改型传统活性污泥法在城市污水处理厂的应用

　　改型传统活性污泥法生物处理中前置缺氧区的主要作用和特点为：（1）有机物在缺氧区的微生物作用下，使有机物的结构改变，提高污水可生化性，增强了对难降解有机物的去除效果和对水质变化的适应能力，为后续处理单元提高效率创造了有利的条件，尤其是对工业污水比重较大和生物降解性差的城市污水有较大的优越性。（2）可以抑制丝状菌的过度增长，防止好氧段污泥的膨胀，避免影响处理设施正常稳定的运行。（3）可改善污泥的沉降性能，提高二次沉淀池的泥水分离效果，也有利于污泥的处理与处置。（4）池形设计的特点，使调整运转方式灵活，根据实际运行情况和对水质要求的变化，只要增加混合液内回流设备，即可完成生物脱氮，所以该工艺更容易适应出厂水水质标准的变化。

　　2. 南阳污水处理厂工程设计

　　南阳污水处理厂位于南阳市中心城区的西南角南邻白河，其出水直接排入白河，排放口位于白河第四橡胶坝的下游。工程总规模30×10⁴m³/d，一期工程10×10⁴m³/d。1997年～1998年完成设计，2001年投产。采用瑞典政府贷款，主要工艺设备均引进。

　　2.1进出水水质

　　污水处理厂服务范围内的工业污水约占城市污水量的44%。主要有 4个排放口，根据1997年4月对其中3个主要排放口的污水水质的实测资料和《污水排入城市下水道水质标准》的要求以及相应的行业标准的有关规定，污水处理厂的设计进水水质为：BOD₅170mg/L，COD_cr360mg/L，SS280mg/L，TN27mg/L，NH₃-N20mg/L。

　　污水处理厂的排放水体白河，规划为Ⅳ类，因此执行污水综合排放的二级标准，但是，根据环保的批复意见，个别水质项目的要求更加严格，设计确定的主要水质指标为：BOD₅≤30mg/L，COD_cr≤100mg/L，SS≤30mg/L， NH₃-N≤15mg/L。

　　污水处理厂采用的工艺流程为改型传统活性污泥法，如图2-1。

　　城市污水通过管道收集进入污水处理厂，在厂内经过粗格栅、污水提升、污水计量、细格栅、沉砂、初沉、生物处理、二沉池的泥水分离后，排入白河。污泥采用重力浓缩、机械脱水处理，含水率75%～80%的污泥外运，近期卫生填埋，远期增加污泥厌氧消化处理工艺，同时考虑作为生产复合肥料的原料。。

　　污水和回流污泥均采用巴氏计量槽计量，以合理地控制运行参数。

　　 2.2   生产设施

　　2.2.1 进水泵房，土建按远期规模设计，设备分期安装。采用潜水污水泵，湿式安装。泵房内共设置6台泵位，一期安装4台，二大二小；二期增加二台大泵，远期换泵。

　　2.2.2 沉砂采用曝气沉砂池。10万m³/d规模设一座，停留时间 2.50～3.30min，曝气量0.1～0.15m³气/m³水，沉砂池出水渠道上设巴式计量槽，对污水进行计量。

　　2.2.3 初沉采用中心进水周边出水圆形辅流式沉淀池，池径40m，2座，表面水力负荷1.66～2.16m³/m²·h，停留时间1.67h。

　　2.2.4 改型活性污泥生物处理池，该池是污水处理厂的核心，共计2座，2座之间设回流污泥渠道，使其成为一个整体。生物处理池由廊道组成，分缺氧区和好氧区，水深6.0m。缺氧区容积3640m³，停留时间0.87h，缺氧区内安装水下搅拌器4套/座；好氧区容积27100m³，停留时间6.5h。污泥负荷0.126kgBOD₅/kgMLSS.d，污泥浓度3.3g/L。好氧区池底安装微孔盘式曝气器，曝气器数量按递减曝气布置，沿水流方向递减分为三段，分别占总曝气量的44%、33%、23%，控制供气量在进水端大，出水端小，使供氧更经济合理。

