兩種城鎮(zhèn)污水處理工藝及關(guān)鍵設(shè)備

兩種城鎮(zhèn)污水處理工藝及關(guān)鍵設(shè)備摘要：本文結(jié)合我公司近年來參與建設(shè)的2座有代表性的南方和北方城鎮(zhèn)污水處理廠工程，介紹了水解－上向流曝氣生物濾池工藝和表曝型氧化溝工藝及關(guān)鍵設(shè)備。

關(guān)鍵字：水解上向流曝氣生物濾池表曝型氧化溝倒傘曝氣機(jī)推進(jìn)器TwoKindsofWastewaterTreatmentProcessesandKeyFacilities.Abstract：Thepaperintroducedhydrolyzation-upflowbiologicalaeratedfilterprocessandsurfaceaeratortypeoxidationditchprocessanditskeyfacilitiets.Keywords：hydrolyzation,upflowbiologicalaeratedfilter,surfaceaeratortypeoxidationditch,reverseumbrellaaerator,pusher城鎮(zhèn)污水主要為生活污水和以有機(jī)廢水為主的工業(yè)廢水的混合污水，其水量較小，一般不超過5萬m3/d，但是水質(zhì)和水量波動較大。由于資金和技術(shù)、管理水平等多方面的原因，決定了在城鎮(zhèn)污水處理廠必須經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能和操作簡便。經(jīng)濟(jì)即占地面積少以節(jié)省征地費(fèi)，必要的處理設(shè)施少以減少總投資；高效即出水在去除有機(jī)污染物的同時還能部分地脫氮除磷；節(jié)能即盡量采用經(jīng)濟(jì)節(jié)能型設(shè)備和減少處理設(shè)施和設(shè)備的數(shù)量，或采用適當(dāng)?shù)奶幚砉に嚋p少剩余污泥排放，從而減少運(yùn)行費(fèi)用；操作簡便即對運(yùn)行人員的水平的素質(zhì)和數(shù)量要求不高，也可減少運(yùn)行費(fèi)用。很多城鎮(zhèn)采用明渠排水，大量雨水流入和地下水滲入，加之城鎮(zhèn)生活水平不高等原因決定了污水中有機(jī)物濃度較低。因此，必須結(jié)合當(dāng)?shù)匚鬯乃?、水質(zhì)以及溫度、氣候、氣象、地理、經(jīng)濟(jì)等實際情況選擇適宜的處理工藝。一、水解－上向流曝氣生物濾池工藝1、工程背景和工藝簡介2001年10月，通過國際招標(biāo)，我公司取得了廣東新會市東郊污水處理廠(4萬m3/d)BOT建設(shè)的合同。該污水廠設(shè)計指標(biāo)如表1。表1新會東郊污水處理廠進(jìn)出水指標(biāo)指標(biāo)(mg/L)CODcrBOD5SSNH3-NTKNTPpH進(jìn)水200120150303846~9出水60202015/0.56~9經(jīng)過慎重比較，選擇了水解－上向流曝氣生物濾池工藝作為主處理工藝。曝氣生物濾池(BiologicalAeratedFilter，簡稱BAF)技術(shù)因有機(jī)負(fù)荷高(可達(dá)6kgBOD5/m3.d甚至更高)、無需二沉池、占地面積小、投資少、出水水質(zhì)好、能耗及運(yùn)行成本低、運(yùn)行靈活等優(yōu)點至今已在世界各地有數(shù)百座BAF污水處理設(shè)施在運(yùn)行。我國大連馬欄河污水處理廠(12萬噸/日)是我國第一個采用BAF技術(shù)的城市污水處理廠，目前已正常運(yùn)行兩年多，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計水平，并已達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。上向流曝氣生物濾池(UpflowBAF，簡稱UBAF)的工藝原理是在濾池內(nèi)部裝有新型陶粒(或輕質(zhì)塑料)填料，在其表面生長有生物膜，污水由下至上流過濾料層，池底曝氣，使廢水中的有機(jī)物在好氧菌的作用下降解，同時硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化作用。