【正文】 小型污水處理廠的方案設計 資料： 中國環(huán)保網(wǎng) 1 前言 在我國，隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對生態(tài)環(huán)境的要求日益提高，要求越來越多的污水處理后達標排放。在全國乃至世界范圍內，正在興建及待建的污水廠也日益增多。有學者曾根據(jù)日處理污水量將污水處理廠分為大、中、小三種規(guī)模：日處理量大于 10萬 m3為大型處理廠， 110m3萬為中型污水處理廠，小于 1萬 m3的為小型污水處理廠。近年來，大型污水處理廠建設數(shù)量相對減少，而中小型污水廠則越來越多。如何搞好中、小型污水處理廠，特別是小型污水廠，是近幾年許多專家和工程技術人員比較關注的問題。 不同規(guī)模的處理廠的設計原則基本相同，主要是以節(jié)省基建投資和運行費用的為主要目的，而實現(xiàn)的具體措施則有所不同。本文研究的是小型污水處理廠在設計中需注意的問題。與前面不同的是，本文的小型污水廠指的是日處理規(guī)模在 300020200m3之間。筆者認為，這種規(guī)模的污水處理廠，在工藝方案選擇、設備 選型、總平面布置方面也存在值得總結和注意的原則和特點。 2 工藝方案確定 無論何種規(guī)模的處理廠，在確定污水處理工藝時，除了保證處理效果這一基本條件外，主要目的是降低基建投資，節(jié)省日常的運行費用，以求在保證達標排放的前提下，使經(jīng)營成本最小。要做到這一點，首先應根據(jù)實際情況，選擇合適的處理工藝。小型污水廠處理廠往往具有這樣的特點： （ 1）由于負擔的排水面積小，污水量較小，一天內水量水質變化較大，頻率較高； （ 2）一般在城鎮(zhèn)小區(qū)或企業(yè)內修建，由于所在地區(qū)一般不大，而且廠外污水輸送管道也 不會太長。所以，其占地往往受到限制，處理單元應當盡量布置緊湊。 （ 3）一般要求自動化程度較高，以減少工作人員配置，降低經(jīng)營成本。 （ 4）污水廠往往位于小區(qū)或工業(yè)企業(yè)內， 垃圾分選機 平面布置可能會受實際情況限制，有時可能靠近居民區(qū)或地面起伏不平等，平面布置應因地置宜，變蔽為利。 （ 5）由于規(guī)模較小，一般不設污泥消化，應采用低負荷，延時曝氣 工藝，盡量減少污泥量同時使污泥部分好氧穩(wěn)定。 鑒于以上的特點，對于小型城市污水廠， SBR 法及氧化溝法為首先考慮的工藝方案。這兩種工藝都具有以下優(yōu)點： （ 1）都屬完全混合型，具有較高的耐沖擊負荷的能力； （ 2）一般不設初沉池，工藝簡化，節(jié)省占地； （ 3）一般采用低負荷延時曝氣方式運行，處理效果好，污泥好氧穩(wěn)定，同時可減少污泥產量（如果污泥出路可靠，也可適當提高負荷）； 氧化溝目前常用的有卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、三溝及雙溝等交替式氧化溝等幾種形式，其中以前兩種更為常用。氧化溝的共同特點 是污水在循環(huán)水池中流動，曝氣方式主要采用表曝方式（近年來，也有鼓風曝氣方式的氧化溝，也被稱作氧化溝池型的普曝，結合了氧化溝及微孔曝氣的優(yōu)點）。 SBR 工藝包括傳統(tǒng) SBR 法、 ICEAS 工藝、 DATIAT工藝、 CAST 工藝、 UNITANK 工藝等不同方法。