采用磁混凝沉淀技术改造平流式气浮处理系统的应用

纪东成，唐志丰，覃蕾，秦重阳

（1.武汉佳园环境工程有限公司，湖北 武汉 430072；

2.响水华清污水处理有限公司，江苏 盐城 224600）

江苏省盐城市某造纸园区污水处理厂处理规模3.5 万m3·d-1，原设计采用“好氧选择活性污泥法+平流式气浮”处理工艺，出水执行《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB 3544—2008）表2 中“制浆和造纸联合生产企业”标准，随着环保要求的提高，要求污水处理厂提标后出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，结合现有处理工艺及构筑物，污水处理厂改造后采用“混凝沉淀+A/O 生化+粉末活性炭吸附（应急投加）+磁混凝沉淀”处理工艺，其中磁混凝沉淀池利用原有平流气浮池进行改造。该工程于2020年10月开始建设，2021年4月完工，现运行正常，出水水质达到设计标准。

磁混凝沉淀池进水为A/O 生化处理系统二沉池出水，为了保障出水水质，在磁混凝沉淀池前设置了粉末活性炭吸附池，在水质较差时投加粉末活性炭，磁混凝沉淀池出水达标后直接排放，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A 标准。具体设计指标见表1。

表1 设计进、出水水质

原平流式气浮池1座，总尺寸为28.10 m×12.25 m×3.60 m，其中快混池1 组1 格，单格尺寸3.90 m×3.90 m×3.60 m，混合停留时间2 min；
絮凝池2 组4格，两级，单格尺寸6.00 m×3.20 m×3.60 m，絮凝停留时间9.5 min；
释放池2 组2 格，单格尺寸6.00 m×0.50 m×3.60 m；
气浮池2 组2 格，单格尺寸12.00 m×6.00 m×3.60 m，表面负荷10.1 m3·m-2·h-1；
浮渣池1 组1 格，单格尺寸12.25 m×1.00 m×3.60 m；
溢流池2 组2 格，单格尺寸6.00 m×0.80 m×3.60 m；
清水池1 组1 格，单格尺寸12.25 m×1.50 m×3.60 m。

主要设备有：快速搅拌器1 台，叶轮直径600 mm，N=3 kW；
絮凝搅拌器8 台，叶轮直径1 200 mm，N=0.75 kW；
空气释放头24 只；
气浮刮渣机2 台，N=2.2 kW；
高压溶气罐2 台，V=6.3 m3，压力0.6 MPa；
空压机2 台，Q=1.5 m3·min-1，压力0.6 MPa，N=11 kW；
储气罐1 台，V=1 m3，压力0.6 MPa；
高压泵3 台，2 用1 备，Q=132 m3·h-1，H=75 m，N=45 kW；
气浮PAM 配制装置1 台，工作能力：6.0 kg 粉料·h-1，配制质量分数0.3%；
气浮PAM 投加泵2 台，1 用1备，偏心螺杆泵，Q=13 m3·h-1，H=0.2 MPa；
PAC溶配罐2 台，V=8 m3，φ2.2 m×2.4 m；
PAC 投加泵2 台，1 用1 备，计量泵，Q=1 000 L·h-1，H=0.2 MPa。

原平流式气浮池的平面如图1。

图1 改造前平流气浮池平面图

气浮处理工艺主要用于去除废水中的悬浮物，该工艺具有处理效率高、处理效果好、占地面积小的优点，但是由于需要对回流水进行高压溶汽，无污泥回流不能充分利用污泥中的残余药剂，存在能耗高、药耗高的问题。为了降低能耗和药耗，可以采用沉淀工艺代替气浮工艺。如果对已建成的气浮进行改造，由于气浮形成细小的絮体即可分离，一般絮凝时间只需要5～10 min，分离区的表面负荷一般会达到9 m3·m-2·h-1以上，普通的斜管沉淀和高效沉淀均无法在絮凝时间和表面负荷都满足的情况下达到理想的去除效果。而磁混凝沉淀技术沉淀单元的表面负荷通常可以达到15 m3·m-2·h-1以上，混合和絮凝所需的总时间仅需4～8 min，完全可以替代气浮池使用，且出水水质更优。

