曹平1，王建西2，沈旺3，王冰1

(1.淮南首創(chuàng)有限公司，安徽淮南232001；2.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300074；3.首創(chuàng)愛華<天津>市政環(huán)境工程有限公司，天津300060)

摘要：淮南首創(chuàng)第一污水處理廠改造規(guī)模為10×104 m3/d，進(jìn)水碳氮比值較低。提標(biāo)改造采用ARP/SSH工藝，改造完成后出廠水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。而竣工報(bào)告顯示，工程預(yù)（決）算價(jià)僅為1 577.3萬元。ARP/SSH工藝對(duì)于進(jìn)水氮、磷濃度較高而有機(jī)物濃度較低的污水處理廠較為適用，投資較低且可減少外加碳源量。

1 污水處理廠現(xiàn)狀

淮南首創(chuàng)第一污水處理廠主要負(fù)責(zé)淮南市東部地區(qū)的污水處理，設(shè)計(jì)處理能力為10×104 m3/d，于2002年5月建成并投入運(yùn)行，2007年實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。原設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)及實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。提標(biāo)前污水廠工藝單元包括：粗格柵、提升泵站、細(xì)格柵、旋流沉砂池、配水井、厭氧選擇池和卡魯塞爾2000氧化溝、終沉池、污泥泵房和脫水機(jī)房等。

表1 第一污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)

2 提標(biāo)改造工藝方案

2.1 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

經(jīng)過對(duì)2008年1月—2012年4月實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)的分析，提標(biāo)改造工程確定淮南第一污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表2。

表2 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

2.2 工藝方案

考慮到污水處理廠現(xiàn)狀無新建深度處理構(gòu)筑物所需場地的實(shí)際情況，經(jīng)綜合比較，提標(biāo)改造采用ARP/SSH生物處理工藝，該工藝尤其適合用于C/N值不足的情況。ARP/SSH工藝系首創(chuàng)愛華公司從丹麥引進(jìn)的技術(shù)，ARP（Active Return Sludge Process）即回流活性污泥工藝，可提高現(xiàn)有工藝的水力負(fù)荷與有機(jī)負(fù)荷。SSH(Side Stream Hydrolysis)即側(cè)流水解，在厭氧污泥水解除磷的同時(shí)為后續(xù)工藝提供額外碳源。該工藝與傳統(tǒng)工藝相比，改造量少，僅需改建一座ARP/SSH池用于污泥回流，通過工藝調(diào)整使原有生物池結(jié)合ARP/SSH池達(dá)到技改后的脫氮、除磷的處理能力，降低了外回流污泥的回流比，提高了二沉池的出水能力，省去了深度處理的建(構(gòu))筑物。由于建(構(gòu))筑物少，所以投資節(jié)約，建設(shè)周期短。第一污水處理廠現(xiàn)狀沒有消毒設(shè)施，提標(biāo)改造增加了紫外消毒裝置。

2.3 SSH/ARP工藝流程

污水處理廠旋流沉砂池出水直接進(jìn)入氧化溝。氧化溝內(nèi)增加潛水推流器和在線自控儀表，終沉池出水經(jīng)紫外線消毒后排入淮河。終沉池回流污泥分為兩部分:一部分回流至ARP/SSH池（利用厭氧池改造），經(jīng)好氧、厭氧交替運(yùn)行后污泥進(jìn)入氧化溝,另一部分污泥直接回流至氧化溝。原有厭氧池改造為ARP/SSH池后，ARP/SSH+氧化溝的處理能力即可達(dá)到10×104 m3/d。針對(duì)目前污水廠進(jìn)水C/N值較低的情況，設(shè)置了碳源投加裝置，碳源采用醋酸鈉，必要時(shí)投加。 工藝流程見圖1。

圖1 ARP/SSH工藝流程

3 提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)

3.1 ARP/SSH池（原厭氧池改造）

將原有2座厭氧選擇池均改造成為ARP/SSH池，保持選擇池不變，厭氧池4格中的3格改造為ARP池，安裝曝氣設(shè)施，配備鼓風(fēng)機(jī)供氣，后面的一格保持不變，作為SSH池。其中3格ARP池可以根據(jù)實(shí)際情況留出一格運(yùn)行SSH池。

