浙江省某污水处理厂, 设计远期处理规模6万m³/d, 近期规模2万m³/d。服务区域包括周边2个镇级生活污水, 以及印染、造纸、啤酒等涉水企业组成的工业园区预处理设施出水, 设计工业废水比例占60%左右。项目采用BOT模式建设, 于2015年3月投产运行, 特许经营期27年。设计出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A标准, 污泥含水率要求80%以下, 尾水就近入港, 污泥卫生填埋。

　　 工程设计进出水水质如表1所示, 工艺流程如图1所示。

　　 高密度澄清池是混合凝聚、加速絮凝、沉淀分离3个功能的集成 (见图2) 。

　　 原水与絮凝剂 (铝盐或铁盐) 在混合区快速混合反应后, 进入絮凝反应区的中心筒, 同步加入PAM助凝剂及自沉淀区的循环污泥, 通过慢速搅拌, 实现水、泥、药的絮凝反应。絮凝混合液进入沉淀区, 通过斜管层分离, 实现污泥沉淀及固液分离。使用刮泥机将沉淀污泥刮入浓缩区, 再用排泥泵抽走。其性能特点主要有^[1]:

　　 (1) 絮凝能力较强, 反应区可形成500mg/L以上的混合液, 沉淀效果好。

　　 (2) 水力负荷大, 可达23m³/ (m²·h) 以上, 较一般斜管沉淀池高。

　　 (3) 通过循环污泥回流, 较一般平流式沉淀池节省药耗约20%。

　　 (4) 因上升流速高, 占地面积小, 如占地较平流式沉淀池节约50%左右。

　　 滤布滤池一般采用纤维滤布, 平均孔径≤10μm, 进水SS一般设计30mg/L以下, 出水≤10mg/L (见图3) 。

　　 过滤时, 滤前水进入滤池, 自外而内进入滤盘, 在液位差作用下完成过滤。此时滤盘处于静态淹没状态, 悬浮物被截留在外滤布面, 滤后清水通过滤盘内中心管排出。运行一段时间后, 滤布上悬浮物聚集, 滤前水位上升, 当达到预设的清洗水位时, 滤盘驱动电机启动, 转动滤盘, 抽吸水泵通过负压抽吸, 将滤布外层附着的污物排走, 即使在清洗时, 仍能实现过滤。其性能特点主要有^[1]:

　　 (1) 采用微孔过滤技术 (一般10μm或以下滤径) , 过滤精度高, 出水SS可稳定在10mg/L以下。

　　 (2) 设备简单紧凑, 附属设备少 (仅滤盘、驱动电机、反洗泵及配套自控) , 无需气洗设备及专门清洗设备间。

　　 (3) 滤布表面清洗效率高, 耗水少。一般清洗间隔时间1~2h, 清洗历时1min左右, 清洗水量仅约为处理水量的1%~3%。

　　 (4) 过滤水损小, 一般水损≤0.2 m, 运行电耗低, 高程上无需前端设置二次提升泵池。

　　 设备基本配置如表2所示, 设计、实际运行参数如表3所示。

　　 设备基本配置如表4所示, 设计、实际运行参数如表5所示。

　　 图4~图6为2016年5月深度处理单元的运行情况。通过数据来看, 尽管深度处理进水水量、水质波动, 单元出水指标均稳定达标, 其中出水均SS≤8mg/L, 出水均TP≤0.3mg/L, 出水感官良好。

　　 针对该污水处理厂平时收水量有限, 而梅雨季节降雨频繁、雨污分流管网尚不完善的特点, 实际运行时, 建立旱季、雨季不同运行模式。暴雨期, 水量过大会造成高密度澄清池出水槽淹没, 通过调节进水提升泵运行频率, 维持高密度澄清池的瞬时处理量及沉淀区表面负荷相对稳定。且小水量时仅采用单系列运行, 高峰流量时酌情开启高密度澄清池超越阀, 分流部分流量, 控制高密度澄清池液位不超过三角堰口1/2。

　　 高密度澄清池设计加药采用PAC絮凝剂, 通过人工配药、稀释后液体投加。人工劳动强度大, 未溶PAC易在药池底板结, 且往往由于配药不及时造成缺药、药剂溶解时间短等问题, 影响运行效果。

　　 为筛选出适合本厂的最优药剂, 开展铁盐、铝盐多批次加药烧杯试验, 小试结果如表6所示。从结果来看, 综合SS和TP去除效率、操作简便及运行成本考虑, 选取排序为:硫酸铝 (液体, 7.8%) 、碱式氯化铝 (液体, 6%) 、聚硫酸铁 (液体, 11%) 、PAC (固体, 28%) 。硫酸铝投加质量浓度约在40~60mg/L (体积比:0.03‰~0.05‰) , 对于除磷, 每去除单位物质的量TP, 消耗有效铝 (Al) 的物质的量约为2.7, 即其物质的量浓度比 (摩尔比) 为2.5~4。

