控制DO在4 mg/L左右，SV30在20%左右，控制回流比在50%左右；最后，逐步增加進(jìn)水負(fù)荷，每次增加量為設(shè)計負(fù)荷的10%～20%，達(dá)到處理效果后再繼續(xù)增加，直至達(dá)到滿負(fù)荷[3]。

(3)化驗(yàn)檢測：每天檢測氧化池內(nèi)pH、SV30、DO，并分析進(jìn)出水COD、鏡檢生物相變化情況[4]。

(4)工藝參數(shù)控制：主要控制DO、回流比、污泥濃度及沉降比4個工藝參數(shù)。通過風(fēng)機(jī)頻率與開啟臺數(shù)調(diào)節(jié)，控制缺氧區(qū)DO<0.5 mg/L、好氧區(qū)DO為3～4 mg/L；通過調(diào)節(jié)硝化液回流泵開啟臺數(shù)，控制回流比在1.5；通過排泥量調(diào)節(jié)，控制污泥濃度在4～5 g/L；當(dāng)污泥沉降性良好，SV30達(dá)到30%以上時，開始排泥[5-6]。

3 工藝調(diào)試效果

本項(xiàng)目2020年11月9日—11月30日試運(yùn)行期間，日均處理水量為86 652 m3/d，最高為10.47萬m3/d，達(dá)到設(shè)計處理能力的104.7%。2020年11月9日完成生化池投泥工作，2020年11月17日磁混沉淀池投加磁粉完成，2020年11月22日紫外消毒安裝調(diào)試完成，2020年11月23日全部出水指標(biāo)均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，出水實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。檢測結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Actual Water Quality

3.1 COD處理效果

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，CODCr進(jìn)水均值為107 mg/L，出水均值為12 mg/L，去除率達(dá)到88%，具體指標(biāo)變化趨勢如圖2所示。調(diào)試初期即達(dá)標(biāo)，這是因?yàn)樯亟臃N污泥為附近污水處理廠生化性能良好的活性污泥；同時，在正式進(jìn)水前對池內(nèi)污泥進(jìn)行悶曝，保持了污泥的活性。

圖2 進(jìn)出水COD趨勢Fig.2 Trend of Influent and Effluent COD

3.2 TP處理效果

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)水TP為1.72 mg/L，未投加磁粉前出水TP為1.16 mg/L，去除率為30%；11月17日開始投加磁粉后出水TP為0.3 mg/L，生物除磷去除率為33%，去除率為82%(磁混凝設(shè)施去除率為74%)。11月24日出水TP超標(biāo)是由于磁混凝出水跑泥，經(jīng)過及時調(diào)整后達(dá)標(biāo)排放，具體指標(biāo)變化趨勢如圖3所示。生物除磷無法確保出水TP達(dá)標(biāo)，需進(jìn)一步物化除磷。

圖3 進(jìn)出水TP趨勢Fig.3 Trend of Influent and Effluent TP

3.3 氨氮處理效果

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，氨氮進(jìn)水均值為17.6 mg/L，出水均值為0.83 mg/L，去除率達(dá)到93%；11月17日出水氨氮稍有超標(biāo)，是因?yàn)檫M(jìn)水氨氮突然增高，工藝調(diào)整滯后，具體指標(biāo)變化趨勢如圖4所示。調(diào)試初期即達(dá)標(biāo)，原因同3.1。

圖4 進(jìn)出水氨氮趨勢Fig.4 Trend of Influent and Effluent Ammonia Nitrogen

3.4 TN處理效果

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，TN進(jìn)水均值為24.5 mg/L，出水均值為11.2 mg/L，去除率為54%，具體指標(biāo)變化趨勢如圖5所示。由于該項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)水C/N為2～3，無法發(fā)揮脫氮的最大能力，去除率不高。若進(jìn)水TN增高、TN去除率要求提高，可采取投加碳源、周期性曝氣避免缺氧池DO過高的方式提高去除率。

圖5 進(jìn)出水TN趨勢Fig.5 Trend of Influent and Effluent TN

4 能耗分析

A/RPIR池利用曝氣提供的氣升動力，完成污泥回流，不需要污泥回流泵。同時，因巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳氧效率提升明顯。設(shè)備數(shù)量的減少和傳氧效率的提升，降低了整個系統(tǒng)的用電負(fù)荷。與常規(guī)AAO工藝系統(tǒng)相比，可以節(jié)省動力消耗約30%。試運(yùn)行期間生產(chǎn)用電統(tǒng)計如表3所示。

表3 試運(yùn)行期間生產(chǎn)用電統(tǒng)計Tab.3 Electricity Consumption Statistics in Production during Trial Operation