　　2.2.5 二沉池，10万m³/d规模设4座直径45m的辐流式二沉池。表面负荷0.65～0.85 m³/m².h。2.2.6 鼓风机房，主要向生物处理池供氧和曝气沉砂池供气。按10万m³/d规模设计，内设变频调速鼓风机4台，三用一备。单台风机供风量110m³/min。

　　2.2.7 回流污泥泵房，一期工程设一座，采用潜水泵，设置4台回流污泥泵，3用1备，其中1台变频调速；DP3085MT-53-472剩余污泥泵2台，Q=46.8m³/h，H=4.8m，功率2.0kw。回流污泥采用渠道输送，渠道上设巴式计量槽，对回流污泥进行计量，回流量根据污水厂进水量自动调节。

　　2.2.8 污泥处理，10万m³/d规模，设重力浓缩池二座，直径14m，浓缩时间19.4h。圆形储泥池一座，直径6m，有效容积110m³。污泥脱水间一座，按20万m³/d规模设计，设备分期安装，采用离心脱水机。一期工程设置2台脱水机，并预留1台脱水机的位置。

　　2.3 其它

　　2.3.1 超越管设置，为了保证污水处理厂的正常运行，灵活调整工艺过程，同时能够处理停电等突发事故，厂内共设置了污水进厂的超越管、初沉池超越管、二级处理超越管以及消毒接触池超越管。

　　2.3.2 污水处理厂的占地7.2ha。平面布置主要是将生产构建筑物和辅助生产建筑物分别集中布置，并用绿化和道路分割，以避免相互影响，保证辅助生产区工作人员的工作环境。生产区的污水和污泥处理设施也分别集中布置，尤其是将环境条件差的设施远离综合楼等辅助设施。为便于管理和降低水头损失，节约能耗，生产构筑物之间尽量采用渠道连接，并用架空走道相连，有利于生产人员的巡视和管理。用地及建筑面积指标符合国家《城市污水处理工程项目建设标准》的有关规定。

　　2.4 主要设备

　　污水处理厂工艺设备基本上采用引进。引进的工艺设备有格栅类，包括粗、细机械格栅；排泥（砂、渣）类，包括桥架式除砂机、砂水分离器、无轴螺旋输送器、初沉池的刮泥机、二沉池的刮吸泥机、；以及鼓风机、离心脱水机、盘式微孔曝气器、水下搅拌器等。

　　2.5 主要控制功能

　　2.5.1全厂的控制系统

　　污水处理厂采用集散型控制方式，主要是分散检测和控制，集中显示和管理，可实时监测厂内主要设备的工作状态，自动调节设备的运行状态，显示重要参数的各种曲线图，显示和打印任何时间的实时监测数据。

　　2.5.2供氧量控制

　　生物处理池的供氧采用鼓风曝气，微孔盘式曝气器。在厌氧段设 4台（单池）潜水推进器，直径370mm，功率2.5kw，作用是混合推流，使该段处于缺氧状态；鼓风机房内设置4台HST型鼓风机，鼓风机全部为变频调速与鼓风设备一体化，整个设备紧凑简洁，可通过生物池内6台溶解氧仪（控制溶解氧1.5～2.5mg/L）发出信号，调节供气管上的调节阀，根据压力的变化，自动调节鼓风机的开启台数以及单台鼓风机的供气量。此种鼓风机设备在国内为首次采用，可完全按事先设置好的溶解氧值，自动调节供气量，运行效果稳定，调节灵活，节省能耗，对规模适中的污水处理厂是较理想的选择。

　　3 回流污泥量控制

　　生物池的污泥回流采用LL3300LT-53-806潜水泵，Q=1283m³/h，H=3.8m，其中1台为变频调速，Q=300～1590m³/h。在回流污泥渠道上设置巴氏计量槽，在生物池内设置污泥浓度计，根据污水处理量自动调节回流污泥泵的开启台数，使污泥的回流量达到最佳，控制生物处理池内的混合液污泥浓度合理，以节省回流污泥和供氧量的能耗。

