一體化氣浮裝置在水質凈化廠改造工程中的應用

王 翼

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

水處理工程中的氣浮裝置，工作原理是利用溶氣系統，產生溶于水中的微小氣泡,與水中的細小懸浮物絮體粘合在一起，懸浮物隨微小氣泡一起上升至水面，形成浮渣，使水中的懸浮絮體得到去除。同時由于水體中的有機物（COD）和總磷（TP）有相當一部分是以懸浮物（SS）或附著于懸浮物（SS）的形式存在的，大部分可以伴隨懸浮物（SS）的去除而被同步去除。

氣浮裝置通過向水中通入大量微小氣泡，實現固、液分離，具有自動化程度高、占地面積小、去除懸浮物效率高等特點[1]。氣浮裝置可以安裝在鋼筋混凝土池體內，也可以安裝在鋼制池體內，在國內給水工程、污水處理工程、河道治理工程，已經有較多的應用，是一種成熟可靠的工藝。

近年來國家對水環境保護的要求逐年提高，從國家到各級地方政府層面都出臺了一系列新的污水排放標準，從一級B 標準到一級A 以及更高的排放標準。排放標準的提高勢必需要對現有的污水處理系統（土建、設備等）進行改造，在沒有條件消納多余污水的情況下，提標改造工程必然要滿足不停水、不減產、不降低排放指標的前提條件。

本文介紹某水質凈化廠提標改造工程中，一種一體化的氣浮裝置作為臨時水處理設備，在水質凈化廠不停水改造中的應用，為今后的類似工程提供一些經驗。

1 工程背景

某水質凈化廠始建于1992 年，經過三期工程建設，設計處理總規模為15 萬m3/d（目前高峰期實際為18 萬m3/d），污水處理工藝為A/A/O 工藝。經過2008年提標改造工程，出水水質標準提高到《城鎮水質凈化廠污染物排放標準》GB 18918—2002 一級A 標準。

為滿足《太湖地區城鎮水質凈化廠及重點工業行業主要水污染物排放限》DB 32/1072—2018 的排放要求，需要對深度處理部分的V 型濾池進行改造，改造期間要保證深度處理單元原設計過水能力，出水仍需滿足《城鎮水質凈化廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準。

需要改造的V 型濾池共12 組，每組的設計過流能力為1.25 萬m3/d，總變化系數1.3。改造時間為同年的6 月到12 月，根據工期、周邊臨時用地條件、改造期間的峰值流量及水質凈化廠運行單位提供的單組濾池實際最大過流能力，最后按工期限制確定的濾池改造方案為每次3 組，分4 次進行。按上述改造方案，停掉3 組濾池并充分挖掘剩余9 組濾池的過流潛能，尚有有2 萬m3/d 的污水無法通過濾池進行處理，因此在改造工程實施期間需要采用一套臨時過濾設施來協助V 型濾池處理多余的污水。在濾池全部改造完畢投入使用后，停用本套臨時過濾設施，建設單位可以將其遷移至其余項目或地點繼續使用。

2 工程方案及周邊環境

本工程改造的V 型濾池位于水質凈化廠區內部，臨時過濾設備采用DN700 的臨時管道從濾池進水管位置取水，經過處理后的污水用管道送回濾池出水廊道，通過濾池中央出水廊道排放，考慮進出水的水頭差，臨時過濾設備設置在濾池東側的施工臨時用地上，見圖1。

圖1 本工程項目位置示意圖

污水廠設計建造年代較早，廠區內主路寬4.5 m，支路寬3.5 m，臨時過濾設備只能通過3.5 m 寬的支路運輸至安放場地內，運輸路徑的上方有一根110 kV的高壓線，因此無法采用吊車進行轉運。

3 工藝方案

根據工程背景和周邊條件，本次的臨時過濾設備應具有以下特征：

（1）對V 型濾池具有可替代性，能夠高效的去除懸浮物（SS）；

（2）整套設備應具備高度的集成性，池體結構采用鋼結構，符合二次搬運和使用的要求；

（3）整套設施應占地面積小，鋼結構池體應滿足場地運輸條件的限制條件。

根據以上要求，臨時過濾設施最終選擇了采用鋼制池體的高速離子氣浮系統，處理能力為2 萬m3/d，峰值系數1.3。進出水水質控制要求見表1。

表1 設計進、出水水質要求

處理工藝線的工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程圖

工藝流程如下：

高效沉淀池出水至高速離子氣浮處理單元；

在混凝劑混合區加入混凝劑，在助凝劑混合區中加入助凝劑，在高速離子氣浮配水混合槽內與溶氣系統產生的正電荷集成微氣泡吸附，橋聯進入氣浮布水系統；均勻分配地進入氣浮池體分離區，進行固液分離；

