污水处理厂提标改造加药间工程设计

李晔桦

(同济大学建筑研究院(集团)有限公司,上海230069)

为响应《西安市城镇污水处理厂再生水化提标改造和加盖除臭工程三年行动方案》,到2020 年,全市城镇污水处理厂出水水质达道地表水IV 类水质标准。随着政府对城市建设中水环境质量的要求不断提高,污水处理厂建设需跟上国家和地方政府建设新思路。

目前,城市污水存在低碳高氮磷的水质特点,由于有机物的含量偏低,常规的生物除氮磷技术很难使污水处理厂出水总磷、磷达到标准[1]。实践证明,投加混凝剂、助凝剂进行深度处理是使出水总磷达标的有效手段[2]。在反硝化过程中投加碳源是使好氧细菌增加、氨氮的同化作用增强、是污水处理厂提高除氮效果的重要手段。本工程以渭北工业区污水处理厂为例,为污水厂提标改造加药间设计提供参考。

1 加药方案的设计

渭北工业污水厂服务范围为临潼现代工业组团(渭河以北,涉及临潼区北田、任留、雨金、新市四个街道办,规划总用地规模调整为110 平方公里,其中51.03 平方公里为建设用地)内产生的工业废水和生活污水。收集污水进入水解酸化-AAO-MBR 一体式生化池,经过生化池的水解酸化、脱氮除磷、生物膜过滤等反应后,出水达到一级A 标准。本工程在一期出水达到一级A 水质标准的基础上,增加的深度处理工艺,使出水达到地表水准IV 类标准。工艺流程如下所示,提标改造新增单体为高效沉淀池、反硝化深床滤池、臭氧催化氧化池、加药间。

高效沉淀池进水分为两路,一路为MBR 出水,根据总体工艺流程,设计最大水量34560m3/d,设计最小水量2700m3/d,另一路为中水回用系统中浓水处理工艺末端出水,设计正常水量为7300m3/d,最小水量为0,最大水量为10000m3/d。

因此本深度处理工程进水分两组极限工况:

(1)工况1:进水水量34560m3/d,即1440m3/h；进水水质为一级A,如下表:

项 COD BOD SS NH3-N TN TP TDS浓度(mg/L) 50 10 3 5 15 0.5 2000

(2)工况2:进水水量10000m3/d,即416.7m3/h；进水水质如下表:

项 COD BOD SS NH3-N TN TP TDS浓度(mg/L) 50 10 8.11 5 38.1 0.5 5018.4

出水指标执行地表水IV 类,具体指标如下表所示:

项 COD BOD SS NH3-N TN TP浓度(mg/L) 30 6 10 5 12 0.3

本次选择乙酸钠作为碳源为反硝化深化滤池加药[3],选择PAC(聚合氯化铝Aln(OH)mCl3-m)、PAM(聚丙烯酰胺(C3H5NO)n)作为絮凝剂为高效沉淀池加药。与传统污水处理厂为人工溶解药品,人工加药不同。本次选择购买成品容积的药剂,或者选择一体化的自动泡药机。不仅可以避免人工溶解药物,使得加药间过脏、粉尘过大。而且还可节省加药间人力成本,使得加药间更加智能化。

2 加药量的计算

现对加药量的计算进行详细的说明,由于渭北污水处理厂中水的回用系统,使得进水水质有两种不同的极限工况,污水处理厂的储存药量应满足两种工况的最高值。

2.1 PAC 加药量计算

PAM加药点为高效沉淀池,采购的10%的PAC 溶液。投加量按照2mol Al/1molP 计算,P 的相对分子质量为31,铝的相对分子质量为27,摩尔折算为质量比:Al/P=1.74。根据厂家提供资料,液态PAC 密度1.19kg/L,Al2O3含量10%,盐基度70%,Al2O3相对分子质量为102,其中Al 为54,PAC 中铝的含量=(54/102)*10%=5.3%(Al/PAC 溶液)。PAC 溶液与去除溶解性磷的比例:KPAC=1.74/0.053=32.8(mg/mg P)(PAC 溶液/P)。

工况1 时:高效沉淀池的进水全来自于MBR,水量为34560 m3/d。用水量取35000m3/d,进水溶解态磷:0.5mg/L(一级A 水质标准),出水溶解态磷:0.3mg/L(准VI 类标准)。PAC 溶液的投加量为:q=32.8(0.5-0.3)=6.56mg/L,考虑混凝沉淀用量按照经验值取20mg/L。

PAC 溶液的日用量:G=20*35000/1000=700kg/d(工况1 时水量为35000m3/d)。

PAC 溶液的体积为700/1.19/1000=0.59m3/d。

工况2 时:高效沉淀池的进水2700m3/d 来自MBR 出水,7300m3/d 来自中水回用系统中浓水处理工艺末端出水。总进水量为10000 m3/d。高效沉淀池进水溶解态磷:(0.5*2700+((0.5*27300-0*20000)/7300)*7300))/10000=1.5mg/L(按照浓水出水为纯水及浓水处理设施不降解溶解态磷来考虑),高效沉淀池出水溶解态磷:0.3mg/L(准VI 类标准)。

