推流式渐减曝气-多段沉淀工艺在排口水体治理中的应用

陈正， 孔宝， 汪敏刚， 王晶

（安徽国祯环保节能科技股份有限公司， 合肥 230088）

城市河道水体黑臭问题严重影响城市水环境及居民生活环境。 自2015 年4 月《水污染防治计划》颁布后， 全国地级及以上城市建成区均排查出不同污染程度的黑臭水体［1-2］。 追根溯源， 河道汇水区域内雨污分流不到位， 管网错接、 漏接等因素导致污水通过排口溢流入河， 是造成河道水体污染的重要因素［3-4］。 因此， 在沿河排口进行末端旁路治理可为汇水区域内雨污分流改造、 健全污水管网、 污水处理厂改扩建等系统工程赢取时间， 并同步改善河道水环境质量。

近几年， 针对排口水体的治理技术以旁路、原位处理［5］形式不断涌现， 如快速过滤［6］、 膜反应器［7］、 磁分离［8］、 生态浮岛［8］、 接触氧化／生物净化槽［9-10］、 纯氧／臭氧曝气、 固化微生物／应急药剂［11-12］等。 这类治理技术在应用中不同程度地出现处理效果单一、 净化速率慢、 受水文条件影响大等诸多问题。 结合排口水体治理技术特点， 本项目设计采用推流式渐减曝气-多段沉淀工艺处理技术， 并介绍了该组合工艺流程、 主要设施参数以及实际运行效果， 为河道排口水体治理提供参考依据。

1 项目概况

2019 年是南淝河水质达标攻坚之年， 全市上下围绕污水收集处理和河道水环境改善加快项目建设， 大力实施雨污混接改造、 河道清淤和初期雨水污染治理， 但部分排口污水入河问题仍未得到有效控制。 三七支渠属于南淝河流域的一条支流， 位于合肥市包河区境内， 流域面积为19.8 km2， 自上游望城岗节制闸至南淝河入河口总长5 km。

本次项目治理排口位置位于上海路和龙川路交口东南角箱涵排口处。 通过现场取样分析， CODCr质 量 浓 度 为39 ～122 mg／L， 平 均 为86.2 mg／L；NH3-N 质量浓度为7.4 ～33.0 mg／L， 平均为21.5 mg／L； TP 质 量 浓 度 为1.64 ～4.34 mg／L， 平 均 为2.45 mg／L。 排口处水质较差， CODCr、 NH3-N、 TP 等指标波动较大， 均超出GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中V 类水标准， 导致河道水体污染严重。本次项目设计处理规模为10 000 m3／d， 出水水质主要指标达到GB 3838—2002 中V 类水标准及以上（不含总氮）。 本工程设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 处理工艺流程

本项目设计采用推流式渐减曝气-多段沉淀为核心的组合工艺， 其中提升系统采用一体化泵站；好氧生化采用一体化设备串联形成推流， 每台一体化设备集成1 套供气系统， 变频渐减曝气； 多段沉淀中一段沉淀采用平流沉淀、 二段沉淀采用磁沉淀。 具体工艺流程见图1。

图1 工艺流程Fig. 1 Process flow

污水先经一体化泵站内配套格栅去除垃圾及悬浮物， 再经细格栅进一步去除细小颗粒悬浮物后进入生化系统， 在好氧条件下利用微生物作用去除污水中CODCr、 BOD5、 NH3-N 等污染因子。 每台生化设备配独立的曝气装置及溶解氧监测仪表， 根据各台设备内有机物浓度差异调整气水比， 实现渐减曝气。 生化处理后的泥水混合液进入一段沉淀系统进行固液分离， 上清液进入二段磁沉淀， 沉降污泥部分回流至生化系统进水口参与循环利用， 剩余污泥排入污泥浓缩池。 一段沉淀出水进入二段沉淀系统， 通过投加磁种、 PAC、 PAM 药剂进行混凝反应， 形成以磁种为附着体的“微絮团”混合液， 再经斜板沉淀固液分离， 去除SS 和TP 后达标排放。一段沉淀的剩余污泥和磁沉淀产生的化学污泥经污泥浓缩后， 泵入叠螺脱水系统进行脱水处理， 泥饼输送至污泥料仓存储， 外运处置。

该工艺采用推流式渐减曝气-多段沉淀技术，利用一体化好氧设备串联实现推流式渐减曝气， 将活性污泥法与生物膜法相结合， 高效去除水体中的CODCr、 BOD5、 NH3-N 等污染因子； 多段沉淀工艺单元采用高负荷平流沉淀和磁沉淀技术代替二沉池， 高效去除水体中的SS、 TP， 节省传统二沉池占地面积。