固液分離之浮渣，自溢至收集槽后，自流至浮渣收集池，浮渣池液位到達設計高度后用排污泵排放至廠區放空管；

高速離子氣浮澄清水排放至加氯接觸池。

整套系統包含了4 臺高速離子氣浮主機、1 套加藥系統、1 套排渣系統、1 套空壓機及儲罐、1 套電氣控制系統，安裝完成后整體占地范圍約12 m×25 m（包含設備周邊進出水管道）。

每臺氣浮主機外尺寸10 m×3.8 m×3.4 m，見圖3，包括鋼結構池體、進出水調節閘閥、進水流量計、攪拌器、微氣泡發生器、溶氣裝置、回流水泵、布水裝置、集水裝置、污泥排放槽、鏈板刮泥機、液位計等。

圖3 氣浮主機效果圖

加藥系統包含了1 臺PAM 泡藥機及加藥泵、1個20 m3的PAC 儲藥罐、加藥泵及相應的液位計、控制系統等。加藥點位于DN700 的臨時管道上，在加藥點后端的管道上設置了管道混合器。

4 安裝、調試、檢測情況

整套氣浮裝置從進場到安裝調試完畢具備使用條件共用時約25 d，安裝完成后的設備整體效果見圖4。氣浮裝置根據其工藝特點，基本不需要工藝調試，設備運行后出水清澈，對懸浮物的去除效果立竿見影，本次氣浮裝置的調試工作主要是用在了控制系統的優化完善使其符合運行單位的控制要求。

圖4 氣浮裝置安裝完成整體效果

設備投運后為驗證氣浮裝置的處理效果，設備商和運行單位分別進行了水質自檢和抽檢，檢測結果見表2；同時總包單位共委托了7 次水質第三方檢測，每次送檢的水樣是每天11 點、13 點、15 點、17點取四次水樣組成的混合樣，檢測結果見表3。

表2 氣浮系統水質檢測結果一 單位：mg/L

表3 氣浮系統水質檢測結果二 單位：mg/L

懸浮物（SS）檢測采用的是重量法，因進水水質較好，基本檢測不出懸浮物，但是TP 和COD 的檢測結果（50%以上的去除率）可以驗證氣浮裝置對懸浮物的去除效果是滿足本項目要求的。在檢測結束后本套氣浮裝置正式投入運行，為后續V 型濾池的改造提供了技術和生產上的保證。

5 經濟性分析

本項目氣浮裝置在投運后，總包單位對其能耗（用電量）和藥耗（PAM 和PAC 用量）進了了全過程的跟蹤統計。

在運行過程中發現上游高效沉淀池的PAC 加藥量較大，會有大量的剩余PAC 進入后續的濾池和氣浮裝置，因此運行期間逐漸降低了氣浮裝置原設計的PAC 加藥量，5 個月的運行期間共用去了約15 t的PAC 藥劑，平均100kg/d，是原設計PAC 加藥量的1/6。

運行期間整套氣浮系統處理水量約1.85～1.95萬m3/d，PAC 加藥量約100 kg/d，PAM（陽離子）加藥量約1 kg/d，電耗約1 680 kW·h/d。每噸水的處理成本在0.05～0.06 元之間，其中電費約占總費用的90%以上。

氣浮系統總裝機功率為130 kW，運行功率112 kW，其中回流水泵裝機和運行功率均為74 kW，因考慮到后期繼續利用，本次回流水泵的選型功率大了1/3，也造成了使用期間電耗較高。考慮扣除多余的回流水泵裝機容量后，每噸水的處理成本約在0.045～0.055 元之間，這與目前一些氣浮裝置應用后約0.05 元/m3的運行費用統計結果基本吻合[2]。

5 結 論

（1）采用鋼結構池體的一體化氣浮裝置在水質凈化廠改造工程中，作為臨時過濾系統具有安裝、調試時間短、處理效果好、占地面積小等優點，特別適用于不具備停（減）產條件并要保證水質的改造工程。

（2）氣浮裝置運行的能耗較高，但采用可移動式的鋼結構一體化裝置，可以在后續的工程中重復利用，稍加改造后也可作為永久性設施用于水質凈化廠、河道凈化工程的永久性設施，從全生命周期考慮具有可觀的經濟效益。