淺談某污水處理廠的工藝調(diào)整及節(jié)能降耗措施

熊波

摘? 要：以寧夏回族自治區(qū)某新區(qū)新建的一座污水處理廠為例，根據(jù)園區(qū)規(guī)劃，該新區(qū)2015年新建了一座50 000 m?/d（分2組）的市政污水處理廠。由于招商引資未達預期，入駐企業(yè)和人口偏少，實際污水收集量不足8 000 m?/d。該文重點論述在低水量、低負荷工況下該污水處理廠在調(diào)試期間采取的一些工藝調(diào)整特殊措施以及小型技術改造，以最經(jīng)濟的手段確保出水各項指標穩(wěn)定達標。

關鍵詞：污水處理廠;低水量低負荷工況;工藝調(diào)整;技術改造;節(jié)能降耗

中圖分類號：X799? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 設計規(guī)模及進出水水質(zhì)

1.1 設計規(guī)模

銀川市某新區(qū)污水處理廠工程規(guī)劃總規(guī)模為15萬m3/d，近期（2013～2015年）設計規(guī)模5.0萬m3/d，中期（2016～2020 年）設計規(guī)模5.0萬m3/d，遠期（2020～2030年）設計規(guī)模5.0萬m3/d。該次方案設計為近期工程，建成規(guī)模5.0萬m3/d。污水處理設施服務范圍為：新區(qū)產(chǎn)業(yè)園北區(qū)、某特色小鎮(zhèn)，服務總面積約45 km2。

1.2 設計進出水水質(zhì)

該工程設計進出水水質(zhì)主要指標見表1。

2 污水處理工藝流程

污水處理工藝流程如圖1所示。

3 主要構筑物設計及設備

3.1 粗格柵井及提升泵房

土建按遠期 15×104 m3/d設計，設備按一期 5×104? m3/d配置。

主要設備如下。

3.1.1 機械格柵除污機

近期 2 套（柵隙 b=20mm）。

3.1.2 提升泵

潛水排污泵2個大泵和2個小泵，其中大泵Q=1 450 m3/h，

H=23 m，N=160 kW;小泵Q=730 m3/h，H=23 m，N=90 kW，各有1 臺變頻控制。

3.2 細格柵井及旋流沉砂池

細格柵井與沉砂池合建，近期設置 1 座，處理規(guī)模為5×104 m3/d。細格柵渠和旋流沉砂池各設 2 組并聯(lián)。

3.3 改良型AAO池

改良 A/A/O 池土建按照近期規(guī)模5×104 m3/d建設，設置2座。改良A/A/O池（單座）：平面有效尺寸74.1 m×52.6 m，有效水深5 m，有效容積約19 489 m3，總水力停留時間18.5 h。其中預缺氧段水力停留時間0.5 h，厭氧段水力停留時間1.5 h，缺氧段水力停留時間5.2 h，好氧段水力停留時間 11.3 h。

改良 A/A/O 池（單座）：預缺氧段設置1臺傘形立式攪拌機，2500，N=5.5kW;厭氧段設置3臺傘形立式攪拌機，2500，N=5.5kW;缺氧段設置12臺傘形立式攪拌機，1500，N=3.0kW。好氧區(qū)設置3臺潛水循環(huán)泵（2用1備），單臺流量 2 100 m 3 /h，揚程1.1 m，功率18.5 kW。

生化池主要設計參數(shù)：MLSS=4.0 g/L，BOD5污泥負荷

0.089 kgBOD5/kgMLSS.d、反硝化負荷0.029 kgNO3-N/kgMLSS.d、

好氧池硝化負荷0.016 kgNH3-N/kgMLSS.d。剩余污泥產(chǎn)率1.00 kgMLSS/kgBOD5.d，近期每天約產(chǎn)泥5950kg/d，剩余污泥含水率99.2%，污泥體積744 m3/d。泥齡約 16 d，污泥最大回流比100%、混合液內(nèi)回流比150%～250%。氣水比7∶1。

3.4 配水井及污泥回流井

近期設置1座，處理規(guī)模5×104? m3/d。

主要設備如下。1）污泥回流泵? 4用2備，Q=530 m3/h，H=7 m，N=15 kW，2 臺變頻。2）剩余污泥泵? 1用1備，Q=200 m3/h，H=5 m，N=3.7 kW。

3.5 二次沉淀池

近期設置2座，總處理規(guī)模5×104 m3/d，單座水量2.5×104 m3/d，采用周進周出沉淀池。池體尺寸：Φ38 m，池深5 m，表面負荷0.92 m3/m2·h。

