城鎮污水處理廠工藝設計與設備選型注意事項研究

陳威

摘要：城鎮污水處理是水的社會循環中重要的最后一步環節，其污水處理的目的是使污廢水達到排入某一水體或再次使用的水質要求，并對其進行凈化的過程。基于此，為確保城鎮污水處理廠的設計效果，本文主要針對城鎮污水處理廠工藝設計以及設備選型對策進行分析，并提出在工藝設計與設備選型中需要注意的事項，以供參考。

關鍵詞：城鎮污水處理廠;工藝設計;設備選型;注意事項

1、城鎮污水處理廠設計規模與水質確定的注意事項

1.1合理確定服務范圍與設計規模

首先，在城鎮污水處理廠工藝設計中，應依據城鎮總體規劃，合理劃分項目的服務范圍。其次，應明確該服務范圍內住宅、工業、公共建筑等不同性質用地的占地面積以及服務范圍內的人口密度等情況，分別采用單位人口綜合用水量與用地分項用水量指標兩種方法預測該服務范圍內的污水排放量以最終確定項目的設計規模。

1.2合理設計進、出水水質

首先，在城鎮污水處理廠工藝設計中，應合理設計進、出水水質，其水質應考慮到生活污水、工業污水，并將其結合按照生活污水、工業污水的進水水質進行加權平均設計。其次，在合理確定好進、出水質的設計內容后，應以污水處理廠實際工藝流程，明確需要去除的特征污染物（如COD、氮、磷等），并在設計中合理強化生物除磷脫氮功能，并從技術經濟方面進行比較，不斷優化處理工藝設計。

2、城鎮污水處理廠關鍵設備的選型對策分析

典型的城鎮污水處理工藝流程主要為粗格柵、提升泵房、細格柵、沉砂池、A2/O生物池或氧化溝或SBR生物池、二沉池、混凝沉淀池、濾池、消毒池等，剩余污泥經脫水處理后外運處置，其采用的工藝設備主要有污水泵、格柵、吸砂機、刮吸泥機、曝氣機、潛水攪拌機、潛水推流器、潷水器、回流泵、污泥脫水機等。以下談幾點關鍵設備的選型的對策分析。

2.1污泥外回流比的選擇以及污泥回流泵選型的注意事項

為保證二級生化處理工藝段中具有足夠的生物量已實現去除COD、脫氮除磷的功能，一般將生物池中的MLSS控制在3500 mg/L～5000 mg/L，故需要將二沉池底部沉淀的活性污泥源源不斷地回流至生物池進水端與進水充分混合達到所需的MLSS濃度。在《室外排水設計標準》（GB50014-2021）中提出，生物脫氮除磷工藝污泥外回流比設計參數為50%～100%，其規定參數可選范圍較大，目前城鎮污水處理廠的污泥外回流泵一般選用潛水排污泵或潛水軸流泵，一般將單臺污泥回流泵的流量控制在25%～50%回流比所對應的流量，且采用變頻設計。在污水處理廠實際工藝運行中，污泥外回流比由二沉池底部沉淀的污泥濃度、進水流量以及生化系統所需的MLSS濃度決定，在生化系統所需的MLSS濃度一定的情況下，進水流量增大或回流污泥濃度較低則應通過增加污泥外回流泵運行臺數或調大泵的運行頻率的措施提高污泥外回流量，反之則通過減少污泥外回流泵運行臺數或調小泵的運行頻率的措施減少污泥外回流量，如果污泥外回流比過高會造成生化系統MLSS升高、好氧量增大、活性污泥進入內源呼吸等不利影響，污泥外回流比過小也會造成生化系統生物量減少、生化反應速率降低，最終導致出水指標不達標等現象。