　　4 污泥处理系统设施

　　初沉池的排泥采用时间和污泥浓度控制，4h排泥1次，排泥管上设污泥流量计和电控阀门，污泥管道监测装置可同时测定和输出污泥的含水率、流量，根据含水率控制排泥历时；剩余污泥连续排放；二部分污泥进入污泥重力浓缩池浓缩后，按浓缩池内的污泥界面计的设置值，自动排入储泥池，当储泥池中液面超过设置值时，浓缩池不排泥，保证系统安全；污泥机械脱水设备为 AVNX4565型离心脱水机，配自动投药系统以及输送脱水污泥的无轴螺旋输送机等设备，污泥脱水系统设施采用自动控制方式运行。

　　5 污水处理厂实际运行效果

　　5.1进水、出水水质的监测结果

　　污水处理厂经常监测的项目为：COD_Cr、BOD₅、SS、NH₃-N、DO等。不定期测定的项目包括：总氮、总磷等。2001年8月～2002年4月的实际监测结果如表3-1。

表3-1  污水处理厂实际处理效果

　　河南省环境监测中心站对污水处理厂的进出水和总排放口进行了连续3天的检测，每天检测6次，检测结果的平均值见表3-2，3天的实测水量为7.86～8.53×10⁴m³/d，平均8.29×10⁴m³/d。结果表明，各主要污染指标的平均值均达到设计指标。

表3-2  环境监测中心站对污水处理厂的检测结果

　　5.2实际处理效果与设计值的对比

　　污水处理量最大为9.2×10⁴m³/d，最小为6.5×10⁴m³/d，目前南阳污水净化中心控制污水处理量8.0×10⁴m³/d左右。由于排入污水厂的工业污水水质浓度远大于排入城市排水管道的水质标准的规定值，因此造成南阳市污水处理厂的进水水质远远大于设计值。

　　 实际运行效果与设计值的比较见表3-3。

表3-3  污水厂实际运行效果与设计值的比较

　　 6 有关问题的讨论

　　6.1初次沉淀池在污水处理过程中的作用

　　城市污水的水质在污水处理厂的设计中占有十分重要的地位，但是由于工程建设前难以准确界定其变化范围，而且工业污水的水质不仅会随工业生产的变化而变化，也会随工业企业内部的污水预处理设施运行状况而产生变化，因此工业污水的水量和水质不易确定，造成城市污水水质的实际值可能与设计值有较大差异，因此如何使设计适应城市污水水质的变化对设计的成败具有关键性的作用。水质确定过低，实际的污水水质较高时，将影响污水处理设施的正常运行，设计水质过高，将会造成工程投资的增加，影响设备的有效利用，同时也会影响污水处理设施的正常稳定的运行。

　　初次沉淀池主要靠物理作用去除污水中的部分悬浮物和有机物，对污水水质浓度较高的污水处理厂，设置初沉池可降低有机物浓度，大大缓解污水水质大于设计值对污水处理设施正常运行的影响，节省能耗，其作用对污水处理厂的运行起到了无可替代的作用；当污水有机物浓度较低时，设置初沉池有可能达到污水厂出水水质标准，经污水的一级处理后直接排入水体，同样起到降低能耗的作用；因此对污水水质浓度变化较大的污水处理厂，设置初沉池对污水处理设施的运行管理、节省能耗以及灵活的改变运行状态等均较为有利，因此对城市污水中工业污水占比例大的污水处理厂，以及合流制排水系统的污水处理厂应考虑设置初沉池的可能性和条件。

　　南阳市污水处理厂的污水设计水质与实际有较大的差异，主要是工业企业未按有关的规定进行预处理，大量未经适当处理的污水使城市污水水质浓度产生了较大的变化，设置初次沉淀池对污水处理厂的正常运行起到了很好的调节作用，使南阳市污水处理厂能够在污水水质发生较大变化的条件下正常运行，对污染物的去除量和去除率都大于设计指标，初沉池的设置是设计成功的主要内容之一。初沉池在南阳污水处理厂的运行效果见表4-1，实践证明对污染物的去除效果非常显著。