由于陶粒比表面積可達(dá)1~2m2/cm3，積累的微生物量可達(dá)10~15g/L，因此曝氣生物濾池的容積負(fù)荷增大，故池容和占地面積可大大降低。曝氣生物濾池還可以將生物轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的剩余污泥和進(jìn)水帶入的懸浮物截留在濾床內(nèi)，所以在曝氣生物濾池后不需設(shè)二沉池。為避免積累的生物污泥和懸浮固體堵塞生物濾池，需定期利用處理后出水和空氣進(jìn)行反沖洗。上向流曝氣生物濾池采用氣水同向流，使氣、水進(jìn)行極好的均分，防止了氣泡在濾層中的凝結(jié)，可以更好地避免溝流或短流，氧氣利用率高，能耗低；同時，在水、氣上升過程中可把底部截留的SS帶入濾池深部，這就大大增加了濾池的納污能力，延長了工作周期。由于曝氣生物濾池工藝占地小，投資省，無污泥膨脹問題，日常運(yùn)行管理簡單，處理效果穩(wěn)定，且可以模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，易于后期擴(kuò)建，很適合城鎮(zhèn)污水廠使用。其主要缺點是對預(yù)處理要求高。為延長濾池反沖洗周期，一般要求濾池進(jìn)水SS在60mg/L以下。為了解決此問題，同時為了污泥減量化和穩(wěn)定化及進(jìn)一步減少池容，降低投資，預(yù)處理采用了水解工藝，其工藝原理為：待處理污水及濾池反沖洗時脫落的微生物膜由底部進(jìn)入水解池內(nèi)，并通過布水系統(tǒng)同污泥床快速、均勻地混合。污泥床類似于過濾層，將進(jìn)水中的顆粒物質(zhì)與膠體物質(zhì)迅速截留和吸附，然后被大量的水解菌分解，許多不溶性的有機(jī)物水解為溶解性物質(zhì)，大分子、難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的物質(zhì)如有機(jī)酸類。同時，生物濾池反沖洗排放的剩余污泥菌體外多糖粘質(zhì)層水解，細(xì)胞壁打開，污泥液態(tài)化，重新回到污水處理系統(tǒng)被細(xì)菌代謝分解，達(dá)到剩余污泥減容的目的。由于水解池的污泥泥齡較長，污泥可以消化穩(wěn)定。污泥處理采用我公司自產(chǎn)的帶式濃縮脫水一體機(jī)脫水后外運(yùn)。圖1新會東郊污水處理廠流程框圖2、工藝流程污水由潛污泵提升至旋流沉砂池進(jìn)水渠，經(jīng)2臺3mm間距的細(xì)格柵，進(jìn)入旋流沉砂池。除砂處理后，經(jīng)分配井進(jìn)入4座并聯(lián)運(yùn)行的水解池。水解池的作用是最大限度地截留污水中的懸浮物并將其中的部分有機(jī)物進(jìn)行降解，一方面減少后續(xù)曝氣生物濾池截留SS的量，以延長濾池的反沖洗周期；同時污泥得以減容與相對穩(wěn)定。為了保證出水的氨氮達(dá)標(biāo)，采用兩級曝氣生物濾池，分別是C/N和N濾池。水解池的出水經(jīng)配水槽進(jìn)入C/N上向流曝氣生物濾池進(jìn)行有機(jī)物的降解和部分硝化作用。C/N上向流曝氣生物濾池出水再進(jìn)入后一級的N曝氣生物濾池進(jìn)行硝化處理。在該級濾池中，優(yōu)勢生長著硝化菌和亞硝化菌，這兩種細(xì)菌對有機(jī)物濃度較低的C/N池出水中的氨氮進(jìn)行硝化。另外，在C/N濾池出水渠道上投加化學(xué)除磷藥劑，由于速度梯度和擴(kuò)散作用使脫穩(wěn)的膠體互相接觸生成絮凝體，在N濾池中被截流，通過周期性的反沖洗，將磷排出系統(tǒng)外，達(dá)到污水除磷目的。經(jīng)上述兩級生物濾池處理后的出水進(jìn)行消毒后即可達(dá)標(biāo)排放。水解池中的污泥定期排入污泥均質(zhì)池，由螺桿泵提升至污泥濃縮脫水一體機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水后的泥餅外運(yùn)處置。曝氣生物濾池的反沖洗排水排至緩沖池，由泵提升至水解池前的分配井，污泥濃縮脫水一體機(jī)的濾后液和脫水機(jī)房的地面沖洗廢水經(jīng)管道匯集至集水池，再進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。