A/RPIR+磁混凝工藝調試及能耗分析

吳明明，熊 珍，徐海飛，李 進，徐少飛，劉 暢

(中建三局綠色產業投資有限公司，湖北武漢 430000)

截至2020年，全國城鎮污水處理總量為22 886萬t/d，污水處理率達到95%，其中達到一級A排放標準的占比為60%[1]。在國家保護綠水青山的要求下，各地污水排放標準不斷上升，提標改造需求巨大。但因城市發展，部分污水處理廠逐漸處于城市中心地段，可用土地短缺；同時，傳統提標工藝造成運營成本大幅增加，增加了政府和企業的負擔。

A/RPIR技術是在原有活性污泥法的基礎上，通過反應器結構設計，增加導流模塊，人為創造污泥自動回流環境，在不需要利用動力進行污泥回流的情況下形成等同MBR膜的微生物截留，使得反應器始終可以保持較高的活性污泥濃度。A/RPIR裝備在高效去除COD的同時可去除氨氮、TN及TP，實現同步硝化反硝化和脫氮除磷，在功能上可以與膜生物反應器相媲美[2]。“A/RPIR+磁混凝”組合工藝以其突出的低成本、高效率、簡管理、優出水、少占地等特點，在工業廢水和市政生活污水的處理中顯現出突出的競爭優勢。通過該項目設計工藝方案比選，與常規活性污泥工藝相比，采用該組合工藝在土建上，可以節省費用40%以上，占地節省約48%；在運行上，可以節省動力消耗30%。“A/RPIR+磁混凝”組合工藝作為新型組合技術，在全國已得到成功應用，日處理規模近100萬m3，但該組合工藝的參數控制目前尚無統一標準，易出現各模塊溶解氧控制不均、缺氧區溶氧高影響脫氮、磁混凝跑泥等問題，對企業運營管理人員造成困擾，影響了推廣使用。本文對“A/RPIR+磁混凝”組合工藝的工藝調試目標、工藝參數控制、調試效果、調試經驗與建議進行分析，為類似工藝的調試運行提供參考，以促進該工藝的推廣應用，實現節能減排。

1 工程概況

1.1 背景

該項目為武漢市某新建污水處理廠，設計規模為10萬t/d。為了節省占地，采用“A/RPIR+磁混凝”工藝，其中A/RPIR池集生化反應與沉淀于一體，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級 A標準。

1.2 設計進出水水質

污水處理廠進水水質在調研當地水廠的基礎上設定，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準，具體指標如表1所示。

表1 設計進出水水質Tab.1 Water Quality of Design Influent and Effluent

1.3 設計工藝流程

污水經提升后進入細格柵和旋流沉砂池，旋流沉砂池的出水自流進入生化池。經A/RPIR工藝生化處理后的出水添加PAC、磁粉藥劑后，進入磁混凝池進行混凝沉淀，磁混凝池出水進入紫外消毒池進行消毒，再流經巴氏計量槽計量后進行排放。產生的剩余污泥排放至污泥濃縮池，經污泥濃縮和脫水(含水率為80%)后，委托外運處置。具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of the Process

2 工藝調試目標和方法

2.1 調試目標

工藝調試的目標有以下幾點。

(1)通過調試檢驗土建、設備和安裝工程的質量，發現設計、建設存在的問題并及時整改。

(2)通過工藝調試，確保污水處理能夠連續達標排放，并在達到處理效果的基礎上，找出運行的最佳工藝參數。

(3)將調試過程中出現的所有問題匯總，編制工藝運行、設施情況、運行管理等方面的調試總結。

2.2 工藝調試方法

工藝調試包括污泥接種、生化系統啟動、化驗檢測、工藝參數控制等內容。

(1)污泥接種：用干污泥接種，投加曝氣池體積5%左右的干污泥，并加入適量葡萄糖、尿素。

(2)生化系統啟動：首先，控制進水流量為設計負荷的20%～30%，維持A/RPIR池內出水端廢水DO在3～4 mg/L；其次，A/RPIR池持續悶曝72 h，悶曝過程中，控制DO在4 mg/L左右，SV30在20%左右，控制回流比在50%左右；最后，逐步增加進水負荷，每次增加量為設計負荷的10%～20%，達到處理效果后再繼續增加，直至達到滿負荷[3]。

