六安城北污水處理廠工藝設(shè)計與運(yùn)行分析

王坤紅，汪萬芬

（1.六安市排水有限公司，安徽 六安237001；2.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安237012）

六安城北污水處理廠工藝設(shè)計與運(yùn)行分析

王坤紅1，汪萬芬2

（1.六安市排水有限公司，安徽 六安237001；2.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安237012）

根據(jù)城市污水處理和污染防治技術(shù)政策推薦，結(jié)合六安市城區(qū)污水水量和水質(zhì)特點，城北污水處理廠采用改良型Carrousel氧化溝工藝。結(jié)合工程實例，闡述了城北污水廠工藝流程與污染物凈化機(jī)理、氧化溝結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)備選型，分析了污水廠運(yùn)行效果及其存在問題。工藝運(yùn)行表明：城北污水廠對污水中主要污染物具有良好處理效果，2010年CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP平均去除率依次為86%、85%、78%、95%、58%、61%，出水水質(zhì)遠(yuǎn)低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)中二級要求，除SS外其余出水水質(zhì)指標(biāo)值均能滿足一級B標(biāo)準(zhǔn)要求。工藝運(yùn)行較穩(wěn)定，處理效果良好，但污水廠前期運(yùn)行過程中也存在一些問題，通過技術(shù)改造已得以解決。

Carrousel氧化溝技術(shù)；脫氮除磷；工藝設(shè)計；運(yùn)行分析

近幾十年來，隨著六安市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活水平的不斷提高與城區(qū)擴(kuò)大，大量企業(yè)的引入與運(yùn)行，污水排放總量日益增加；造成境內(nèi)河渠污染嚴(yán)重，也對淮河、巢湖水質(zhì)構(gòu)成了現(xiàn)實的威脅。為改善城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)城區(qū)飲用水源、保護(hù)淠河水系、乃至淮河、巢湖流域水質(zhì)，“十五”期間六安市建造了第一座污水處理廠——城北污水廠，并逐步完善了市政排水管網(wǎng)。2005年，城北污水處理廠建成并成功投入運(yùn)行，污水通過Carrousel氧化溝工藝處理，不僅降低了水體中有機(jī)污染物濃度，還降低了污水中氮磷營養(yǎng)物濃度，出水水質(zhì)達(dá)到我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中二級排放標(biāo)準(zhǔn)，出水并通過蘇大雁排入淮河一級支流——淠河。該工程運(yùn)行以來，大大改善了淠河水環(huán)境質(zhì)量。

1 城北污水廠處理方案選擇

污水處理技術(shù)已有一百多年歷史，世界各國多數(shù)城市污水處理廠都是采用生物處理法，典型的有活性污泥法和生物膜法，其他方法均是這兩類方法的變形。當(dāng)前活性污泥法在污水處理工藝選擇中約占90%。根據(jù)《城市污水處理和污染防治技術(shù)政策》推薦，20萬t／d規(guī)模大型污水廠一般采用常規(guī)活性污泥法工藝，10-20萬t／d污水廠可以采用常規(guī)活性污泥法、氧化溝、SBR、AB法等工藝，小型污水廠還可以采用生物濾池、水解好氧法工藝等。針對生活污水處理有脫氮除磷要求的應(yīng)采用二級強(qiáng)化處理方法，主要有A／O法、A2／O法、氧化溝法、SBR等工藝，而這些工藝均是活性污泥法的變形，都可以實現(xiàn)除碳、除氮、除磷功能，均是比較實用的除磷脫氮工藝。在上述各種除磷脫氮工藝中，對中小污水廠來講，比較有發(fā)展前途的工藝是SBR工藝、氧化溝工藝。由于SBR法設(shè)備費(fèi)高，投資較高且自控要求程度高，比較適用于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的小城鎮(zhèn)。而六安市屬于中小型城市，污水排污量相對較小，經(jīng)濟(jì)較落后，專業(yè)技術(shù)人員缺乏，因此城北污水處理廠采用氧化溝工藝。該工藝具有基建投資省、運(yùn)行費(fèi)低、良好的脫氮除磷功能、污泥產(chǎn)量少、污泥性質(zhì)穩(wěn)定、具有一定承受水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷的能力、回收沼氣能源等多種優(yōu)勢；該工藝具有強(qiáng)大的吸引力，成為活性污泥處理方法的首選，成功的實例很多。通過氧化溝工藝處理，大大降低了污水中有機(jī)污染物、N、P等營養(yǎng)物濃度，顯著地減輕了水體有機(jī)污染與富營養(yǎng)化程度，充分保證淠河達(dá)到規(guī)劃IV類水體。

