城鎮(zhèn)污水處理廠節(jié)能減排設計方案研究

林加向

水資源是21世紀三大戰(zhàn)略資源之一。隨著社會生產(chǎn)發(fā)展和消耗不斷加大，水資源將變得十分匱乏。城市的發(fā)展和城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴大，污水處理量急劇增加，如何提高污水處理廠的能力和處理效率，提升出廠水質(zhì)和降低污水處理能耗成了亟待研究的課題。但目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠的技術(shù)還十分匱乏，其污水處理能力、建設規(guī)模、處理設備及工藝都較為落后，因此，優(yōu)化污水處理的工藝流程，提高運行管理效率，達到環(huán)保節(jié)能標準的設計方案十分必要[1]。

導流曝氣生物過濾法污水處理是一種先進的污水處理技術(shù)，通過借鑒下向流曝氣生物濾池法、上向流曝氣生物濾池法、接觸氧化法、生物膜法、人工快濾法、沉降分離法、無泵污泥回流法、給水快濾法等手段，再結(jié)合二級或三級污水處理工藝特點而研制出來的新型工藝方法。此工藝可實現(xiàn)污水處理循環(huán)利用，不受排向影響，可實現(xiàn)投資少，占地面積小和運行費用較低等諸多優(yōu)點，是目前較為理想的污水處理新工藝。本文著重從污水處理廠的設計方案出發(fā)，探索曝氣生物過濾法污水處理設計方案的成效和優(yōu)點，力圖促進今后的污水處理節(jié)能減排工作。

1.常見污水處理工藝

污水處理工藝是通過多種不同類型的污水處理加工工藝組合而成，然后通過不斷的解析和對比，分析不同處理方案下的污水處理水質(zhì)和水量和能效等多種因素來選出適用的解決步驟。處理工藝一般分為污水處理、深度處理、污泥處理、臭氣處理[2]。其中污水處理階段有格柵、進水泵房、沉砂池、初沉池、初沉污泥泵房、生物反應池、二沉池、回流污泥泵房、剩余污泥泵房、供氣系統(tǒng)、化學除磷、消毒；深度處理階段主要是濾池、化學系統(tǒng)；污泥處理階段主要是濃縮池、脫水機房、污泥料倉、污泥干化、外運。臭氣處理一般為收集與輸送、除臭等。這種傳統(tǒng)的污水處理工藝程序復雜，每一個污水處理步驟都需嚴格控制，才能保障最終的水質(zhì)能夠滿足相應規(guī)范要求，如果消耗了太多的資源和能量，則不利于污水處理廠的長期運行和發(fā)展。

2.污水處理廠水量與水質(zhì)要求

綜合該地方的人口和工廠數(shù)量，結(jié)合人均用水量和萬元GDP等指標，確定該污水處理廠的水量為7500m3/d。按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級標準A標準，目前的污水處理工藝可以達到相應的水質(zhì)要求，但隨著標準的不斷提高，常規(guī)的污水處理工藝技術(shù)將不能滿足要求。為了節(jié)約資源，避免被動型的進行整改，可采用“導流曝氣生物過濾法污水處理工藝技術(shù)”對該污水處理廠進行處理，處理效果將高于現(xiàn)行排放標準，出水水質(zhì)將達到如表1中的要求。

3.導流曝氣系統(tǒng)設計

導流曝氣生物過濾法是一種高負荷、淹沒式、固定化生物床的三相導流手段，本文案例污水處理廠中采用4座導流曝氣設備進行處理，每座導流曝氣系統(tǒng)的處理量可達320m3/h。整個系統(tǒng)的設計分為6個設計步驟：

（1）內(nèi)錐即下向流接觸氧化區(qū)設計。即在內(nèi)錐即下向流對流接觸氧化區(qū)內(nèi)裝有粒徑較小的濾料，濾料下設有水管和空氣管。設計參數(shù)：Q=7500m3/d，設計生化需氧量為144mg/L，設計該部分的去除率為65%，得到出水時的生化需氧量為50.4mg/L，設計填料的高度為2m，內(nèi)錐區(qū)面積A1=175.5m3。