(3)化驗檢測：每天檢測氧化池內pH、SV30、DO，并分析進出水COD、鏡檢生物相變化情況[4]。

(4)工藝參數控制：主要控制DO、回流比、污泥濃度及沉降比4個工藝參數。通過風機頻率與開啟臺數調節，控制缺氧區DO<0.5 mg/L、好氧區DO為3～4 mg/L；通過調節硝化液回流泵開啟臺數，控制回流比在1.5；通過排泥量調節，控制污泥濃度在4～5 g/L；當污泥沉降性良好，SV30達到30%以上時，開始排泥[5-6]。

3 工藝調試效果

本項目2020年11月9日—11月30日試運行期間，日均處理水量為86 652 m3/d，最高為10.47萬m3/d，達到設計處理能力的104.7%。2020年11月9日完成生化池投泥工作，2020年11月17日磁混沉淀池投加磁粉完成，2020年11月22日紫外消毒安裝調試完成，2020年11月23日全部出水指標均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，出水實現達標排放。檢測結果如表2所示。

表2 實際進出水水質Tab.2 Actual Water Quality

3.1 COD處理效果

根據檢測數據，CODCr進水均值為107 mg/L，出水均值為12 mg/L，去除率達到88%，具體指標變化趨勢如圖2所示。調試初期即達標，這是因為生化池接種污泥為附近污水處理廠生化性能良好的活性污泥；同時，在正式進水前對池內污泥進行悶曝，保持了污泥的活性。

圖2 進出水COD趨勢Fig.2 Trend of Influent and Effluent COD

3.2 TP處理效果

根據檢測數據，進水TP為1.72 mg/L，未投加磁粉前出水TP為1.16 mg/L，去除率為30%；11月17日開始投加磁粉后出水TP為0.3 mg/L，生物除磷去除率為33%，去除率為82%(磁混凝設施去除率為74%)。11月24日出水TP超標是由于磁混凝出水跑泥，經過及時調整后達標排放，具體指標變化趨勢如圖3所示。生物除磷無法確保出水TP達標，需進一步物化除磷。

圖3 進出水TP趨勢Fig.3 Trend of Influent and Effluent TP

3.3 氨氮處理效果

根據檢測數據，氨氮進水均值為17.6 mg/L，出水均值為0.83 mg/L，去除率達到93%；11月17日出水氨氮稍有超標，是因為進水氨氮突然增高，工藝調整滯后，具體指標變化趨勢如圖4所示。調試初期即達標，原因同3.1。

圖4 進出水氨氮趨勢Fig.4 Trend of Influent and Effluent Ammonia Nitrogen

3.4 TN處理效果

根據檢測數據，TN進水均值為24.5 mg/L，出水均值為11.2 mg/L，去除率為54%，具體指標變化趨勢如圖5所示。由于該項目實際進水C/N為2～3，無法發揮脫氮的最大能力，去除率不高。若進水TN增高、TN去除率要求提高，可采取投加碳源、周期性曝氣避免缺氧池DO過高的方式提高去除率。

圖5 進出水TN趨勢Fig.5 Trend of Influent and Effluent TN

4 能耗分析

A/RPIR池利用曝氣提供的氣升動力，完成污泥回流，不需要污泥回流泵。同時，因巧妙的結構設計，傳氧效率提升明顯。設備數量的減少和傳氧效率的提升，降低了整個系統的用電負荷。與常規AAO工藝系統相比，可以節省動力消耗約30%。試運行期間生產用電統計如表3所示。