3、主要生產(chǎn)構(gòu)筑物和設(shè)備水解池4座，并聯(lián)運(yùn)行，每座尺寸27000×9450×5300mm，停留時間HRT=2.3h，其中混合區(qū)負(fù)荷1.8~3.6m3/m2.h，分離區(qū)負(fù)荷1.8m3/m2.h，水解池本身產(chǎn)生的污泥總量1.6tDS/d。C/N曝氣生物濾池1座，分為8格，其功能是將污水中的碳化有機(jī)物進(jìn)行好氧生物降解，并將污水中的部分氨氮硝化。設(shè)計參數(shù)：每格尺寸6800×6800×7300mm。配水通過288塊濾池專用濾板(1050×1050×110mm)和10368個濾池專用長柄濾頭(濾頭契型縫隙2.5mm，濾頭長度390mm)。出水采用8套柵型穩(wěn)流器、單堰出水。反沖洗方式排泥。用14800個(膜孔直徑∮1mm)無堵塞濾池專用單孔膜曝氣器曝氣。反沖洗形式為氣洗、氣水聯(lián)合、水漂洗，反沖洗周期據(jù)實際運(yùn)行情況而定，一般24h。填料為輕質(zhì)球型陶粒，體積為1410m3(粒徑∮3~6mm)，堆積密度0.9~1.0g/cm3。濾料厚3.8m，空塔流速4.96m/h，實際流速9.92m/h，填料層停留時間23min，容積負(fù)荷2.84kgBOD5/m3濾料.d，供氧量369.4kgO2/h，反沖洗水速15m/h，反沖洗氣速50m/h。N曝氣生物濾池1座，分為8格，其功能是對污水中剩余氨氮進(jìn)行硝化作用，并對未完全利用完的碳源進(jìn)行降解，對化學(xué)除磷沉析物的截留、過濾。設(shè)計參數(shù)：每格尺寸6800×6800×5900mm。反沖洗周期一般36~48h。陶粒濾料980m3(粒徑∮3~6mm)，厚2.6m，空塔流速4.96m/h，實際流速9.92m/h，填料層停留時間16min，容積負(fù)荷0.7kgNH3-N/m3濾料.d，供氧量236.5kgO2/h。鼓風(fēng)機(jī)房主要設(shè)備有：3臺(2用1備)C/N濾池鼓風(fēng)機(jī)，單機(jī)風(fēng)量40~45m3/min，風(fēng)壓P=7.5mmH2O。3臺(2用1備)N濾池鼓風(fēng)機(jī)，單機(jī)風(fēng)量25~30m3/min，風(fēng)壓P=6.0mmH2O。1臺濾池反沖洗鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)量40~45m3/min，風(fēng)壓P=6.5mmH2O。污泥脫水機(jī)房平面尺寸為：25.2m×13.5m。濕污泥量Q=830m3/d(含水率99.4%)。主要設(shè)備有帶式濃縮脫水一體機(jī)2臺(同時使用)，帶寬1.0m。螺桿泵2臺，單機(jī)流量Q=20~40m3/h。4、工程投資及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)本工程項目總投資為4263萬元，污水廠占地面積29畝。本工程投產(chǎn)后正常年份處理水量1460萬m3，年用電量283.2萬kW.h，絮凝劑年耗用量5.5t，化學(xué)除磷藥劑年耗用量為516.5t，直接運(yùn)營成本0.33元/m3污水。5、兩個值得注意的問題濾料是生物膜的載體，并且有截留懸浮物物質(zhì)的作用，它直接影響到曝氣生物濾池的功效，同時濾料對于工程的一次性投資、運(yùn)行成本等均有很大影響，一般要求濾料：(1)孔隙率大，比表面積大；(2)密度小，強(qiáng)度大，耐磨損，耐水沖刷；(3)阻力小，過水率高，形狀好(以球狀為佳)；(4)表面粗糙，掛膜好；(5)屬惰性物質(zhì)。常用的濾料材料有：石英砂、陶粒、塑料等，但目前在實際應(yīng)用中多采用陶粒濾料，其形狀多為圓形，考慮到成本和取材方便等因素，現(xiàn)在多采用頁巖陶粒。本工程經(jīng)過招標(biāo)選擇了北京三和聯(lián)創(chuàng)水務(wù)公司生產(chǎn)的陶粒。反沖洗是保持BAF正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的工作質(zhì)量對出水水質(zhì)、工作周期、運(yùn)行狀況的影響都很大。