A/RPIR+磁混凝工艺调试及能耗分析

吴明明，熊 珍，徐海飞，李 进，徐少飞，刘 畅

(中建三局绿色产业投资有限公司，湖北武汉 430000)

截至2020年，全国城镇污水处理总量为22 886万t/d，污水处理率达到95%，其中达到一级A排放标准的占比为60%[1]。在国家保护绿水青山的要求下，各地污水排放标准不断上升，提标改造需求巨大。但因城市发展，部分污水处理厂逐渐处于城市中心地段，可用土地短缺；同时，传统提标工艺造成运营成本大幅增加，增加了政府和企业的负担。

A/RPIR技术是在原有活性污泥法的基础上，通过反应器结构设计，增加导流模块，人为创造污泥自动回流环境，在不需要利用动力进行污泥回流的情况下形成等同MBR膜的微生物截留，使得反应器始终可以保持较高的活性污泥浓度。A/RPIR装备在高效去除COD的同时可去除氨氮、TN及TP，实现同步硝化反硝化和脱氮除磷，在功能上可以与膜生物反应器相媲美[2]。“A/RPIR+磁混凝”组合工艺以其突出的低成本、高效率、简管理、优出水、少占地等特点，在工业废水和市政生活污水的处理中显现出突出的竞争优势。通过该项目设计工艺方案比选，与常规活性污泥工艺相比，采用该组合工艺在土建上，可以节省费用40%以上，占地节省约48%；在运行上，可以节省动力消耗30%。“A/RPIR+磁混凝”组合工艺作为新型组合技术，在全国已得到成功应用，日处理规模近100万m3，但该组合工艺的参数控制目前尚无统一标准，易出现各模块溶解氧控制不均、缺氧区溶氧高影响脱氮、磁混凝跑泥等问题，对企业运营管理人员造成困扰，影响了推广使用。本文对“A/RPIR+磁混凝”组合工艺的工艺调试目标、工艺参数控制、调试效果、调试经验与建议进行分析，为类似工艺的调试运行提供参考，以促进该工艺的推广应用，实现节能减排。

1 工程概况

1.1 背景

该项目为武汉市某新建污水处理厂，设计规模为10万t/d。为了节省占地，采用“A/RPIR+磁混凝”工艺，其中A/RPIR池集生化反应与沉淀于一体，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级 A标准。

1.2 设计进出水水质

污水处理厂进水水质在调研当地水厂的基础上设定，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准，具体指标如表1所示。

表1 设计进出水水质Tab.1 Water Quality of Design Influent and Effluent

1.3 设计工艺流程

污水经提升后进入细格栅和旋流沉砂池，旋流沉砂池的出水自流进入生化池。经A/RPIR工艺生化处理后的出水添加PAC、磁粉药剂后，进入磁混凝池进行混凝沉淀，磁混凝池出水进入紫外消毒池进行消毒，再流经巴氏计量槽计量后进行排放。产生的剩余污泥排放至污泥浓缩池，经污泥浓缩和脱水(含水率为80%)后，委托外运处置。具体的工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Flow Chart of the Process

2 工艺调试目标和方法

2.1 调试目标

工艺调试的目标有以下几点。

(1)通过调试检验土建、设备和安装工程的质量，发现设计、建设存在的问题并及时整改。

(2)通过工艺调试，确保污水处理能够连续达标排放，并在达到处理效果的基础上，找出运行的最佳工艺参数。

(3)将调试过程中出现的所有问题汇总，编制工艺运行、设施情况、运行管理等方面的调试总结。

2.2 工艺调试方法

工艺调试包括污泥接种、生化系统启动、化验检测、工艺参数控制等内容。

(1)污泥接种：用干污泥接种，投加曝气池体积5%左右的干污泥，并加入适量葡萄糖、尿素。

(2)生化系统启动：首先，控制进水流量为设计负荷的20%～30%，维持A/RPIR池内出水端废水DO在3～4 mg/L；其次，A/RPIR池持续闷曝72 h，闷曝过程中，控制DO在4 mg/L左右，SV30在20%左右，控制回流比在50%左右；最后，逐步增加进水负荷，每次增加量为设计负荷的10%～20%，达到处理效果后再继续增加，直至达到满负荷[3]。

(3)化验检测：每天检测氧化池内pH、SV30、DO，并分析进出水COD、镜检生物相变化情况[4]。

(4)工艺参数控制：主要控制DO、回流比、污泥浓度及沉降比4个工艺参数。通过风机频率与开启台数调节，控制缺氧区DO<0.5 mg/L、好氧区DO为3～4 mg/L；通过调节硝化液回流泵开启台数，控制回流比在1.5；通过排泥量调节，控制污泥浓度在4～5 g/L；当污泥沉降性良好，SV30达到30%以上时，开始排泥[5-6]。

3 工艺调试效果

本项目2020年11月9日—11月30日试运行期间，日均处理水量为86 652 m3/d，最高为10.47万m3/d，达到设计处理能力的104.7%。2020年11月9日完成生化池投泥工作，2020年11月17日磁混沉淀池投加磁粉完成，2020年11月22日紫外消毒安装调试完成，2020年11月23日全部出水指标均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，出水实现达标排放。检测结果如表2所示。

表2 实际进出水水质Tab.2 Actual Water Quality

3.1 COD处理效果

根据检测数据，CODCr进水均值为107 mg/L，出水均值为12 mg/L，去除率达到88%，具体指标变化趋势如图2所示。调试初期即达标，这是因为生化池接种污泥为附近污水处理厂生化性能良好的活性污泥；同时，在正式进水前对池内污泥进行闷曝，保持了污泥的活性。

