采用磁混凝沉淀技術(shù)改造平流式氣浮處理系統(tǒng)的應(yīng)用

紀(jì)東成，唐志豐，覃蕾，秦重陽(yáng)

（1.武漢佳園環(huán)境工程有限公司，湖北 武漢 430072； 2.響水華清污水處理有限公司，江蘇 鹽城 224600）

1 工程概況

江蘇省鹽城市某造紙園區(qū)污水處理廠處理規(guī)模3.5 萬m3·d-1，原設(shè)計(jì)采用“好氧選擇活性污泥法+平流式氣浮”處理工藝，出水執(zhí)行《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）表2 中“制漿和造紙聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)”標(biāo)準(zhǔn)，隨著環(huán)保要求的提高，要求污水處理廠提標(biāo)后出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)有處理工藝及構(gòu)筑物，污水處理廠改造后采用“混凝沉淀+A/O 生化+粉末活性炭吸附（應(yīng)急投加）+磁混凝沉淀”處理工藝，其中磁混凝沉淀池利用原有平流氣浮池進(jìn)行改造。該工程于2020年10月開始建設(shè)，2021年4月完工，現(xiàn)運(yùn)行正常，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)

磁混凝沉淀池進(jìn)水為A/O 生化處理系統(tǒng)二沉池出水，為了保障出水水質(zhì)，在磁混凝沉淀池前設(shè)置了粉末活性炭吸附池，在水質(zhì)較差時(shí)投加粉末活性炭，磁混凝沉淀池出水達(dá)標(biāo)后直接排放，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)》(GB18918—2002)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3 原平流式氣浮池基本情況

原平流式氣浮池1座，總尺寸為28.10 m×12.25 m×3.60 m，其中快混池1 組1 格，單格尺寸3.90 m×3.90 m×3.60 m，混合停留時(shí)間2 min；絮凝池2 組4格，兩級(jí)，單格尺寸6.00 m×3.20 m×3.60 m，絮凝停留時(shí)間9.5 min；釋放池2 組2 格，單格尺寸6.00 m×0.50 m×3.60 m；氣浮池2 組2 格，單格尺寸12.00 m×6.00 m×3.60 m，表面負(fù)荷10.1 m3·m-2·h-1；浮渣池1 組1 格，單格尺寸12.25 m×1.00 m×3.60 m；溢流池2 組2 格，單格尺寸6.00 m×0.80 m×3.60 m；清水池1 組1 格，單格尺寸12.25 m×1.50 m×3.60 m。

主要設(shè)備有：快速攪拌器1 臺(tái)，葉輪直徑600 mm，N=3 kW；絮凝攪拌器8 臺(tái)，葉輪直徑1 200 mm，N=0.75 kW；空氣釋放頭24 只；氣浮刮渣機(jī)2 臺(tái)，N=2.2 kW；高壓溶氣罐2 臺(tái)，V=6.3 m3，壓力0.6 MPa；空壓機(jī)2 臺(tái)，Q=1.5 m3·min-1，壓力0.6 MPa，N=11 kW；儲(chǔ)氣罐1 臺(tái)，V=1 m3，壓力0.6 MPa；高壓泵3 臺(tái)，2 用1 備，Q=132 m3·h-1，H=75 m，N=45 kW；氣浮PAM 配制裝置1 臺(tái)，工作能力：6.0 kg 粉料·h-1，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；氣浮PAM 投加泵2 臺(tái)，1 用1備，偏心螺桿泵，Q=13 m3·h-1，H=0.2 MPa；PAC溶配罐2 臺(tái)，V=8 m3，φ2.2 m×2.4 m；PAC 投加泵2 臺(tái)，1 用1 備，計(jì)量泵，Q=1 000 L·h-1，H=0.2 MPa。