通常BAF一天沖洗一次，不宜過多，否則可能會使生物膜嚴(yán)重脫落，造成填料層內(nèi)生物量減少，損壞濾料，影響處理效果，增加運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)然，反沖洗過少將達(dá)不到?jīng)_洗效果。現(xiàn)有的反沖洗工藝也存在著如下問題：(1)采用長柄濾頭小阻力配氣、配水系統(tǒng)不僅增加了工程造價，而且在濾池面積增大后使配水、配氣很難均勻分布，影響沖洗效果。(2)固定式的濾頭安裝方式一旦損壞，檢修困難。二、表曝型氧化溝工藝及關(guān)鍵設(shè)備1、工程背景和工藝簡介2002年，我公司參與了西北地區(qū)某縣級市污水處理廠(3萬m3/d)的建設(shè)，并提供了主要設(shè)備。該污水廠海拔1100米，當(dāng)?shù)刈罡咚疁?0℃，最低溫度10℃，設(shè)計指標(biāo)如表2。表2設(shè)計進(jìn)出水指標(biāo)指標(biāo)(mg/L)CODcrBOD5SSNH3-NTPpH進(jìn)水3001401603047出水6020201517北方城鎮(zhèn)污水處理廠要求：①抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；②可低溫穩(wěn)定運(yùn)行；③污泥易于處置；④運(yùn)行管理簡單方便；⑤造價低廉等。該工程選擇了具有脫氮除磷效果的表曝型氧化溝工藝，分兩組，單體平面圖如圖2。該表曝型氧化溝可通過曝氣機(jī)的推流實現(xiàn)無動力的污泥內(nèi)回流，完成脫氮除磷。采用我公司生產(chǎn)的大功率倒傘表面曝氣機(jī)，具有供氧，推動水流作不停的循環(huán)流動，使有機(jī)物、微生物及氧三者充分混合、接觸，防止活性污泥沉淀等功能，可保持溝內(nèi)斷面平均流速為0.3m/s以上，溝底流速不低于0.15m/s。厭氧池分三格。二沉池回流污泥中的微量硝酸鹽在第一格內(nèi)能很快地被去除，消除了后續(xù)工藝對磷去除的不利影響。經(jīng)過預(yù)處理后，在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細(xì)菌可在后面兩格內(nèi)將溶解性BOD5轉(zhuǎn)化成低分子發(fā)酵產(chǎn)物，生物聚磷菌將優(yōu)先吸附這些低分子發(fā)酵物，將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)、同化成細(xì)胞內(nèi)碳源存儲物，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。經(jīng)厭氧狀態(tài)釋放磷酸鹽的聚磷菌在好氧狀態(tài)下可吸收、存儲超出生長需求的磷量，合成新的聚磷菌細(xì)胞、產(chǎn)生富磷污泥，最終通過剩余污泥的排放將磷從系統(tǒng)中出去。2、氧化溝系統(tǒng)尺寸本工程設(shè)計厭氧池停留時間為1.5h，保證磷的釋放達(dá)到約80%。工藝尺寸為：L×B×H=32.0×7.0×4.2m3，超高0.6m。取MLSS=4000mg/L，T=10℃，對于中小型污水處理廠，單獨(dú)處置污泥成本高，本工程設(shè)計經(jīng)氧化溝后污泥相對穩(wěn)定，確定污泥齡為18d。水力停留時間HRT＝12.8h。污泥負(fù)荷=0.08kgBOD5/kgVSS.d。缺氧區(qū)工藝尺寸為：L×B×H=32.0×10.5×4.2m3，超高0.6m。氧化溝主體部分工藝尺寸為：L×B×H=54.2×32.0×4.2m3，超高0.6m?？傂柩趿緼OR=氧化有機(jī)物需氧＋細(xì)胞內(nèi)源呼吸需氧＋硝化過程需氧－脫氮過程產(chǎn)氧＝184.5kgO2/h，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)需氧量SOR=AOR×Cs(20)/(α(βρCs(t)-C)×1.024(t-20))＝323kgO2/h。大功率倒傘表面曝氣機(jī)動力效率取2.1kgO2/kW.h，需配置功率數(shù)=323/2.15=154kW。