UNITANK工藝處理城市污水

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簡介： 交替式生物處理池工藝(UNITANK)是結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥法和SBR法的優(yōu)點形成的一種新型的活性污泥處理工藝，由三個矩形池串聯(lián)組成(A，B，C池)，池內(nèi)設(shè)曝氣設(shè)備。交替式生物處理池按周期進行，B池連續(xù)曝氣，兩側(cè)池內(nèi)間斷曝氣，交替作為沉淀池和曝氣池，進水交替進入A、B、C池，出水相應(yīng)地從C、A池引出。系統(tǒng)中省去傳統(tǒng)工藝中的初沉池和污泥回流設(shè)施
關(guān)鍵字：交替式生物處理池 UNITANK城市 污水

　　石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)污水處理廠日處理污水10萬噸，采用UNITANKTMIM工藝，占地7.2公頃。這是此工藝在國內(nèi)(除澳門外)的首次應(yīng)用。該污水處理廠進水水質(zhì)指標(biāo)為：BOD5≤400mg/L，SS≤400mg/L，COD≤600mg/L；出水水質(zhì)要求：DOD5≤30mg／L，SS≤30mg／L，COD≤120mg/L。

　　處理工藝過程為：原污水進入格柵間，在此攔截污水中飄浮物，由污水泵提升，經(jīng)細(xì)格柵進一步去除水中雜質(zhì)，進入沉砂池去除砂粒，然后進入UNITANK池，去除BOD5等污染物，混合液經(jīng)沉淀分離，澄清液進入接觸池加氯消毒(季節(jié)性)后排入汪洋溝。剩余污泥經(jīng)污泥泵送至集泥池，由帶預(yù)濃縮功能的脫水機處理后，泥餅外運。

　　該污水處理廠UNITANK 池共為六個組，每個組由三個正方形反應(yīng)池組成，單池凈尺寸為長×寬×高＝35×35×7m，有效水深6米。兩側(cè)池采用周邊堰出水。每組平均設(shè)計流量為 0.193m3／s，污泥濃度4000mg／l，泥齡為14天，污泥負(fù)荷0.113kgBOD／KgMLss／d，沉淀池最大表面負(fù)荷0.74m3／m2h。

　　該系統(tǒng)實際需氧量為60噸O2天。曝氣系統(tǒng)采用表曝機和潛水?dāng)嚢铏C結(jié)合的方式，表曝機運行充氧，水下攪拌機用于輔助攪拌。表曝機選用浮動式高速表曝機，可適應(yīng)水面起落，安裝簡單，維護方便。

　　UNITANK工藝據(jù)有獨特的優(yōu)點：第一，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省工程用地和土建費用；第二，設(shè)備種類較少，便于維護管理；第三，采用時序控制，形成厭氧、缺氧和好氧狀態(tài)，實現(xiàn)除磷脫氮功能，運轉(zhuǎn)靈活；第四，容積和設(shè)備利用率高。

　　UNITANK工藝雖有許多優(yōu)點，但也有一定的適用范圍。在選擇該工藝時應(yīng)該考慮以下問題：

　　第一，進水BOD濃度較高時，建議考慮采用兩級UNITANK工藝。第一級生物池按高負(fù)荷厭氧或好氧方式運行，第二級按低負(fù)荷好氧方式運行。

　　第二，出水水質(zhì)有除磷要求時，應(yīng)慎重考慮，因為該工藝很難形成生物除磷的理想?yún)捬鯛顟B(tài)。

　　第三，處理水量過大時，該工藝的復(fù)雜程度將大大提高。

　　綜上所述，UNITANK工藝更適用于中小型污水處理廠，在一定的范圍內(nèi)，可以替代其它活性污泥法，有獨特的優(yōu)點，并具有較強的競爭力。

　　Abstract：The altemative biological treatment (UNITANK®) is a new combination of advantages of traditional activated sludge process and SBR. It consists of one rectangular reactor which is divided in three compartments (basin A,B,C). Each compartment is equipped with an aeration system. The process works according to a cyclic operation. In compartment B aerated continuously, in compartment A and C ether aerated or settled, the waste water is fed to compartment A, B and C alternatively, the cleaned water is discharged form compartment C and A. There are not primary settling tanks and sludgereturn facilities that are installed in traditional process.

　　The wastewater treatment plant of the ShijlaZhuang Economic Zone is the first plant using UNITANK® in China except Marco. It can treat 100,000 cubic meters municipal wastewater every day and is 7.2 ha area.

