水質(zhì)凈化廠極限脫氮和超深度除磷改造的設(shè)計(jì)與分析

摘要：某水質(zhì)凈化廠位于云南省昆明市，現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬m3/d，分2組建設(shè)，每組處理規(guī)模為1.5萬m3/d。由于昆明市水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求提高，該水質(zhì)凈化廠TN和TP難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，因此需對(duì)其提標(biāo)改造。首先針對(duì)該水質(zhì)凈化廠的現(xiàn)有問題提出具體改造方案；其次基于出水水質(zhì)要求分析進(jìn)水水質(zhì)，找出重點(diǎn)污染物，進(jìn)一步提出實(shí)現(xiàn)極限脫氮與超深度除磷的工藝方案；最后確定改造工藝流程及各建、構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)。改造后，該水質(zhì)凈化廠的處理效率和水質(zhì)凈化效果均得到了顯著提升，達(dá)到了極限脫氮與超深度除磷要求，可為類似水質(zhì)凈化廠的改造提供案例參考。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)凈化廠；極限脫氮；超深度除磷；設(shè)計(jì)

引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)化程度的提高，水質(zhì)污染成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要問題之一[1]。水質(zhì)凈化廠的運(yùn)行狀態(tài)和處理效果直接關(guān)系到城市環(huán)境質(zhì)量[2]。云南省昆明市作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，要求水質(zhì)凈化廠出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值》（DB 5301/T 43-2020），以及當(dāng)?shù)馗饕?guī)劃、條例等同類型指標(biāo)中的最高標(biāo)準(zhǔn)，其中TN≤5mg/L屬于極限脫氮范圍，TP≤0.05mg/L屬于超深度除磷范圍，常規(guī)處理工藝很難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。同時(shí)，在水質(zhì)凈化廠長(zhǎng)期運(yùn)行中，部分設(shè)備的老化、水處理技術(shù)較為落后等原因均導(dǎo)致水處理效率下降，且可能產(chǎn)生安全隱患。

本文針對(duì)昆明市某水質(zhì)凈化廠的現(xiàn)狀問題，提出改造方案，以及為了達(dá)到極限脫氮、超深度除磷的效果，進(jìn)一步對(duì)該廠的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，以期能為昆明市其他水質(zhì)凈化廠的改造提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。

1項(xiàng)目概況

昆明市某水質(zhì)凈化廠建成于2010年6月，于2012年6月開始運(yùn)行，現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬m3/d，分2組建設(shè)，每組處理規(guī)模為1.5萬m3/d。由于進(jìn)水水量較小，近5年來最大日均處理量?jī)H為10369.1m3/d，目前僅運(yùn)行1組處理池即可滿足處理需求，預(yù)計(jì)未來5年內(nèi)來水量不會(huì)超過單組運(yùn)行能力。因此，本此提標(biāo)改造設(shè)計(jì)規(guī)模為1.5萬m3/d。

2設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

某水質(zhì)凈化廠現(xiàn)狀來水多為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的廢水，但根據(jù)當(dāng)?shù)嘏潘?guī)劃要求，工業(yè)廢水須經(jīng)處理達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）中C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。因此，綜合標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃及實(shí)際水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定某水質(zhì)凈化廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

2.2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

由于設(shè)計(jì)出水水質(zhì)須滿足DB 5301/T 43-2020及當(dāng)?shù)馗饕?guī)劃、條例等同類型指標(biāo)中的最高標(biāo)準(zhǔn)，因此確定某水質(zhì)凈化廠的設(shè)計(jì)出水水質(zhì)如表2所示。

3現(xiàn)狀處理工藝

某水質(zhì)凈化廠現(xiàn)狀處理工藝為“粗格柵及進(jìn)水泵房+細(xì)格柵及旋流沉砂池+改良型A2/O氧化溝+二沉池+孔室絮凝斜管沉淀池+雙閥濾池+二氧化氯消毒”，具體流程如圖1所示。

4存在問題及解決措施

某水質(zhì)凈化廠建設(shè)較早，運(yùn)行使用期限較長(zhǎng)，其目前面臨的問題及解決措施如表3所示。

5 工藝方案選擇及確定

5.1 重點(diǎn)污染物分析

將提標(biāo)改造環(huán)節(jié)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，需要去除的污染物因子及去除量如表4所示。提標(biāo)改造重點(diǎn)關(guān)注的污染物因子為BOD5、CODCr、SS、TN、TP、NH3-N，其中TN需達(dá)到5mg/L，屬于極限脫氮；TP需達(dá)到0.05mg/L，屬于超深度除磷。

5.2 生化段工藝改造方案

本設(shè)計(jì)中，針對(duì)出水水質(zhì)TN需達(dá)到5mg/L以下、TP需達(dá)到0.05mg/L以下，屬于極限脫氮、超深度除磷的標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)充分發(fā)揮原工藝中生化階段的作用，使其能夠更好地脫氮除磷，盡可能地減少后端氮磷的處理負(fù)荷，同時(shí)在減少工程投資的基礎(chǔ)上，最大限度地降低運(yùn)行費(fèi)用。