從嚴格意義上講，交替式運行的氧化溝實際上也是 SBR 工藝的一種。 SBR 法與氧化溝相比又具有以下優(yōu)點： （ 1） SBR 工藝省去二沉池和回流污泥泵房， 環(huán)衛(wèi)型推土機 使布置更加緊湊； （ 2）氧化溝的曝氣設 —表曝機在運行時，濺起水花較大，對周圍環(huán)境產生不利影響。某些特殊情況下，對污水廠有很高的環(huán)保要求，反應池上部需要加蓋或增設上部建筑，以隔絕臭氣，這樣則會影響表曝的曝氣效率。 （ 3）由于 SBR 池是間歇運行，很較強的調節(jié)能力，對于水質水量變化較大的情況，也不需要高調節(jié)池（實際上， SBR 池本身就有調節(jié)池的作用）。 （ 4）在北方嚴寒地區(qū)，冬季室外氣溫較低，氧化溝的表曝曝氣方式也不適宜。 （ 5） SBR 池池深也不受限制，必要時可適當加深。 綜合上述各種因素，在小型污水處理廠設計中， SBR 工藝比氧化溝更廣泛的被采用。各種 SBR 法的特點及適用范圍見下表： 工藝名稱 反應池分格 進水方式 是否回流 適用規(guī)模 工程實例 傳統(tǒng) SBR 單池，不分格 間歇交替進水 無 小型 全國幾百座小型污水廠 ICEAS 有中格墻分成預反應區(qū)和主反應區(qū) 連續(xù)進水 需要回流 大、中型 昆明第三污水廠 DATIAT 中隔墻分為 DAT 池及 IAT 池 連續(xù)進水 回流比 200300% 大、中型 天津開發(fā)區(qū)污水廠 撫順三寶屯污水廠 CAST 分為選擇區(qū)和主反應區(qū) 間歇交替進水 回流比 2035% 中、小型 鎮(zhèn)江新區(qū)污水廠 UNITANK 用隔墻分為三池 間歇交替進水 無 中、小型 上海石洞口污水處理廠 小型污水處理廠主要的要求是操作簡單，布置緊湊，從上表比較而言，不需回流或回流很少的傳統(tǒng) SBR 和 CAST 工藝成為設計的首選，而大型污水處理廠則要求連續(xù)進水，否則進水管線及閥門的設計流量將成倍增加。從國內已建成的污水處理廠來看，大、中型污水處理廠如撫順三寶屯污水處理廠（ 25萬噸 /日）、天津開發(fā)區(qū)污水處理廠（ 10萬噸 /日）、昆明第三污水廠（ 15萬噸 /日）、昆明第四污水廠采用的都是 DATIAT 工藝或 ICEAS 等連續(xù)進水的處理工藝。相反，小型污水處理廠則壓倒多數(shù)的采用傳統(tǒng) SBR 工藝，近年采用 CAST 工藝的也逐漸增多。對于 UNITANK 及近來興起的類似的 MSBR（ Modified SBR）工藝，目前應用還不多，但不久很可能成為小型污水處理廠的熱門工藝。 CAST 工藝的評述 CAST 工藝是近年來在傳統(tǒng) SBR 工藝上發(fā)起來的一種新型工藝，它是利用不同微生物在不同負荷條件下生長速率差異和污水生物除磷脫氮機理，將生物選擇器與傳統(tǒng) SBR反應器相結合 的產物。這種工藝綜合了推流式活性污泥法的初始反應條件（具有基質濃度梯度和較高的絮體負荷）和完全活性污泥法的優(yōu)點（較強的耐沖擊負荷能力），無論對城市污水還是工業(yè)廢水都是一種有效的方法，有效地防止污泥膨脹。另外如果選擇器的厭氧的方式運行，則具有生物除磷作用。 有資料介紹：由于 CAST 工藝引入了厭氧選擇器，使該系統(tǒng)具有很強的除磷脫氮能力。實際這種說法不完全正確。因為就脫氮而言， CAST 系統(tǒng)與傳統(tǒng)的 SBR 沒有太多的不同，靜止沉淀時的反硝化作用和同時硝化反硝化作用在脫氮過程中起主要的作用。