污水處理廠提標(biāo)改造加藥間工程設(shè)計(jì)

李曄樺

(同濟(jì)大學(xué)建筑研究院(集團(tuán))有限公司,上海230069)

為響應(yīng)《西安市城鎮(zhèn)污水處理廠再生水化提標(biāo)改造和加蓋除臭工程三年行動(dòng)方案》,到2020 年,全市城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)道地表水IV 類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著政府對(duì)城市建設(shè)中水環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高,污水處理廠建設(shè)需跟上國(guó)家和地方政府建設(shè)新思路。

目前,城市污水存在低碳高氮磷的水質(zhì)特點(diǎn),由于有機(jī)物的含量偏低,常規(guī)的生物除氮磷技術(shù)很難使污水處理廠出水總磷、磷達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[1]。實(shí)踐證明,投加混凝劑、助凝劑進(jìn)行深度處理是使出水總磷達(dá)標(biāo)的有效手段[2]。在反硝化過(guò)程中投加碳源是使好氧細(xì)菌增加、氨氮的同化作用增強(qiáng)、是污水處理廠提高除氮效果的重要手段。本工程以渭北工業(yè)區(qū)污水處理廠為例,為污水廠提標(biāo)改造加藥間設(shè)計(jì)提供參考。

1 加藥方案的設(shè)計(jì)

渭北工業(yè)污水廠服務(wù)范圍為臨潼現(xiàn)代工業(yè)組團(tuán)(渭河以北,涉及臨潼區(qū)北田、任留、雨金、新市四個(gè)街道辦,規(guī)劃總用地規(guī)模調(diào)整為110 平方公里,其中51.03 平方公里為建設(shè)用地)內(nèi)產(chǎn)生的工業(yè)廢水和生活污水。收集污水進(jìn)入水解酸化-AAO-MBR 一體式生化池,經(jīng)過(guò)生化池的水解酸化、脫氮除磷、生物膜過(guò)濾等反應(yīng)后,出水達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。本工程在一期出水達(dá)到一級(jí)A 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,增加的深度處理工藝,使出水達(dá)到地表水準(zhǔn)IV 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。工藝流程如下所示,提標(biāo)改造新增單體為高效沉淀池、反硝化深床濾池、臭氧催化氧化池、加藥間。

高效沉淀池進(jìn)水分為兩路,一路為MBR 出水,根據(jù)總體工藝流程,設(shè)計(jì)最大水量34560m3/d,設(shè)計(jì)最小水量2700m3/d,另一路為中水回用系統(tǒng)中濃水處理工藝末端出水,設(shè)計(jì)正常水量為7300m3/d,最小水量為0,最大水量為10000m3/d。

因此本深度處理工程進(jìn)水分兩組極限工況:

(1)工況1:進(jìn)水水量34560m3/d,即1440m3/h；進(jìn)水水質(zhì)為一級(jí)A,如下表:

項(xiàng) COD BOD SS NH3-N TN TP TDS濃度(mg/L) 50 10 3 5 15 0.5 2000

(2)工況2:進(jìn)水水量10000m3/d,即416.7m3/h；進(jìn)水水質(zhì)如下表:

項(xiàng) COD BOD SS NH3-N TN TP TDS濃度(mg/L) 50 10 8.11 5 38.1 0.5 5018.4

出水指標(biāo)執(zhí)行地表水IV 類(lèi),具體指標(biāo)如下表所示:

項(xiàng) COD BOD SS NH3-N TN TP濃度(mg/L) 30 6 10 5 12 0.3

本次選擇乙酸鈉作為碳源為反硝化深化濾池加藥[3],選擇PAC(聚合氯化鋁Aln(OH)mCl3-m)、PAM(聚丙烯酰胺(C3H5NO)n)作為絮凝劑為高效沉淀池加藥。與傳統(tǒng)污水處理廠為人工溶解藥品,人工加藥不同。本次選擇購(gòu)買(mǎi)成品容積的藥劑,或者選擇一體化的自動(dòng)泡藥機(jī)。不僅可以避免人工溶解藥物,使得加藥間過(guò)臟、粉塵過(guò)大。而且還可節(jié)省加藥間人力成本,使得加藥間更加智能化。

2 加藥量的計(jì)算

現(xiàn)對(duì)加藥量的計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明,由于渭北污水處理廠中水的回用系統(tǒng),使得進(jìn)水水質(zhì)有兩種不同的極限工況,污水處理廠的儲(chǔ)存藥量應(yīng)滿(mǎn)足兩種工況的最高值。

