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1、工程概況、水質(zhì)及問題分析

1.1 工程概況

山東省某縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠總規(guī)模4.5×104m3/d，分兩期建設(shè)。一期工程于2009年開工建設(shè)，規(guī)模1.5×104m3/d，采用粗、細(xì)格柵-曝氣沉砂池-A2O生化池-氣浮池-纖維束濾池-二氧化氯消毒工藝；二期工程于2017年開工建設(shè)，擴(kuò)建規(guī)模3.0×104m3/d，采用粗、細(xì)格柵-曝氣沉砂池-調(diào)節(jié)池-渦凹?xì)飧〕?水解酸化池-A2O生化池-二沉池-高效沉淀池-臭氧接觸池-V型砂濾池-二氧化氯消毒工藝，出水水質(zhì)均執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918－2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)狀進(jìn)水多為生物、化工及能源加工廢水，含油脂較多，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，外排水需達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）的準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)要求，再生水需達(dá)到特定企業(yè)回用要求，因此提標(biāo)改造及再生水廠的建設(shè)需重視有機(jī)物的進(jìn)一步減量及鹽分的削減。

一期工程現(xiàn)狀進(jìn)水為市政污水，以生活污水居多，鹽分較少，水質(zhì)較好，出水水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，本次直接作為再生水工程的進(jìn)水水源，不再另外進(jìn)行提標(biāo)改造。二期工程提標(biāo)后取其中1.5×104m3/d與現(xiàn)狀一期1.5×104m3/d合并進(jìn)入新建的再生水工程，作為再生水工程的水源水，剩余的1.5×104m3/d達(dá)到地表水準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)后外排。

1.2 現(xiàn)狀水質(zhì)分析

①一期工程水質(zhì)

一期工程進(jìn)水以生活污水為主，主要設(shè)計(jì)水質(zhì)：COD≤500mg/L，BOD5≤280mg/L，SS≤300mg/L，NH3-N≤40mg/L，TN≤50mg/L，TP≤5.0mg/L，實(shí)際平均進(jìn)水水質(zhì)：COD≤200mg/L，BOD5≤150mg/L，SS≤200mg/L，NH3-N≤20mg/L，TN≤30mg/L，TP≤1.5mg/L；出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

②二期工程水質(zhì)

二期工程進(jìn)水混有幾種工業(yè)廢水且含油脂較多。二期工程采用不同的工藝先進(jìn)行分質(zhì)處理，再與一期工程出水混合后水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

二期工程的進(jìn)、出水水質(zhì)分析如表1所示。

③再生水水質(zhì)

監(jiān)測(cè)總出水口水質(zhì)：TDS≤4000mg/L，電導(dǎo)率≤6240μS/cm，硬度≤3150mg/L，氯離子≤2000mg/L。再生水出水水質(zhì)需要滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T19923—2005）及《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2020）標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)回用標(biāo)準(zhǔn)：TDS≤1000mg/L，電導(dǎo)率≤1500μS/cm，硬度≤450mg/L，氯離子≤250mg/L，濁度≤5NTU，余氯≥0.05mg/L。

1.3 現(xiàn)狀問題及提標(biāo)核心工藝

1.3.1 提標(biāo)改造工程

二期工程目前運(yùn)行效果較好，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。與地表水準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)相比，COD及TN不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，氨氮、TP偶爾超標(biāo)。

①根據(jù)山東省內(nèi)“兩清零一提標(biāo)”要求，本次設(shè)計(jì)出水TN≤10mg/L。新標(biāo)準(zhǔn)下，要求脫氮率至少高于80%，TN的脫除全部由二級(jí)生化處理完成。此次將生化池由A2O改為Bardenpho（A2O+AO）工藝，同時(shí)增加碳源投加設(shè)施，以進(jìn)一步提高二級(jí)生化系統(tǒng)的脫氮率。對(duì)TN的去除幾乎完全靠生物脫氮去除。Bardenpho（A2O+AO）工藝是目前比較流行的一種AAO污水處理工藝，其工藝模式為AAO+AO，形式上與多級(jí)AO類似，但實(shí)際設(shè)計(jì)和原理有較大不同。由于采用了兩級(jí)A/O工藝，脫氮除磷效果較好，脫氮效率可達(dá)90%～95%。

