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（上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司， 上海 201507）

某化工園區(qū)污水廠原出水水質(zhì)執(zhí)行上海市DB 31／199—2009《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 根據(jù)上海市環(huán)保局的要求， 從2017 年7 月1 日起，出水水質(zhì)執(zhí)行DB 31／199—2009 的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，為此， 需要對(duì)園區(qū)污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

本文結(jié)合該污水廠提標(biāo)改造工程實(shí)例， 研究了O3-Flopac 生物濾池在化工園區(qū)污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用， 以期為類(lèi)似污水廠的提標(biāo)改造提供借鑒。

1 提標(biāo)前污水廠概況

該污水廠于2002 年開(kāi)始運(yùn)行， 現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)模為32 500 m3／d， 采用A／O-DAF-O3-NaClO 消毒工藝，出水執(zhí)行DB 31／199—2009 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

園區(qū)污水廠自正式運(yùn)行開(kāi)始， 運(yùn)行狀況良好，出水水質(zhì)均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)， 2016 年日均處理水量為3.0 萬(wàn)m3／d。 對(duì)該廠2015 年1 月1 日～2016 年12 月31 日的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 結(jié)果如表1 所示。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)Tab. 1 Influent and effluent water quality and discharge standard

從出水水質(zhì)與一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之間的差距來(lái)看， 除COD 和TP 有超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)外， 其余出水指標(biāo)均在一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)以下。 對(duì)于TP 的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)， 可以通過(guò)原有工藝增加FeCl3投加量的方式來(lái)消除， FeCl3投加量為30 ～50 mg／L， 因此本項(xiàng)目提標(biāo)改造的重點(diǎn)在于提高污水處理系統(tǒng)的有機(jī)物去除效果， 難降解、 可生化性差的溶解性COD 的去除是提標(biāo)改造工藝選擇的重點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)水質(zhì)、 水量

考慮到近期、 遠(yuǎn)期污水廠擴(kuò)建的影響， 提標(biāo)工藝設(shè)計(jì)處理水量為4.2 萬(wàn)m3／d（包括2 550 m3／d 濾池的反洗廢水）。 V 型濾池設(shè)計(jì)進(jìn)水ρ（COD） ≤120 mg／L， 提標(biāo)工程出水水質(zhì)執(zhí)行DB 31／199—2009 的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 提標(biāo)改造工藝

3.1 提標(biāo)改造工藝選擇

經(jīng)過(guò)常規(guī)生化工藝處理后的尾水中大多是難降解的有機(jī)污染物， 目前針對(duì)這類(lèi)廢水常用的提標(biāo)處理方法是“高級(jí)氧化＋生化處理”。 常用的高級(jí)氧化方法有微電解氧化法、 Fenton 氧化法等， 微電解需要在酸性條件下進(jìn)行， 并且運(yùn)行一段時(shí)間后容易出現(xiàn)板結(jié)、 溝流等現(xiàn)象， 需要更換填料［1］； Fenton 氧化需要投加藥劑調(diào)整pH 值， 投加各種藥劑， 操作復(fù)雜， 同時(shí)Fenton 氧化還產(chǎn)生大量的鐵污泥， 導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加［2－4］。

臭氧氧化是一種廣為應(yīng)用的高級(jí)氧化技術(shù)， 具有反應(yīng)快、 無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)， 能使廢水中的部分有機(jī)污染物徹底礦化， 將難生物降解的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾男》肿游镔|(zhì)， 從而改善廢水的可生化性， 提高后續(xù)生物處理效率［5－7］。 Flopac 生物濾池可以利用前端臭氧單元出水中豐富的溶解氧， 對(duì)水中殘余的可生化降解有機(jī)物進(jìn)行生物降解， 不需設(shè)置曝氣系統(tǒng)， 其污染物去除機(jī)理包括生化、 過(guò)濾、 截留和吸附等［8］。 O3-Flopac 生物濾池工藝將物化處理與生化處理技術(shù)相結(jié)合， 具有出水水質(zhì)好、 設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單、 投資和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)。

結(jié)合本工程污染物去除要求， 本公司研發(fā)中心開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)一年的小試和中試， 試驗(yàn)結(jié)果表明，O3-Flopac 生物濾池組合工藝能很好地發(fā)揮化學(xué)氧化和生物降解2 種技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)， 可以保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)［8］。

3.2 工藝流程

提標(biāo)改造后的污水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標(biāo)改造工藝流程Fig. 1 Process flow of upgrading and reconstruction

