四川省城市污水處理示范工程--一體化氧化溝

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1　工程概況

　　新都污水處理示范工程設(shè)計規(guī)模為1萬m³/d，該工藝是在國家"八五"成果基礎(chǔ)上考慮到脫氮、除磷而設(shè)計的。該工程工藝流程短、構(gòu)筑物及設(shè)備少、建造快(僅用5個月時間便建成)、工程質(zhì)量優(yōu)。

1.1　工藝流程及主要設(shè)計參數(shù)

　　 污水廠主要工藝流程如圖1。

圖1　新都污水處理工程工藝流程

　　該一體化氧化溝的基本特點(diǎn)是將生物處理凈化和固液分離合為一體。而從生物處理工藝來講，該一體化氧化溝又是一個集厭氧、缺氧、好氧為一體的A²/O體系。一體化氧化溝總設(shè)計水力停留時間為15 h，其中厭氧段為1 h，缺氧段為2 h，好氧段為12 h。溝內(nèi)有效水深為4.5 m，單溝寬10.5 m。厭氧區(qū)設(shè)0.75 kW水下混合攪拌器1臺，缺氧區(qū)設(shè)2.2 kW水下混合攪拌器1臺。好氧段設(shè)直徑為10 m，長9 m的曝氣轉(zhuǎn)刷2臺，每臺功率45 kW，此外還設(shè)有7.5 kW水下推動器2臺。

　　設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)BOD為100～１５０ mg/L，COD為200～３００ mg/L，SS為250 mg/L。設(shè)計出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級標(biāo)準(zhǔn)。

1.2　啟動運(yùn)行過程

　　該示范工程于1999年11月中旬建成并進(jìn)行培菌啟動。培菌初期基本上是直接引進(jìn)原污水進(jìn)行悶曝。由于培菌期間為冬季，平均水溫不到10℃，故微生物增長十分緩慢，為了加快培菌過程，縮短啟動時間，采用了投加雞糞和糞便污水進(jìn)行培養(yǎng)，效果較為顯著，出現(xiàn)少量活性污泥絮體。后改用連續(xù)培養(yǎng)方式，至2000年2月溝中活性污泥濃度達(dá)到1 000mg/L，SV值達(dá)到10 %，活性污泥沉降性能良好，鏡檢出現(xiàn)固著型原生動物，出水水質(zhì)穩(wěn)定。至此，培菌結(jié)束開始投入正常運(yùn)行。

1.3　進(jìn)出水水質(zhì)及效果分析

　　進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1　污水廠進(jìn)出水水質(zhì)情況 項目COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)NH₃-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)進(jìn)水范圍77.9～57855～15322～54113～27.818～3 0.72.6～8.9進(jìn)水均值197.473.2123.12023.45.8出水范圍26.0～46.09.2～20.63.0～21.00.8～2.33.1～12.41.1～5.5出水均值33.615.413.11.56.92.3

　　由表1可看出原水平均BOD/COD=0.37，可生化性較好，但從營養(yǎng)比看，BOD∶N∶P＝16.6∶4∶1，說明有機(jī)物濃度偏低。這主要是由于原污水基本上是生活污水，經(jīng)化糞池后，一部分有機(jī)物發(fā)生沉淀和降解。此外，含氮有機(jī)物還發(fā)生厭氧消化，故NH₃-N濃度相對較高。從出水水質(zhì)情況中可看出，除TP外其余各項指標(biāo)均優(yōu)于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。這主要是由于除磷是通過剩余污泥的排放實現(xiàn)的，而在此期間內(nèi)基本上還未排放過剩余污泥的緣故。

1.4　主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　該工程總投資761萬元(含征地費(fèi))，每m³水投資為761元，每m³水電耗為0.25 kW·h左右、占地為0.4 m²。從這些數(shù)據(jù)可看出一體化氧化溝所具有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

2　主要特點(diǎn)

2.1　固液分離器特點(diǎn)

　　眾所周知一體化氧化溝是集生物處理與固液分離于一體。在本工藝中，固液分離是在氧化溝的側(cè)溝與中心島的固液分離器中進(jìn)行的(見圖2)，它們是一體化氧化溝技術(shù)的關(guān)鍵，同時具有固液分離和污泥回流兩大功能，直接決定著出水水質(zhì)的好壞。