曝氣系統(tǒng)采用4臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī),分為兩組分別向兩個(gè)池子進(jìn)行供氣，每組風(fēng)機(jī)出口配備有空氣流量計(jì)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：Q=43.2 m3/min，H=58 kPa，N=75 kW,5臺(tái)(4用1備）。采用3 m3/h曝氣頭，共計(jì)5 000個(gè)。

在總圖配電間的位置建造鼓風(fēng)機(jī)房，鼓風(fēng)機(jī)房尺寸為21 m×10 m×7 m。

原污泥回流管線增加DN600連通管及閥門；增加DN600旁通管、電動(dòng)閥門及電磁流量計(jì)，控制回流污泥量。

選擇池進(jìn)水管路利用原有管道不變。

將厭氧池改造為ARP/SSH池，進(jìn)泥采用潛污泵提升，從原有污泥分配槽提升入ARP/SSH，設(shè)潛污泵2臺(tái)，Q=300 m3/d，H=30 kPa。潛污泵管路增加DN300電磁流量計(jì)，共計(jì)2臺(tái)。

為解決浮渣問題，在SSH池安裝有浮渣出口，浮渣可直接進(jìn)入氧化溝。

目前,污水廠污泥回流比為50%~100％，平均為70％左右。現(xiàn)有每條線設(shè)2臺(tái)污泥回流泵，已經(jīng)配置有1臺(tái)變頻，改造后增加一臺(tái)變頻。ARP+SSH工藝的回流污泥根據(jù)進(jìn)水參數(shù)及具體運(yùn)行工況數(shù)值變頻調(diào)節(jié)，因此原有及新增的變頻控制接入中控室。

改造工程對(duì)原有厭氧池的進(jìn)水及進(jìn)泥線路進(jìn)行更改。改造后厭氧池進(jìn)水直接通過原有超越管道進(jìn)入卡魯塞爾氧化溝，將原有外回流污泥管道也直接接入卡魯塞爾氧化溝。原有的厭氧池改造為ARP/SSH池，新建一條外回流污泥管直接接入。改造示意見圖2。

圖2 厭氧池進(jìn)水及進(jìn)泥管路改造示意

3.2 氧化溝（改造）

一共有兩組卡魯塞爾2000型氧化溝，每組需增加6臺(tái)推流器,共計(jì)12臺(tái)，每臺(tái)推流器的功率為4 kW，其目的是在氧化溝反硝化時(shí)保持污泥懸浮。

氧化溝的曝氣設(shè)備通過在線儀表測量氨氮、硝態(tài)氮及溶解氧數(shù)值進(jìn)行控制。控制過程在原有污水廠的PLC直接編寫控制程序，這樣氧化溝的曝氣設(shè)備及內(nèi)回流就可以根據(jù)在線儀表檢測的數(shù)據(jù)運(yùn)行。

氧化溝為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸（L×B×H）=105 m×55.25 m×5.5 m,有效水深為5 m,停留時(shí)間為12 h,設(shè)計(jì)流量為1.16 m3/s。

主要設(shè)備：立式表曝機(jī)8臺(tái)（4臺(tái)變頻），葉輪直徑為3.75 m，單臺(tái)功率為160 kW,轉(zhuǎn)速為36 r/min,動(dòng)力效率為2.0 kgO2/(kW·h)�，F(xiàn)有推進(jìn)器８臺(tái)，葉輪直徑為2.5 m,單機(jī)功率為5.88 kW,轉(zhuǎn)速為6 r/min;新增推進(jìn)器12臺(tái)，葉輪直徑為2.5 m,單機(jī)功率為4 kW。

3.3 污泥泵池（改造）

根據(jù)現(xiàn)有工藝調(diào)整，將原有回流比變?yōu)楦鶕?jù)進(jìn)水量情況進(jìn)行調(diào)整。

原有4臺(tái)污泥回流泵，Q=1 740 m3/d，H=60 kPa，N=30 kW，分為2組，每組1臺(tái)變頻，1臺(tái)恒速。提標(biāo)改造為了達(dá)到更好的變頻回流控制，將原有2臺(tái)恒速泵也更換為變頻泵（Q=800 m3/d，H=30 kPa，N=15 kW），變?yōu)?/span>4臺(tái)變頻控制。

