城市污水處理廠設(shè)計(jì)與運(yùn)行的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)及建議

（深圳市中興環(huán)境工程技術(shù)有限公司，深圳 518004）

 

摘要：本文討論了在城市污水處理廠提升泵房、沉砂池、二沉池和污泥消化池的設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)對(duì)脫氮除磷工藝的選擇以及污泥的處理與處置提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；設(shè)計(jì)與運(yùn)行；脫氮除磷；污泥處置

 

    提升泵房的電耗一般占污水處理廠總電耗的10%～20%，是污水廠節(jié)能的重點(diǎn)。提升泵房的節(jié)能首先要從設(shè)計(jì)入手，尤其是水泵的選型要科學(xué)；在實(shí)際運(yùn)行中也要使水泵常在高效區(qū)運(yùn)行，科學(xué)合理地創(chuàng)造最佳運(yùn)行工況。

    在常規(guī)設(shè)計(jì)中，一般取極限最低水位和最高水位作為確定水泵揚(yáng)程的選型依據(jù)。這就造成除在最低水位以外的絕大多數(shù)工況下，實(shí)際揚(yáng)程低于設(shè)計(jì)揚(yáng)程，導(dǎo)致水泵的運(yùn)行工況在平時(shí)大部分時(shí)間里都偏離水泵運(yùn)行的高效區(qū)以外，從而水泵運(yùn)行效率較低，造成能量的浪費(fèi)。更有甚者，如果按最低水位和最高水位確定水泵揚(yáng)程所選水泵的所配電機(jī)的運(yùn)行功率隨水泵實(shí)際流量的增大而升高的曲線時(shí)，由于在平時(shí)的運(yùn)行中水泵的實(shí)際揚(yáng)程比設(shè)計(jì)揚(yáng)程小，固其實(shí)際流量增大，由此引起電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行功率上升而超負(fù)荷運(yùn)行，從而導(dǎo)致電機(jī)的經(jīng)常跳閘停機(jī)，這種頻繁的啟停對(duì)于電機(jī)和水泵造成極大的損壞。如圖1所示，實(shí)線表示選定的型號(hào)及參數(shù)，箭頭表示實(shí)際運(yùn)行情況。

 

所以必須采取科學(xué)的水泵選型方法，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）以平均時(shí)低水位作為確定水泵揚(yáng)程的選擇依據(jù)，再以極限最低水位對(duì)其校核，如此則能滿足實(shí)際需求，且能保證水泵在其高效區(qū)范圍內(nèi)運(yùn)行，節(jié)省能耗（一般污水處理廠的提升泵房后為沉砂池，其水位相對(duì)恒定，所以提升泵的揚(yáng)程取決于提升泵房集水井的水位）；

（2）選擇功率曲線比較平緩的全揚(yáng)程水泵，這樣可以保證在實(shí)際揚(yáng)程與設(shè)計(jì)揚(yáng)程不符時(shí)電機(jī)仍能正常運(yùn)行，避免頻繁啟停對(duì)電機(jī)和水泵的損害，并節(jié)省能耗（電機(jī)和水泵的啟動(dòng)電流遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的電流）。如圖2所示，實(shí)線表示選定的型號(hào)及參數(shù)，箭頭表示實(shí)際運(yùn)行情況。

    由于污水廠的進(jìn)水流量變化較大，使水泵井的水位變化較大。如果在水泵井的水位達(dá)到水泵的設(shè)計(jì)運(yùn)行水位時(shí)即啟動(dòng)，則由于污水從管道中來水的速度遠(yuǎn)小于水泵的抽水速度，這樣水泵井的水位就會(huì)下降很快，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)計(jì)水位時(shí)，水泵就要停止運(yùn)行以等待來水，到設(shè)計(jì)水位時(shí)再行啟動(dòng)。由此造成水泵和電機(jī)的頻繁啟停，對(duì)其造成嚴(yán)重?fù)p害，并增加了能耗。

    通過在實(shí)際運(yùn)行中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，提倡水泵要在水泵井處于高水位（可以達(dá)到最高水位）時(shí)方才啟動(dòng)，這樣即使來水速度遠(yuǎn)小于抽水速度，由于在最高水位啟動(dòng)相當(dāng)于儲(chǔ)備了備用水量，這樣就可以保證水泵在其正常水位內(nèi)高效運(yùn)行，節(jié)省能耗，并避免頻繁的啟停對(duì)水泵和電機(jī)的損害。同時(shí)由于在高水位下管道中為滿流，提高了污水在管道中的流速，避免了管道淤積，減少了大量管道疏通的工作量。

 

沉砂池的功能是去除比重較大（其相對(duì)密度約為2.65）、粒徑大于0.2mm的無機(jī)顆粒如泥砂、煤渣等。沉砂池一般設(shè)于泵站、倒虹管前，以便減輕無機(jī)顆粒對(duì)水泵、管道的磨損；也可以設(shè)于初次沉淀池前，以減輕沉淀池負(fù)荷及改善污泥處理構(gòu)筑物的處理?xiàng)l件。

沉砂池的效率對(duì)于后續(xù)處理效果有很大的影響，然而大多污水廠在建成后沒有嚴(yán)格校核其沉砂效率，以至于運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)沉砂池的沉砂效果不佳，對(duì)后續(xù)的水泵及二級(jí)生化處理造成不良影響。如采用CAST工藝的污水處理廠，其旋流沉砂池的后續(xù)構(gòu)筑物為曝氣池，如果沉砂池沉砂效果不理想，則砂粒會(huì)在曝氣池內(nèi)逐漸累積，對(duì)活性污泥或生物膜的正常生長、繁殖及其對(duì)污染物的降解產(chǎn)生一定的破壞，影響曝氣池的處理效果；另外，會(huì)造成沉淀污泥中無機(jī)顆粒比重超標(biāo)，影響污泥的進(jìn)一步處理效果，如脫水對(duì)污泥脫水機(jī)的損害或影響污泥堆肥的效果和污泥的肥力。

