一．      中试概况

1.1  水厂工艺简介

呼和浩特首创春华水务有限公司公主府污水处理厂（以下简称为公主府污水厂）规模为5万m³/d，生化核心工艺流程为SBR（池内填充MBBR填料）工艺，其中2万m³/d的污水经二级处理后排入西河作为景观用水，二级处理系统出水各项污染物浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准的A标准，其余3万m³/d的污水经三级处理后用于工业或市政杂用水。该厂建成后极大地改善了呼和浩特市周围水体环境，对治理水污染，保护当地流域水质和生态平衡具有十分重要的作用。

为了进一步改善城市水环境治理，尽快使经过处理的城市污水达到大小黑河环境功能区Ⅴ类水接收标准，因此，亟待对公主府污水厂二级处理系统出水进行进一步的深度处理。

图1.1 呼和浩特公主府污水处理厂厂门照片

1.2 中试目的和任务

通过现场中试试验，对公主府污水厂SBR出水进行处理，考察其SS及TP的去除率，验证超高速一体化设备的技术经济可行性。为了实现本次验证的目的，计划完成的任务如下：

1) 验证中试设备不同操作条件下污水处理效果，主要考察指标为SS≤10mg/L和TP≤0.3mg/L；

2) 优化中试设备工艺参数，为后续实际工程设计提供合理参考，主要考察指标为表面负荷、加药量、复合加载介质损失量等；

3) 根据中试装置在优化工艺条件下，估算出直接吨水处理成本。

2.1 中试装置工艺原理

超高速沉淀一体化设备是利用复合加载介质作为絮体的加重“核体”，并通过药剂反应单元和沉淀单元的优化设计，实现很短的停留时间和超高表面负荷的一种高效沉淀技术。

本中试设备分三个部分。第一部分，即混凝段加入混凝剂，打破水体中污染物胶体稳定，形成小矾花；在中段，投加PAM，并在水体内和加载介质结合，使在第一部分形成的小矾花行成大矾花，并利用加载介质较大的密度，从而实现矾花在第三格加速沉淀，清水通过集水槽外排。沉淀池后的污泥和加载介质通过螺旋刮泥机进入砂泵，通过砂泵打入池顶上端旋流器，利用离心分离实现加载介质与污泥的分离，分离的加载介质再次从旋流器下出口进入混凝池，污泥从上口外排。

超高速一体化设备的表面负荷最高可达60m³/m².h，总停留时间不超过15min，SS、TP去除率超90%。

图2.1 工艺流程示意图

表2.1 中试设备主要设备清单

2.2 中试规模

本中试系统设计水量最大为100m³/h，本次中试实际处理水量为50~80m³/h。

2.3 中试地点

本中试试验地点位于呼和浩特市公主府污水处理厂SBR池东侧的道路上。

2.4 中试人员与分工

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2.5 中试设备的安装方式

进水通过提升泵从生化池出水提升至超高速一体化装置，出水回排至取水池。产生的污泥就近排至厂区污水井。现场安装是在公主府水厂的协助下完成。安装工作的主要内容有：

1)   卸载中试验证设备。

2)   中试设备的设备安装及线缆连接。

3)   中试设备管道的连接。

2.6 试验数据分析方法

本次中试过程中，水质采集及测试由公主府污水厂实验室完成，水样的分析方法如下表2.2所示。

表2.2 水质分析方法

本次中试工作进度分成四个阶段，如表3.1所示。

表3.1 中试工作进度表

4.1 SS中试结果与分析

中试设备的进出水SS数据结果及相关工况，如表4.1和图4.1所示。第一阶段中试实验PAC加药量恒定约为60mg/L(以10%Al₂O₃液体计)，PAM投加量约为1.5mg/L。第二阶段中试实验PAC加药量恒定约为200mg/L(以10%Al₂O₃液体计)，PAM投加量约为2mg/L。