3.6 V型濾池

濾池總平面尺寸38.85 m×30.35 m，其中濾池深4.2 m，濾池設備、次氯酸鈉消毒設備間及配電間高度8.95 m。濾池共分為8格，單格面49.6 m2 ，正常濾速5.25 m/h，強制濾速6 m/h。

主要設備如下。1）立式離心泵3臺，2用 1備，Q=790 m3/h，H=10.8 m，N=45 kW。2）羅茨鼓風機2臺，1用1備，Q=47.5 m3/min，H=40 kPa，N=55 kW。

3.7 接觸消毒池

有效容積為1 600 m3，停留時間為30 min。平面尺寸為30.7m×12.7m，水深為4.5 m。次氯酸鈉投加量15 mg/L。

3.8 鼓風機房

主要設備：配置多級離心鼓風機3臺，參數(shù)如下。

Q=140m3/min，0.7bar，250 kW，1 臺變頻。

3.9 脫水機房

一期設計污泥量7.6tDS/d，進泥含水率99.2%。高分子有機絮凝劑PAM投加量3 kg/t～5 kg/t干泥，脫水機運行時間16 h/d，脫水泥餅含水率小于80%，泥餅量38 t/d。

主要設備如下。1）污泥離心脫水機：3臺，2用1備，Q=30～40m3/h，主機功率N=45 kW，輔機功率N=11 kW。2）污泥切割機：3臺，2用1備，Q=40 m3/h，N=3.0kW。3）污泥進料螺桿泵：3臺，2用1備，Q=40m3/h，H=30m，N=7.5kW。

4 初期運行情況

該污水處理廠位于新建城區(qū)，無排污大戶，因此該廠進水量小，進水濃度低。調(diào)試初期平均進水量約8 700 m?/d，最低進水量約5 000 m?/d。進水BOD5平均值約48 mg/L，進水TP和TN平均值約10.16 mg/L、32.9 mg/L。通過理論計算得知，實際BOD5污泥負荷0.006kgBOD5/kgMLSS·d，遠小于設計值0.089kgBOD5/kgMLSS·d。實際反硝化負荷0.004 kgNO3-N/ kgMLSS·d，小于設計值0.029 kgNO3-N/ kgMLSS·d。盡管采用單組AAO池運行、另一組AAO池備用的模式，但這樣的進水條件和污泥負荷仍然產(chǎn)生8種問題。1）活性污泥培養(yǎng)不起來，污泥濃度很難突破2 000 mg/L。2）設備選型過大，能耗、藥耗高。該廠設備如提升潛污泵、單機離心鼓風機、內(nèi)回流泵、外回流泵、離心脫水機以及各加藥泵等均按設計能力進行采購和安裝，供過于求，控制難度高，電能、藥劑消耗量大。3）生化池溶解氧DO和氧化還原電位ORP控制不住。調(diào)試初期生化池各工藝段溶解氧值都很高，ORP值始終在0 mV以上，難以形成厭缺氧條件。究其原因主要還是多級離心鼓風機的額定供氣量過大（單臺140 m?/min），通過變頻控制后極限供氣量仍有80 m?/min。通過理論計算生化池微生物實際需氧量只要20 m?/min～30 m?/min，空氣供應量是需求量的3倍以上。4）活性污泥絮體被曝散，在二沉池沉降性差，出水渾濁。5）污水在市政管網(wǎng)和處理系統(tǒng)中停留時間長，熱能損失大，造成生化池水溫偏低，冬天最低水溫只有7℃。6）反硝化適宜條件多項不達標（電位過高，內(nèi)部碳源不足，回流量過大），總氮達標十分困難。7）進水總磷高且厭氧區(qū)溶解氧高無法釋放磷，出水總磷達標難度大。8）污泥緩沖池濃度低，離心機污泥脫水困難。

5 工藝調(diào)整對策

面對實際進水水量、負荷遠低于設計，設備選型過大等不利情況，為了能以最經(jīng)濟的方式保證出水達標，該項目采取了以下工藝調(diào)整手段或小技改。

5.1 調(diào)整關鍵設備能力

5.1.1 新增1 臺小功率羅茨鼓風機

在原有3臺多級離心鼓風機（功率為250 kW、供氣量為140 m?/min）的基礎上增加1臺功率75 kW，供氣能力40 m?/min的羅茨鼓風機以緩解生化池溶解氧降不下來的問題（為了保持污泥懸浮，曝氣量不能控制過低）。通過技改并常態(tài)使用小功率羅茨鼓風機后，各工藝段DO下降明顯，厭氧、缺氧區(qū)域所需溶解氧達到要求。同時使用大功率多級離心鼓風機時采用變頻、分氣模式運行，電機使用效率低，分氣浪費大量空氣，能耗很高，但使用小功率羅茨鼓風機后不需分氣，風機一直在P-Q-H特性曲線高效率區(qū)間運行，節(jié)能效果十分明顯。改造完成前3月份處理水量194 387 t，耗電量158 840 kW·h，電單耗0.817 kW·h/噸水;改造完成后6月份處理水量178 793 t，耗電量114 160 kW·h，電單耗下降到0.639 kW·h/噸水。