2.2硝化液內回流比的選擇與內回流泵選型的注意事項

在典型的脫氮除磷工藝設計中，往往采用前置反硝化的脫氮工藝，前置反硝化工藝最大的局限性在于總氮去除率受外回流比的影響，一般總氮的最大理論去除率為：硝化液內回流比/（硝化液內回流比+1），故硝化液內回流比的選擇應通過設計進、出水的總氮指標計算確定，如設計進水總氮40 mg/L，出水總氮15 mg/L，則總氮去除率應不小于62.5%，硝化液內回流比不應小于167%。在《室外排水設計標準》（GB50014-2021）中提出，生物脫氮除磷工藝硝化液內回流比設計參數需要大于200%。硝化液的回流一般通過回流泵實現，將硝化液由好氧區末端回流至缺氧區前端，回流泵多采用管道穿墻泵、潛水軸流泵等。一般控制單臺內回流泵的流量對應50%～100%的內回流比的流量，且采用變頻設計。在污水處理廠實際工藝運行中，可以通過內回流泵的開啟臺數以及運行頻率控制外回流比，當進水水量增大或進水總氮升高時，需要提高內回流量加以應對，反之亦然，當內回流比過高時，可導致泥水混合液在缺氧、好氧區的實際停留時間縮短，弱化缺氧、好氧區的功能劃分，當內回流比過小時則極易造成出水總氮超標。

2.3 曝氣鼓風機的選型注意事項

在污水處理工藝設計中，為達到給活性污泥供氧以及泥水充分混合的作用其風機的選用尤為重要，曝氣鼓風機的選型主要考慮風量與風壓兩個參數。曝氣風量主要通過設計規模、COD與氨氮的去除率以及生化系統設計MLSS值計算得出，一般典型的城鎮污水處理廠曝氣氣水比通常為6：1～5：1，曝氣風機的風壓則由生物池的有效水深與曝氣管路的壓力損失相加得出。目前選用的曝氣鼓風機多為離心風機、磁懸浮或空氣懸浮風機，這幾種風機與近幾年逐漸淘汰的羅茨風機相比，具有能耗低、噪音小、運行穩定等多項有點。一般在工藝設計中，控制單臺風機的風量為所需曝氣量的25%～30%，且采用變頻設計。在實際工藝運行中，通過風機開啟臺數或運行頻率的方式控制合理曝氣量，曝氣量過小會導致泥水混合不充分，活性污泥下沉，更為嚴重的會導致出水COD與氨氮超標，曝氣量過大則會導致活性污泥進入內源呼吸階段從而使活性污泥解絮、出水SS超標。

2.4污泥脫水機的選型注意事項

城鎮污水處理廠每天會產生大量的剩余污泥，一般剩余污泥產率為1t/萬m3～1t/萬m3（以絕干污泥計），剩余污泥的體積及重量與含水率直接相關，通常從二沉池直接排出的剩余污泥含水率一般約為99%，如果將污泥含水率由99%降至80%，則理論上污泥的體積與重量會減少20倍。在污泥脫水工藝的設計中，首先應明確剩余污泥的最終處置方向，污泥的最終處置方向決定著運輸出廠的剩余污泥所需要達到的含水率，目前一般出廠污泥所要求的達到的含水率有80%與60%兩種。如果出廠污泥的含水率要求達到80%，則一般選用污泥脫水機直接脫水的處理工藝，常規選用帶式脫水機或離心脫水機，后者比前者更具有更好的衛生環境與運行穩定性，剩余污泥在進入脫水機前需要投加陽離子聚丙烯酰胺加以絮凝;如果出廠污泥的含水率要求達到60%，則一般選用污泥濃縮、污泥調質、污泥脫水的工藝路線，污泥濃縮一般可能剩余污泥含水率由99%降至97%，污泥調質主要通過投加鐵鹽、雙氧水、粉煤灰、聚丙烯酰胺等使污泥中的微生物細胞破壁以及使污泥發生絮凝反應，最終通過板框壓濾機將污泥含水率壓榨至60%。