5.2.1 增加池容

現(xiàn)有出水口距離池頂有1m的高差，此處可上移30cm，在不影響出水的前提下，增加缺氧區(qū)及好氧區(qū)的有效容積，延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，以提升氧化溝的處理效果。

5.2.2 更換曝氣方式

由于現(xiàn)狀A(yù)2/O氧化溝采用的曝氣方式為轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，屬于表面曝氣，供氧量明顯不足，導(dǎo)致水中溶解氧含量較低，硝化作用不完全，因此需改用充氧能力更好、運(yùn)用更加成熟的膜片式曝氣器。

5.2.3 增設(shè)混合液回流系統(tǒng)

現(xiàn)狀A(yù)2/O氧化溝工藝中，內(nèi)回流通過調(diào)節(jié)堰門開合度來控制，但實(shí)際運(yùn)行中，通過對(duì)堰門開合度的調(diào)節(jié)并不能定量地對(duì)內(nèi)回流量進(jìn)行控制，因此考慮設(shè)置混合液回流泵對(duì)回流量進(jìn)行定量調(diào)節(jié)。基于此，封堵現(xiàn)有調(diào)節(jié)堰門，由好氧區(qū)引管道接至混合液回流泵，將混合液輸入至缺氧池內(nèi)，定量調(diào)節(jié)回流量，強(qiáng)化氧化溝的脫氮效率。

5.2.4 增設(shè)推流器

現(xiàn)狀氧化溝內(nèi)有推流能力較差、存在死角的問題，因此在氧化溝中設(shè)置4臺(tái)推流器進(jìn)行推流。

5.2.5 增加碳源投加環(huán)節(jié)

現(xiàn)狀進(jìn)水存在碳源不足的問題，導(dǎo)致生化池脫氮除磷的效率受限，因此在氧化溝前端預(yù)缺氧段增加碳源投加點(diǎn)，以補(bǔ)充碳源，提高生化環(huán)節(jié)脫氮除磷的效率。

5.3 深度處理工藝選擇

目前，某水質(zhì)凈化廠對(duì)污染物的去除主要依靠生化法，難以穩(wěn)定達(dá)到超深度脫氮除磷的要求，因此需在現(xiàn)狀工藝后增設(shè)極限脫氮和超深度除磷工藝。

本設(shè)計(jì)要求出水水質(zhì)中TN需達(dá)到5mg/L以下，屬于極限脫氮，常規(guī)處理工藝難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。而反硝化濾池啟動(dòng)快，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)確定是否投加碳源，實(shí)現(xiàn)過濾功能和反硝化功能的相互轉(zhuǎn)換；反沖洗廢水率低，可有效降低反沖洗廢水的費(fèi)用；池體本身無易損易耗件，無須補(bǔ)砂，池體終身免維護(hù)；在外加碳源的情況下，出水各項(xiàng)指標(biāo)均低于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行效果穩(wěn)定，尤其是TN去除效果明顯，可穩(wěn)定低于5mg/L。因此，本設(shè)計(jì)最終選擇前置反硝化生物濾池工藝作為極限脫氮工藝[3]。

本設(shè)計(jì)最終出水TP需達(dá)到0.05mg/L以下，屬于超深度除磷。參考相同區(qū)域成功案例[4]，發(fā)現(xiàn)“混凝+氣浮”工藝能有效去除TP，出水可穩(wěn)定低于0.05mg/L。因此，本設(shè)計(jì)在現(xiàn)狀雙閥濾池前端增設(shè)“混凝+高效氣浮池”作為尾水深度除磷工藝。另外，相較于普通氣泡，微納米氣泡具有比表面積大、界面點(diǎn)位高等特點(diǎn)，吸附效率更高，因此本設(shè)計(jì)中高效氣浮池采用微納米氣泡氣浮機(jī)產(chǎn)生氣泡。

5.4 工藝流程

本設(shè)計(jì)提標(biāo)改造主體工藝為“前置反硝化生物濾池+高效氣浮池”，具體的提標(biāo)改造工藝流程如圖2所示。

5.5 主要構(gòu)筑物參數(shù)

本設(shè)計(jì)主要新建的建、構(gòu)筑物參數(shù)如表5所示。

6 改造后的水處理效果

某水質(zhì)凈化廠經(jīng)過改造后，各工藝環(huán)節(jié)出水中剩余污染物含量如表6所示，可見各污染物含量均明顯下降，能穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求。

結(jié)論

綜上所述，某水質(zhì)凈化廠經(jīng)過改造后，不但出水水質(zhì)能穩(wěn)定滿足極限脫氮和超深度除磷的需求，而且有效提高了水處理能力和效率，該成果為其他水質(zhì)凈化廠的未來發(fā)展提供了重要參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

張志文（1983—），男，漢族，廣東梅州人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槲鬯幚砉こ淘O(shè)計(jì)。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-05-02