提標(biāo)工程（見(jiàn)圖1 虛線方框）進(jìn)水來(lái)源于現(xiàn)有的溶氣氣浮池， 主體處理工藝流程為： V 型濾池-O3接觸氧化-Flopac 生物濾池， 廢水經(jīng)原有生化-氣浮處理工藝后， 進(jìn)入V 型濾池進(jìn)一步去除水中的SS和COD， 提高后續(xù)臭氧利用效率， 之后廢水進(jìn)入臭氧接觸池， 通過(guò)臭氧強(qiáng)氧化性， 將水中部分難降解COD 轉(zhuǎn)化為可生物降解的有機(jī)物， 后續(xù)Flopac生物濾池去除這部分可被生物降解的有機(jī)物， 進(jìn)而降低水中的COD 濃度， 確保出水達(dá)標(biāo)排放。 V 型濾池和Flopac 生物濾池的反沖洗廢水回到氣浮池進(jìn)行循環(huán)處理。

4 主要構(gòu)筑物及其工藝參數(shù)

（1） V 型濾池。 6 座， 單座尺寸為11.91 m ×3.08 m×4.50 m， 超高0.5 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 單座面積為36.7 m2， 濾速為7 ～8 m／h， 平均有效粒徑為1.35 mm 的石英砂濾料層高度為1.5 m， 水洗強(qiáng)度為15 m3／（m2·h）， 氣洗強(qiáng)度為55 m3／（m2·h）。 反洗水泵3 臺(tái)， 2 用1 備， 單臺(tái)流量為280 m3／h， 揚(yáng)程為13.5 m， 功率為13.5 kW； 反洗風(fēng)機(jī)3 臺(tái)， 2 用1 備，單臺(tái)流量為1 010 m3／h， 揚(yáng)程為4 m， 功率為22 kW。

（2） 臭氧發(fā)生器。 增加1 臺(tái)100 kg／h 臭氧發(fā)生器和相關(guān)附屬設(shè)備， 使系統(tǒng)總臭氧投加能力達(dá)到200 kg／h。

（3） Flopac 生物濾池。 6 座， 單座尺寸為11.91 m×3.08 m×4.50 m， 超高0.5 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單座面積為36.7 m2， 濾速為7 ～8 m／h， 平均有效粒徑為2.0 mm 的陶粒濾料層高度為1.5 m， 水洗強(qiáng)度為15 m3／（m2·h）， 氣洗強(qiáng)度為55 m3／（m2·h）。 反洗水泵和反洗風(fēng)機(jī)與V 型濾池共用。

5 提標(biāo)工程運(yùn)行效果

提標(biāo)工程于2017 年5 月試運(yùn)行， 2017 年7 月正式投入運(yùn)行。 2017 年7 月至2019 年12 月期間，提標(biāo)工程出水COD、 TOC 的平均濃度以及去除率分別如圖2、 圖3 所示。 運(yùn)行期間臭氧平均投加量為90 mg／L， 平均進(jìn)水量為32 000 m3／d。 從圖2 和圖3 可以看出， O3-Flopac 生物濾池組合工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定， 出水COD 和TOC 濃度穩(wěn)定在DB 31／199—2009 一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)以下。 該組合工藝可有效去除化工廢水中的難降解有機(jī)物。

臭氧單元、 Flopac 生物濾池單元分別去除了25 和8 mg／L COD， 提標(biāo)改造組合工藝對(duì)COD 的總?cè)コ蔬_(dá)44%， 見(jiàn)圖2。

圖2 提標(biāo)后出水COD 濃度及其去除效果Fig. 2 Effluent COD concentration and its removal efficiency after upgrading and reconstruction

臭氧單元、 Flopac 生物濾池單元分別去除了8和7 mg ／L 的TOC， 提標(biāo)改造組合工藝對(duì)TOC 的總?cè)コ蔬_(dá)50%， 見(jiàn)圖3。

圖3 提標(biāo)后出水TOC 濃度及其去除效果Fig. 3 Effluent TOC concentration and its removal efficiency after upgrading and reconstruction

進(jìn)水中氯離子質(zhì)量濃度高達(dá)6 000 mg／L， 氯離子對(duì)COD 測(cè)試的干擾是導(dǎo)致臭氧單元和Flopac 單元對(duì)COD 和TOC 去除量相差較大的原因， 為確保出水高效穩(wěn)定達(dá)標(biāo)， 實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中按照在線TOC 儀檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化臭氧投加量。