2 城北污水廠處理系統(tǒng)與工藝設(shè)計

2.1 污水處理廠概況

六安市城北污水處理廠是利用國債和世行貸款實施的淮河流域水污染治理項目。該項目設(shè)計規(guī)模為日處理污水8萬噸，鋪設(shè)污水管網(wǎng)145公里，建設(shè)污水提升泵站10座。該廠位于市區(qū)北端，順應(yīng)城區(qū)東南高西北低的地勢而建。城北污水處理廠收水區(qū)域為城中片與城南片，收水面積26.81km2，設(shè)計近期服務(wù)人口30萬。近期設(shè)計規(guī)模80000m3／d，采用改良型Carrousel氧化溝工藝，經(jīng)過二級強(qiáng)化處理后，出水能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中二級排放標(biāo)準(zhǔn)［1］，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，并具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。其設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

2.2 工藝流程設(shè)計

結(jié)合城北污水廠設(shè)計水量與水質(zhì)情況，參考國內(nèi)其他同類型污水處理廠工藝設(shè)計，城北污水廠確定采用厭氧池加氧化溝工藝，其流程見圖1。

圖1 六安市城北污水處理廠工藝流程圖

市政污水首先通過粗格柵，去除污水中較大的懸浮和飄浮物，以免堵塞水泵及沉砂池的排砂管。再通過泵提升污水進(jìn)入細(xì)格柵，將污水中較小的懸浮物去除，污水自流進(jìn)入旋流沉砂池，通過離心力而使污水中比重大的無機(jī)顆粒與污水分離。預(yù)處理后的污水與回流污泥混合后進(jìn)入?yún)捬醭?，在厭氧情況下，部分大分子有機(jī)物在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下轉(zhuǎn)化成小分子揮發(fā)性脂肪酸（VFA），聚磷菌吸收這些小分子有機(jī)物合成PHB并儲存在體內(nèi)，同時釋放出聚磷酸鹽，使污水中磷濃度升高、BOD5濃度下降；另外，氨氮因細(xì)胞的合成而被去除一部分，污水中氨氮濃度下降，但硝酸鹽含量沒有變化。污水經(jīng)厭氧池后流入氧化溝，氧化溝設(shè)有缺氧區(qū)、好氧區(qū)，污水交替流經(jīng)兩區(qū)。在缺氧區(qū)，污水中反硝化菌利用內(nèi)循環(huán)帶來的硝酸鹽以及污水中可生物降解的有機(jī)物進(jìn)行反硝化，反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽中的氮還原為N2釋放出來，達(dá)到脫氮的目的。在氧化溝的好氧區(qū)發(fā)生三種作用，第一：活性污泥中的好氧微生物在有氧條件下對混合液中可生化降解的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，達(dá)到脫碳的目的；第二：污水中的氨態(tài)氮被亞硝酸菌、硝酸菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽即進(jìn)行亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)；第三：聚磷菌的活力得到恢復(fù)，并以聚磷的形式超量吸收溶解性磷，使磷酸鹽從污水中去除。產(chǎn)生的富磷污泥，以剩余污泥形式排放，從而將磷從系統(tǒng)中除去［2-4］。因此，好氧段同時具有去碳、硝化、除磷功能。經(jīng)過氧化溝內(nèi)的生化降解，污水中有機(jī)污染物、氮磷營養(yǎng)物濃度大大降低，然后污水流入二沉池，在此通過靜置重力作用進(jìn)行泥水分離，水通過溢流堰收集并從出水管渠流出，污泥靠重力流流入污泥泵房；部分污泥通過泵回流至厭氧池與原污水混合，維持氧化溝內(nèi)污泥濃度，而剩余部分污泥經(jīng)過濃縮-脫水處理后外運(yùn)。