2.1 PAC 加藥量計(jì)算

PAM加藥點(diǎn)為高效沉淀池,采購(gòu)的10%的PAC 溶液。投加量按照2mol Al/1molP 計(jì)算,P 的相對(duì)分子質(zhì)量為31,鋁的相對(duì)分子質(zhì)量為27,摩爾折算為質(zhì)量比:Al/P=1.74。根據(jù)廠家提供資料,液態(tài)PAC 密度1.19kg/L,Al2O3含量10%,鹽基度70%,Al2O3相對(duì)分子質(zhì)量為102,其中Al 為54,PAC 中鋁的含量=(54/102)*10%=5.3%(Al/PAC 溶液)。PAC 溶液與去除溶解性磷的比例:KPAC=1.74/0.053=32.8(mg/mg P)(PAC 溶液/P)。

工況1 時(shí):高效沉淀池的進(jìn)水全來(lái)自于MBR,水量為34560 m3/d。用水量取35000m3/d,進(jìn)水溶解態(tài)磷:0.5mg/L(一級(jí)A 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)),出水溶解態(tài)磷:0.3mg/L(準(zhǔn)VI 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn))。PAC 溶液的投加量為:q=32.8(0.5-0.3)=6.56mg/L,考慮混凝沉淀用量按照經(jīng)驗(yàn)值取20mg/L。

PAC 溶液的日用量:G=20*35000/1000=700kg/d(工況1 時(shí)水量為35000m3/d)。

PAC 溶液的體積為700/1.19/1000=0.59m3/d。

工況2 時(shí):高效沉淀池的進(jìn)水2700m3/d 來(lái)自MBR 出水,7300m3/d 來(lái)自中水回用系統(tǒng)中濃水處理工藝末端出水。總進(jìn)水量為10000 m3/d。高效沉淀池進(jìn)水溶解態(tài)磷:(0.5*2700+((0.5*27300-0*20000)/7300)*7300))/10000=1.5mg/L(按照濃水出水為純水及濃水處理設(shè)施不降解溶解態(tài)磷來(lái)考慮),高效沉淀池出水溶解態(tài)磷:0.3mg/L(準(zhǔn)VI 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn))。

PAC 溶液的投加量為:q=32.8(1.5-0.3)=39.36 mg/L,考慮混凝沉淀用量按照經(jīng)驗(yàn)值取85mg/L。

PAC 溶液的日用量:G=85*10000/1000=2975kg/d。

PAC 溶液的體積為2975/1.19/1000=2.5m3/d。

PAC 的最終用量體積,選取工況1、工況2 的最大值為2.5m3/d。

2.2 PAM加藥量計(jì)算

PAM加藥點(diǎn)為高效沉淀池,設(shè)計(jì)PAM 投加量0.5mg/L,配制濃度為1‰,投加濃度1‰。設(shè)計(jì)規(guī)模水量為34560m3/d。用水量取工況1 和工況2 中最大的35000m3/d。

PAM 用 量:35000*0.5/1000=17.5kg/d。采 購(gòu)PAM 粉 末 和PAM一體化自動(dòng)泡藥機(jī)。一體化泡藥機(jī)的設(shè)備選型:干粉需求量為:35000*0.5/1000/24=0.73kg/h。

溶液出液量為:0.73/0.001=730L/h。

2.3 乙酸鈉加藥量計(jì)算

乙酸鈉加藥點(diǎn)為反硝化深床濾池除氮用。采購(gòu)20%的乙酸鈉溶液,無(wú)水乙酸鈉密度為1.528g/cm3。反硝化深床濾池按照兩種運(yùn)行工況運(yùn)行。給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第五冊(cè)表8-10 中:碳源與硝酸鹽質(zhì)量比最小為5.0:1mg/mg,乙酸鈉投加量根據(jù)需要去除的TN 確定。TN 去除量可根據(jù)公式:

N=Ne 計(jì)-Ns

式中N——需要去除的TN,mg/L；

Ne 計(jì)——根據(jù)設(shè)計(jì)的污水水質(zhì)和設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)計(jì)算出前段工藝能達(dá)到的出水總氮,mg/L；

Ns——出水TN 標(biāo)準(zhǔn),mg/L。

工況1:進(jìn)水全部來(lái)自MBR,考慮到MBR 出水水質(zhì)的不穩(wěn)定性,MBR 出水總氮取20mg/L。出水總氮為12mg/L,根據(jù)計(jì)算得反硝化深床濾池投加量為(20-12)*5=40mg/L。設(shè)計(jì)規(guī)模用水量為35000m3/d,計(jì)算得投加體積為V=40*35000/0.2/1000000=7m3/d。