6 工程效益分析

6.1 投資費(fèi)用

整個(gè)工程總投資約為5 200 萬(wàn)元， 其中土建（濾池集水井、 V 型濾池、 Flopac 濾池、 反沖洗廢水池、 配電間等）費(fèi)用1 500 萬(wàn)元， 設(shè)備、 材料（進(jìn)水提升泵、 反洗水泵、 反洗風(fēng)機(jī)、 濾料、 在線儀表等）費(fèi)用3 000 萬(wàn)元， 其他費(fèi)用（工程安裝費(fèi)、 設(shè)計(jì)費(fèi)、 管理費(fèi)等）約700 萬(wàn)元。

6.2 運(yùn)行費(fèi)用

提標(biāo)前、 后實(shí)際費(fèi)用和臭氧系統(tǒng)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)KPI 見(jiàn)表2， 表2 只涉及提標(biāo)處理單元運(yùn)行費(fèi)用，不考慮折舊及到前端處理運(yùn)行費(fèi)用。

從表2 可知， 提標(biāo)改造后， 雖然運(yùn)行費(fèi)用增加了0.33 元／m3， 但相對(duì)于其他難降解COD 去 除工藝， 具有較大的成本優(yōu)勢(shì)。 根據(jù)本公司小試結(jié)果核算， 如芬頓工藝運(yùn)行費(fèi)用為6 ～7 元／m3， 活性炭吸附工藝運(yùn)行費(fèi)為3 ～4 元／m3。

另外， 從表2 還可以發(fā)現(xiàn)， 新建V 型濾池使得臭氧利用率增加了10%左右， 降低了運(yùn)行成本。

表2 提標(biāo)前后運(yùn)行費(fèi)用比較Tab. 2 Comparison of operating cost before and after upgrading

7 運(yùn)行優(yōu)化

（1） 調(diào)試期間， 氣浮池前混凝池PAM 投加量達(dá)到1 ～2 mg／L， 導(dǎo)致V 型濾池堵塞嚴(yán)重， 反洗時(shí)間由設(shè)計(jì)的24 h 降低為6 ～8 h， 為此， 通過(guò)燒杯過(guò)濾試驗(yàn)， 確定最佳PAM 投加量為0.5 ～0.7 mg／L，通過(guò)調(diào)整加藥量， 反洗時(shí)間升高到了15 ～16 h。至于無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的反洗時(shí)間可能是廢水中含較多膠態(tài)物質(zhì)導(dǎo)致。

（2） 前端生化池的曝氣設(shè)備為表面曝氣機(jī)， 且設(shè)計(jì)功率過(guò)大， 運(yùn)行中間歇曝氣， 導(dǎo)致后端提標(biāo)單元進(jìn)水量波動(dòng)較大， 加上V 型濾池的集水井受到場(chǎng)地限制， 設(shè)計(jì)容積偏小， 導(dǎo)致40% 時(shí)間廢水溢流， 溢流出的廢水又通過(guò)提升泵提升至前端的氣浮池， 加大了氣浮池的表面負(fù)荷， 導(dǎo)致氣浮出水帶出很多SS， 加大了V 型濾池SS 處理負(fù)荷， 這也是濾池反洗時(shí)間降低的原因， 為此， 通過(guò)后續(xù)提升泵加裝變頻器得以解決。

（3） 為維持V 型濾池良好的運(yùn)行狀態(tài)， 建議每1 ～2 周手動(dòng)對(duì)濾池進(jìn)行強(qiáng)力清洗， 確保濾池的水頭損失恢復(fù)到初始值， 否則， 需重復(fù)強(qiáng)力清洗。

（4） 為優(yōu)化提標(biāo)單元的運(yùn)行成本， 建議臭氧單元出水安裝在線儀表， 建立臭氧投加量與在線儀表的邏輯控制關(guān)系， 通過(guò)合理控制臭氧單元出水COD 濃度， 最大限度地發(fā)揮后續(xù)Flopac 生物濾池去除COD 的功能， 以此節(jié)約臭氧運(yùn)行成本。

8 結(jié)語(yǔ)

采用O3-Floapc 生物濾池組合工藝對(duì)化工園區(qū)污水廠提標(biāo)改造， 取得了良好的處理效果， 出水水質(zhì)優(yōu)于上海市DB 31／199—2009 的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)段運(yùn)行費(fèi)用為1.00 元／m3， 相對(duì)于其他高級(jí)氧化工藝， 具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 本項(xiàng)目對(duì)采用生化-O3處理工藝的污水廠提標(biāo)改造具有借鑒意義。