表4-1  初沉池对主要污染指标的去除效果

　　6.2近远期的结合

　　污水处理厂的建设应从工程建设的整体效益考虑，不仅在技术上也在经济上综合考虑，以达到技术经济上的最优。因此，只增加设备即可满足远期要求的设施，工程的土建工程建设应从远期着眼，土建工程一次建成，设备分期安装，这样工程的整体效益最优；在不仅要增加设备，而且要增加构筑物或土建设施时，一般应从工程的整体效益考虑，分期进行建设，除非工程的近远期时间相隔较近时。南阳市污水处理工程的建设，附属设施的建设主要从远期考虑按30×10⁴m³/d规模一次建成，远期不再进行建设；对污水进水泵房、污泥脱水间等也是只预留设备的位置，土建按中期的工程规模进行建设，设备分期安装。总之，污水处理厂的建设应从技术和经济方面综合考虑，合理的对近远期工程设施进行分期，最大限度的发挥投资效益，达到工程的建设投资和运行成本总体上最经济。

　　6.3氨氮的去除

　　按照生物学的理论，污水处理过程中的氨氮降解，主要是生物的硝化作用，有机物经过碳化和硝化作用，氨氮被转化为硝酸盐，出水的氨氮降低，以达到排放标准。目前，国家的污水处理厂的排放标准对总氮尚无明确的标准，因此，原则上污水处理构筑物中并不需要专门设置反硝化脱氮设施，但是，实际的污水处理厂在考虑去除氨氮时，一般均设置反硝化区进行脱氮，即不仅将氨氮转化为硝酸盐氮，而且使出厂水的总氮降低，主要是保证污水处理厂的二次沉淀池正常运行。南阳污水处理厂的生物处理构筑物未专门设置反硝化区，主要原因是污水的进出水氨氮浓度较接近，无须专门设置反硝化脱氮，实际污水处理厂的氨氮达到了排放标准，并通过河南省环境保护局的验收。

　　6.4能耗

　　污水处理厂的能耗是运行成本的重要组成部分。降低电耗是设计需要考虑的一个主要内容。在设计过程中应尽量降低工艺流程的水力损失，各水处理构筑物之间能够用渠道连接的应尽量采用渠道，以降低水力损失；应采用高效节能的供氧设备，并能够根据水量和水质自动调节供氧量；在污水水质浓度较高时，应考虑设置初沉池，降低进入生物处理池的有机物浓度，节省供氧设备的能耗。南阳污水处理厂处理构筑物之间尽量采用渠道连接，同时，采用能够根据生物处理池内的溶解氧自动调节供气量及高效的鼓风设备，并设置初沉池，降低污水处理厂的能耗。在南阳污水处理厂的实际水质远大于设计值时，实测的月平均单位污水处理电耗为：0.285kw.h/m³.d，处理单位BOD₅的电耗为：0.964kw.h/m³.d，污水处理能耗较低，在国内处于先进水平。

　　6.5溶解氧在工艺流程中的变化

　　溶解氧在污水处理工艺流程中的变化见表5，从实测的工艺流程的溶解氧变化状况，说明改型传统活性污泥法的生物处理过程基本处于较优的状态，缺氧区的溶解氧≤0.5mg/L，好氧区中各段的溶解氧均在1.5～2.0mg/L之间，保证了系统处于最优状态，避免了能量的浪费。

表4-2 溶解氧的变化

　　7总结

　　改型传统活性污泥法工艺在南阳污水处理厂的应用结果表明，该工艺适应南阳市污水的实际，工艺的选择合理先进，尤其是对污水水质较高和有较大变化的污水处理厂有较明显的优势，不仅克服了污泥膨胀等影响污水处理设施正常运行的因素，同时节省了能耗。尤其是设置初沉池对稳定污水生物处理池的正常运行起到了较好的作用，在目前污水处理行业较少采用初沉池的时候，值得思考初次沉淀池在污水处理厂的作用。