表3 試運行期間生產用電統計Tab.3 Electricity Consumption Statistics in Production during Trial Operation

由表3可知，采用“A/RPIR+磁混凝”工藝的10萬t/d污水廠噸水電耗為0.188 kW·h。相似體量的AAO工藝污水處理廠噸水電耗一般為0.25～0.3 kW·h，節能效果明顯，具體比對如表4所示。

表4 A/RPIR工藝與AAO工藝污水處理廠能耗比對Tab.4 Comparison of Energy Consumption between A/RPIR Process and AAO Process

5 調試經驗與建議

5.1 模塊環流動力與曝氣量的控制

模塊環流動力需要通過風機曝氣來提供。當進水水質較好時，風機曝氣量減小，可能存在環流動力不足，導致污泥在模塊內沉積，最終造成模塊堵塞。若調大曝氣量，則導致回流至缺氧區的硝化液DO含量過高，影響脫氮效率。

應根據進水水量來選擇開啟RPIR池的組數，采取措施調節硝化液回流泵流量，避免缺氧區溶解氧過高，從而影響脫氮效果。將好氧區DO維持在3～4 mg/L，提升模塊環流動力的同時提高污泥活性。采取周期性曝氣方式：高曝氣量(維持2 h)與低曝氣量(維持4 h)切換，以避免DO長期偏高，缺氧區DO升高，從而影響脫氮效果。

5.2 污泥脫水

磁混凝排泥污泥濃度高，采用連續排泥；RPIR剩余污泥濃度相對較低，采用間斷式排泥；兩者共用1根排泥管道，與生化污泥混合后，影響污泥脫水效果。

解決方式：一是技術改造，將磁混凝排泥管和RPIR池排泥管分開，分別排泥并單獨濃縮脫水；二是保持現狀，摸索排泥規律，定期搭配排泥，同時做脫水藥劑比對試驗，選擇適合該種排泥方式的最優藥劑。

5.3 磁混凝運行問題

磁混凝可能出現跑泥問題，導致出水SS及TP瞬時出水不達標；同時，跑泥可能會導致大量磁粉流失，造成運行成本增加。

調試初期，可由磁混凝設備供貨商進行調試，提供磁粉及調試手冊，運營單位人員全程參與工藝調試，掌握調試關鍵因素。在自主調試時，主要控制投加磁粉種類、投加量、與PAC配比、排泥量等工藝參數。

6 結論與建議

(1)A/RPIP工藝調試內容主要包括污泥接種、生化系統啟動、化驗檢測、工藝參數控制等。污泥接種采用性狀良好的新鮮活性污泥作為接種菌種，正式進水前進行悶曝，能大大縮短培菌過程，加速實現出水達標排放。A/RPIR工藝調試主要控制DO、回流比、污泥濃度及沉降比4個工藝參數。建議控制指標：缺氧區DO<0.5 mg/L，好氧區DO為3～4 mg/L，回流比約為1.5，污泥濃度為4～5 g/L，初期SV30約為30%。

(2)該項目采用的A/RPIR工藝對污水具有較好的處理能力，出水CODCr、氨氮、TN平均濃度分別為12、0.83、11.2 mg /L；通過磁混凝沉淀的進一步處理，TP、SS分別達到了0.3、9 mg/L，均達到了一級A排放標準。A/RPIR工藝生物除磷效果不佳，應輔以化學除磷手段；如需提高生物除磷效果，可增加厭氧池，采用A/A/RPIR工藝。A/RPIR工藝控制要求較高，若缺氧池DO控制不當，會造成脫氮效率下降，可采用投加碳源、周期性曝氣避免缺氧池DO過高的方式提高TN去除率。

(3)“A/RPIR+磁混凝”組合工藝系統的用電負荷低于常規AAO工藝系統，可以節省動力消耗約30%，具有較好的節能減排效果。