2.3 氧化溝結(jié)構(gòu)與設(shè)計

氧化溝污水處理工藝自投入使用以來，由于其出水水質(zhì)好、運(yùn)行穩(wěn)定、構(gòu)造簡單等優(yōu)點，使其作為污水處理的熱點工藝之一正得到廣泛應(yīng)用［5］。到目前為止已發(fā)展成為多種形式，主要有Passveer單溝型、Orba1同心圓型、Carrousel循環(huán)折流型、D型雙溝式、T型三溝式及一體氧化溝等［6］。Carrousel氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司研發(fā)制成，該系統(tǒng)由多溝串聯(lián)而成，溝體內(nèi)包含好氧區(qū)和缺氧區(qū)，但缺氧區(qū)條件不易控制，使脫氮能力降低。為了提高其脫氮效果，DHV公司在Carrousel氧化溝的基礎(chǔ)上研制了改良型Carrousel氧化溝工藝，在氧化溝前增設(shè)了厭氧區(qū)，使得工藝流程與A2／O流程很相似，形成厭氧一缺氧一好氧的工作環(huán)境，并且通過缺氧區(qū)回流渠的端口設(shè)調(diào)節(jié)活門控制進(jìn)人的流量，實現(xiàn)了混合液內(nèi)回流，節(jié)約能耗，同時提高了脫氮除磷能力［7］。六安市氧化溝技術(shù)采用改良型Carrousel工藝，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 改良型Carrousel系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)圖

城北污水廠設(shè)計氧化溝2座，為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e51300m3，水力停留時間15.4h，污泥齡13d，有效水深4.3m。氧化溝設(shè)計采用6廊道式，單廊道寬9m，總溝長120m，處理水量3200m3／h。由于氧化溝容積大，運(yùn)行水力停留時間長，對水溫、水質(zhì)、水量的變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在氧化溝中設(shè)有轉(zhuǎn)蝶曝氣器，具有混合攪拌能力強(qiáng)、充氧能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)靈活、安裝維修方便等優(yōu)點。本工程每組氧化溝設(shè)有16組轉(zhuǎn)蝶曝氣器，采用YHG1400-D類型曝氣器，長度9m，直徑1.4m。每組36個蝶片，單蝶供氧能力為1.2kgO2／h，電機(jī)功率為30Kw。實際運(yùn)行過程中，每組氧化溝開11臺左右，溝內(nèi)大致形成三個串聯(lián)、交替式的好氧、缺氧段，達(dá)到除磷脫氮及去除有機(jī)物的功效。由于氧化溝具有特殊的水力學(xué)流態(tài)，它既有完全混合式反應(yīng)器的特點，又有推流式反應(yīng)器的特點，溝內(nèi)存在明顯的溶解氧濃度梯度，缺氧段溶解氧大約在0.5mg／L以下，好氧段溶解氧維持在2mg／L左右。為保證溝內(nèi)水體流速和防止污泥再沉降；在缺氧段池內(nèi)設(shè)有水下推流器，采用SR4430.010類型推流器，共12臺。

3 城北污水廠運(yùn)行分析與存在問題

3.1 污染物去除效果分析

自2005年運(yùn)行以來，對污水中各污染物有著良好地去除作用，筆者對2010年污水處理廠運(yùn)行水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 污水廠進(jìn)出水CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP的變化

