高效气浮在污水厂极限除磷提标设计中的应用

陈奇良

(上海市政工程设计研究总院集团第六设计院有限公司，安徽 合肥 230061)

巢湖为全国重点防治的“三河三湖”之一，受自然条件和人类活动双重驱动，历史上巢湖流域总磷本底偏高，至上世纪90年代末水污染状况最为严重。为改善巢湖水质，安徽省2016年9月颁布实施了《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染排放限值》(DB34/2710-2016)，对巢湖流域污水处理厂出水提出了更高的要求。主要污染物指标排放限值见表1。

表1 巢湖流域新建城镇污水处理厂主要水污染物排放限值

近年来，随着治理与保护力度加大，巢湖水质恶化趋势得到有效遏制，主要水域污染浓度明显降低，水质由Ⅴ类好转为Ⅳ类，但东、西半湖及全湖均呈轻度富营养状态。相关研究表明，磷是浮游藻类生长的限制因子，降低水体总磷(TP)含量可有效抑制蓝藻水华的暴发[1]。现行城镇污水排放标准中TP的排放限值远高于水体发生富营养化的临界值，集中排放的污水处理厂尾水为影响水生态的重要固定污染源[2]。经计算，仅合肥市污水厂排入水体的氮、磷负荷就已相当于超过巢湖Ⅲ类水时环境容量[3]，加上其他未能完全收集的污水、点源、面源，入湖污染负荷大大超过湖体的环境容量。削减污水厂尾水污染负荷是流域控源截污的一个关键措施，如总氮提高至地表水 Ⅲ～Ⅴ类标准、总磷达到0. 01～0. 05 mg/L，才能基本满足巢湖环境容量的要求[4]。“十三五”以来，滇池流域建成28座城镇污水处理厂，处理规模32万m3/d，实施污水厂尾水提标改造106万m3/d，出水总磷指标小于0.05 mg/L，取得了较好的效果。气浮技术作为一项高效、快速的固液分离技术，在藻类处理、工业废水治理上有比较广泛的应用[5-6]，在滇池流域污水厂总磷提标和合肥市朱砖井污水处理厂中试试验中均取得了较好的效果。

本文以合肥市某污水处理厂极限除磷(TP≤0.05 mg/L)提标改造设计为例，通过工艺流程、高程、主要工艺参数设计分析，为其他类似工程的设计和改造提供借鉴。

1 工程概况

1.1 建设规模及工艺流程

污水处理厂设计规模10万m3/d，分三期建设，其中，一、二期规模分别为2.5万m3/d，三期规模5万m3/d。

污水二级处理采用Carrousel氧化沟工艺，污水深度处理采用反硝化生物滤池+絮凝沉淀+连续砂过滤工艺。污泥处理采用机械深度脱水工艺，出厂污泥含水率≤60%。污水消毒采用紫外线消毒工艺。采用同步沉淀的投药方式，药剂采用聚合氯化铝。

1.2 现状水量、水质及提标改造要求

(1)现状水量、水质

随着城市的发展，实际处理污水量不断增加，已处于满负荷运营状态，最大进水量达到为12.4万m3/d。

污水处理厂现状设计进、出水水质见表2。

表2 污水处理厂现状设计进、出水水质要求

(2)提标改造要求

在现状排放标准的基础上将TP提标至≤0.05 mg/L。

2 改造方案的确定

2.1 提标改造原则

基于污水处理厂现状处理工艺、出水标准和提标改造要求，确定极限除磷提标改造工程设计原则：①技术成熟，运行可靠，保证TP提标的同时不影响其他出水指标；②充分利用现有水头，尽量不增加中间提升、少新建构筑物，减少建设成本；③加药量少，用电量小，新增运营费用低；④与现有工艺有效衔接，便于统一管理，统一调度；⑤改造期间不停产或少停产。

2.2 改造思路

目前该厂的出水基本能稳定达到原设计标准，本次提标改造主要针对TP一项指标，出水由0.3 mg/L提标至0.05 mg/L。原设计已采用生物除磷+化学除磷方案，本次TP提标应充分挖掘现有构筑物的处理潜能，根据极限除磷的指标要求和技术特点，适当新增处理构筑物，保证TP出水达标的同时不对其他污染物的处理效果造成影响。