　　The influent characteristics of the plant are as follows: BOD₅≤400mg/L,SS≤400mg/L,COD≤600mg/l; The effluent discharge values will be: BOD₅≤30mg/l, SS≤30mg/l, COD≤120mg/l.

　　The general description for the process is as follows: the raw wastewater is collected in the inlet pump station, big suspending materials will be retained by means of coarse. After inlet pump lift, the raw water flow through fine screens, small suspending materials removed. In the grit chamber, the sand is reactions of micro-organisms, the substances such as BOD, are degraded. After the grit chamber, the sand is removed from the raw water. Then, the water flow in the UNITANK® . Using the metabolic reactions of micro-organisms, the substances such as BOD, are degraded. After biological treatment, the sludge settles by gravity, the clean water is disinfected seasonally and finally discharged to Wangyang River. The excess sludge is pvmped to the sludge storage tank in which the sludge is stored temporarily, and then is thicken by means of mechanical sludge dewatering.

　　There are six lanes for this project. each of them consists of three compartments which size is 35 meters long, 35 meters wide and 7 meters high, and 6 meters water deep. In compartment A and C, there are overflow weirs around basins. Each lane has a average capacity of 0.193m³ of waste water per day. The average sludge concentration is 4000mg/l. The average sludge loading is 0.113kgBOD/kgMLSS/d. The sludge age is 14 days. Maximum surface loading is 0.74m³/²h when the compartment A and C are used as settling tank.

For this project, the actual oxygen demand is 60000kg/d. The aeration system consists of surface aerators and submersible mixers. The aerators areate aerobic conditions, the mixers keep sludge suspending and enhance oxygen uptake. Because the aerators are floating type,so they can adapt to the water surface up and down. and easy to install and maintenance.

　　UNITANK® have their particluar advantages: First, it is construction-compact, spacesaving and costeffective. Second, it is small kinds of equipment and easy to maintenance. Third, control in time can performs the anaerobic, anoxic and aerobic conditions in a same compartment, and realizes or enhances biological nutrient removal. Fourth, it has high usage ratio for equipment and construction volume.

Though the process has many advantages, it also has its own usage scope. When selecting the process, we suggest to consider the following items:

　　First, if the influent BOD value is very high, it is better to select two-stage UNITANK®system. The first stage is operating under high loading and anaerobic or aerobic conditions, the second stage is operating under low loading and aerobic conditions.

　　Second, if there is effluent phosphorus demand, it should be pay attention to select the process, because it is very difficult to produce the ideal anaerobic condition for biological phosphorus removal.

Third, if the treatment capacity is pretty high, the operation control system for the process will be very complex.

　　About all, UNITANK® has many particular advantages. It is suitable for wastewater treat ment plant on a small or medium scale. In certain scope, it can take place of many other activated sludge processes.

　　自1987年，比利時SEGHERS公司提出一種新穎的活性污泥去——UNITANK工藝，它集中了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR的優(yōu)點，處理單元一體化，經(jīng)濟、運轉(zhuǎn)靈活，在歐洲及亞洲已有近2百座此種工藝的污水處理廠建成。

　　石家莊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)污水處理廠(以下簡稱石家莊高新區(qū)污水處理廠)日處理污水10邁萬噸，經(jīng)過工藝方案比較和論證，結(jié)合貸款國技術(shù)特點，決定采用UNITANK工藝。這是此工藝在國內(nèi) (除澳門外)的首次應(yīng)用。

1.UNITANK工藝簡介

1.1 基本構(gòu)造

　　UNITANK又稱交替式生物處理池，其基本單元是由三個矩形池組成(A，B，C池)，相鄰?fù)ㄟ^公共墻開洞或池底渠連通。三個池中都安裝有曝氣系統(tǒng)，可以是微孔曝氣頭、表曝機或潛水曝氣機：外側(cè)兩個池(A和C池)設(shè)有固定式出水堰及剩余污泥排放裝置，他們交替作為曝氣池和沉淀池，中間的池子 (B池)只能作為曝氣反應(yīng)池。另外，污水通過閘門控制可以進入任意一個池子，采用連續(xù)進水，周期交替運行。如圖1所示。

