根据郑州市颁布的《贾鲁河流域水污染物排放标准》、实施《水污染防治行动计划》及海绵城市、黑臭水体治理项目的要求, 市域内现状污水处理厂亟待提标改造, 进一步提升出水标准。

　　 马头岗污水处理厂升级改造工程通过方案比选, 最终采用吸附性能优异的活性焦工艺^[1~3]作为升级改造工程主体处理工艺。但活性焦工艺单座吸附池截面面积有限, 由此造成数量众多, 因此如何布置活性焦吸附池、活性焦房及如何控制活性焦工作过程中的进焦、翻焦、反冲等工序显得尤为重要。

　　 郑州马头岗污水处理厂总处理水量60万m³/d, 一二期工程各30万m³/d, 主要收集处理排水系统内生活污水和工业废水。其工艺流程见图1。

　　 活性焦实质是一种低比表面积 (一般≤600m²/g) 活性炭, 碘吸附值850 mg/g, 亚甲基蓝吸附值120mg/g, 具有价格相对便宜、机械强度高、耐磨损等优点。相对于木质活性炭, 其中孔比例更高, 正是这种孔隙结构比例决定了活性焦吸附性能更优, 使活性焦在污水处理领域有广泛的空间。

　　 本工程中活性焦吸附池是深度处理阶段的核心, 主要吸附去除COD、部分SS、降低色度提高感官性。

　　 本工程60万m³/d共设置活性焦吸附池4座, 每2座吸附池配套1座活性焦房。单座吸附池内设置5m×5m活性焦吸附塔48格, 每列6座, 共8列, 每2列共用1个操作管廊, 单座活性焦吸附池共设置4个管廊。每座吸附塔高度9.5m, 内部活性焦装填粒径2~5 mm, 装填高度7 m, 上升虑速约6.7m/h, 空床停留时间约60min。

　　 每座活性焦房为2座吸附池配套服务。活性焦房二层设有配水渠道及配水堰、空压系统和次氯酸钠加药系统, 配水渠为2座活性焦吸附池均匀配水;空压系统为各管路上气动阀提供压缩空气;加药系统分别投加至活性焦配水渠及后续的Ⅴ型滤池进水井。活性焦房一层设有变配电间、震动脱水筛间及进焦池、滤液池等。

　　 单座活性焦房设置8台震动脱水筛, 单台筛面1 500 mm×400 mm;进焦干式离心泵10台 (8用2备) , 单台Q=40m³/h, 扬程H=25m, 功率N=7.5kW, 由于投加焦水混合物, 泵后未设止回阀;干式离心滤液排出泵2台 (1用1备) , 单台Q=40m³/h, 扬程H=25m, 功率N=7.5kW。

　　 消毒药剂次氯酸钠采用原液投加, 设置计量泵4台 (3用1备) , 单台Q=200~500L/h, 扬程H=50m, 功率N=0.37kW。

　　 活性焦房是为活性焦吸附池服务的。活性焦房需要设置进焦池将活性焦与水混合均匀等量泵送至每格活性焦吸附池;活性焦房还需要设置震动脱水筛, 活性焦吸附池将吸附饱和的活性焦排至震动脱水筛, 通过脱水筛的震动进行焦水分离, 饱和活性焦外运再生, 污水排放至滤液池后提升排放至处理前端。

　　 由于布水、吸附等制约因素, 活性焦吸附池单格面积最大可至5m×5m。单格面积较小, 因此随着处理规模的扩大, 活性焦吸附池格数较多。但每一格均需要进焦、翻焦、反洗、排焦等时序操作;另外, 由于翻焦、排焦均采用气提, 活性焦房还布置有空压机。为便于系统操作, 消毒加药、变配电间等附属设施也需要布置于活性焦房内。

　　 根据需要深度处理的水质情况, 活性焦吸附池可分级设置, 一般采用1~3级。小规模的活性焦吸附系统可采用如图2所示的布置方式;大规模系统可采用如图3所示的布置方式, 且可以整组复制。

　　 单座活性焦吸附池配套设置排焦管路及排焦阀门、翻焦管路及翻焦阀门、冲洗管路及冲洗阀门等, 以同一格吸附池内加焦、排焦和翻焦不同时进行为原则。其工作时序可按表1进行布置 (每段工作时间具体项目可调) 。