　　 反应区搅拌器应选用合理的搅拌强度, 以确保聚物搅拌充分、絮凝良好。若搅拌器转速过高, 则矾花可能被打碎而重新解絮;转速太低则有污泥在反应区沉积的可能。

　　 该区设计搅拌功率采用5.5kW, 鉴于污泥回流可进一步提升搅拌强度, 实际运行时发现功率偏大, 部分絮体有解絮可能, 因此对搅拌电机加装了变频器, 确保搅拌高低速灵活调节。2台搅拌器技改费用共计9 000元, 通过效益分析, 运行4个月即可回本, 年节省电费达2.5万元以上。

　　 污泥回流的目的是加速矾花形成、加大矾花密度。通过回流/排泥操作, 控制反应区的SV₃₀在10%~16%, 以肉眼可见明显矾花、静沉后界面清晰为佳。通过低频 (30 Hz) 运行, 控制回流比在6%以内。

　　 实际运行过程中, 发现螺杆泵选型仍偏大 (60m³/h) , 建议以后同类项目设计时, 改为小泵25m³/h (回流比3%~5%) ^[4], 另外考虑在泵出口增加电磁流量计, 以便计量。

　　 日常运行中, 每日应安排排泥, 控制沉淀区泥位, 避免发生出水口冒泥现象。现场安排运行白/夜班各排泥一次 (每次排泥约半小时) , 排泥前后用厂自行加工的泥位计检测沉淀区泥位, 根据泥位降来测算日排除的污泥量。

　　 运行约半年时间, 降低池内液位至斜管层底部, 观察斜管层污泥淤堵情况, 若存在污泥淤积, 则用高压水枪冲洗。

　　 通过冲洗清淤, 可恢复斜管固液分离功能, 运行良好时, 从清水层可肉眼观察到斜管层顶部, 水质清澈透亮, 感官良好。

　　 高密度澄清池出水SS直接影响滤布滤水性能 (见表7) 。根据运行实践, 通过控制滤池进水SS≤30mg/L^[2], 合理设置滤池滤速及反洗, 确保良好的过滤效果及出水SS指标。

　　 运行一段时间后, 滤布透水效果变差, 现场拆解滤布, 用高压水枪冲洗滤布内外表面污浊物, 使滤布恢复初始功能 (见图7) 。定期下临时泵 (建议每月1次) , 抽取并排出滤池底部积泥。

　　 为考察现有微孔滤布孔隙 (10μm) 大小是否适用本项目, 针对高密度澄清池出水, 用不同滤速定量滤纸 (不同孔隙) 模拟过滤, 并与实际滤布滤池出水对比SS截留率, 试验结果表明滤布滤池受滤速、孔隙堵塞率等因素影响, 对SS截留率略低于同类孔隙的滤纸, 但仍能保证达标出水 (见表8) 。

　　 经滤布滤池过滤后, 尽管出水感官极清澈, 但化验室的出水SS检测结果不稳定 (SS检测取样体积100mL) , 平行样偏差较大。后采集同一出水样, 用100~400mL不同体积滤膜过滤, 每一过滤体积下, 做SS平行样检测。结果如表9所示, 当取样体积<200mL时, 烘干称量恒重与否、取样体积均影响SS检测结果。

　　 根据SS检测方法^[5], 有3点注意事项: (1) “空滤膜+称量瓶”反复烘干、冷却、称量, 2次称量重量差≤0.2mg; (2) “截留悬浮物的滤膜+称量瓶”反复烘干、冷却、称量, 2次称量重量差≤0.4mg; (3) 一般以5~100 mg悬浮物量做为量取试样体积的实用范围。

　　 针对 (1) (2) :如取样体积仅为100mL时, 假设试样SS理论质量浓度为10mg/L, 如果未严格保证恒重, 则结果偏差至少为 (10±4) mg/L, 偏差率达40%, 极大地影响SS检测结果;针对 (3) :假设试样SS质量浓度为5~20mg/L时, 滤膜过滤时取样体积宜在300mL以上, 避免滤膜上悬浮物过少而增大称量误差。现场对化验人员进行了业务培训宣贯, 一是严格恒重, 二是取样体积改为300mL, 从而消除了SS检测误差。

　　 (1) 高密度澄清池、滤布滤池组合作为深度处理单元, 发挥澄清、过滤功能, 从运行实践来看, 工艺可靠, 出水稳定。

　　 (2) 高密度澄清池运行控制要点:应确保进水量平稳, 避免负荷冲击;优选液体硫酸铝 (7.8%含量) 作为本厂絮凝剂, 投加质量浓度约在40~60mg/L (体积比0.03‰~0.05‰) ;反应区应设置合理的絮体搅拌强度, SV₃₀控制10%~16%;合理安排排泥频次;定期冲洗斜管层。

　　 (3) 滤布滤池运行控制要点:控制滤池进水SS≤30mg/L;合理设置滤池滤速及反洗;滤布内外表面需定期拆卸冲洗;滤布滤池孔隙10μm时, 基本具备良好的SS过滤截留性能;针对低质量浓度出水SS检测特点, 强调严格恒重及过滤体积宜不低于300mL的原则。