PAC 溶液的投加量为:q=32.8(1.5-0.3)=39.36 mg/L,考虑混凝沉淀用量按照经验值取85mg/L。

PAC 溶液的日用量:G=85*10000/1000=2975kg/d。

PAC 溶液的体积为2975/1.19/1000=2.5m3/d。

PAC 的最终用量体积,选取工况1、工况2 的最大值为2.5m3/d。

2.2 PAM加药量计算

PAM加药点为高效沉淀池,设计PAM 投加量0.5mg/L,配制浓度为1‰,投加浓度1‰。设计规模水量为34560m3/d。用水量取工况1 和工况2 中最大的35000m3/d。

PAM 用 量:35000*0.5/1000=17.5kg/d。采 购PAM 粉 末 和PAM一体化自动泡药机。一体化泡药机的设备选型:干粉需求量为:35000*0.5/1000/24=0.73kg/h。

溶液出液量为:0.73/0.001=730L/h。

2.3 乙酸钠加药量计算

乙酸钠加药点为反硝化深床滤池除氮用。采购20%的乙酸钠溶液,无水乙酸钠密度为1.528g/cm3。反硝化深床滤池按照两种运行工况运行。给水排水设计手册第五册表8-10 中:碳源与硝酸盐质量比最小为5.0:1mg/mg,乙酸钠投加量根据需要去除的TN 确定。TN 去除量可根据公式:

N=Ne 计-Ns

式中N——需要去除的TN,mg/L；

Ne 计——根据设计的污水水质和设计的工艺参数计算出前段工艺能达到的出水总氮,mg/L；

Ns——出水TN 标准,mg/L。

工况1:进水全部来自MBR,考虑到MBR 出水水质的不稳定性,MBR 出水总氮取20mg/L。出水总氮为12mg/L,根据计算得反硝化深床滤池投加量为(20-12)*5=40mg/L。设计规模用水量为35000m3/d,计算得投加体积为V=40*35000/0.2/1000000=7m3/d。

工况2:进水来自中水回用系统浓水(7300m3/d)和MBR 出水(2700 m3/d)总水量为10000 m3/d。则进水总氮为:(20*2700+((20*27300-4.6*20000) /7300)*7300)/10000=50.8 (按照浓水处理设施不降解总氮来考虑,根据物料平衡分析,回用水出水的TN为4.6 mg/L),出水总氮为12mg/L。计算反硝化深床滤池投加量为(50.8-12)*5=194mg/L。计算得投加体积为V=194*10000/0.2/1000000=9.7m3/d。

乙酸钠的最终用量,选取工况1 和工况2 的最大值为9.7m3/d。

3 投加系统的设计中需要注意的问题

3.1 卸料和储药

若为液体药剂:用卸料泵或者直接接罐车,与罐车的接口应根据接头形式现场定制。卸料泵应该靠近车道,卸料时间一般选择为1 小时以内。卸料泵一般采用离心泵,过流介质有腐蚀性的采用耐腐蚀离心泵(衬氟、衬塑)。

若为固体药剂:则应该划出区域,靠近卸料出入口和配药罐,药剂运送通道上应能过手推车,如果药品过重建议设置电动葫芦。固体药剂堆放地应垫高避免受潮。

3.2 防腐

应在池内壁、加药间地面、围堰内部、废液处理池内壁等所有接触药剂的构筑物、罐体内部、立式搅拌机轴和叶轮、加药泵过流部件、排水泵等左右设计设备都应根据药剂种类及浓度考虑相应防腐措施。所有涉及设备应在设备表备注介质名称及浓度。

3.3 加药管材料选择及常用链接方式

加药管常用选用UPVC、ABS、PE 管材,其中

UPVC 不适用与低温(＜0℃)及高温应用(＞60℃)、芳香族溶剂、耐候性较差,宜采用溶剂粘接、法兰连接。

ABS 不适用于高温(＞60℃)氧化剂芳香族溶剂,如次氯酸钠、O3、双氧水等,宜采用溶剂粘接、法兰连接。

PE 不适用于氧化性酸和卤素及高温应用(＞60℃),宜采用热熔连接、电熔连接、法兰连接。

3.4 管道布置及管径计算

管道布置一般采用管沟、管架、埋地、贴地布置,埋地过路应加钢套管,局部贴地布置需在人行通道处设跨越台阶。若露天布置则需要设置保温措施[4]。

管道管径按照压力管道要求核算最大流量下流速,管径太小的需要适当放大,塑料管管径一般采用外径表示,根据相关标准写de 或dn。

3.5 罐体布置

罐体设置时,应考虑设备就位方便、特别是预留远期设备位置,当罐体无法从出入口进出的,应该要求建筑墙后砌。当是有毒、腐蚀性液体药剂时,建议设置围堰以避免泄露时药液流溢,围堰内容积应不小于一个罐体的有效容积[5]。

3.6 通风

加药间内应设通风设施,每小时换气8～12 次,通风机根据气体比重确定设置高度。

3.7 放空

若有腐蚀性、非中性、强氧化性及其它直接排放会引起厂区污水管线腐蚀、堵塞的液体应先排放到废液处理池处理[6-7]。不能相混的药剂不能排入同一处理池,放空液处理达标后方可排入厂区污水管。

对于水厂设计来讲,在考虑到各个方面的因素之后,完成工艺计算,图纸绘制只能说是完成了工作的一部分内容而已,更重要的是如何使设计成果高效的运转起来。加药间更是水厂运行起来需要人工参与的主要部分,在做好加药间的计算、工艺设计后,编制合理的运行管理更为重要。