圖2　固液分離器示意

2.1.1　固液分離器工作原理

　　側(cè)溝與中心島固液分離器具有與二沉池相同的功能，但沉淀機(jī)理與主要是重力作用的二沉池又有顯著的不同。當(dāng)混合液由主溝進(jìn)入固液分離組件后，由于組件的特殊構(gòu)造，水流方向發(fā)生很大的變化，造成較強(qiáng)烈的紊動。這時混合液中的污泥顆粒正處于前期絮凝階段，紊動對絮凝的影響不大。隨著絮凝不斷進(jìn)行，污泥顆粒越來越大；污泥的絮凝過程到了后期絮凝階段，紊動的不利影響也越來越大；與絮凝過程的要求相適應(yīng)，這時混合液流過組件彎折，流速大大降低，且流動開始趨于緩和。因此在固液分離組件下部的很小底層里，絮凝作用已基本完成。絮凝成形的污泥顆粒在不斷上升的過程中，密度越來越大，流速越來越小。慢慢開始發(fā)生沉降的污泥顆粒還會被池底不斷涌入的混合液的上升水流所沖擊，當(dāng)重力與向上的沖擊力相等時，污泥保持動態(tài)的靜止，于是形成了一個活性污泥懸浮層。懸浮層中的顆粒由于攔截進(jìn)水中的雜質(zhì)而不斷增大，污泥顆粒沉速不斷提高，從而可以提高水流上升流速和產(chǎn)水量。因此不僅提高了分離器的表面負(fù)荷，還取得了較高質(zhì)量的出水，并實現(xiàn)了污泥的無泵回流。

　　值得注意的是，分離器上形成的懸浮層并不是固定不變的，而是一層處于動態(tài)平衡的活性污泥層。這是由于氧化溝內(nèi)的水平流速及分離組件的特殊構(gòu)造使發(fā)生絮凝的污泥不斷向主溝回流，而混合液不斷上升。這樣，懸浮層中的污泥得到不斷的更新，避免了活性污泥因堆積缺氧而造成的腐化和反硝化浮泥現(xiàn)象。

2.1.2　固液分離效果分析

　　固液分離效果見表2。一般說來，活性污泥系統(tǒng)固液分離效果受表面負(fù)荷(NA)、污泥濃度(MLSS)以及污泥沉降性能(SVI)等因素影響。由表2可以看出在這幾種因素的影響下，出水水質(zhì)的變化并不大，說明該固液分離器運(yùn)行效果穩(wěn)定，能承受較大的表面負(fù)荷。

表2　側(cè)溝固液分離效果 Q(m³/d)NA(m³/m²·d)MLSS(mg/L)SVI(mL/g)出水SS(mg/L)1110052.820755512.11050050.01886798.11150054.818798010.3750035.72046733.2800038.12251675.31200057.124286214.01250059.528375318.5

　　該固液分離器的平均表面負(fù)荷為50 m³/(m²·d)，是一般二沉池的1.5～2倍，因而可比一般的二沉池節(jié)省占地1/3～1/2。而且固液分離器實現(xiàn)了污泥的無泵自動回流，節(jié)省了工程造價和日常運(yùn)行、管理及維護(hù)費(fèi)用。

圖3　傳統(tǒng)A²/O法工藝

圖4　一體化氧化溝工藝

2.2　一體化氧化溝的回流特點(diǎn)

　　在A²/O除磷脫氮工藝中，為了保證各階段的生物量，一般來說需要三種不同的回流(見圖3)，而一體化氧化溝的回流卻有著明顯的不同(見圖4)。由圖4可以看出，一體化氧化溝的回流具有如下特點(diǎn)：

　　(1)厭氧段的回流混合液來自缺氧段，使厭氧段中的硝態(tài)氮含量降低，有助于厭氧段聚磷菌的釋磷，如標(biāo)號②。

　　(2)缺氧段和好氧段之間實現(xiàn)了混合液的水力內(nèi)回流，省掉了一套機(jī)械回流裝置，如標(biāo)號③。

　　(3)固液分離器在實現(xiàn)固液分離作用的同時實現(xiàn)了污泥向好氧段的無泵自動回流，再次省掉了一套機(jī)械回流裝置，如標(biāo)號①。

　　由此可知，與傳統(tǒng)A²/O工藝相比，一體化氧化溝工藝省掉了兩套污泥回流系統(tǒng)，大大節(jié)省了工程建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用。這是合建式一體化氧化溝的又一優(yōu)勢所在。