由于回流污泥量大幅減少，原有管路上的電磁流量計(jì)(DN1 000)計(jì)量不準(zhǔn)，因而增加DN600旁通管、電動(dòng)閥及電磁流量計(jì)，結(jié)合進(jìn)水流量及污水廠進(jìn)水負(fù)荷進(jìn)行變頻控制。

為了更好地控制外回流及ARP/SSH進(jìn)泥量，每組管路分別增加1臺(tái)DN250的電磁流量計(jì)，共計(jì)2臺(tái)。

3.4 紫外線消毒渠（新建）

設(shè)紫外燈管共176支，總裝機(jī)容量為51.2 kV·A。配套：系統(tǒng)配電/控制中心、在線機(jī)械加化學(xué)自動(dòng)清洗系統(tǒng)及液壓中心、紫外光強(qiáng)監(jiān)測系統(tǒng)、低水位傳感器及自動(dòng)水位控制系統(tǒng)等全套設(shè)備。

3.5 加藥裝置（新增）

利用原脫水機(jī)房空置用地。在必要時(shí)由業(yè)主自行采購安裝。

① PAC制備及投加裝置

混凝劑采用聚合鋁，設(shè)計(jì)投加量為30 mg/L。加藥設(shè)備采用溶藥、儲(chǔ)存、投加一體化成套設(shè)備，可視進(jìn)水量的變化調(diào)節(jié)投藥量。在實(shí)際運(yùn)行中，可根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)行或采用季節(jié)性投藥方式運(yùn)行。藥劑庫按30 d儲(chǔ)量設(shè)計(jì)。投加設(shè)備共2套,設(shè)計(jì)最大投加量為3 000 kg/d;投加濃度為10％。

② 醋酸鈉制備投加裝置

碳源采用醋酸鈉，設(shè)計(jì)最大投加量為1.23 t/d。加藥設(shè)備采用溶藥、儲(chǔ)存、投加一體化成套設(shè)備，可視進(jìn)水量的變化調(diào)節(jié)投藥量。在實(shí)際運(yùn)行中，可根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)行或采用季節(jié)性投藥方式運(yùn)行。藥劑庫按30 d儲(chǔ)量設(shè)計(jì)。

投加設(shè)備共2套,設(shè)計(jì)投加量為1.23 t/d。

3.6 鼓風(fēng)機(jī)房（新建）

鼓風(fēng)機(jī)房包括鼓風(fēng)機(jī)房、控制室等,鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu),尺寸(L×B×H)為21 m×10 m×7 m。

設(shè)羅茨鼓風(fēng)機(jī)5臺(tái)（4用1備），Q=43.2 m3/min,H=58 kPa,P=75 kW。

4 工藝運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

4.1 水處理效果

淮南第一污水處理廠升級(jí)改造項(xiàng)目于2013年底通水，2014年2月按照新的工藝模式粗放式運(yùn)行，2014年3月中旬開始工藝調(diào)試。2014年3月21日—3月31日，丹麥技術(shù)代表到污水處理廠指導(dǎo)工藝調(diào)試和技術(shù)培訓(xùn)。改造后污水廠運(yùn)行參數(shù)見表3。從污水處理廠提供的化驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，2014年3月以后，淮南首創(chuàng)第一污水廠提標(biāo)改造工程運(yùn)行狀況穩(wěn)定，各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造后近5個(gè)月（2015年1月—5月）污水處理廠運(yùn)行化驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。ARP/SSH池運(yùn)行數(shù)據(jù)見表5。

表3 改造后污水廠運(yùn)行參數(shù)

表4 提標(biāo)改造工程2015年1月—5月水質(zhì)數(shù)據(jù)

表5 第一污水處理廠ARP/SSH池調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)