1.2 運行方式

　　UNITANK運行按周期運行，一個周期包括兩個主階段和兩個中間階段，一般單個周期時間為7小時，主階段2×3小時，中間階段2×30分鐘。

1.2.1 主階段

　　第一主階段，污水首先進入A池，該池處于曝氣狀態(tài)，因上個階段進行沉淀操作，積累了大量活性污泥，且濃度較高。進水與活性污泥混合，有機物被吸附，部分被降解。混合液繼續(xù)流入B池，該池通 常連續(xù)曝氣，有機物得到進一步的降解，同時在推流過程中，A池的活性污泥進入中間池，再進入C池，實現(xiàn)污泥在各池的重新分配。最后，混合液進入處于沉淀狀態(tài)的C池，進行泥水分離，處理后的出水通過溢流堰排放，剩余污泥由該池排出。為了防止A、B池的污泥被沖至C池，過量積累，每120—180分 鐘改變水流方向，即進入到下一個主階段。

　　第二主階段，污水先進入C池，污水及混合液的流動方向與第一階段相反。

1.2.2 中間階段

　　中間階段的作用是完成曝氣池到沉淀池的轉(zhuǎn)換。在第一主階段的中間階段，污水進入B池，C池仍處于沉淀出水狀態(tài)，同時A池開始進入沉淀狀態(tài)，為出水作準(zhǔn)備。在第二主階段的中間階段，污水進入B池，A池仍處于沉淀出水狀態(tài)，同時C池開始進入沉淀狀態(tài)，為出水作準(zhǔn)備。

　　因為邊池在曝氣狀態(tài)時，出水槽內(nèi)進滿混合液，所以邊池進入沉淀狀態(tài)后，開始的出水不能作為處理后的出水直接排放，需用沖洗排人處理系統(tǒng)。待出水澄清后，方可外排。

2.工程設(shè)計

2.1 處理規(guī)模及進出水水質(zhì)

　　石家莊高新區(qū)污水廠處理城市污水，設(shè)計處理污水量10萬噸/天，占地7.2公頃，污水處理廠進水 水質(zhì)的主要指標(biāo)為：COD≤600mg/L；BOD5≤400mg/L，SS≤400mg/L，出水水質(zhì)要求：DOD5≤30mg／L，SS≤30mg／L，COD≤120mg/L。

2.2 處理工藝

　　原污水進入格柵間，在此攔截污水中飄浮物，由污水泵提升，經(jīng)細(xì)格柵進一步去除水中雜質(zhì)，進入沉砂池去除砂粒，然后進入UNITANK池，去除BOD5等污染物，混合液經(jīng)沉淀分離，澄清液進入接觸 池加氯消毒(季節(jié)性)后排入汪洋溝。剩余污泥經(jīng)污泥泵送至集泥池，由帶預(yù)濃縮功能的脫水機處理 后，泥餅外運。工藝流程如圖2所示：

2.3 池型的選擇及進出水渠道設(shè)計

　　UNITANK池通常設(shè)計成三個等尺寸的矩形池，根據(jù)兩側(cè)池出水堰的形式即單側(cè)堰或周邊堰出水，可決定池子是否為正方形。一般當(dāng)池子邊長較小時(小于25米)兩側(cè)池采用單側(cè)堰出水，池型可為長方形，池間連通采用池壁開洞方式，洞口在邊池一側(cè)加導(dǎo)流板，見圖3，目的是使進水沿池底流動，流 態(tài)接近平流式沉淀池，導(dǎo)流板同時可防止中間池的曝氣擾動側(cè)池的沉淀。當(dāng)池子盡寸較大時，兩側(cè)池可采用周邊出水堰，池型為正方形，中間他的池問連通管出口設(shè)在側(cè)墻池底邊，兩側(cè)池的池間連通管出 口設(shè)在池中心，外加穩(wěn)流筒，見圖1，出水沿池底流動，流態(tài)接近中心進水，周邊出水的輻流式沉淀池。

　　此外，還可根據(jù)實際工程情況，中間池的尺寸可與兩側(cè)池的尺寸不同。

　　石家莊高新區(qū)污水處理廠工程UNITANK池共為六個組，分三個系列，每個組由三個正方形反應(yīng)池組成，單池凈尺寸為長×寬×高＝35×35×7m，有效水深6米。兩側(cè)池采用周邊堰出水。 每組內(nèi)三個反應(yīng)池由池底渠道連通，兩側(cè)池的連通渠出水口位于池中心，設(shè)有穩(wěn)流筒，防止進水對沉淀污泥的擾動。