所以，污水處理廠建成后，在工藝調(diào)試的單機(jī)調(diào)試和設(shè)備聯(lián)動(dòng)調(diào)試階段有必要對(duì)沉砂池的沉砂效果作嚴(yán)格的校核。以下根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)沉砂池沉砂效果的檢測(cè)校核方法作一說明。

以采用CAST工藝的某污水處理廠的旋流沉砂池為例。旋流沉砂池是替代傳統(tǒng)沉砂池及其刮砂設(shè)備的新型裝置。旋流沉砂器通過水力旋流作用，并依靠機(jī)械攪拌輔助加強(qiáng)旋流而產(chǎn)生離心力，達(dá)到離心分離污水中固體顆粒的作用。其檢測(cè)校核方法如下：

啟動(dòng)CAST池回流泵（利用清水試驗(yàn)后的曝氣池中的清水回流入沉砂池）和攪拌機(jī)，使沉砂池處于工作狀態(tài)。從沉砂池進(jìn)水口處投入砂礫（細(xì)格柵后），并采取水樣（沉砂池進(jìn)口閘板后），測(cè)定進(jìn)水中0.2mm的砂礫重量；在沉砂池出口處（巴氏槽處）采取水樣，測(cè)定出水中0.2mm砂礫重量，以此計(jì)算沉砂池對(duì)粒徑0.2mm以上的砂礫去除率。

計(jì)算方法為：P＝（W₁－W₂）/W₁×100％

其中：P——沉砂池對(duì)0.2mm以上的砂礫去除率；

W₁——進(jìn)水水樣中0.2mm的砂礫重量；

W₂——出水水樣中0.2mm的砂礫重量。

當(dāng)砂粒直徑Φ≥0.30mm時(shí)，除砂效率P≥95％；

當(dāng)砂粒直徑Φ≥0.20mm時(shí)，除砂效率P≥85％；

當(dāng)砂粒直徑Φ≥0.15mm時(shí)，除砂效率P≥60％。

一般情況下，沉砂池對(duì)于粒徑0.2mm以上砂粒的去除率需要達(dá)到85％方能滿足要求。

 

3  在生物脫氮除磷工藝中優(yōu)先選擇A/O(+化學(xué)除磷)工藝   

當(dāng)前能夠進(jìn)行脫氮除磷的工藝很多，其中使用最為廣泛的是A/O工藝（早期）、A²/O工藝（近期）。由于當(dāng)前對(duì)氮和磷的指標(biāo)必須兼顧，A/O工藝雖然在脫氮或除磷中有很好的效果，但是不能同時(shí)脫氮除磷，所以近年來能夠同時(shí)進(jìn)行生物脫氮除磷的A²/O工藝更是為大多設(shè)計(jì)者所采用，而A/O工藝應(yīng)用越來越少。

按傳統(tǒng)生物脫氮除磷機(jī)理，要達(dá)到同時(shí)脫氮除磷的效果，則必須創(chuàng)造相對(duì)獨(dú)立的厭氧、缺氧和好氧環(huán)境，并讓各反應(yīng)必須具備的因素（一定量的細(xì)菌，反應(yīng)物如氨氮、硝酸鹽、作為碳源或能源的有機(jī)物，O₂等）在該環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。常規(guī)A²/O工藝（厭氧-缺氧-好氧）及其各種改良型工藝（增設(shè)預(yù)缺氧池的兩點(diǎn)進(jìn)水A²/O工藝和兩點(diǎn)進(jìn)泥A²/O工藝，缺氧池前置的倒置A²/O工藝，以UCT工藝為代表的其它工藝）的流程是設(shè)立三個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)以分別實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧和好氧環(huán)境，通過污泥回流和混合液的回流使各反應(yīng)的細(xì)菌和對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物在各環(huán)境下完成各自功能。

以下就A²/O工藝的缺陷及其各種改良型工藝的不足和A/O(+化學(xué)除磷)工藝的相對(duì)優(yōu)勢(shì)做一番有益的探討：

（1）常規(guī)A²/O工藝的缺陷

1）污泥齡方面不可調(diào)和的矛盾。

硝化菌的世代周期較長，則脫氮必須具有較長的污泥齡；除磷是利用聚磷菌將磷貯存在體內(nèi)然后通過排出剩余污泥的方式排出系統(tǒng)的，所以除磷要求較短的污泥齡。這是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，工藝中所能采取的一切措施皆只能在其間找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)，不能取得兩者俱佳的效果。另外，硝化需要長泥齡以保證硝化菌的數(shù)量，而反硝化則需較短泥齡，以促進(jìn)反硝化菌的更新并保持高活性。所以，在硝化和反硝化容量的配置間存在著泥齡的矛盾。

2）混合液回流方面的矛盾。

好氧池位于流程的末端，氨氮基本上完全氧化，出水中氮的主要形式是硝酸鹽氮。從理論上說，好氧池混合液回流比越大，則出水硝酸鹽氮越少，去除總氮的效果越好。但是過大的回流比會(huì)使硝酸鹽混合液中攜帶的溶解氧對(duì)缺氧環(huán)境的破壞愈趨明顯，而在有分子氧條件下，脫氮菌優(yōu)先利用游離氧而不是硝酸鹽氮作為電子受體，從而反硝化受到阻礙。在運(yùn)行中有時(shí)要保持好氧池末端低溶解氧濃度以保證
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