设计案例 | 磁混凝工艺在城镇污水厂提标改造中的应用
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01
工程设计概况
1.1 工程设计目的
本工程项目旨在通过在上海某污水厂中引入磁混凝概念实现污水处理效果的提高，使该厂出水由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级B标准提高到一级A标准。
1.2 工艺流程
某污水处理厂的处理规模为24万m3/d，总变化系数Kz=1.3，最大设计处理量为31.2万m3/d。设计出水水质近期执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A出水标准，远期执行近地表水IV类水标准，即CODCr =30 mg/L，NH3-N=1.5 mg/L，TN =10 mg/L，TP=0.3 mg/L。二级生物处理流程如图1所示。
图1 污水处理厂二级生物处理工艺流程
考虑到该厂进水工业废水比例较高，且远景排放标准执行特别排放限值标准，需对二级生物处理出水进行深度处理。该厂处理规模为24万m3/d，而厂区用地有限，预处理和深度处理土建均按24万m3/d规模实施，深度处理流程如图2所示。
图2 污水处理厂深度处理工艺流程
1.3 磁混凝澄清池设计图
磁混凝澄清池的工艺流程设计如图3所示。磁混凝澄清池由三个主要部分组成：混凝池、絮凝池和沉淀池。其中混凝池为快速混凝搅拌反应器，分为混凝反应池和磁粉反应池。絮凝池为慢速混凝搅拌反应器。沉淀池由斜管沉淀区和污泥浓缩区组成。
图3 磁混凝澄清工艺流程示意图
1.4 待选方案
根据工程实际情况，该工程项目组设计2个待选方案，如表1所示。
表1 磁混凝澄清池工艺主要构筑物设计方案参数
1.4.1混凝池
考虑到管道混合器或静态混合器的缺陷，本项目组不采用这些混合器，而在混凝反应池和磁粉反应池内分别安装一个快速搅拌器。该搅拌器可对原水与混凝剂进行快速混合搅拌，形成小的絮体然后进入磁粉反应池，再与回流污泥（回流量2％~5％）在快速搅拌器的作用下快速混合。该模块参数如表1所示。
1.4.2 絮凝池
该模块设4座构筑物与混合池一一对应，参数如表1所示。在絮凝反应池内设置独特的导流筒和絮凝搅拌机。混合液通过絮凝反应池底部的管道进入导流管，并在一个专门设计的涡轮搅拌器作用下引发絮凝反应，使水流在反应器内部循环流动的速率是进水速率的10倍。高效轴流式搅拌机采用弧形桨叶。
1.4.3 沉淀池
采用斜管沉淀池。设置4座构筑物，与絮凝反应池一一对应，单池尺寸如表1所示。斜管区上升流速控制在25~40 m/h，该模块斜管内径为40~80 mm，长为1~1.5m，安装倾度和水平方向呈60°。悬挂式中心传动刮泥机直径为12 m，线速度≤2.5 m/min，浓缩污泥深度为200 mm，沉淀池底板坡度为0.05~0.07。
1.4.4 磁粉回收
磁混凝澄清池设有污泥回流和污泥流量计。携带磁粉的剩余污泥先后进入高剪机与磁分离机。高剪机将混凝絮体打碎。磁分离机将磁粉污泥从剩余污泥中吸出以重复使用。磁分离机的核心部件是永久磁铁，可制造5 000 Gs以上的磁场，磁场强度10年衰减5%。
02
方案对比
2.1 运行效果
磁混凝澄清池运行效果如表2所示。由表2可知，改造后的两个方案处理效果均优于改造前，且方案一处理效果稍优于方案二。方案一中，磁混凝沉淀技术出水水质较好，已能满足一级A排放标准对SS、TP的要求。
表2混凝澄清池改造前后水质情况
2.2方案成本对比
表3显示了方案1、方案2以及传统强化药剂投放量方案的经济指标。磁混凝澄清池按远期规模24万m3/d设计，设备按近期18万m3/d配置。表3显示方案1相对较优。方案一中，磁混凝澄清池总造价约为4341.35万，其中土建1 965.44万元，工艺设备、电气等其余费用2 375.91万元。该方案在保证处理效果的情况下，可比原工艺节约运行成本，在考虑地区物价差异情况下，也与东莞某污水处理厂的0.025元/(m3∙d)和广州某污水处理厂的0.03元/(m3∙d)相近。
表3 混凝澄清池改造方案成本对比
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结论与建议
本项目中，污水经二级生物处理过程后，水质已经较好，采用磁混凝澄清技术进一步处理后，可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A排放标准。其中对某些有机磷的去除效果较好，但其与某一方案设计参数之间的关系有待深入研究。此外，由于磁混凝澄清技术尚在推广阶段，目前价格略高于其他高效沉淀池，建议鼓励相关设备厂家进一步投入生产，使市场充分竞争，有效降低投资费用。
更多信息
张燕剑1，马小杰2,3，侯亚红4
（1.上海市青浦区排水管理所，上海 201799；2.申都设计<集团>有限公司，上海 200082；3.上海淼钦环境科技有限公司，上海 201700，4.上海市城市建设设计研究总院<集团>有限公司，上海 200125；）