原平流式氣浮池的平面如圖1。

圖1 改造前平流氣浮池平面圖

4 改造思路

氣浮處理工藝主要用于去除廢水中的懸浮物，該工藝具有處理效率高、處理效果好、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但是由于需要對(duì)回流水進(jìn)行高壓溶汽，無污泥回流不能充分利用污泥中的殘余藥劑，存在能耗高、藥耗高的問題。為了降低能耗和藥耗，可以采用沉淀工藝代替氣浮工藝。如果對(duì)已建成的氣浮進(jìn)行改造，由于氣浮形成細(xì)小的絮體即可分離，一般絮凝時(shí)間只需要5～10 min，分離區(qū)的表面負(fù)荷一般會(huì)達(dá)到9 m3·m-2·h-1以上，普通的斜管沉淀和高效沉淀均無法在絮凝時(shí)間和表面負(fù)荷都滿足的情況下達(dá)到理想的去除效果。而磁混凝沉淀技術(shù)沉淀單元的表面負(fù)荷通?？梢赃_(dá)到15 m3·m-2·h-1以上，混合和絮凝所需的總時(shí)間僅需4～8 min，完全可以替代氣浮池使用，且出水水質(zhì)更優(yōu)。

5 磁混凝工藝流程

磁混凝沉淀系統(tǒng)由混凝單元、沉淀單元、磁介質(zhì)回收單元等組成，工藝流程示意圖如圖2。

圖2 磁混凝沉淀系統(tǒng)工藝流程示意圖

6 改造方案

原快混池功能不變，作為磁混凝的混合反應(yīng)池T1，1 組1 格，單格尺寸3.90 m×3.90 m×3.60 m，混合停留時(shí)間2 min。

將絮凝池分隔為磁介質(zhì)反應(yīng)池T2、絮凝反應(yīng)池T3 和剩余污泥池，其中磁介質(zhì)反應(yīng)池T2 為2 組2格，單格尺寸3.20 m×3.20 m×3.60 m，磁介質(zhì)反應(yīng)時(shí)間2.5 min；絮凝反應(yīng)池T3 為2 組4 格，兩級(jí)，單格尺寸3.20 m×2.55 m×3.60 m，絮凝反應(yīng)時(shí)間4.0 min；剩余污泥池1 組1 格，單格尺寸6.65 m×3.20 m×3.60 m；將原釋放池改造為布水區(qū)，2 組2格，單格尺寸6.00 m×0.50 m×3.60 m；將氣浮池、浮渣池、溢流池合并改造為沉淀池并加高0.3 m，改造后沉淀池為2 組2 格，單格尺寸14.30 m×6.00 m×3.90 m，其中斜管區(qū)尺寸為12.45 m×6.00 m，表面負(fù)荷9.8 m3·m-2·h-1，改造時(shí)拆除原池內(nèi)的行車式刮渣機(jī)，安裝鏈板式刮泥機(jī)，并在沉淀池內(nèi)設(shè)置斜管和出水槽；清水池維持原有不變，1 組1 格，單格尺寸12.25 m×1.50 m×3.60 m。

工藝設(shè)備方面，快混池?cái)嚢杵骱图铀幭到y(tǒng)設(shè)備利舊，其他需要增加的設(shè)備有：T2 反應(yīng)池?cái)嚢铏C(jī)2臺(tái)，折槳式攪拌器，60 r·min-1，葉輪直徑1 500 mm，N=5.5 kW；T3 反應(yīng)池?cái)嚢铏C(jī)4 臺(tái)，折槳式攪拌器，50 r·min-1，葉輪直徑1 500 mm，N=5.5 kW；鏈板式刮泥機(jī)2 臺(tái)，跨度6 m，N=0.75 kW；回流污泥渣漿泵4 臺(tái)，2 用2 備，Q=60 m3·h-1，H=15 m，N=5.5 kW；剩余污泥渣漿泵4 臺(tái)，2 用2 備，Q= 25 m3·h-1，H=15 m，N=2.2 kW；磁介質(zhì)回收機(jī)2 臺(tái)，Q=25 m3·h-1，N=1.5 kW；解絮2 臺(tái)，Q=25 m3·h-1，N=1.5 kW；剩余污泥池?cái)嚢铏C(jī)1 臺(tái)，N=2.2 kW。