3 主要构筑物及参数

（1） 一体化泵站。 1 座， 筒体材质玻璃钢， 尺寸为φ 3.0 m×6.0 m。 内置提升泵2 台， 1 用1 备，流 量 为10 000 m3／d， 扬 程 为12.0 m， 功 率 为22 kW。 设不锈钢粉碎格栅1 台， 格栅间隙为15 mm。

（2） 细格栅。 2 台， 处理规模为10 000 m3／d，单台设备尺寸为1.9 m×1.5 m×2.0 m， 转鼓尺寸为φ 0.6 m × 1.5 m， 筛网间隙为2.5 mm， 材质不锈钢， 转速为12 r／min， 功率为1.1 kW。

（3） 好氧生化设备。 12 台， 分2 组， 每组6台， 配备1 台细格栅， 串联形成水力推流。 处理规模为10 000 m3／d， 材质碳钢防腐， 单台设备尺寸为16.0 m×4.0 m×4.0 m， 有效水深为3.5 m， 水力停留时间为4 ～6 h， MLSS 质量浓度为3 000 ～4 000 mg／L。 池内均匀填充弹性填料， 填充体积为30%。曝气系统采用盘式曝气器， 单台一体化设备配置漩涡风机3 台， 单台风量为2.5 ～3.0 m3／min， 2 用1备， 其中1 台变频， 变频调节控制风机渐减曝气。

（4） 一段沉淀设备。 4 台， 处理规模为10 000 m3／d， 材质碳钢防腐， 尺寸为16.0 m×3.5 m × 3.5 m， 表面水力负荷为2.0 ～2.5 m3／（m2·h）， 出水SS 质量浓度为60 ～80 mg／L。 底部外加泥斗， 配置链板刮泥机， 刮板速度为0.6 m／min， 功率为0.55 kW。

（5） 二段沉淀设备。 2 台， 处理规模为10 000 m3／d， 材质碳钢防腐， 尺寸为15.0 m×3.0 m×3.0 m， 表面水力负荷为15.4 ～17.5 m3／（m2·h）。 内置混凝、 絮凝不锈钢桨叶搅拌机各2 台， 转速分别为125、 65 r／min； PAC、 阳离子PAM、 阴离子PAM加药装置各1 套， 加药泵6 台， 1 用1 备， 流量为0 ～3 m3／h， 扬程为50 m， 功率为0.25 kW； 内置斜板沉淀系统1 套， 斜板区面积约为12 m2， 板长1 m， 水平倾角为60°； 配刮泥机1 台， 直径为2.6 m， 功率为0.37 kW； 污泥泵2 台， 1 用1 备， 流量为30 m3／h， 扬程为22 m， 功率为5.5 kW； 磁分离机1 台； 叠螺脱水机1 台， 处理量为30 ～60 kg／h， 污泥含水率≤80%。

4 运行情况分析

本项目在2019 年10 月上旬完成调试， 进水负荷达到设计量的85% 以上， 验收合格进入运营期，连续监测近一个月时间， CODCr、 NH3-N、 TP 监测结果分别见图2 ～图4。

图2 进出水CODCr 浓度及去除率Fig. 2 CODCr concentrations in influent and effluent water and its removal rate

图3 进出水NH3-N 浓度及去除率Fig. 3 NH3-N concentrations in influent and effluent water and its removal rate

图4 进出水TP 浓度及去除率Fig. 4 TP concentrations in influent and effluent water and its removal rate

监测期间工艺运行稳定， 主要出水指标优于GB 3838—2002 中的V 类水标准， 其中CODCr质量浓度为4.0 ～37 mg／L， 平均为10.5 mg／L； NH3-N质量浓度为0.03 ～0.31mg／L， 平均 为0.08 mg／L；TP 质量浓度为0.01 ～0.16 mg／L， 平均为0.07 mg／L； CODCr、 NH3-N、 TP 平均去除率分别为87.85%、99.63%、 97.32%。

5 经济指标

本项目处理规模为10 000 m3／d， 占地面积约为1 800 m2， 工程投资约为2 500 万元， 建设周期3 个月， 包括设计、 施工、 安装、 调试。 吨水直接运行成本为0.35 ～0.51 元， 其中人员成本0.05 ～0.06 元， 能耗成本0.18 ～0.25 元， 药剂成本0.12 ～0.20 元， 不含污泥处置费。

6 结语

该工程运行结果表明， 采用推流式渐减曝气-多段沉淀工艺处理排口水体， 对CODCr、 NH3-N、 TP具有良好的去除效果， 平均去除率分别为87.85%、99.63%、 97.32%， 出水主要指标优于GB 3838—2002 中的地表V 类水标准。 该工艺具有建设周期短、 占地面积小、 简单高效的特点， 对河道排口水体治理有较强的适用性， 为南淝河国控断面达标提供有效助力， 可在污水治理行业中推广与应用。