由表3可知，采用“A/RPIR+磁混凝”工藝的10萬t/d污水廠噸水電耗為0.188 kW·h。相似體量的AAO工藝污水處理廠噸水電耗一般為0.25～0.3 kW·h，節(jié)能效果明顯，具體比對如表4所示。

表4 A/RPIR工藝與AAO工藝污水處理廠能耗比對Tab.4 Comparison of Energy Consumption between A/RPIR Process and AAO Process

5 調(diào)試經(jīng)驗(yàn)與建議

5.1 模塊環(huán)流動力與曝氣量的控制

模塊環(huán)流動力需要通過風(fēng)機(jī)曝氣來提供。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)較好時，風(fēng)機(jī)曝氣量減小，可能存在環(huán)流動力不足，導(dǎo)致污泥在模塊內(nèi)沉積，最終造成模塊堵塞。若調(diào)大曝氣量，則導(dǎo)致回流至缺氧區(qū)的硝化液DO含量過高，影響脫氮效率。

應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水量來選擇開啟RPIR池的組數(shù)，采取措施調(diào)節(jié)硝化液回流泵流量，避免缺氧區(qū)溶解氧過高，從而影響脫氮效果。將好氧區(qū)DO維持在3～4 mg/L，提升模塊環(huán)流動力的同時提高污泥活性。采取周期性曝氣方式：高曝氣量(維持2 h)與低曝氣量(維持4 h)切換，以避免DO長期偏高，缺氧區(qū)DO升高，從而影響脫氮效果。

5.2 污泥脫水

磁混凝排泥污泥濃度高，采用連續(xù)排泥；RPIR剩余污泥濃度相對較低，采用間斷式排泥；兩者共用1根排泥管道，與生化污泥混合后，影響污泥脫水效果。

解決方式：一是技術(shù)改造，將磁混凝排泥管和RPIR池排泥管分開，分別排泥并單獨(dú)濃縮脫水；二是保持現(xiàn)狀，摸索排泥規(guī)律，定期搭配排泥，同時做脫水藥劑比對試驗(yàn)，選擇適合該種排泥方式的最優(yōu)藥劑。

5.3 磁混凝運(yùn)行問題

磁混凝可能出現(xiàn)跑泥問題，導(dǎo)致出水SS及TP瞬時出水不達(dá)標(biāo)；同時，跑泥可能會導(dǎo)致大量磁粉流失，造成運(yùn)行成本增加。

調(diào)試初期，可由磁混凝設(shè)備供貨商進(jìn)行調(diào)試，提供磁粉及調(diào)試手冊，運(yùn)營單位人員全程參與工藝調(diào)試，掌握調(diào)試關(guān)鍵因素。在自主調(diào)試時，主要控制投加磁粉種類、投加量、與PAC配比、排泥量等工藝參數(shù)。

6 結(jié)論與建議

(1)A/RPIP工藝調(diào)試內(nèi)容主要包括污泥接種、生化系統(tǒng)啟動、化驗(yàn)檢測、工藝參數(shù)控制等。污泥接種采用性狀良好的新鮮活性污泥作為接種菌種，正式進(jìn)水前進(jìn)行悶曝，能大大縮短培菌過程，加速實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。A/RPIR工藝調(diào)試主要控制DO、回流比、污泥濃度及沉降比4個工藝參數(shù)。建議控制指標(biāo)：缺氧區(qū)DO<0.5 mg/L，好氧區(qū)DO為3～4 mg/L，回流比約為1.5，污泥濃度為4～5 g/L，初期SV30約為30%。

(2)該項(xiàng)目采用的A/RPIR工藝對污水具有較好的處理能力，出水CODCr、氨氮、TN平均濃度分別為12、0.83、11.2 mg /L；通過磁混凝沉淀的進(jìn)一步處理，TP、SS分別達(dá)到了0.3、9 mg/L，均達(dá)到了一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。A/RPIR工藝生物除磷效果不佳，應(yīng)輔以化學(xué)除磷手段；如需提高生物除磷效果，可增加厭氧池，采用A/A/RPIR工藝。A/RPIR工藝控制要求較高，若缺氧池DO控制不當(dāng)，會造成脫氮效率下降，可采用投加碳源、周期性曝氣避免缺氧池DO過高的方式提高TN去除率。

(3)“A/RPIR+磁混凝”組合工藝系統(tǒng)的用電負(fù)荷低于常規(guī)AAO工藝系統(tǒng)，可以節(jié)省動力消耗約30%，具有較好的節(jié)能減排效果。