（2）外錐即上向流曝氣生物過濾區(qū)設計。主要作用為在外錐即上向流對流接觸氧化區(qū)內(nèi)也裝有粒徑較小的濾料，濾料下也設有空氣管和水管，經(jīng)導流沉降無泵污泥回流區(qū)沉淀分離后的相對清水，在導流板的作用下進入外錐。設計參數(shù)：Q=7500m3/d，設計生化需氧量為上一級的剩余量50.4mg/L，設計該部分的去除率為85%，則剩余的生化需氧量為7.56mg/L，設計填料的高度為2m，外錐區(qū)面積A2=160.6m3。

（3）導流沉降無泵污泥回流區(qū)設計。該結(jié)構(gòu)可使污水在重力作用下讓污泥分離，并通過導流板作用導入外錐即上向流曝氣生物過濾區(qū)繼續(xù)處理。豎向沉淀區(qū)的表面設計負荷為4m3/m2×h，斜向沉淀區(qū)的表面設計負荷為8m3/m2×h，得到=78.125m2，’=39.0625m2，得到總的設計面積為117.1875m2，計算得到豎向沉淀區(qū)沉降分離停留時間為19.2min，斜向沉淀區(qū)沉降分離停留時間為38.4min，總時間為57.6min。導流沉降無泵污泥回流區(qū)與上部的內(nèi)錐下向流對流接觸氧化區(qū)和外錐上向流曝氣生物過濾區(qū)系上下層結(jié)構(gòu)，在構(gòu)造上設計尺寸調(diào)整為與上部面積等同。

表1 出水水質(zhì)參數(shù)要求表

（4）污水處理廠池體設計。整個池體面積等于內(nèi)錐區(qū)面積＋外錐區(qū)面積，共計336.1 m3，設計時可選用350 m3，共設4座。濾池頂部水深0.5m，濾料2m，緩沖層0.5m，導流沉降無泵污泥外排回流區(qū)（二區(qū)），高3m，超高0.3m，池總高6.3m；單座設計尺寸為20m×17m×6.3m=2142m3，采用鋼筋混凝土半地上的結(jié)構(gòu)形式。

（5）生物過濾池需氧量設計。總的需氧量=內(nèi)錐需氧量O21+外錐需氧量O22，通過需氧量計算公式分別計算得到內(nèi)錐需氧量為28.69m3/min，外錐需氧量為59.28m3/min，最終得到總的實際需氧量為87.98m3/min。設計曝氣頭單位服務面積為0.75m2/個，則共需曝氣頭1815個，氣水比設為4.2 ∶1，可滿足工藝所需要求。

（6）設備與壓力設計。選取鼓風機3臺，曝氣頭安在濾池填料下0.5m處，二用一備，型號TSR200，風量Q=50.92 m3/min，風壓50Kpa，電機功率55kw。工程實際結(jié)果表明，該設計方案能達到預定的水量和出廠水質(zhì)要求。

4.設計方案優(yōu)點分析

通過與常規(guī)的污水處理技術(shù)方案（活性污泥法處理工藝）對比，導流曝氣生物過濾法污水處理工藝技術(shù)具有以下優(yōu)點[3]：

（1）技術(shù)前瞻性和創(chuàng)新性較好。采用雙錐結(jié)構(gòu)，巧妙地將污水處理進行分區(qū)，實現(xiàn)了三級、三區(qū)導流和無污泥排放和回流的全過程，能夠高效率地對污水進行處理，并使得水質(zhì)優(yōu)于排放標準。

（2）工程占地小，建設費用低。整個曝氣濾池將降解與過濾過程結(jié)為一體，減少了近40%的建筑面積，同時省去了初次沉淀池、二次沉淀池以及污泥回流等設備，能夠減少工程造價。

（3）污水處理廠排出水質(zhì)好。能適應不同負荷條件下的污水處理，并且具有極高的效果穩(wěn)定性和可操作性。

5.結(jié)論

通過對比研究可以發(fā)現(xiàn)，采用導流曝氣生物過濾法的處理設計方案比傳統(tǒng)的處理方法更具優(yōu)勢，處理后的各項指標都能達到國標要求，能進行中水回收利用，不受排向的影響，無須再次進行升級改造。同時，采用該節(jié)能減排設計方案具有工程造價低、運行維護方便和自動化程度高等諸多優(yōu)點，可在以后的城鎮(zhèn)污水處理廠建設中加以推廣。