而除磷方面，僅 2030%的回流比，則無法保證選擇區(qū)內的污泥濃度，舉例而言，若反應池內的污泥濃度為 6g/L（一般沒這么高），回流比為 20%時，選擇的污泥濃度僅為 1g/L。這樣低的污泥濃度是很難保證良好的除磷效果的。況且回流是在進水同時進行，這時處在曝氣階段，回流的混合液含有大量的溶解氧和硝態(tài)氧，也不利除磷。第三，生物除磷是通過排除富集磷的污泥來實現(xiàn)的，而系統(tǒng)長泥齡低負荷的運行，產泥率很低，同樣無法保證良好的除磷效果。實際上，很多實際工程設計中， CAST 工藝往往都輔以化學除磷，以保證處理達標。所以，許多資料所介紹的 CAST 工藝良好的 除磷脫氮能力有必要進行進一步的探討和研究。 綜上所述，對于小型污水處理廠，傳統(tǒng) SBR 工藝和 CAST 工藝是小型污水處理廠的首選工藝。這兩種工藝比較而言， CAST 工藝有一定的生物除磷效果，而且在進水污染物濃度很低的情況下， CAST 工藝可有效的防止污泥膨脹。而傳統(tǒng)的 SBR 工藝則因沒有內回流而使處理更為簡化。 主要的設計參數(shù)如泥齡、污泥負荷等，在條件允許的情況下應進行小試，加以確定。如果沒有條件，主要設計參數(shù)可按下表取值： 設計參數(shù) 推薦值 備注 實際污泥負荷 周期數(shù) 36/d 周期工作時間： 48小時 高水位污泥濃度 25g/L 排出比 1/31/6 每周期排出體積與反應池總積之比 泥齡 2030d 池子個數(shù) 3座或 2組（每組兩座） 至少三座以上 表中的污泥負荷有泥齡均為計算負荷和計算泥齡，實際的污泥負荷應根據(jù)每周期的曝氣時間進行相應的折減。 3 各級處理單元 一般來講，溫度、 PH 值等如不過高或過低，可不設專門的調節(jié)池。因為 SBR 池本身實際上就等于一個調節(jié)池。這也是 SBR 工藝用在小型污水廠中的一個非常重要的優(yōu)越性。 由于設計流量較小，導致格柵都比較小。比如規(guī)模為 5000噸 /日的污水廠，設粗細格柵各設兩臺，并聯(lián)設置，經(jīng)計算格柵尺寸如下表： 污水廠規(guī)模（噸 /日） 5000 總變化系數(shù)取為 設計參數(shù) 細格柵 粗格柵 柵條間隙（ mm） 20 5 柵前水深（ mm） 300 500 過柵流速（ mm） 安裝角度（ 176。） 60 60 格柵寬度（ mm） 300 350 由上表可見，處理規(guī)模 5000噸 /日的處理廠，總變化系數(shù) Kz=，計算得粗、細格柵尺寸都很小。這種情況下若采用機械格柵，渠道 上部的驅動部分及柵渣輸送機所需的空間一般都在 2m 以上，造成很大的空間浪費，對于小型污水處理廠，格柵間往往有上部建筑，則增加了土建投資。所以在柵渣量不是很多的情況下，如果計算得格柵較小，可采用人工格柵代替機械格柵。 沉砂池一般選用鐘式沉砂池或類似產品。如果鐘式沉砂池池徑不太，沉砂池可采用碳鋼制成的成套設備。另外沉砂池進出水渠也可采用相應碳鋼制作。這樣不僅增加了方便施工安裝，而且由于尺寸較小，造價不見得高出鋼筋砼池多少。 活性污泥法的曝氣方式可分為兩大類：鼓風曝氣及機械曝氣 兩大類。鼓風曝氣系統(tǒng)的主要設備是鼓風機及擴散系統(tǒng)。小污水廠的鼓風機一般采用羅茨風機及小型離心風機。分散系統(tǒng)一般采用微孔曝氣器。但必須是適應于間歇曝氣的運行方式。