3、主要設(shè)備和儀表厭氧池為防止污泥沉降及保證≥0.3m/s的流速，設(shè)計攪拌功率密度為7.0W/m3(一般7.0~9.0W/m3)，采用3臺我公司生產(chǎn)的GQT022×480(功率=2.2kW)的潛水高速推進(jìn)器，通過電機(jī)、減速箱帶動三葉后掠式葉輪的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)有力的推流作用，有效防止顆粒狀雜物在池壁或池底沉積，兼具攪拌混合和推流的功能。厭氧池設(shè)置一臺MLSS計及ORP儀，對厭氧段進(jìn)行在線檢測，分析是否存在磷的釋放和吸收。通過ORP(氧化還原電位)值的變化及NO3--N的濃度來調(diào)整外回流比，使厭氧池處于厭氧環(huán)境。實際運(yùn)行表明：當(dāng)明顯存在磷的釋放和吸收時，厭氧池的硝酸鹽在0.5mg/L以下，同時由于系統(tǒng)中溶解氧濃度極低且厭氧氨化作用，造成還原物種COD及NH4+-N濃度積累，氧化還原電位值會突然下降，一般降至-150mv~-250mv左右。缺氧池設(shè)計采用2臺我公司生產(chǎn)的DQT055×1800(功率=5.5kW)的潛水低速推進(jìn)器，功率密度7.6W/m3(一般6.5~8.5W/m3)。采用低速推進(jìn)器可利用其大側(cè)斜外形葉輪將液體在向前推進(jìn)的同時，將活性污泥與污水進(jìn)行充分的攪拌混合，可改善水流條件，防止污泥沉降?；旌弦夯亓髦裂趸瘻现黧w內(nèi)采用LB4.0×1.0型的內(nèi)回流控制閘門，控制范圍：100%~600%。缺氧池設(shè)置一臺ORP儀與內(nèi)回流控制閘門形成閉環(huán)控制，通過ORP檢測數(shù)值確定內(nèi)回流閘門的開啟角度，從而有效保證反硝化處理效果。在缺氧區(qū)NO3--N還原成N2，濃度逐漸降至最低，而NH4+-N濃度則因為基質(zhì)持續(xù)推流累積而增高，因此氧化還原電位將下降至-30mv~-45mv左右。根據(jù)計算，本工程選用DS350型大倒傘表面曝氣機(jī)兩臺，電機(jī)功率90kW，總供氧量=90×2.1×2=378kgO2/h，氧富余55kgO2/h。從節(jié)能方面考慮采用一臺變頻調(diào)速曝氣機(jī)(充氧量90~189kgO2/h)、一臺恒速曝氣機(jī)(充氧量189kgO2/h)。氧化溝主體根據(jù)工藝要求，氧化溝前置缺氧區(qū)應(yīng)保證為缺氧狀態(tài)才能達(dá)到預(yù)期的反硝化處理效果，因此，靠近內(nèi)回流閘門的曝氣機(jī)在進(jìn)行充氧的同時應(yīng)盡量避免對回流混合液溶解氧的影響，本工程在該處設(shè)置一臺DO計，可根據(jù)其測得的溶解氧數(shù)據(jù)，與變頻曝氣機(jī)組成閉環(huán)控制回路，通過改變曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變混合液中的溶解氧值，使其達(dá)到最佳工況。出水端為有效保證段溶解氧≥2mg/L以防止二沉池污泥厭氧放磷，設(shè)計該處曝氣機(jī)為恒速，并設(shè)置在線檢測DO計一臺。同時，氧化溝中還設(shè)置了一臺MLSS計，在線檢測污泥濃度。4、本工藝特點運(yùn)行費(fèi)用低。該氧化溝曝氣系統(tǒng)設(shè)計總裝機(jī)容量為180kW，若采用L=9000mm的轉(zhuǎn)碟，動力效率1.6kgO2/kW.h，則需配置8臺30kW的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，總裝機(jī)容量240kW，比倒傘曝氣機(jī)有較大幅增加。設(shè)備維修點少，運(yùn)行管理方便。一座氧化溝只有兩臺倒傘曝氣機(jī)，比轉(zhuǎn)碟或轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)的數(shù)量少幾倍，設(shè)備養(yǎng)護(hù)簡單。自控系統(tǒng)簡單，氧化溝內(nèi)一般僅3~4個閉環(huán)控制即可滿足工藝要求，操作比SBR法容易。污泥齡長，循環(huán)稀釋水量大，能承受水量、水質(zhì)的沖擊負(fù)荷。對某些含有濃度較高的工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)生活污水具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。工藝流程