图2 进出水COD趋势Fig.2 Trend of Influent and Effluent COD

3.2 TP处理效果

根据检测数据，进水TP为1.72 mg/L，未投加磁粉前出水TP为1.16 mg/L，去除率为30%；11月17日开始投加磁粉后出水TP为0.3 mg/L，生物除磷去除率为33%，去除率为82%(磁混凝设施去除率为74%)。11月24日出水TP超标是由于磁混凝出水跑泥，经过及时调整后达标排放，具体指标变化趋势如图3所示。生物除磷无法确保出水TP达标，需进一步物化除磷。

图3 进出水TP趋势Fig.3 Trend of Influent and Effluent TP

3.3 氨氮处理效果

根据检测数据，氨氮进水均值为17.6 mg/L，出水均值为0.83 mg/L，去除率达到93%；11月17日出水氨氮稍有超标，是因为进水氨氮突然增高，工艺调整滞后，具体指标变化趋势如图4所示。调试初期即达标，原因同3.1。

图4 进出水氨氮趋势Fig.4 Trend of Influent and Effluent Ammonia Nitrogen

3.4 TN处理效果

根据检测数据，TN进水均值为24.5 mg/L，出水均值为11.2 mg/L，去除率为54%，具体指标变化趋势如图5所示。由于该项目实际进水C/N为2～3，无法发挥脱氮的最大能力，去除率不高。若进水TN增高、TN去除率要求提高，可采取投加碳源、周期性曝气避免缺氧池DO过高的方式提高去除率。

图5 进出水TN趋势Fig.5 Trend of Influent and Effluent TN

4 能耗分析

A/RPIR池利用曝气提供的气升动力，完成污泥回流，不需要污泥回流泵。同时，因巧妙的结构设计，传氧效率提升明显。设备数量的减少和传氧效率的提升，降低了整个系统的用电负荷。与常规AAO工艺系统相比，可以节省动力消耗约30%。试运行期间生产用电统计如表3所示。

表3 试运行期间生产用电统计Tab.3 Electricity Consumption Statistics in Production during Trial Operation

由表3可知，采用“A/RPIR+磁混凝”工艺的10万t/d污水厂吨水电耗为0.188 kW·h。相似体量的AAO工艺污水处理厂吨水电耗一般为0.25～0.3 kW·h，节能效果明显，具体比对如表4所示。

表4 A/RPIR工艺与AAO工艺污水处理厂能耗比对Tab.4 Comparison of Energy Consumption between A/RPIR Process and AAO Process

5 调试经验与建议

5.1 模块环流动力与曝气量的控制

模块环流动力需要通过风机曝气来提供。当进水水质较好时，风机曝气量减小，可能存在环流动力不足，导致污泥在模块内沉积，最终造成模块堵塞。若调大曝气量，则导致回流至缺氧区的硝化液DO含量过高，影响脱氮效率。

应根据进水水量来选择开启RPIR池的组数，采取措施调节硝化液回流泵流量，避免缺氧区溶解氧过高，从而影响脱氮效果。将好氧区DO维持在3～4 mg/L，提升模块环流动力的同时提高污泥活性。采取周期性曝气方式：高曝气量(维持2 h)与低曝气量(维持4 h)切换，以避免DO长期偏高，缺氧区DO升高，从而影响脱氮效果。

5.2 污泥脱水

磁混凝排泥污泥浓度高，采用连续排泥；RPIR剩余污泥浓度相对较低，采用间断式排泥；两者共用1根排泥管道，与生化污泥混合后，影响污泥脱水效果。

解决方式：一是技术改造，将磁混凝排泥管和RPIR池排泥管分开，分别排泥并单独浓缩脱水；二是保持现状，摸索排泥规律，定期搭配排泥，同时做脱水药剂比对试验，选择适合该种排泥方式的最优药剂。

5.3 磁混凝运行问题

磁混凝可能出现跑泥问题，导致出水SS及TP瞬时出水不达标；同时，跑泥可能会导致大量磁粉流失，造成运行成本增加。

调试初期，可由磁混凝设备供货商进行调试，提供磁粉及调试手册，运营单位人员全程参与工艺调试，掌握调试关键因素。在自主调试时，主要控制投加磁粉种类、投加量、与PAC配比、排泥量等工艺参数。

6 结论与建议

(1)A/RPIP工艺调试内容主要包括污泥接种、生化系统启动、化验检测、工艺参数控制等。污泥接种采用性状良好的新鲜活性污泥作为接种菌种，正式进水前进行闷曝，能大大缩短培菌过程，加速实现出水达标排放。A/RPIR工艺调试主要控制DO、回流比、污泥浓度及沉降比4个工艺参数。建议控制指标：缺氧区DO<0.5 mg/L，好氧区DO为3～4 mg/L，回流比约为1.5，污泥浓度为4～5 g/L，初期SV30约为30%。

(2)该项目采用的A/RPIR工艺对污水具有较好的处理能力，出水CODCr、氨氮、TN平均浓度分别为12、0.83、11.2 mg /L；通过磁混凝沉淀的进一步处理，TP、SS分别达到了0.3、9 mg/L，均达到了一级A排放标准。A/RPIR工艺生物除磷效果不佳，应辅以化学除磷手段；如需提高生物除磷效果，可增加厌氧池，采用A/A/RPIR工艺。A/RPIR工艺控制要求较高，若缺氧池DO控制不当，会造成脱氮效率下降，可采用投加碳源、周期性曝气避免缺氧池DO过高的方式提高TN去除率。

(3)“A/RPIR+磁混凝”组合工艺系统的用电负荷低于常规AAO工艺系统，可以节省动力消耗约30%，具有较好的节能减排效果。