本次將現(xiàn)狀A(yù)AO生化池改造為五段Bardenpho生化池。由于采用了兩段缺氧、兩段好氧工藝，污染物在各段之間存在濃度差，形成較高的降解梯度，提高了污染物去除效率。與傳統(tǒng)的AAO相比，在第二級(jí)A/O工藝中，由第一好氧池而來的混合液進(jìn)入第二缺氧池后，反硝化菌利用混合液中的內(nèi)源代謝物質(zhì)進(jìn)一步反硝化，反硝化產(chǎn)生的N2在第二好氧池經(jīng)曝氣吹脫釋放，改善了污泥的沉降性能，大大提高了反硝化脫氮效率。此次改造在總停留時(shí)間不變的情況下，重新調(diào)整優(yōu)化各分區(qū)停留時(shí)間：厭氧池1.85h、一級(jí)缺氧池3.7h、一級(jí)好氧池11.68h、二級(jí)缺氧池2.66h、二級(jí)好氧池2.66h，結(jié)合碳源投加優(yōu)化調(diào)整，確保出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

②二期工程由于預(yù)處理完善、生化系統(tǒng)停留時(shí)間較長、生化池負(fù)荷較低，在保證充足的曝氣和較長的污泥齡情況下，結(jié)合生化系統(tǒng)的優(yōu)化改造（在現(xiàn)狀好氧區(qū)后端增加攪拌設(shè)備，將部分好氧區(qū)改造為二級(jí)缺氧區(qū)），出水氨氮基本能穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

③對(duì)于本次提標(biāo)改造重點(diǎn)控制指標(biāo)COD，可通過改造臭氧接觸方式提高臭氧氧化效率，進(jìn)一步去除難降解COD。將二期普通臭氧氧化池改造為均相催化氧化工藝（由普通曝氣頭改為效率更高的射流曝氣），進(jìn)一步降低出水COD。

二期工程的工業(yè)廢水中含有一定量的難降解物質(zhì)，對(duì)難降解物質(zhì)再進(jìn)行深度生化處理意義不大，一般采用高級(jí)氧化法去除。目前常用的高級(jí)氧化技術(shù)主要為芬頓氧化和臭氧催化氧化。由于芬頓氧化需調(diào)酸調(diào)堿，大大增加成本，同時(shí)產(chǎn)生大量疑似危廢污泥，不適用本項(xiàng)目。本工程重點(diǎn)采用臭氧氧化進(jìn)行處理。由于普通臭氧氧化能力有限，且臭氧投加量很大，效果不理想，因此采用臭氧催化氧化技術(shù)。

與單一臭氧氧化技術(shù)相比，臭氧催化氧化技術(shù)的特色主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①高效臭氧溶氣系統(tǒng)，利用電磁作用改變污水中分子的微觀物質(zhì)形態(tài)，提高臭氧氣體的溶解效率，并有效減少臭氧投加量。②高效催化系統(tǒng)，分為均相催化和非均相催化兩種。本次采用的均相催化反應(yīng)機(jī)理是：a.金屬離子促進(jìn)臭氧分解，然后生成·OH，利用高活性的·OH氧化有機(jī)物；b.金屬離子和有機(jī)物絡(luò)合，最終被臭氧氧化。

二期臭氧催化氧化小試結(jié)果見表2?，F(xiàn)狀臭氧投加量為25mg/L。由表1可知，實(shí)際出水COD指標(biāo)不能穩(wěn)定達(dá)到30mg/L。而根據(jù)表2數(shù)據(jù)，小試投加10mg/L臭氧即可控制出水COD達(dá)到30mg/L以下。為穩(wěn)定出水指標(biāo)，設(shè)計(jì)投加值為20mg/L，即臭氧投加量由25mg/L降至20mg/L。由此可知，臭氧催化氧化在去除有機(jī)物方面確實(shí)優(yōu)于普通臭氧氧化。