鼓風機往往安裝在 SBR 池旁邊，以減少管路系統(tǒng)的造價。由于污水廠較小，一般不設鼓風機房，僅在鼓風機上設罩棚。這主要適用于廠礦企業(yè)內的污水處理廠，不嚴格控制噪音的情況。如果污水廠毗臨生活小區(qū)，若采用鼓風曝氣則必須建鼓風機房，同時還要有相應的降噪措施，這樣情況下宜采用機械曝氣方式。 機械曝氣相對于鼓風曝氣而言，具有噪音低、安裝簡單等優(yōu)點，特別適用于小 型污水廠。主要的機械曝氣設備原理、適用條件及參考生產設備廠家見下表。 序號 設備名稱 供氧量 深度 工作原理 參考廠家 1 離心式潛水曝氣機 290kgO2/hr 36m 潛水電機驅動葉輪轉動，排開污水，靠負壓吸入空氣，吸入的空氣與水混合，在離水力作用下向四周排出，達到傳氧的目的。 臺灣川源股份有限公司的 AR 系列產品； 南京藍深公司 QXB 系列產品； 2 射流式潛水曝氣機 24m 利用水射器原理，以反應池中的污水為介質，經(jīng)水泵加壓，高速通過喉管，形成負壓，吸入空氣，并與污水充分 混合，經(jīng)擴散管噴出。也可采用設在反應池外的干式泵結合水射器工作的方式 臺灣川源股份有限公司的 GR 系列；廣州綠藍環(huán)保公司 QPJ 系列產品；南京藍深公司QSB 系列產品； 3 立軸式推流式曝氣機 36m 曝氣機靠浮筒浮在水面上，驅動軸與水面垂直，驅動軸帶動葉輪高速旋轉在葉輪前部中心區(qū)產生較強的負壓，將空氣從空心主軸吸入紊流室，攪動后擴散到污水中 浙江諸暨宏宇環(huán)保設備廠 O2BG 型設備； 4 斜軸式推流式曝氣機 530kgO2/hr 原理同 3，只是驅動軸與水面呈 045176。的 夾角，在具有曝氣功能的同時，也具有推流的作用。 上海明智環(huán)保公司代理的美國 AIREO2系列產品；浙江諸暨宏宇環(huán)保設備廠 O2JBG型設備； 上表中 2類設備為潛水電機，具有結構緊湊、安裝方便、噪音小、曝氣效率高等優(yōu)點，只是潛水電機對設備加工能力及設備自保護能力要求較高。而 4類電機在水面上，運行安全，壽命相對較長，但噪音較 2稍大，安裝需要拉索，不太美觀。 在很多情況下，曝氣機都是首選設備。在近年來興建的小型污水廠中，上述四類曝氣機都被廣為采用。但相對于鼓風曝氣動力效率較低。 一般可采用帶式脫水機。因為國產設備較過關，設備費用不高，不必連續(xù)運行。雖然衛(wèi)生條件較差，但也可采取相應措施進行改善，如強制通風或后面提到的除臭。在有條件的情況下，也可采用離心脫水機，以改善工作環(huán)境，減少加藥量。 4 總圖布置 由于污水廠較小，各構筑物之間一般用渠道相連，既節(jié)省了占地，又減少了水頭損失。有專家統(tǒng)計，采用渠道輸配水的污水處理廠的水頭損失要比管道輸配水的小 23m。對于采用 SBR 法的小型污水處理廠，一般將沉砂池與 SBR 池通過渠道相連、污泥濃縮池與脫水機房和泥餅堆放場合建。這樣， 在常規(guī)的設計中，小型污水廠內至多有三個主要的處理單元：輔助生產區(qū)（含辦公、變配電及總控等）、水處理單元、泥處理單元。有時泥處理和水處理單元也可合建。 由于方便輸配水，各構筑物采用了合建方式，在設計時應注意距離較近的構筑物的基礎處理，埋深上盡量接近。通過連接構筑物的渠道應做沉降縫。 多座反應池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設備的維護管理，而且沒有閥門堵塞的問題。連接方式如圖 1。在