改造后磁混凝沉淀池的平面如圖3。

圖3 改造后磁混凝沉淀池平面圖

7 改造過程中的要點(diǎn)

磁混凝沉淀技術(shù)引入了磁介質(zhì)，磁介質(zhì)污泥存在密度大、沉降速度快的特性，因此在改造過程中需注意以下方面：

①加入磁介質(zhì)后，污水密度會(huì)達(dá)到1 020～1 040 kg·m-3，磁介質(zhì)反應(yīng)攪拌器和絮凝反應(yīng)攪拌器的轉(zhuǎn)速和葉輪直徑應(yīng)比普通絮凝攪拌器大，以起到充分?jǐn)嚢璧男Ч?，避免磁介質(zhì)污泥的在絮凝反應(yīng)過程中沉淀堆積。

②在對(duì)池體的改造過程中，磁介質(zhì)反應(yīng)池、絮凝反應(yīng)池、沉淀池的四角應(yīng)做倒角處理，并貼瓷磚，避免磁介質(zhì)污泥的沉積，沉淀池的池底坡度和污泥斗的坡度應(yīng)比普通沉淀池大，便于磁介質(zhì)污泥的收集。

③為了避免磁介質(zhì)污泥在磁介質(zhì)回收機(jī)和鏈板刮泥機(jī)的刮板上堆積，可以采用磁混凝沉淀池的出水進(jìn)行沖洗。

④平流式氣浮池改造為磁混凝沉淀池時(shí)，由于磁介質(zhì)污泥的密度大，建議采用多斗排泥，并采用電動(dòng)閥控制每個(gè)污泥斗的排泥周期。

8 工程投資

磁混凝沉淀池改造工程土建改造費(fèi)用約30 萬元，工藝設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用約160 萬元，電氣及自控設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用約40 萬元，安裝工程費(fèi)用約50 萬元，工程費(fèi)用合計(jì)約280 萬元。

9 效益分析

①電耗：項(xiàng)目改造前，扣除加藥系統(tǒng)功率平流式氣浮池設(shè)備總裝機(jī)功率170.4 kW，其中常用功率125.4 kW，改造后磁混凝沉淀池總裝機(jī)功率76.5 kW，其中常用功率61.1 kW，因此設(shè)備運(yùn)行電耗較改造前節(jié)省了51.3%。

②藥耗：平流式氣浮池沒有污泥回流，藥耗相對(duì)較高，該項(xiàng)目平均PAC 投加量為30 mg·L-1，PAM投加量為2 mg·L-1，折算噸水藥耗費(fèi)用為0.09 元·t-1污水；改造為磁混凝沉淀池后雖然需要每天補(bǔ)充一定的磁粉，平均補(bǔ)充量為3 mg·L-1，但是由于增加了污泥回流，藥劑利用更充分，PAC 投加量減小為24 mg·L-1，PAM 投加量減少為1 mg·L-1，折算噸水藥耗費(fèi)用為0.072 元·t-1污水；因此藥耗較改造前節(jié)省了20%。

③出水水質(zhì)：由于氣浮和沉淀的主要功能均為去除SS，單就SS 而言，改造前采用氣浮工藝出水SS 一般在10～20 mg·L-1，無法穩(wěn)定降到10 mg·L-1以下，改造為磁混凝沉淀池后正常運(yùn)行時(shí)SS 可以降到5 mg·L-1以下（大多數(shù)時(shí)候?yàn)闊o法檢出）。

④投資回收期：電費(fèi)按0.65 元·kWh-1計(jì)算，每日節(jié)省電費(fèi)752 元，按日處理3.5 萬m3污水，每日節(jié)省藥劑費(fèi)用630 元，則每年合計(jì)節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用50.44 萬元，靜態(tài)投資回收期為5.6年。

10 結(jié)語

本工程采用磁混凝沉淀技術(shù)改造平流式氣浮處理系統(tǒng)，不需要新增占地，改造費(fèi)用低，處理效果好，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，通過節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用可在短期內(nèi)收回建設(shè)投資，在類似項(xiàng)目中具有良好的借鑒和推廣意義。