1.3.2 再生水工程

根據(jù)現(xiàn)狀出水水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，含鹽量、硬度及部分指標(biāo)無法達(dá)到企業(yè)回用要求。本次新增3×104m3/d超濾+2×104m3/d反滲透系統(tǒng)處理污水處理廠出水，降低出水鹽分、硬度等指標(biāo)，達(dá)到企業(yè)回用要求。

2、再生水廠工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝方案

①改造二期生化池，將現(xiàn)狀A(yù)2O工藝改造為Bardenpho（A2O+AO）工藝，增加二級(jí)缺氧段，強(qiáng)化脫氮除磷能力。

②改造二期臭氧氧化系統(tǒng)，將現(xiàn)狀普通臭氧接觸池改造為臭氧催化氧化池，強(qiáng)化對(duì)COD的去除。

③新建膜車間，內(nèi)設(shè)雙膜（UF+RO）膜組件；建設(shè)配套綜合水池，提供和貯存膜池進(jìn)出水；新建再生水泵房，將制備好的再生水泵入城區(qū)回用企業(yè)。

2.2 主要構(gòu)（建）筑物及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

該工程已竣工通水且運(yùn)行良好，所有參數(shù)均為現(xiàn)狀實(shí)際數(shù)據(jù)。

2.2.1 生化池改造

改造內(nèi)容：在現(xiàn)狀好氧區(qū)后端增加攪拌設(shè)備，將部分好氧區(qū)改造為二級(jí)缺氧區(qū)，改造后形成厭氧區(qū)、一級(jí)缺氧區(qū)、一級(jí)好氧區(qū)、二級(jí)缺氧區(qū)、二級(jí)好氧區(qū)的分區(qū)布局。改造數(shù)量：2座。單座設(shè)計(jì)流量906m3/h，有效水深5.5m，有效容積15824m3，污泥濃度（MLSS）3500mg/L，污泥齡21d。改造后各分區(qū)停留時(shí)間：厭氧池1.85h、一級(jí)缺氧池3.7h、一級(jí)好氧池11.68h、二級(jí)缺氧池2.66h、二級(jí)好氧池2.66h。改造增加設(shè)備情況：低速潛水推進(jìn)器5臺(tái)，單池2臺(tái)，1臺(tái)冷備。單臺(tái)參數(shù)：D=720mm，n=460r/min，N=5.5kW。

2.2.2 臭氧池改造

改造目的：利用羥基自由基的強(qiáng)氧化性去除有機(jī)物。池體數(shù)量：1座，2格。設(shè)計(jì)流量1813m3/h，設(shè)計(jì)臭氧投加量20mg/L，反應(yīng)時(shí)間60min。臭氧催化氧化池的臭氧總投加量為20mg/L。臭氧接觸池改造：原外池壁不變，重做內(nèi)部隔墻，改造后單格尺寸10.0m×3.6m。新增主要設(shè)備及材料：高效臭氧溶氣裝置，不銹鋼316L材質(zhì)，N=0.4kW，4套；定制泵，Q=200m3/h，H=240kPa，N=22kW，不銹鋼316L材質(zhì)，變頻，5臺(tái)，4用1冷備；二次混合設(shè)備，不銹鋼316L材質(zhì)，4套；均相催化反應(yīng)器，N=7.2kW，2臺(tái)。原有臭氧發(fā)生器設(shè)備間及液氧站滿足臭氧投加20mg/L使用要求，本次利舊使用，不再進(jìn)行變動(dòng)。

2.2.3 新建再生水系統(tǒng)

