水解酸化-曝氣生物濾池處理小城鎮(zhèn)污水

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簡介： 本文結(jié)合有代表性的南方某中小城鎮(zhèn)污水處理工程，介紹和總結(jié)了水解－上向流曝氣生物濾池工藝及運行情況，說明該技術(shù)具有投資省、占地面積小、處理效果好、運行管理方便、出水可回用等特點。
關鍵字：水解 上向流曝氣生物濾池 硝化 反硝化

Hydrolysis Acidification and Upflow Biological Aerated Filter Technology of Waste Water Treatment

HU Tian-yuan, XU Wei

(Anhui Guozhen Environmental Protection Sci.& Tech.Co.,Ltd, Hefei 230001,China)

Abstract: The paper mainly introduces how to use the hydrolysis acidification and upflow biological aerated Filter technology of wastewater treatment.

Key words: Hydrolysis acidification、Upflow Biological aerated filter 、nitrogen removal、nitration

    中小城鎮(zhèn)污水主要為生活污水和以有機廢水為主的工業(yè)廢水的混合污水，其水量較小，一般不超過5萬m³/d，但是水質(zhì)和水量波動較大。由于資金和技術(shù)、管理水平等多方面的原因，決定了在城鎮(zhèn)污水處理廠必須經(jīng)濟、高效、節(jié)能和操作簡便。目前國內(nèi)很多中小城鎮(zhèn)仍采用明渠排水，尤其是南方地區(qū)，大量雨水流入和地下水滲入，加之城鎮(zhèn)生活水平不高等原因決定了污水中有機物濃度較低。因此，必須結(jié)合當?shù)匚鬯乃?、水質(zhì)以及溫度、氣候、氣象、地理、經(jīng)濟等實際情況選擇適宜的處理工藝。

本文重點論述了水解酸化—上向流曝氣生物濾池工藝處理某城鎮(zhèn)污水工程的系統(tǒng)設計、設備選型、運行情況初步分析等。

1  設計參數(shù)與污水處理工藝流程確定

    南方某縣級市污水處理廠設計水量Q=5000m³/d，設計最低溫度12℃，最高水溫25℃，出水執(zhí)行《GB18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。具體進出水水質(zhì)參數(shù)如下表：

表1                                                  單位：mg/L

名 稱

CODcr

BOD₅

SS

NH₃-N

TN

Tp

進 水

250

150

150

30

40

4

出 水

≤60

≤20

≤20

≤8

≤20

≤1.5

工藝流程如圖1所示：

圖1 工藝流程圖

2  工藝介紹

（1）格柵井

    格柵井內(nèi)采用1臺機械細格柵，寬600mm，間隙5mm。主要用于攔截污水中較大的固體漂浮物和懸浮物，以防止其在調(diào)節(jié)池中積聚沉淀和堵塞水泵及管道，保證后續(xù)處理工藝正常運行。柵渣每天人工清理外運。

（2）調(diào)節(jié)池

    由于中小城鎮(zhèn)來自各時段的污水水量不均勻且波動性較大，故設一調(diào)節(jié)池來緩沖水量，均勻水質(zhì)，以避免沖擊負荷對生化處理的影響。

    調(diào)節(jié)池采用全地下式，設計停留時間為6h，有效容積為1250m³，工藝尺寸為：21 m×12 m×5.5m（超高0.5m）。池內(nèi)設潛水防堵污水泵3臺（2用1備），Q=110m³/h，H=13m，將調(diào)節(jié)池內(nèi)污水提升至水解酸化池；同時設置GQT040×480（功率4.0kw）高速推流器一臺，起攪拌混合作用，防止污水中懸浮物沉積在池底。

（3）水解酸化池

    水解酸化工藝屬于升流式厭氧污泥床反應器技術(shù)范疇。水解池內(nèi)分污泥床區(qū)和清水層區(qū)，待處理污水以及濾池反沖洗時脫落的剩余微生物膜由反應器底部進入池內(nèi)，并通過帶反射板的布水器與污泥床快速而均勻地混合。污泥床較厚，類似于過濾層，從而將進水中的顆粒物質(zhì)與膠體物質(zhì)迅速截留和吸附。由于污泥床內(nèi)含有高濃度的兼性微生物，在池內(nèi)缺氧條件下，被截留下來的有機物質(zhì)在大量水解—產(chǎn)酸菌作用下，將不溶性有機物水解為溶解性物質(zhì)，將大分子、難于生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)；同時，生物濾池反沖洗時排出的剩余污泥（剩余微生物膜）菌體外多糖粘質(zhì)層發(fā)生水解，使細胞壁打開，污泥液態(tài)化，重新回到污水處理系統(tǒng)中被好氧菌代謝，達到剩余污泥減容化的目的。由于水解酸化的污泥齡較長（一般15～20天），所以在本設計中，采用水解酸化池代替常規(guī)的初沉池，除達到截留污水中懸浮物的目的外，還具有部分生化處理和污泥減容穩(wěn)定的功能。