磁混凝沉淀系统由混凝单元、沉淀单元、磁介质回收单元等组成，工艺流程示意图如图2。

图2 磁混凝沉淀系统工艺流程示意图

原快混池功能不变，作为磁混凝的混合反应池T1，1 组1 格，单格尺寸3.90 m×3.90 m×3.60 m，混合停留时间2 min。

将絮凝池分隔为磁介质反应池T2、絮凝反应池T3 和剩余污泥池，其中磁介质反应池T2 为2 组2格，单格尺寸3.20 m×3.20 m×3.60 m，磁介质反应时间2.5 min；
絮凝反应池T3 为2 组4 格，两级，单格尺寸3.20 m×2.55 m×3.60 m，絮凝反应时间4.0 min；
剩余污泥池1 组1 格，单格尺寸6.65 m×3.20 m×3.60 m；
将原释放池改造为布水区，2 组2格，单格尺寸6.00 m×0.50 m×3.60 m；
将气浮池、浮渣池、溢流池合并改造为沉淀池并加高0.3 m，改造后沉淀池为2 组2 格，单格尺寸14.30 m×6.00 m×3.90 m，其中斜管区尺寸为12.45 m×6.00 m，表面负荷9.8 m3·m-2·h-1，改造时拆除原池内的行车式刮渣机，安装链板式刮泥机，并在沉淀池内设置斜管和出水槽；
清水池维持原有不变，1 组1 格，单格尺寸12.25 m×1.50 m×3.60 m。

工艺设备方面，快混池搅拌器和加药系统设备利旧，其他需要增加的设备有：T2 反应池搅拌机2台，折桨式搅拌器，60 r·min-1，叶轮直径1 500 mm，N=5.5 kW；
T3 反应池搅拌机4 台，折桨式搅拌器，50 r·min-1，叶轮直径1 500 mm，N=5.5 kW；
链板式刮泥机2 台，跨度6 m，N=0.75 kW；
回流污泥渣浆泵4 台，2 用2 备，Q=60 m3·h-1，H=15 m，N=5.5 kW；
剩余污泥渣浆泵4 台，2 用2 备，Q= 25 m3·h-1，H=15 m，N=2.2 kW；
磁介质回收机2 台，Q=25 m3·h-1，N=1.5 kW；
解絮2 台，Q=25 m3·h-1，N=1.5 kW；
剩余污泥池搅拌机1 台，N=2.2 kW。

改造后磁混凝沉淀池的平面如图3。

图3 改造后磁混凝沉淀池平面图

磁混凝沉淀技术引入了磁介质，磁介质污泥存在密度大、沉降速度快的特性，因此在改造过程中需注意以下方面：

①加入磁介质后，污水密度会达到1 020～1 040 kg·m-3，磁介质反应搅拌器和絮凝反应搅拌器的转速和叶轮直径应比普通絮凝搅拌器大，以起到充分搅拌的效果，避免磁介质污泥的在絮凝反应过程中沉淀堆积。

②在对池体的改造过程中，磁介质反应池、絮凝反应池、沉淀池的四角应做倒角处理，并贴瓷砖，避免磁介质污泥的沉积，沉淀池的池底坡度和污泥斗的坡度应比普通沉淀池大，便于磁介质污泥的收集。

③为了避免磁介质污泥在磁介质回收机和链板刮泥机的刮板上堆积，可以采用磁混凝沉淀池的出水进行冲洗。

④平流式气浮池改造为磁混凝沉淀池时，由于磁介质污泥的密度大，建议采用多斗排泥，并采用电动阀控制每个污泥斗的排泥周期。

磁混凝沉淀池改造工程土建改造费用约30 万元，工艺设备购置费用约160 万元，电气及自控设备购置费用约40 万元，安装工程费用约50 万元，工程费用合计约280 万元。

①电耗：项目改造前，扣除加药系统功率平流式气浮池设备总装机功率170.4 kW，其中常用功率125.4 kW，改造后磁混凝沉淀池总装机功率76.5 kW，其中常用功率61.1 kW，因此设备运行电耗较改造前节省了51.3%。

②药耗：平流式气浮池没有污泥回流，药耗相对较高，该项目平均PAC 投加量为30 mg·L-1，PAM投加量为2 mg·L-1，折算吨水药耗费用为0.09 元·t-1污水；
改造为磁混凝沉淀池后虽然需要每天补充一定的磁粉，平均补充量为3 mg·L-1，但是由于增加了污泥回流，药剂利用更充分，PAC 投加量减小为24 mg·L-1，PAM 投加量减少为1 mg·L-1，折算吨水药耗费用为0.072 元·t-1污水；
因此药耗较改造前节省了20%。

③出水水质：由于气浮和沉淀的主要功能均为去除SS，单就SS 而言，改造前采用气浮工艺出水SS 一般在10～20 mg·L-1，无法稳定降到10 mg·L-1以下，改造为磁混凝沉淀池后正常运行时SS 可以降到5 mg·L-1以下（大多数时候为无法检出）。

④投资回收期：电费按0.65 元·kWh-1计算，每日节省电费752 元，按日处理3.5 万m3污水，每日节省药剂费用630 元，则每年合计节省运行费用50.44 万元，静态投资回收期为5.6年。

本工程采用磁混凝沉淀技术改造平流式气浮处理系统，不需要新增占地，改造费用低，处理效果好，节省了运行费用，通过节省的运行费用可在短期内收回建设投资，在类似项目中具有良好的借鉴和推广意义。