①膜車間

尺寸45.6m×41.6m×7.5m。設(shè)計(jì)8組UF系統(tǒng)，單組產(chǎn)水量144m3/h，設(shè)計(jì)6組RO系統(tǒng)，單組產(chǎn)水量150m3/h，COD去除率98.0%，脫鹽率97.0%。a.超濾膜系統(tǒng)：原水泵，臥式單級(jí)離心泵4臺(tái)（3用1備，交替運(yùn)行），額定流量440m3/h，揚(yáng)程300kPa，功率55kW；超濾膜512支，膜元件面積55.7m2，聚偏二氟乙烯材質(zhì)，標(biāo)稱孔徑0.02μm，中空纖維直徑為1.1mm外徑/0.66mm內(nèi)徑，采用全流過濾（死端過濾）模式；b.RO系統(tǒng)：進(jìn)水泵，臥式單級(jí)離心泵4臺(tái)（3用1備），額定流量420m3/h，揚(yáng)程240kPa，功率45kW；濾芯骨架為聚丙烯PP，濾芯精度5μm；高壓泵立式多級(jí)離心高壓泵6臺(tái)，額定流量200m3/h，揚(yáng)程1380kPa，額定功率110kW；反滲透膜元件1296支，卷式芳香聚酰胺復(fù)合膜（TFC）材質(zhì)，平均膜通量28L/（m2·h），脫鹽率為99.0%~99.6%；壓力容器：8英寸（1英寸=2.54cm）側(cè)聯(lián)（六芯），F(xiàn)RT增強(qiáng)型玻璃鋼材質(zhì)，工作壓力為2.1MPa，RO膜殼數(shù)量為216根。

②綜合池

尺寸43.8m×23.3m×6.5m（地下2.0m，地上4.5m）。原水池處理能力30000m3/d，有效池容953.5m3，停留時(shí)間0.76h；超濾產(chǎn)水池處理能力27000m3/d，有效池容806.93m3，停留時(shí)間0.72h；反滲透產(chǎn)水池處理能力20000m3/d，有效池容467.17m3，停留時(shí)間0.56h；清水池處理能力20000m3/d，有效池容3238m3，有效水深6.0m，全部用作超濾產(chǎn)水時(shí)停留時(shí)間2.87h，全部用作反滲透產(chǎn)水時(shí)停留時(shí)間3.88h。由原污水處理廠加氯間引入消毒管加氯消毒。

③再生水泵房

加壓送水至再生水管網(wǎng)，尺寸22.7m×7.4m×7.7m（地下2.0m，地上5.7m）；主要設(shè)備：單級(jí)雙吸臥式離心泵6臺(tái)，4用2備，2臺(tái)變頻，Q=209m3/h，H=450kPa，N=45kW。

2.3 工藝流程

改造后的整體工藝流程見圖1。

3、工程投資及運(yùn)行情況

該工程于2021年10月底完成竣工驗(yàn)收，總投資6483.12萬元，工程直接費(fèi)5176.12萬元。2022年通水以來，實(shí)際供水量為1530m3/d，累計(jì)供水量為47400m3/月。超濾膜組運(yùn)行3組，2用1備，循環(huán)使用；RO膜組運(yùn)行2組；根據(jù)各池液位、ORP、pH等指標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)運(yùn)行。改造后的實(shí)際出水水質(zhì)、再生水水質(zhì)分別見表3、4。

由表3、4可知，該項(xiàng)目竣工后，生產(chǎn)運(yùn)行良好，二期工程出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到地表水準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，反滲透最終出水TDS≤57mg/L、電導(dǎo)率≤77μS/cm、總硬度未檢出、氯離子≤20mg/L、濁度≤1NTU，余氯≥0.05mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到且遠(yuǎn)優(yōu)于企業(yè)回用水要求。提標(biāo)改造工程運(yùn)行單位費(fèi)用（增量費(fèi)用）為0.6元/m3，再生水費(fèi)用為2.0元/m3?，F(xiàn)狀縣城內(nèi)非居民用水水價(jià)為5.3元/m3，再生水費(fèi)用遠(yuǎn)低于自來水費(fèi)，可大大降低企業(yè)用水成本。

4、結(jié)論

山東省某縣城污水廠采用Bardenpho（A2O+AO）+臭氧催化氧化工藝對(duì)原一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)出水進(jìn)行準(zhǔn)Ⅳ類提標(biāo)改造，并以此為原水采用雙膜法（UF+RO）進(jìn)行再生水處理回用。二級(jí)生化Bardenpho（A2O+AO）工藝的應(yīng)用強(qiáng)化了對(duì)有機(jī)物及總氮的去除，臭氧催化氧化池的改造減少了臭氧用量，保障了出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該工程竣工至今，系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，鹽分去除效果明顯，回用至企業(yè)后提高了水的重復(fù)利用率。