第一污水廠的進(jìn)水BOD5/TN值低（平均比值不超過3）。理論上BOD5/N>2.86才能有效地進(jìn)行脫氮反應(yīng)，實(shí)際運(yùn)行中，一般在BOD5/TN＞4時(shí)對(duì)氮和磷的去除率才能達(dá)到60%左右，出水TN和TP才能保證基本達(dá)標(biāo)。因此，從本項(xiàng)目的進(jìn)水水質(zhì)來看，常規(guī)處理工藝下，要想實(shí)現(xiàn)出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)應(yīng)投加一定的外碳源，而這會(huì)造成運(yùn)行費(fèi)用的大大增加。本項(xiàng)目在沒有額外投加碳源的情況下同樣實(shí)現(xiàn)了達(dá)到出水一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該指出的是當(dāng)前水量只有9×104 m3/d，尚未滿負(fù)荷運(yùn)行。

運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，本廠ARP及SSH工藝不僅增加了整個(gè)生物處理系統(tǒng)的生物量，改善了菌種適應(yīng)性，提高了污水處理廠的耐沖擊負(fù)荷，使生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果和穩(wěn)定性大大提高，而且對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)碳源進(jìn)行了充分挖掘，為生物處理系統(tǒng)增加了一些可利用的優(yōu)質(zhì)碳源，在沒有外加碳源的條件下實(shí)現(xiàn)了出水TN、TP的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2014年4月—12月，污水廠化驗(yàn)室針對(duì)ARP及SSH池的運(yùn)行效果進(jìn)行了檢測(見表5)。外方調(diào)試前，污水廠化驗(yàn)室針對(duì)SSH池厭氧水解出的COD（主要為優(yōu)質(zhì)碳源揮發(fā)性脂肪酸VFA）進(jìn)行了3天的檢測。結(jié)果表明，水解效果明顯，折合補(bǔ)充有效碳源超過60 mg/L。丹麥技術(shù)人員到現(xiàn)場后，出于綜合考慮，對(duì)污水廠的運(yùn)行工況進(jìn)行了調(diào)整。運(yùn)行工況調(diào)整后，雖然SSH池的水解COD有所降低（穩(wěn)定后折合補(bǔ)充碳源約10 mg/L），但SSH池釋磷效果明顯，池內(nèi)濾后液TP含量達(dá)到10 mg/L左右，污水廠的整體運(yùn)行效果更加穩(wěn)定，TN、TP及其他各項(xiàng)出水指標(biāo)都能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

目前，由于淮南市亞行管網(wǎng)改造項(xiàng)目還在進(jìn)行中，第一污水廠的進(jìn)水水質(zhì)水量還未達(dá)到設(shè)計(jì)值，相應(yīng)ARP/SSH池的處理能力也沒有完全發(fā)揮，預(yù)計(jì)隨著進(jìn)水水質(zhì)濃度提高，ARP/SSH工藝的更多潛力也會(huì)被充分地挖掘出來。

4.2 節(jié)能效果

2014年處于調(diào)試運(yùn)行，不能保證完全按新工藝運(yùn)行，單耗不完全有代表性，故未采用。采用2012年、2013年、2015年1月—5月的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果見表6。

表6 第一污水處理廠能耗

提標(biāo)后比提標(biāo)前噸水運(yùn)行費(fèi)僅提高0.040 9元。如果不采用ARP/SSH工藝，按照可行性研究報(bào)告，需投加PAC（聚合鋁）30 mg/L，醋酸鈉平均為6.2 t/d。按PAC為1 600 元/t、醋酸鈉為3 300 元/t、電價(jià)為0.70 元/(kW·h)計(jì)算，各單項(xiàng)需增加的運(yùn)行費(fèi)用：PAC為0.048 元/m3,醋酸鈉為0.204 6 元/m3,紫外消毒為0.015 6 元/m3,總共需增加的運(yùn)行費(fèi)為0.268 2元/m3。

5 結(jié)論

該項(xiàng)目改造規(guī)模為10×104 m3/d。采用ARP/SSH工藝改造完成后，污水處理廠水質(zhì)檢測顯示出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。而竣工報(bào)告顯示，工程預(yù)（決）算價(jià)僅為1 577.3萬元。

我國有相當(dāng)一部分污水處理廠進(jìn)水氮、磷濃度較高，而有機(jī)物濃度較低。ARP/SSH工藝適用于這部分污水處理廠升級(jí)改造，不僅投資較低，且運(yùn)行中可減少外加碳源量，具有較顯著的節(jié)能意義。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第20期“工程實(shí)例”欄目）=====================================================

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