2.3 极限除磷工艺方案

本次总磷提标出水≤0.05 mg/L，同时SS需不大于10 mg/L。

城镇污水处理厂低浓度磷去除工艺的技术中通常是生物、化学与物理除磷的组合工艺，可分为4大类：(1)生物除磷+化学除磷+沉淀过滤；(2)生物除磷+化学除磷+两级过滤；(3)生物除磷+化学除磷+膜分离；(4)生物除磷+化学除磷+混凝气浮。除磷工艺综合对比如表3所示。

表3 常用除磷工艺综合对比表

从去除效果、适用性、占地、对周边环境影响及维护管理方便角度出发，推荐选用生物除磷+化学除磷+混凝气浮。国内城市污水处理厂极限除磷提标改造工程工艺主要为混凝气浮。采用混凝气浮工艺去除总磷有：昆明主城第一、三、七、八、九水质净化厂极限除磷提标改造工程，合肥市朱砖井污水处理厂极限除磷中试。

2.4 现状构筑物改造方案

经现场踏勘，根据现状构筑物及管线布置情况，确定在二期工程生反池西侧的废水池区域新建气浮池，现状滤池出水自流进气浮池，经气浮处理后出水自流进入接触消毒池，并降低接触消毒池现状运行水位。

现状接触消毒池出水水位14.00 m，出水井出水水位12.50 m，受纳水体常水位9.15 m，50年一遇洪水位14.26 m。旱季时尾水通过附近雨水泵站自排涵排放，汛期时经雨水泵站抽排，泵站最高设计启泵水位9.90 m。经复核本工程接触消毒池出水水位需降低至13.00 m，出水井出水水位降低至12.10 m，不改变现状尾水排放方式。为保证接触消毒时间，需新增接触消毒池池容。

3 改造工艺设计

3.1 总平面设计

根据现状污水处理厂总平面布置分析，厂内土地已被充分利用，无大面积空地，二期生反池西侧的废水池可拆除，办公楼南侧、一期二沉池西北角、氧化沟东侧还有少量绿地。

①新建高效气浮池

拆除现状废液池，新建高效气浮池，将废液管改造接入厂区污水管后进入进水泵房。气浮池占地面积873.4 m2。

②新建接触消毒池

为保证接触消毒时间，新增接触消毒池池容，在一期二沉池西北角和氧化沟东侧绿地内新建接触消毒池2座，气浮池出水进入接触消毒池。接触消毒池占地面积90.8 m2。

③新建加药间

在现状综合楼南侧新建加药间1座，投加投混凝剂及助凝剂至气浮池。加药间占地面积204.8 m2。

厂区总平面布置见图1。

图1 极限除磷提标改造总平面布置图

3.2 工艺流程设计

在现状滤池后设置高效气浮池，现状滤池出水自流进入高效气浮池，气浮池出水自流进入接触消毒池。工艺流程见图2。

图2 极限除磷提标改造工艺流程图

3.3 主要构筑物设计

①高效气浮池

地上式一体化设施，1座6组，平面尺寸41.20 m×21.20 m，设计规模10万m3/d，单组最大流量903 m3/h，最大表面负荷 20 m3/m2·h，气浮设备6台，回流水泵12台，螺杆空压机 2台。经过气浮产生的污泥排至污泥缓冲池进行消泡，再经污泥泵输送至现状储泥池。污泥缓冲池设置搅拌器1台，污泥泵 2台。

②接触消毒池

地下式钢筋砼结构，2座，设计规模10万m3/d，平面尺寸9.00 m×8.00 m，有效水深5.50 m。

③加药间

地上式建筑，1座，设计规模10万m3/d，平面尺寸 27.50 m×11.70 m，主要功能为投混凝剂及助凝剂至气浮池，设絮凝剂投加计量泵和助凝剂投加泵。

3.4 运行成本分析

本次总磷提标新增气浮池、加药间和接触消毒池，利用污水厂富余水头，不增加中间提升。主要运行成本为电费和药剂费，经测算，电耗成本为0.028元/m3，药剂成本为0.082元/m3，直接处理成本为0.110元/ m3。

4 结 论

(1)污水处理厂除磷提标改造设计时，应充分调研现状处理工艺和构筑物特点，结合提标改造要求，尽量挖掘现有构筑物的改造潜力，合理新增处理构筑物。

(2)采用高效气浮工艺进行极限除磷可保证TP出水稳定达标，同时不影响其他污染物处理效果，仅新增气浮池、加药间，改造接触消毒池，建设和运行管理方便。

(3)采用气浮技术极限除磷直接处理成本为0.110元/ m3，其中，电耗成本为0.028元/m3，药剂成本为0.082元/m3。