反应沉淀一体式矩形环流生物反应器在黑臭水体应急处理中的应用

张其殿， 张建建

（深圳市清研环境科技有限公司， 广东 深圳 518000）

深圳市某河流域片区管网建设不完善， 以及市政污水处理厂审批及建设流程较长， 导致了流域内的污水处理能力不足， 河道水质存在黑臭问题［1-2］。根据该流域水环境综合整治的要求， 为快速解决近期污水处理能力不足的问题， 提升河道断面水质，按照“分散治理， 就地补水”的思路， 建设一体化应急处理工程［3-5］， 该工程设计采用反应沉淀一体式矩形环流生物反应器（RPIR）， 就近收集及处理片区内的污水， 达标后的尾水就近补给河道， 快速地改善河道水质及生态。

1 设计水量及水质

该应急处理工程设计规模为1.0 万m3／d， 经处理后主要出水指标需满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级B 标准， 设计进出水水质如表1 所示。

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

2 污水处理工艺

2.1 工艺流程

针对本项目的建设要求和实际用地情况， 本工程采用一体化设计， 主体单元采用RPIR 一体化反应池。 RPIR 技术是在活性污泥法的基础上， 通过反应器结构设计， 增加导流模块， 提高了氧传质效率， 促进空气、 微生物（活性污泥）和水体三相的接触反应， 人为创造污泥自动回流环境， 在不需要利用动力进行污泥回流的情况下形成等同MBR 的微生物膜截留作用， 使得反应器中始终可以保持较高的活性污泥浓度。 在高效去除COD 的同时， RPIR反应池可去除NH3-N、 TN 及TP， 实现同步硝化反硝化和脱氮除磷， 省去了常规工艺后端的二沉池，在功能与运行效果上均可以与MBR 相媲美［6-7］。 与传统污水处理技术相比， RPIR 技术具有以下特点：反应沉淀一体化， 占地面积小； 施工工期短； 启动速度快； 运行成本低等， 这些特点很好地契合了项目的建设要求。 RPIR 原理如图1 所示。 该应急工程污水处理工艺流程如图2 所示。

图1 RPIR 反应池示意Fig. 1 RPIR reaction pond

图2 污水处理工艺流程Fig. 2 Flow of sewage treatment process

在提升泵之前设置格栅， 有效去除塑料、 纸质及较小悬浮物等杂质， 防止泵及管道被磨损或阻塞。 进水经提升进入旋流沉砂器， 去除砂粒等颗粒物。 旋流沉砂器的出水自流进入RPIR 一体化反应池， 在该生化池内快速、 高效地去除COD、 BOD5、NH3－N、 TP、 SS 等污染物， 实现达标排放并补充至河道。 剩余污泥经叠螺脱水机处理至80% 含水率后外运处置。

2.2 工艺特点

（1） 流程短。 工艺流程短， 减少了项目的投资费用， 简化了运营管理。 工艺流程的减少使得需要采购的设备数量也相应减少， 提高了设备采购的效率， 间接缩短了项目的建设工期。

（2） 装备化。 本项目尽可能采用成套或一体化设备， 如旋流沉砂器、 成套加药装置等。 设备运输至现场后， 只需简单拼接进出水管道和电路即可使用， 减少了安装难度， 加快了施工进度。

（3） 一体化。 本项目采用的RPIR 技术， 是反应沉淀一体化的工艺， 减少了常规沉淀构筑物（二沉池）占地， 同时又通过运行参数的设计优化， 其停留时间比传统活性污泥法的更短， 因此占地更少。 同时， 一体化反应池采用圆形碳钢罐体的形式， 受力均匀， 材料省。 现场进行罐体基础施工时， 罐体构件也同时在工厂内进行预制， 运输到现场后即可进行焊接和组装， 施工速度快， 主体结构仅用15 d 即完成施工。

本项目短流程、 装备化、 一体化的特点， 从运行管理、 投资费用、 占地面积、 施工工期等方面契合了项目的建设需求， 为快速解决河道黑臭问题提供了可行性。

3 构筑物及参数

（1） 格栅及提升泵房。 1 座， 尺寸为6.0 m ×4.0 m×7.0 m。 设置2 道格栅， 一道钢制人工格栅，栅条间隙为20 mm， 一道回转式细格栅， 栅条间隙为5 mm。 泵房内安装潜污泵3 台， 2 用1 备， Q ＝280 m3／h， H ＝26 m， N ＝37 kW， 由泵房内液位控制启停。