　　 为了更清楚地描述活性焦加焦、翻焦、排焦的过程, 以马头岗升级改造工程60万m³/d活性焦吸附工艺为例进行说明。

　　 马头岗升级改造工程全厂60万m³/d, 设置2个活性焦吸附池及活性剂焦房组团, 每组1座活性焦房、2座活性焦吸附池, 全厂2座活性焦房 (分别为活性焦房A/B) 4座活性焦吸附池 (分别为活性焦吸附池Ⅰ~Ⅳ, (A焦房对应Ⅰ、Ⅱ吸附池, B焦房对应Ⅲ、Ⅳ吸附池) 单座活性焦吸附池8列, 6行 (X=8, Y=6) 。单座活性焦共48格, 全厂共192格, 见图4, 马头岗升级改造工程1座活性焦房对应2座活性焦吸附池 (96格) 。单座活性焦房进焦池有效容积100m³;震动脱水筛后滤液池有效容积80m³。

　　 全厂60万m³/d, 首次运行共需要加焦12 000t;正常运行时按设计进水水质计算每天需要排焦60t, 加焦60t (其中1/3为新焦、2/3为再生焦) 。全厂2座活性焦房, 则活性焦房A、B每天均需加焦30t (活性焦密度约0.5t/m³) , 每座活性吸附池需加焦15t, 折合30m³。加焦时焦水比为1∶2, 则每次焦水混合液需要配置90m³, 为便于投加建议一次配完。

　　 加焦时序为:焦炭卸料至加焦池, 同时注水 (深度处理出水) 并混合搅拌。全部90m³焦水混合物搅拌均匀后, 边泵送边继续搅拌, 直至加焦完毕。

　　 每座活性焦房同一时间仅向1座活性焦吸附池加焦:活性焦房A向吸附池Ⅰ加焦后向吸附池Ⅱ加焦, 活性焦房B向吸附池Ⅲ加焦后向吸附池Ⅳ加焦。

　　 以活性焦房A加焦为例, 活性焦房A第j (j=1~6) d向吸附池Ⅰ第 (i, j) 格 (i=1~8, j) 依次加焦, 6d为一个周期, 轮换进行。每天活性焦房A向吸附池Ⅰ加焦完毕后, 向吸附池Ⅱ加焦, 轮换进行。

　　 活性焦房A共设置进焦干式离心泵10台 (8用2备) , 分2组, 每组4台, 分别向吸附池Ⅰ、Ⅱ加焦。

　　 每次投加所需时间:卸焦20 min, 同时加水搅拌, 卸焦完毕后继续搅拌20min, 后加焦40min, 后反冲洗水1min, 共约1.5h。

　　 为了提高活性焦使用寿命, 最大限度利用其吸附能力, 活性焦吸附池在正常运行过程中需要翻焦 (洗焦) 。

　　 每格吸附池可以多次翻焦洗焦, 总的翻焦 (洗焦) 时间为30 min, 单格池的压缩空气量为1Nm³/min, 气压0.5~0.6 MPa, 排污水量为600L/min。

　　 和加焦一样, 吸附池Ⅰ第 (i, j) 格 (i=1~8, j) 依次洗焦, 6d为一个周期, 轮换进行。

　　 A座活性焦房, 配套空压机3台 (2用1备) , 单台9.5 m³/min。则A座活性焦房可以对吸附池Ⅰ/Ⅱ同时翻焦洗焦。同时B座活性焦房对应的吸附池Ⅲ/Ⅳ也可以同时翻焦洗焦, 关键在于复核震动脱水筛及废水排放的能力。

　　 如果每天每格都进行翻焦洗焦, 则一天每座吸附池需要翻焦洗焦5行 (40格) (另外8格需要进焦) , 4座可以同时洗, 则每天约3h可以全部翻焦洗焦完毕。

　　 A座活性焦房对应的吸附池每天排焦量为30t, 约60m³。

　　 吸附池每格排焦管口径DN65, 单格池的压缩空气量为1Nm³/min, 排焦速度100L/min, 每次排焦时间40 min, 每格活性焦吸附池总计排焦约4m³, 同时8格活性焦吸附池排焦 (共30hm², 约15t) 。排焦过程管道中水与焦的比例为1∶2 (体积比) , 每格活性焦吸附池的滤液水量为50L/min, 每天排焦过程中产生的总滤液水量为16t, 瞬时流量为400L/min。排焦完成后用Ⅴ型滤池出水冲洗管道。

　　 震动脱水筛震动脱水筛后滤液池有效容积80m³, 可满足A活性焦房对应的Ⅰ/Ⅱ吸附池同时排焦。

　　 目前国内还没有大规模市政污水深度处理应用活性焦吸附工艺的先例。本工程详细介绍了活性焦吸附池及活性焦房的工程及控制设计, 可供其他类似工程参考。