5.1.2外回流泵加裝變頻器，內(nèi)回流泵間歇運行

實際進水量只有幾千噸，但內(nèi)、外回流泵均按5×104t/d處理規(guī)模進行設計和選型，未設置變頻器，從而造成內(nèi)、外回流量過大，回流污泥攜帶的溶解氧過高，生化池前端形成不了厭氧環(huán)境?？紤]到除磷還設有“V”型濾池，為緩解這種狀況，我們給外回流泵加裝變頻器，降低了外回流量;內(nèi)回流采用間歇模式運行。

5.1.3 更換PAC、PAM、次氯酸鈉加藥泵

加藥泵能力普遍偏大，不能精準控制加藥且易造成藥劑浪費，因此選擇將所有加藥泵改小至合適的能力。

5.1.4 使用小功率提升泵并加變頻器

為了保證提升流量更加均衡，給2臺小功率提升泵都安裝變頻器，將提升流量控制在400 m?/h～500 m?/h。

5.2 更改生化池運行模式

使用小功率鼓風機后，為了使污泥始終處于懸浮狀態(tài)，曝氣量仍較大。我們利用生化系統(tǒng)處理量小、停留時間長的特點，將A2O工藝的常規(guī)連續(xù)進水、連續(xù)曝氣方式改為連續(xù)進水、間歇曝氣方式，先試驗曝氣2 h沉淀2 h，曝氣2 h沉淀1 h，最后確定為曝氣1 h沉淀2 h運行模式最佳。

5.3 打大循環(huán)

啟用2組二沉池，通過配水井將沉淀后污泥回流至另一組備用生化池中;開啟厭/缺氧池攪拌器，從缺氧池末端放空閥排空放入廠內(nèi)污水管網(wǎng)，提升后回到生化系統(tǒng)中。這樣操作延長了污泥混合液停留時間并消耗掉所攜帶的溶解氧，脫除部分NO3-N。

5.4 利用污泥緩沖池降低生化池溶解氧

通過剩余污泥泵抽取污泥混合液至污泥緩沖池，停留一段時間后再排放至集水井重新回到系統(tǒng)，同樣能消耗溶解氧。

5.5 補充外部碳源

在缺氧區(qū)投加固體葡萄糖，通過理論計算（簡易計算方法就是所需脫氮量的5倍）和不斷調(diào)整，逐步確定葡萄糖投加量為2.4 t/d。

6 調(diào)整后運行情況

6.1 運行情況

該項目用了約半年時間進行技術改造和工藝調(diào)整，調(diào)整后AAO池溶解氧得到控制，厭缺氧區(qū)ORP和溶解氧滿足使用要求，污泥濃度可控制在3 000 mg/L～5 000 mg/L，生化系統(tǒng)處于一個比較穩(wěn)定、健康的狀態(tài)。出水各項指標能夠穩(wěn)定達標，包括之前達標困難的TN和TP指標。

6.2 運行成本

除了出水各項指標穩(wěn)定達標外，技術改造和工藝調(diào)整完成后該項目生產(chǎn)直接成本的電和藥劑成本也有顯著下降。主要單耗指標如電電耗、PAC單耗、PAM單耗和次氯酸鈉單耗調(diào)整前依次為0.817 kWh/噸水、161 mg/L、0.26 mg/L和36.9 mg/L，調(diào)整后下降為0.34 kW·h/噸水、22 mg/L、0.22 mg/L和9.3 mg/L。

7 結論

在當前的環(huán)保形勢下，出水達標是任何一家污水處理廠不可逾越的紅線;一旦遭遇環(huán)保罰款超過10 000元的行政處罰，污水處理廠必將繳納環(huán)境保護稅和享受不了增值稅減免的政策優(yōu)惠，巨大的經(jīng)濟損失對于運營企業(yè)來說就是滅頂之災。作為一線的污水處理廠管理人員，我們應該熟知污水處理專業(yè)知識，在實踐中不斷理解理論知識，用理論來指導實際運行。最終我們要以出水穩(wěn)定達標為首要目的，節(jié)能降耗為控制目標，時常診斷污水處理系統(tǒng)脈絡，找出問題癥結，及時合理地提出工藝調(diào)整措施或技術改造方案，以最經(jīng)濟的運行方式來保證出水穩(wěn)定達標。

參考文獻

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