（2） 旋流沉砂器。 1 座， 成套设备， 碳钢结构， 尺寸为φ 2.43 m × 6.50 m， 表面负荷为117 m3／（m2·h）。 采用气提出砂， 配套风机1 台， Q ＝1.75 m3／min， P ＝39.2 kPa， N ＝2.2 kW。

（3） RPIR 一体化反应池。 1 座， 碳钢结构，尺寸为φ 26.5 m×6.0 m， 池壁及内部主要工艺设备采用现场拼装形式， 有效水力停留时间为6.6 h，设计污泥浓度为5 500 mg／L。 池内安装RPIR 装备27 套， 单套出水量为370 m3／d。 池底安装微孔曝气系统1 套， 膜片材质采用三元乙丙橡胶（EPDM），气水比为5 ∶1。 池内装有溶解氧仪及污泥浓度仪，在线收集运行参数。

（4） 风机房。 1 座， 简易板房形式， 尺寸为8.0 m × 6.0 m × 5.0 m。 配套罗茨鼓风机2 台， 1 用1备， Q ＝19.10 m3／min， N ＝30 kW， P ＝58.8 kPa。

（5） 污泥浓缩池。 1 座， 尺寸为φ 6.0 m×6.0 m， 污泥停留时间为12 h， 剩余污泥含水率小于98%。

（6） 污泥脱水间。 1 座， 尺寸为8.0 m×6.5 m×5.0 m， 采用简易板房结构。 压泥设备为叠螺式脱水机， 处理量为120 ～240 kg［DS］／h， N ＝2.56 kW。 脱水后含水率小于80%， 外运污泥量为5 t／d。 污泥处理系统全自动运行， 配套螺杆泵， Q ＝22 m3／h， P ＝0.6 MPa， N ＝11 kW； PAM 泡药机， Q ＝1 500 L／h，N ＝2.8 kW； 碳钢储泥罐， V ＝30 m3。

（7） 加药间。 1 座， 尺寸为8.0 m×6.0 m×5.0 m， 采用简易板房结构。 加药间为提供PAC 化学药剂投加装置的安装场所， 为生化系统进行化学除磷。 加药间内设置PAC 储液罐2 套， V ＝10 m3；机械隔膜计量泵， 1 用1 备， Q ＝700 L／h， P ＝0.3 MPa， N ＝0.75 kW。

4 运行效果

该工程于2017 年10 月完成项目建设， 经1 周的调试后， 出水水质达标， 正式进入运营阶段， 至今运行稳定。 建成后至2019 年年度实际进出水水质变化范围见表2。

表2 实际进出水水质Tab. 2 Actual influent and effluent water quality

实际运行中， RPIR 一体化反应池内保持了较高的污泥浓度（5 500 ～6 000 mg／L）， 在进水水质波动较大的情况下， 该系统运行稳定， 抗冲击负荷能力强， 出水水质优于设计标准。

5 经济指标

本工程原址为河道边的一块停车场， 呈梯形，靠近主干道， 交通便利， 红线范围内面积为1 200 m2， 用地极其紧张。

项目总投资（包括设备费、 安装费及土建工程费）为1 400 万元， 运行成本约为0.6 元／m3。 其中，电耗为0.25 kW·h／m3， 耗电设备主要为罗茨鼓风机及提升泵； 液体PAC （ω（Al2O3） ＝10%）除磷剂日均投加量为1 t； 用于污泥脱水的阳离子PAM 日均投加量为3 kg。

6 结语

应急污水处理工程是快速解决因片区管网不完善， 市政污水处理厂建设进度滞后导致的河道污染问题的有效方法， 遵循“分散治理， 就地补水” 思路， 可较快地提升河道断面水质。 该应急工程主体工艺采用反应沉淀一体式矩形环流生物反应器（RPIR）， 出水稳定达到GB 18918—2002 中一级B标准。 该工程将一体化反应设备成功应用于应急污水处理工程， 具有很好的示范作用。