3、城鎮污水處理廠工藝設備在運行中的注意事項分析

3.1潛水推流器在使用中應注意的事項分析

在城鎮污水處理廠的工藝設計中，如果采用氧化溝工藝或在A2/O工藝中的厭氧區、缺氧區采用跑道式的池型設計，往往需要選用潛水推流器使泥水充分混合，在《室外排水設計標準》（GB50014-2021）中提出，厭氧區、缺氧區的機械攪拌泥水混合設備功率應為2W/m3～8W/m3。目前在潛水推流器的使用過程中，容易出現流態紊亂、周期性逆流等問題，這些問題導致潛水推流器無法保證池中正常的流態。其上述問題產生的主要原因為厭氧或缺氧區廊道水流始末端為封閉狀態，無法實現循環，并且推進器設備推流量遠大于實際的進水量或出水量。因此，為解決上述問題應將潛水推流器布置在水流的實際流態與池型廊道設計流態可以保持一致的位置，確保在廊道內可以形成較好的推力，進而在推流器合理的布置條件下，使水力推動與機械推流達到相結合的效果。

3.2離心風機的喘振問題及應對注意事項

曝氣風機及其曝氣管路是污水處理廠生化系統的重要組成部分，所以曝氣風機一旦出現故障，將影響著污水處理廠的出水是否能達標排放，而喘振現象是離心風機最為常見的問題之一。在離心風機的運行時，由于突然的停止運行或降低風機的運行頻率導致風機出口的風量迅速減小使整個曝氣管路中的風壓大于風機出口處的風壓，則曝氣管路中的空氣會瞬間倒流回風機造成風機的喘振現象。在實際的工藝運行中，一是要對生物池底部的曝氣器進行經常性地清洗以保證整個曝氣管路系統的暢通;二是通過在風機出口管道處安裝手動泄水閥，定期排放管路中熱空氣產生的冷凝水;三是在滿足工藝運行的條件下，盡量不要使生化系統的污泥濃度維持在較高的水平;四是需要按照風機的說明書定期對風機進行維護保養。

3.3曝氣器堵塞的原因及應對注意事項

在A2/O處理工藝中，常用的曝氣器有管式微孔曝氣器、膜片式曝氣盤、旋混曝氣器、剛玉曝氣器等多種類型，隨著使用時間的增加，無論哪種類型的曝氣器均會出現曝氣量逐漸減小或曝氣不均勻的現象，導致曝氣量不足無法為活性污泥正常的生化反應提供足夠的氧氣、局部泥水混合不均勻以及上文提到的容易使曝氣風機發生喘振現象。導致曝氣器堵塞的原因主要有以下幾點：一是污水中攜帶的密度較大的顆粒性雜質長期在生物池底部沉積;二是水中所含有的鈣鎂離子等物質在泥水混合液pH呈堿性的條件下長期在曝氣器表面結垢;三是經過一定時間后微生物在曝氣器表面形成一層致密的生物膜。常規應對曝氣器膜孔堵塞的措施主要為配置5%的稀鹽酸或甲酸溶液，通過加藥泵將酸性溶液注入到每個曝氣支管上預留的加藥孔，打開加藥孔管道手動球閥，通過酸性溶液對曝氣器堵塞的膜孔進行清洗，在清洗過程中不斷觀察該支管所連接的曝氣器范圍內的水面曝氣情況，直到曝氣量恢復到正常水平以及曝氣較為均勻時停止酸洗。另外在生物池運行一段較長的時間后，應對每個序列的生物池逐個放空，徹底對生物池底部的雜物及淤泥等沉積物進行清理。

結束語：

綜上所述，在污水處理廠的工藝設計中，應科學合理地進行工藝設計、設備選型，并在設計中解決實際工藝運行中設備易出現的種種問題，在設計與選型階段應結合城鎮污水處理廠項目的實際情況，在保證出水水質達標的同時，強化生物脫氮除磷性能，確保工藝設備發揮良好地運行效果，以此為當地水環境的改善做出積極正面的影響。

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