圖4 CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP去除率的變化

由圖3、圖4再結(jié)合污水廠設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)可知，污水廠進(jìn)水污染物濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計水質(zhì)，但水質(zhì)波動較大，尤其是TN、TP最大；經(jīng)過改良型Carrousel氧化溝工藝處理后，主要污染物CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP出水濃度在32、17、1.5、27、23、1.6mg／L以下，平均去除率依次為86%、85%、95%、78%、58%、61%。且出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，全年均能達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中二級標(biāo)準(zhǔn)，基本能達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，SS除外。系統(tǒng)對NH3-N去除率最高，可達(dá)95%，對CODcr、BOD5、SS均有良好的去除效果。而對TN、TP去除率較低且非常不穩(wěn)定，這一問題有待解決，需進(jìn)一步優(yōu)化控制以提高N、P營養(yǎng)物去除率。

3.2 城北污水廠運(yùn)行中存在的問題及解決措施

盡管Carrousel氧化溝工藝在國內(nèi)污水處理中占據(jù)重要地位，也具備很多優(yōu)勢。但在城北污水廠前期運(yùn)行過程中，也出現(xiàn)了一些問題，主要有：

3.2.1 推流與充氧矛盾問題

在Carrousel氧化溝中，為了提高污染物的處理效果，防止污泥沉積，溝內(nèi)混合液必須維持一定的流速，同時必須保證溝內(nèi)溶解氧含量合理，即推流與充氧量恰當(dāng)。一般認(rèn)為，溝內(nèi)最低流速應(yīng)為0.15m／s，不發(fā)生污泥沉積平均流速應(yīng)達(dá)到0.3～0.5m／s；好氧段溝內(nèi)溶解氧約在2mg／L，缺氧段溝內(nèi)溶解氧維持在0.5mg／L左右。氧化溝內(nèi)安裝的曝氣機(jī)具有充氧和推流雙重作用，在最初污水廠運(yùn)行過程中，氧化溝內(nèi)充氧和推流存在矛盾，為保證活性污泥在氧化溝內(nèi)不沉淀需增加氧化溝內(nèi)污水流速，增開曝氣機(jī)，此時會造成充氧過量，能耗浪費(fèi)；但為保證充氧正常，在氧化溝內(nèi)形成良好的好氧、缺氧段，必須減開曝氣機(jī)，造成溝內(nèi)污水流速下降，活性污泥沉淀，老化。為解決此類問題該廠進(jìn)行了技術(shù)改造，在兩組氧化溝中曝氣機(jī)上游設(shè)置12臺水下推進(jìn)器，這樣既增加溝內(nèi)污水流速、解決污泥沉積問題；又保證了充氧在正常范圍，降低了能耗。

3.2.2 泡沫與浮油問題

由于進(jìn)水含油脂高，系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，經(jīng)曝氣機(jī)轉(zhuǎn)刷充氧攪拌后，氧化溝中產(chǎn)生大量泡沫，同時導(dǎo)致二沉池中漂浮大量的油脂。為此，采用除沫劑去除泡沫，常用除沫劑含有機(jī)油，投量約為0.5～1.5mg／L；采用噴淋水有利于收集二沉池中的浮油，再進(jìn)行進(jìn)一步處理，也可考慮增加除油裝置。

3.3.3 離心機(jī)脫水與進(jìn)料問題

離心機(jī)在脫水運(yùn)行開始與結(jié)束時均需要沖洗，有大量的沖洗水排除，把含水率為75%～80%的脫水污泥稀釋，造成運(yùn)輸困難。為此，在污泥出口處，增設(shè)液控刀板閥及斜向無軸螺旋輸送機(jī)，在沖洗時刀板閥打開，沖洗水流向螺旋運(yùn)行反方向，進(jìn)入污水管道，沖洗完畢后自動關(guān)閉刀板閥，脫水污泥會通過無軸螺旋輸送到外運(yùn)污泥車，實現(xiàn)泥水分離，同時解決運(yùn)輸困難。

離心機(jī)的進(jìn)料方式是采用剩余污泥泵通過變頻調(diào)節(jié)進(jìn)入污泥切割機(jī)和螺桿泵，在實際使用過程中調(diào)節(jié)難度較大。為克服此問題，污水廠取消剩余污泥泵，在回流污泥管道上取一分支管道直接進(jìn)入脫泥機(jī)房儲泥池，再通過污泥切割機(jī)和螺桿泵直接給離心機(jī)供料，既節(jié)約了能耗，又增加了設(shè)備運(yùn)行和可靠性。

