淺談某污水處理廠的工藝調整及節能降耗措施

熊波

摘? 要：以寧夏回族自治區某新區新建的一座污水處理廠為例，根據園區規劃，該新區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試期間采取的一些工藝調整特殊措施以及小型技術改造，以最經濟的手段確保出水各項指標穩定達標。

關鍵詞：污水處理廠;低水量低負荷工況;工藝調整;技術改造;節能降耗

中圖分類號：X799? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 設計規模及進出水水質

1.1 設計規模

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

1.2 設計進出水水質

該工程設計進出水水質主要指標見表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，處理規模為5×104 m3/d。細格柵渠和旋流沉砂池各設 2 組并聯。

3.3 改良型AAO池

改良 A/A/O 池土建按照近期規模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。好氧區設置3臺潛水循環泵（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：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。剩余污泥產率1.00 kgMLSS/kgBOD5.d，近期每天約產泥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，無排污大戶，因此該廠進水量小，進水濃度低。調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生8種問題。1）活性污泥培養不起來，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）污水在市政管網和處理系統中停留時間長，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，為了能以最經濟的方式保證出水達標，該項目采取了以下工藝調整手段或小技改。

5.1 調整關鍵設備能力

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特性曲線高效率區間運行，節能效果十分明顯。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，內回流泵間歇運行

實際進水量只有幾千噸，但內、外回流泵均按5×104t/d處理規模進行設計和選型，未設置變頻器，從而造成內、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境。考慮到除磷還設有“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，曝氣量仍較大。我們利用生化系統處理量小、停留時間長的特點，將A2O工藝的常規連續進水、連續曝氣方式改為連續進水、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

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污水管網，提升后回到生化系統中。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，同樣能消耗溶解氧。

5.5 補充外部碳源

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

6 調整后運行情況

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整，調整后AAO池溶解氧得到控制，厭缺氧區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，生化系統處于一個比較穩定、健康的狀態。出水各項指標能夠穩定達標，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定達標外，技術改造和工藝調整完成后該項目生產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整前依次為0.817 kWh/噸水、161 mg/L、0.26 mg/L和36.9 mg/L，調整后下降為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;一旦遭遇環保罰款超過10 000元的行政處罰，污水處理廠必將繳納環境保護稅和享受不了增值稅減免的政策優惠，巨大的經濟損失對于運營企業來說就是滅頂之災。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定達標為首要目的，節能降耗為控制目標，時常診斷污水處理系統脈絡，找出問題癥結，及時合理地提出工藝調整措施或技術改造方案，以最經濟的運行方式來保證出水穩定達標。

參考文獻

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[2]佚名.德國ATV標準ATV-DVWK-A131E.單段活性污泥法污水處理廠設計[M].德國：GFA出版公司，2000.