    水解酸化池設計停留時間為3.6h，有效容積為750m³，共分2格，每格工藝尺寸為：13 m×5.5 m×5.6m（超高0.35m）。中間管廊工藝尺寸為：13 m×2.0 m×5.6m。水解酸化池泥層高2.5m。排泥位置主要位于泥層上部，池底設有排砂設施，泥齡一般18天左右，設計污泥混合區(qū)濃度20g/L，泥區(qū)總體積約為320m³，每天產(chǎn)干泥量約0.25噸。

（4）DC曝氣生物濾池

    第一段DC曝氣生物濾池以去除污水中碳化有機物為主，在該段濾池中，優(yōu)勢生長異養(yǎng)菌，沿濾池高度方向從底部進水端到出水端有機物濃度梯度處于遞減，其降解速率也呈遞減趨勢。在進口端由于有機物濃度較高，異養(yǎng)微生物處于對數(shù)增殖期，微生物濃度很高，BOD負荷率也較高，有機物降解速率很快，而此時自養(yǎng)菌處于抑制狀態(tài)；隨著降解的進行，在濾池中有機物濃度沿水流自下向上不斷降低，異養(yǎng)微生物處于減速增殖期，微生物膜增長緩慢，而自養(yǎng)微生物處于增殖工程，DC曝氣生物濾池最終出水中的有機物已處于較低水平。

    本設計采用的UBAF濾池最大特點是氣、水為同向上向流態(tài)，使用一種新型的類球形輕質(zhì)陶粒填料，在其表面及內(nèi)腔空間生長有微生物膜，污水由下向上流經(jīng)濾料層時，微生物膜在濾料層下部提供曝氣供氧的條件下，使廢水中的有機物得到好氧降解，并將污水中的部分氨氮進行硝化。它定期利用處理后的出水對濾池進行反沖洗，排除濾料表面增殖的老化微生物膜，以保證微生物的活性。

    DC曝氣生物濾池有效容積為252m³，共分2格，每格工藝尺寸為：4.7m×4.7m×6.2m（超高0.5m）。填料為輕質(zhì)球型陶粒，濾料總體積為132m³(粒徑φ3～6mm) 。濾料厚3.0m，填料層停留時間19min，容積負荷3.0kgBOD₅/m³濾料·d，空塔濾速v=4.7m/h。。單格供氧量31kgO₂/h，氣水比3.3：1。反沖洗形式為氣洗、氣水聯(lián)合、水漂洗，反沖洗周期取24h，設計反沖洗水速15m/h，反沖洗氣速50m/h。

    濾池配水共通過約48塊濾池專用濾板(980×980×100mm)和1591個濾池專用長柄濾頭(濾頭契型縫隙2.5mm，濾頭長度390mm)。出水采用2套柵型穩(wěn)流器、單堰出水。反沖洗方式排泥。采用穿孔管曝氣。

（5）N曝氣生物濾池

    第二段N曝氣生物濾池主要對污水中的氨氮進行硝化，在該段濾池中，由于有機物濃度較低，異養(yǎng)微生物較少，優(yōu)勢菌種為自養(yǎng)型硝化菌，可將污水中的氨氮氧化成硝酸氮或亞硝酸氮。

    N曝氣生物濾池有效容積為295m³，共分2格，每格工藝尺寸為：5.0m×5.0m×6.2m（超高0.3m）。濾料總體積為174m³(粒徑φ3～6mm) 。濾料厚3.4m，填料層停留時間25min，容積負荷0.45kgNH₃-N/m³濾料·d，空塔濾速v=4.17m/h。。單格供氧量21kgO₂/h，氣水比2.2：1。反沖洗形式為氣洗、氣水聯(lián)合、水漂洗，反沖洗周期取36～48h。

    濾池配水共通過約52塊濾池專用濾板和1820個濾池專用長柄濾頭。出水采用2套柵型穩(wěn)流器、單堰出水。反沖洗方式排泥，穿孔管曝氣。

（6）DN生物濾池

    第三段DN生物濾池主要用來進行反硝化反應，以滿足出水對TN的要求。同時可根據(jù)當排放標準要求TP≤0.5mg/l時，在該級濾池的進水口投加鐵鹽進行化學除磷。采用后置反硝化濾池需外加碳源，如甲醇等。