2.3　運(yùn)行方式的調(diào)整和節(jié)能

　　該污水處理廠內(nèi)一體化氧化溝采用連續(xù)流間歇曝氣的運(yùn)行方式，即曝氣轉(zhuǎn)刷周期性的開停，間歇向溝內(nèi)充氧，而水下推動器則連續(xù)開啟，維持溝中流速并起混合攪拌作用，防止污泥的沉積。曝氣轉(zhuǎn)刷的啟閉是由溝內(nèi)的溶解氧(DO)濃度決定的。該污水處理廠于2000年3月～5月在對氧化溝調(diào)試期間，進(jìn)行了連續(xù)曝氣和間歇曝氣兩種運(yùn)行方式的對比試驗。試驗結(jié)果表明：采用連續(xù)流間歇曝氣運(yùn)行方式，其有機(jī)物去除效果與連續(xù)曝氣運(yùn)行方式相當(dāng)，NH₃-N去除效果也基本相同，但總氮的去除率有明顯提高。這說明投入較少的能量能收到相同，甚至更好的C，N去除效果，這在工程應(yīng)用上有著重大的經(jīng)濟(jì)意義。這在理論上也是成立的：首先，系統(tǒng)間歇運(yùn)行能充分利用氧化溝內(nèi)源代謝產(chǎn)物進(jìn)行預(yù)缺氧反硝化，脫除部分NO-x-N，使前置缺氧段內(nèi)的C/N提高，從而維持較高的反硝化速率；其次，間歇運(yùn)行能使溝中溶解氧( DO)利用率提高。這是因為氧化溝是延時曝氣活性污泥系統(tǒng)，其BOD負(fù)荷大大低于普通活性污泥法，活性污泥能量水平低，故即使DO濃度值較低(低于2 mg/L)，也可使活性污泥絮體處于好氧狀態(tài)；另外，間歇曝氣的運(yùn)行方式還可使系統(tǒng)內(nèi)氧轉(zhuǎn)移速率增大，其氧利用率高于連續(xù)運(yùn)行方式，因而在某種程度上避免了DO的過量與浪費(fèi)，為系統(tǒng)節(jié)能創(chuàng)造了條件。該污水處理廠的調(diào)試運(yùn)行結(jié)果表明，在達(dá)到同樣處理目的的前提下，連續(xù)曝氣運(yùn)行處理每m³水電耗為 0.259 kW·h，而間歇曝氣運(yùn)行方式每m³水電耗為0.195 kW·h，可比前者節(jié)能22%。

2.4　主要設(shè)備特點(diǎn)

　　該一體化氧化溝采用水下推動器和曝氣轉(zhuǎn)刷組合的動力系統(tǒng)。一般說來，在一個完全混合活性污泥系統(tǒng)中，表面機(jī)械曝氣設(shè)備同時承擔(dān)著充氧、混合和推動的作用。由于曝氣設(shè)備技術(shù)條件的局限，早期的氧化溝溝深受到很大限制。而水下推動器的配合使用，使曝氣轉(zhuǎn)刷從眾多的功能中相對獨(dú)立出來，以充氧的功能為主，混合推動的功能則主要由水下推動器承擔(dān)，防止溝中產(chǎn)生沉積。該污水廠的運(yùn)行情況表明，當(dāng)只有兩臺轉(zhuǎn)刷運(yùn)行時，溝內(nèi)有一定的污泥沉積。當(dāng)一臺轉(zhuǎn)刷和兩臺水下推動器組合運(yùn)行時，混合狀況良好。而水下推動器的功率密度僅為3 W/m³，故既達(dá)到了節(jié)能的目的，同時也使增大溝深、減少占地的目的得以實現(xiàn)。

　　值得一提的是，該污水廠全部設(shè)備為國產(chǎn)化設(shè)備，節(jié)省了投資，與我國提倡的城市污水處理設(shè)備國產(chǎn)化、成套化的方針政策一致。該示范工程建造和運(yùn)行的成功，為解決我國中小城市的污水處理廠建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用短缺、管理不善等問題提供了示范。

3　結(jié)論

　　合建式一體化氧化溝縮短了工藝流程；固液分離器實現(xiàn)泥水分離和污泥無泵自動回流，固液分離效率高；曝氣轉(zhuǎn)刷和水下推動器聯(lián)合使用，使運(yùn)行方式更為靈活。一體化氧化溝在工程投資、占地和能耗上具有極大的優(yōu)勢，是適合我國國情的一種污水處理新技術(shù)，非常適合中小城市污水處理廠。

　　注：參加現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗工作的還有陳江伯、許俊儀、譚顯春和俞天明等。

參考文獻(xiàn)

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