表4.1 第一阶段中试装置进出水SS测试结果与工况

图4.1 第一阶段中试装置进出水SS测试结果趋势图

表4.2 第二阶段中试装置进出水SS测试结果与工况

图4.2 第二阶段中试装置进出水SS测试结果趋势图

由于本中试装置进水为公主府污水厂SBR出水，存在出水中SS波动较大，且出水中SS成分复杂、密度低、粒径较小等问题，对沉淀工艺要求较高。从数据可知，去除率稳定在77%以上，平均去除率90%。当SS较低时，且表面流速较低时，出水能够满足SS≤10mg/L。但当进水SS较高时，本中试装置仍具有较高的去除效率。因此，本中试设备最佳处理水量约为75m³/h，相应的表面负荷约为27~28m³/m²·h。

4.2  TP中试结果与分析

中试设备的进出水TP数据结果及相关工况，如表4.2和图4.2所示。本中试PAC加药量恒定约为60mg/L(以10%Al₂O₃商品计)，PAM投加量约为1.5mg/L。第二阶段中试实验PAC加药量恒定约为200mg/L(以10%Al₂O₃液体计)，PAM投加量约为2mg/L。

表4.2 第一阶段中试装置进出水TP测试结果与工况

图4.3 第一阶段中试装置进出水TP测试结果趋势图

表4.2 第二阶段中试装置进出水TP测试结果与工况

图4.4 第二阶段中试装置进出水TP测试结果趋势图

从数据可知，本中试装置进水TP波动较大，但出水TP去除率稳定在82%以上，平均去除率89%，且始终满足TP＜0.3mg/L。第二阶段中试实验由于提高了加药量，出水可获得更低TP。

 5.1 电耗分析

本中试装置电耗分析，如表5.1所示。

表5.1 本中试装置电耗分析表

由表5.1可知，年电耗为50107 kW·h，则日电耗为137 kW·h

5.2 处理成本分析

本中试装置吨水处理成本分析，详见表5.2。表5.2中处理水量以75m³/h计算。

表5.2 第一阶段试验中试装置吨水处理成本分析

表5.3 第二阶段试验中试装置吨水处理成本分析

6.1 结论

通过中试工作得出相应分析数据与工艺条件，可以得出以下结论。

（1）虽然中试装置进水SS和TP波动较大，且出水中SS成分复杂、密度低、粒径较小等问题，本中试装置在适宜工艺条件下，能够满足主要考察指标SS≤10mg/L和TP≤0.3mg/L的要求，具有技术可行性；

（2）第一阶段中试装置PAC加药量约为60mg/L(以10%Al₂O₃液体计)以及PAM投加量约为1.5mg/L的条件下，最佳处理水量约为75m³/h，相应的表面负荷约为27~28m³/m²·h，后续可根据此表面负荷进行工程设计；第二阶段中试装置PAC加药量约为200mg/L(以10%Al₂O₃液体计)以及PAM投加量约为2mg/L的条件下，处理水量约为60m³/h；

（3）第一阶段中试装置吨水成本约为0.20元，第二阶段中试装置吨水成本约为0.51元，实际工程吨水处理成本将会有一定降低。因此，具备经济可行性。

6.2 建议

（1）超高速沉淀一体化设备具有表面负荷高、占地面积小、处理成本低等优势，相对于磁混凝沉淀工艺，更具有较强的优势；

（2）建议采用加载介质沉淀+过滤工艺，可进一步提高出水SS达标稳定性，并有效降低沉淀工艺投资、处理成本与运行压力。

（3）通过两次试验对比，第一阶段加药量适合，出水TP，SS处于达标值以内上限。实际工程中，可适当提高加药量，满足达标要求。此时，设备上升流速为27m/h，设备体积小，占地紧凑，设备处理水量及运行成本最优；第二阶段通过提高加药量可使处理指标稳定达标，但是药剂运行成本远高于第一阶段。建议后续实际工程运行指标参考第一阶段试验结果。