    DN生物濾池有效容積為102m³，設計1座，工藝尺寸為：4.6m×4.6m×5.1m（超高0.3m）。濾料總體積為53m³(粒徑φ3～6mm) 。濾料厚2.5m，填料層停留時間8min，容積負荷2.0kgNO₃^--N/m³濾料·d，空塔濾速v=9.8m/h。反沖洗形式為氣洗、氣水聯(lián)合、水漂洗，反沖洗周期取36～48h。

    濾池配水共通過約22塊濾池專用濾板和763個濾池專用長柄濾頭。出水采用1套柵型穩(wěn)流器、單堰出水。反沖洗方式排泥。

（7）清水池

    提供濾池反沖洗的水，作為反沖洗泵的吸水池。1座，半地上式，工藝尺寸：5.0m×5.0m×4.0m（超高0.3m）。

（8）反沖洗緩沖池

    對濾池反沖洗瞬時大水量進行緩沖調(diào)節(jié)，保護水解池的正常運行。

    1座，半地上式，工藝尺寸：5.0m×5.0m×4.0m（超高0.3m）。

（9）鼓風機房、反沖洗水泵

    鼓風機房1座，長×寬=26m×7m。

    DN曝氣生物濾池選用Q=6m³/min，風壓5.5米水柱的羅茨風機3臺（2用1 備）；N曝氣生物濾池選用Q=4.0m³/min，風壓5.5米水柱的羅茨風機3臺（2用1 備）。三段濾池共選用反沖洗鼓風機3臺，Q=20.0m³/min，風壓9.0米水柱；反沖洗單級雙吸離心泵3臺，Q=380m³/h，H=9.0m。

3 工藝特點

（1）采用氣水平行上向流，使氣、水進行極好的均分,防止了氣泡在濾層中的凝結(jié)，氧利用率高，能耗低；

（2）較小的池容和占地面積，采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠工藝構(gòu)筑物占地面積只有常規(guī)工藝的1/3左右；

（3）處理效果穩(wěn)定，處理出水水質(zhì)好。上向流曝氣生物濾池工藝處理城市污水，其出水SS和BOD₅可保持在20mg/l以下，去除率高，滿足國家排放標準的要求；

（4）自動化程度高，運行管理簡單；

（5）受氣候、水量、水質(zhì)影響??；

（6）構(gòu)筑物模塊化，有利于今后的擴建；

（7）主要設備和材料均可國內(nèi)配套生產(chǎn)，不需利用進口。

4  工程投資及主要經(jīng)濟指標

    本工程項目總投資為420萬元，污水廠占地面積3.6畝。

直接運營費用如下：

（1）電費：總裝機容量為62.5kw，實際噸水電耗0.21度，按0.5元/度計，則電費為0.105元/ m³水；

（2）藥劑費用：PAM按5萬元/噸計，投加量為3.5噸/干污泥；PAC按2500元/噸計，根據(jù)除磷需要投加。其他藥劑費用（如甲醇等）按1750元/噸計，則總藥劑費為0.045元/ m³水；

（3）人工費：污水廠設計工作人員計6人，每人工資平均按1萬元/年，則人工費為0.033元/ m³水；

（4）大修及維護費率：按3.4%取，費用為0.067元/ m³水；

（5）管理費：按10%取，費用為0.026元/ m³水；

    則該污水廠直接運營成本為0.28元/m³污水，總成本約為0.42元/ m³污水。

5  運行情況

    該污水廠自2004年3月起處于調(diào)試階段，目前清水池出水各項指標均優(yōu)于國家一級排放標準。處理效果如下：

表2                                                  單位：mg/L

名 稱

流量(m³/h)

水溫

CODcr

SS

NH₃-N

Tp

總進水

183

＞13

212

156

30.6

2.4

水解池出水

137

46.4

25.3

2.23

DC濾池出水

49.5

22

12.7

1.86

N濾池出水

34

18.6

8.4

1.25

總出水

27.2

11.5

4.87

0.87

去除率（%）

87.2

92.6

84.1

63.8

注：表中數(shù)據(jù)為2003年4月份運行數(shù)據(jù)平均值，BOD₅、TN未檢測。

6  結(jié)論

    水解酸化—曝氣生物濾池工藝在工程投資、占地和能耗上具有極大的優(yōu)勢，其可根據(jù)進出水水質(zhì)要求的不同，分別采用的二段或三段處理工藝組合，且可根據(jù)水量的大小進行模塊化設計，是適合我國國情的中小城鎮(zhèn)污水處理新技術(shù)，具有很大的推廣價值。

參考文獻

1.鄭俊，吳浩汀，程寒飛，《曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實例》，化學工業(yè)出版社，2002。

作者：胡天媛  女  工程師  1977、11  水工藝部部長

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