溶氣氣浮技術在市政污水深度處理工程設計與應用

沈怡，王佳音，陳冠輝

（鄭州市污水凈化有限公司，河南 鄭州 450000）

水是人類維系生命的基本物質，是城市發展不可或缺的重要資源，同時也是城市發展的重要保障。目前，我國部分重點河流水域主要面臨著水質型缺水和水量型缺水的“雙缺”問題[1-2]，其中，水體的富營養化問題尤為嚴重。水體富營養化會使河流水質變得腥臭難聞、透明度降低、溶解氧減少，影響水中植物的光合作用，從而導致水生物種分布失衡[2]，而氮、磷等營養元素含量的偏高則是引起水體富營養化的主要因素[3-5]。

目前，我國對城市生活污水除磷技術種類多，但除磷效果好、應用范圍較廣的主要為生物除磷、化學除磷和生物化學除磷[6-8]。生物除磷技術在污水處理中應用比較普遍，通過工藝設置可實現有效除磷，但易受進水水質等條件影響，生物除磷效果有較大差異。多數城鎮污水處理廠結合自身情況采用生物除磷和化學除磷結合，能夠充分發揮各自優勢實現除磷的目的。陳小軍等研究表明，除磷藥劑種類（FeCl3、AlCl3、氫氧化鈣）及其投加量對除磷效果影響顯著，投加AlCl3的除磷效果較優；在溫度為25～35 ℃、水力負荷為3 m3·m-2·h-1、補充碳源后的COD/TN 為6、AlCl3投加量為3.0 mg·L-1時，系統出水PO43--P 質量濃度為0.19 mg·L-1，去除率達到81.68 %，可穩定滿足地表水環境Ⅴ類水體標準[9]。

溶氣氣浮除磷技術在水處理領域中的應用屬于化學除磷與固液分離技術的集合手段，與傳統的深度處理除磷工藝相比較，具有占地面積小、除磷效果好等特點。因此，依托溶氣氣浮技術開展城鎮污水廠尾水氮、磷等營養元素的超低排放研究具有重要意義。本文以北方某市政污水處理廠升級改造項目示范工程為研究對象，詳細介紹溶氣氣浮工段的工程概況及運行成本等。

1 項目介紹

北方某市政污水處理廠處理規模6×105m3·d-1，分一期、二期。其中，一期規模3×105m3·d-1，采用改良A2O 活性污泥工藝，二期規模3×105m3·d-1，采用氧化溝+深度處理工藝，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A 排放標準。

文中提及的升級改造項目位于該市政污水處理廠區內，主要對污水廠一期、二期出水進行深度處理，設計規模6×105m3·d-1。由于污水廠一期主體工藝未設置深度處理單元，項目一期工藝采用“二沉池出水+氣浮除磷+活性焦吸附+V 型過濾+消毒”，二期采用“深度處理出水+活性焦吸附+V 型過濾+消毒”。具體工藝路線如圖1所示。

圖1 工藝路線圖

2 溶氣氣浮工程概況

2.1 流程介紹

溶氣氣浮工程（稱為“氣浮除磷池”）進水水源為污水廠一期二級出水，進入氣浮池的污水經進水總渠流至配水渠，然后自流至混凝區，投加PAC溶液（質量分數為10%、以28% Al2O3有效成分計）和PAM（BASF 生產的陽離子型聚丙烯酰胺、相對分子質量1 200 萬、現場配置質量分數0.10%）溶液后進入氣浮接觸區，同時溶氣加壓裝置不斷地向氣浮接觸區中釋放微小氣泡，最終匯總至出水總渠，經后續處理工序。氣浮接觸區表面形成的浮渣層收集后排至污水廠內配套的污泥處理單元進行處理。

2.2 工程設計

整座氣浮除磷池采用平流式設計，處理規模3×105m3·d-1，可24 h 連續運轉，池體結構采用半地上式混凝土澆筑而成。氣浮除磷池整體分為8 個系列，各組間可單獨運行，每系列又分為A、B 兩格，共計16 格。每個系列由混凝系統、絮凝系統、加藥系統、氣浮系統、回流系統、溶氣及溶氣釋放系統和化學浮渣收集及排放等模塊組成。