3.3.4 格柵堵塞問題

六安市老城區(qū)排水系統(tǒng)為雨污合流制，雨季在雨水的沖刷下，大量垃圾進(jìn)入主管網(wǎng)，造成該廠回轉(zhuǎn)式粗格柵機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，木棒類硬性物經(jīng)?？ㄋ栏駯艡C(jī)鏈條而導(dǎo)致停運(yùn)。為解決該問題，在進(jìn)水口前需增加一道粗格柵。

4 結(jié)語

六安市城北污水廠采用改良型Carrousel工藝實踐表明：Carrousel氧化溝工藝對主要污染物處理效果良好，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP平均去除率分別為86%、85%、78%、95%、58%、61%，出水水質(zhì)完全達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中二級標(biāo)準(zhǔn)要求，除SS外其余出水水質(zhì)指標(biāo)值均能滿足一級B標(biāo)準(zhǔn)要求。工藝運(yùn)行較穩(wěn)定，處理效果良好，但進(jìn)水污染物濃度較低，且波動較大。城北污水處理廠前期運(yùn)行過程中也存在一些問題，如推流與充氧矛盾問題、泡沫與浮油問題、離心機(jī)脫水與進(jìn)料問題，現(xiàn)已通過技術(shù)改造得以解決。

［1］國家環(huán)境保護(hù)總局.城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）［S］.2002.

［2］劉長榮.Carrousel氧化溝的脫氮除磷工藝設(shè)計［J］.中國給水排水，2002，（1）：67-69.

［3］王建如，劉祖文，朱強(qiáng)，等.改良型Carrousel氧化溝工藝脫氮除磷影響因素分析［J］.有色金屬科學(xué)與工程，2011，2（1）：51-54.

［4］高愛華.改良型Carrousel 2000氧化溝的機(jī)理和工程應(yīng)用［J］.湖南城市學(xué)院學(xué)報，2008，17（2）：27-30.

［5］戴紅玲，胡鋒平，王濤，等.氧化溝改良工藝處理城市污水的效果分析［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32（11）：156-159.

［6］張麗娜.氧化溝污水處理工藝淺析［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009，（5）：95.

［7］吳奐.Carrousel（卡魯塞爾）氧化溝工藝在城鎮(zhèn)污水處理中的運(yùn)用分析［J］.湖南有色金屬，2010，26（2）：47-50.

Analysis of the Process Design and Operation of Lu’an Chengbei Sewage Treatment Plant

WANG Kun-hong1，WANG Wan-fen2
（1.The Drainage Limited Company of Lu’an city，Lu’an 237001，China；2.College of Architecture and Civil Engineering，West Anhui University，Lu’an237012，China）

According to the recommendations of the treatment of municipal sewage and pollution prevention technique and combined with the characteristics of water quantity and quality of urban sewage in Lu’an city，Chengbei sewage treatment plant adopted improved Carrousel oxidation ditch process.With the examples of works，the author expounds the process flows，the pollutants purification mechanism，structural design and equipment selection of oxidation ditch，and analyses the effect of operation and the existing problems of the sewage treatment plant.The process operation shows that Chengbei sewage treatment plant deals with the major pollutants in the sewage effectively.The average removal rate of CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP were 86%、85%、78%、95%、58%and 61%respectively in 2010.The water quality which was let out from the Polluted Water Disposal Factory was far below the second standard requirements of Municipal wastewater treatment plant emission standards and water quality could meet the requirements of the first standard of B except with the index of SS.The process operation was relatively stable and its disposal effect was excellent.But there were several problems in the early period of its process operation which have been resolved by technological innovation.

Carrousel oxidation ditch technology；nitrogen and phosphorus removal；process design；operation analysis

X505

A

1009-9735（2012）02-0096-04

2011-12-16

王坤紅（1975-），男，安徽六安人，工程師，研究方向：污水處理。