工況2:進(jìn)水來(lái)自中水回用系統(tǒng)濃水(7300m3/d)和MBR 出水(2700 m3/d)總水量為10000 m3/d。則進(jìn)水總氮為:(20*2700+((20*27300-4.6*20000) /7300)*7300)/10000=50.8 (按照濃水處理設(shè)施不降解總氮來(lái)考慮,根據(jù)物料平衡分析,回用水出水的TN為4.6 mg/L),出水總氮為12mg/L。計(jì)算反硝化深床濾池投加量為(50.8-12)*5=194mg/L。計(jì)算得投加體積為V=194*10000/0.2/1000000=9.7m3/d。

乙酸鈉的最終用量,選取工況1 和工況2 的最大值為9.7m3/d。

3 投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

3.1 卸料和儲(chǔ)藥

若為液體藥劑:用卸料泵或者直接接罐車(chē),與罐車(chē)的接口應(yīng)根據(jù)接頭形式現(xiàn)場(chǎng)定制。卸料泵應(yīng)該靠近車(chē)道,卸料時(shí)間一般選擇為1 小時(shí)以?xún)?nèi)。卸料泵一般采用離心泵,過(guò)流介質(zhì)有腐蝕性的采用耐腐蝕離心泵(襯氟、襯塑)。

若為固體藥劑:則應(yīng)該劃出區(qū)域,靠近卸料出入口和配藥罐,藥劑運(yùn)送通道上應(yīng)能過(guò)手推車(chē),如果藥品過(guò)重建議設(shè)置電動(dòng)葫蘆。固體藥劑堆放地應(yīng)墊高避免受潮。

3.2 防腐

應(yīng)在池內(nèi)壁、加藥間地面、圍堰內(nèi)部、廢液處理池內(nèi)壁等所有接觸藥劑的構(gòu)筑物、罐體內(nèi)部、立式攪拌機(jī)軸和葉輪、加藥泵過(guò)流部件、排水泵等左右設(shè)計(jì)設(shè)備都應(yīng)根據(jù)藥劑種類(lèi)及濃度考慮相應(yīng)防腐措施。所有涉及設(shè)備應(yīng)在設(shè)備表備注介質(zhì)名稱(chēng)及濃度。

3.3 加藥管材料選擇及常用鏈接方式

加藥管常用選用UPVC、ABS、PE 管材,其中

UPVC 不適用與低溫(＜0℃)及高溫應(yīng)用(＞60℃)、芳香族溶劑、耐候性較差,宜采用溶劑粘接、法蘭連接。

ABS 不適用于高溫(＞60℃)氧化劑芳香族溶劑,如次氯酸鈉、O3、雙氧水等,宜采用溶劑粘接、法蘭連接。

PE 不適用于氧化性酸和鹵素及高溫應(yīng)用(＞60℃),宜采用熱熔連接、電熔連接、法蘭連接。

3.4 管道布置及管徑計(jì)算

管道布置一般采用管溝、管架、埋地、貼地布置,埋地過(guò)路應(yīng)加鋼套管,局部貼地布置需在人行通道處設(shè)跨越臺(tái)階。若露天布置則需要設(shè)置保溫措施[4]。

管道管徑按照壓力管道要求核算最大流量下流速,管徑太小的需要適當(dāng)放大,塑料管管徑一般采用外徑表示,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)de 或dn。

3.5 罐體布置

罐體設(shè)置時(shí),應(yīng)考慮設(shè)備就位方便、特別是預(yù)留遠(yuǎn)期設(shè)備位置,當(dāng)罐體無(wú)法從出入口進(jìn)出的,應(yīng)該要求建筑墻后砌。當(dāng)是有毒、腐蝕性液體藥劑時(shí),建議設(shè)置圍堰以避免泄露時(shí)藥液流溢,圍堰內(nèi)容積應(yīng)不小于一個(gè)罐體的有效容積[5]。

3.6 通風(fēng)

加藥間內(nèi)應(yīng)設(shè)通風(fēng)設(shè)施,每小時(shí)換氣8～12 次,通風(fēng)機(jī)根據(jù)氣體比重確定設(shè)置高度。

3.7 放空

若有腐蝕性、非中性、強(qiáng)氧化性及其它直接排放會(huì)引起廠區(qū)污水管線腐蝕、堵塞的液體應(yīng)先排放到廢液處理池處理[6-7]。不能相混的藥劑不能排入同一處理池,放空液處理達(dá)標(biāo)后方可排入廠區(qū)污水管。

對(duì)于水廠設(shè)計(jì)來(lái)講,在考慮到各個(gè)方面的因素之后,完成工藝計(jì)算,圖紙繪制只能說(shuō)是完成了工作的一部分內(nèi)容而已,更重要的是如何使設(shè)計(jì)成果高效的運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。加藥間更是水廠運(yùn)行起來(lái)需要人工參與的主要部分,在做好加藥間的計(jì)算、工藝設(shè)計(jì)后,編制合理的運(yùn)行管理更為重要。