2.2.1 混凝系統

每個系列的混凝系統共設計2 座混凝池、2 座混凝廊道和配套的PAC 溶液加藥撬裝等，力停留時間為2.88 min。

2.2.2 絮凝系統

每個系列的絮凝系統包括2 座絮凝池、2 座絮凝廊道和配套的PAM 溶液加藥撬裝，水力停留時間6.44 min。

2.2.3 氣浮系統

單格的氣浮接觸區主要包括緩沖區、布水區、集泥區、斜板分離區、集水區及清水室等6 個功能區。其中，斜板分離區是整個氣浮接觸區的核心裝置，選用波紋面的PVC 斜板，安裝角度為60°，并以20 cm 的板間距按出水方向等距排列。

2.2.4 溶氣系統

溶氣系統部分主要由回流水單元、空氣加壓單元以及溶氣水釋放單元等組成。

1）回流水單元：選用單級單吸臥式離心泵作為回流泵，可為溶氣罐持續供水，水源來自氣浮池出水渠出水。

2）溶氣水釋放單元：本工程所使用的溶氣罐采用空壓機供氣的臥式噴淋式填料罐，罐體由普通鋼板卷焊而成，溶氣效率高達90%以上。溶氣釋放器選用T-J 系列八爪型釋放器，不銹鋼材質，釋氣率可達到99%以上。

2.2.5 泥渣排放系統

整套刮渣機置于氣浮池上方，入渣深度約2 cm，通過往復運動將表面形成的渣層定時清除。整座氣浮池平均產渣能力約8 t·d-1（含水率95%），配套有4 座污泥室用于收集和排放浮渣，每兩個處理系列共用1 座污泥室。

3 主要設備及參數

氣浮除磷工藝主要配套核心設備及相應技術參數如表1所示。

表1 核心設備及參數

4 運行狀況

4.1 運行效果分析

截取近階段該氣浮除磷池實際連續運行330 天的進出水水質檢測數據并進行說明，進出水檢測數據統計如表2、圖2至圖5所示。

表2 氣浮除磷池實際進出水水質（均值）狀況

由以上圖表可知，氣浮除磷技術對城鎮污水廠尾水中的COD、TP、SS 及NH3-N 等有一定的去除效果。由圖2可知，進出水TP 質量濃度處理效果最為明顯，由0.12 mg·L-1降至0.02 mg·L-1，去除率83.33%，在運行過程中，仍可通過工藝調控進行強化除磷甚至降至0.02 mg·L-1以下，基本實現極限除磷。

圖2 氣浮池進出水TP 濃度處理效果

由圖3可知，溶氣氣浮技術對懸浮物也有一定程度的去除作用，進水為11.7 mg·L-1時，出水質量濃度為5.3 mg·L-1，去除率54.7%。由圖4可知，經過處理后的出水氨氮為0.12 mg·L-1，去除率60%，而對于TN 的去除效果不明顯。由圖5可知，本工程對出水CODCr要求較高（CODCr≤20 mg·L-1），是提標改造過程中的重點，而溶氣氣浮對CODCr的去除能力有限，可降至14.5 mg·L-1，去除率僅為35.4%，因此，擬通過后續新增的活性焦吸附深度處理單元高效去除CODCr。

圖3 氣浮池進出水SS 濃度處理效果

圖4 氣浮池進出水NH3-N 濃度處理效果

圖5 氣浮池進出水CODCr濃度處理效果

4.2 藥劑及直接運行成本

1）藥劑成本。實際藥劑投加量為：混凝劑50 mg·L-1、絮凝劑（干粉）0.05 mg·L-1。其中，PAC溶液價格500 元·t-1，PAM 干粉價格22 500 元·t-1，核算藥劑單位成本為0.026 元·m-3。

2）直接運行成本。該成本直主要包括電費、藥劑費及維修保養費等。設備電耗為0.045 kW?h?m-3，若電價按照0.65 元?(kW?h)-1，電費成本0.029 元?m-3；設備維修保養費按每月10 萬元計，則維修保養成本為0.011 元?m-3。綜上所述，核算氣浮除磷系統直接運行成本為0.066 元·m-3。

5 結 論

1）運行結果表明，溶氣氣浮技術在市政污水強化除磷中表現出了較好的去除效果，系統穩定，出水質量濃度為 0.02 mg·L-1，最大去除率可達到83.33 %，基本實現TP 質量濃度的超低排放。同時，該技術對污水中的CODCr、SS 及NH3-N 等也具有一定去除效果。

2）經過成本核算，該工程直接運行成本為0.066 元·m-3，其中，電耗單位成本為0.029 元?m-3，藥劑單位成本為0.026 元·m-3，設備維修保養單位成本為0.011 元·m-3。