　　污水由配水井均勻分給三條位于池頂?shù)呐渌?，一條配水渠負(fù)責(zé)一個系列兩組池的配水，見圖4交替式生物池配水渠示意圖。因此，同一系列中的兩組池按同步運行，不同系列的運行時序可不同步進行。每組池的出水匯入池底的出水總干管，直接排出處理廠。

2.4 石家莊高新區(qū)污水處理廠主要工藝參數(shù)

　　每單元平均設(shè)計流量： 0.193m³/s

　　水力停留時間： 31.8hr(含沉淀時間)

　　容積負(fù)荷： 0.45kgBOD／m³／d

　　污泥濃度： 4000mg/l

　　污泥負(fù)荷： 0.113kgBOD/kgMLSS／d

　　沉淀池最大表面負(fù)荷： 0.74m3／m³／²h

2.5 沖洗水系統(tǒng)的選擇和設(shè)計

　　由于在曝氣階段，兩側(cè)池的出水堰內(nèi)進入了混合液，沉淀初期被污染的出水不能直接排放，需經(jīng)沖洗水系統(tǒng)外排。沖洗水排放系統(tǒng)一般有兩種形式。第一種，由電動閘門控制，沖洗出水經(jīng)管渠，排人處理廠進水泵房。該方法運行管理較簡單，不用添加設(shè)備，但對進水泵房會產(chǎn)生一定的水力沖擊負(fù)荷，如果UNlTANK運行系列較多，運行時序岔開，那么沖擊負(fù)荷相對較低，對進水影響較小。第二種，由電動閘門控制，沖洗出水直接進入沖洗水池，池內(nèi)設(shè)潛水泵，將沖洗水送至中間池。該方法不會對進水泵 房產(chǎn)生影響，但需加設(shè)沖洗水池和沖洗水泵，運行管理較復(fù)雜，如果UNITANK運行系列較少，該種方法較適合。

　　石家莊高新區(qū)污水處理廠的沖洗水系統(tǒng)采用第一種形式，即沖洗水直接排至進水泵房。每組生物池中兩側(cè)池的出水均進入到中間池邊的一條公共出水渠道，該渠道上安裝兩臺電動閘門，具有兩種功能，分別作為出水渠道和沖洗水渠道使用。在沉淀出水的初期，公共渠道上的出水閘門關(guān)閉，沖洗水閘打開，沖洗水經(jīng)沖洗水管人廠區(qū)污水管，然后排入處理廠進水泵房。進水泵房的平均流量短時增加1／6。當(dāng)出水水質(zhì)正常時，打開出水閘門，關(guān)閉沖洗水閘，出水進入總出水管道排出處理廠。

2.6 曝氣系統(tǒng)的選擇和設(shè)計

　　UNITANK工藝可以采用表面機曝氣和微孔器曝氣兩種形式。針對這兩種形式在UNITANK工藝中的特點作如下對比。

表項 目表面曝氣機微孔曝氣器電耗高低，不穩(wěn)定曝氣系統(tǒng)工程造價低10％一20％高曝氣器充氧效率低，穩(wěn)定高，隨使用時間增長，效率逐漸降低維修管理電機維修在水面，不影響正常運輸維修時需將全池放空，且隨運行時間加長，維修頻率提高池底沉泥

極少有，且不均勻沉淀池表面負(fù)荷低較高，一般需加設(shè)斜板沉淀，降低表面負(fù)荷。運行時斜板上容易孳生生物膜；維修曝氣頭時，需拆掉斜板。缺氧/厭氧/好氧運行模式開/關(guān)曝氣機，易操作開/關(guān)單池曝氣管，會給其它池中曝氣頭帶來氣量沖擊，不易操作。

　　由以上對比可以看出，表面曝氣機更適合UNITANK工藝，如果工程占地允許，建議盡量采用表面曝氣機曝氣。

　　石家莊高新區(qū)污水處理廠曝氣系統(tǒng)采用表曝機和潛水?dāng)嚢铏C相結(jié)合的方式，每個池中安裝2臺表曝機、2臺水下攪拌機，表曝機運行充氧，當(dāng)水中溶解氧到達(dá)高限設(shè)定值時，表曝機停止工作，水下攪拌 機運行，當(dāng)水中溶解氧低于低限設(shè)定值時，水下攪拌機停止工作，表曝機開始運行。本工程的實際需氧量為60噸O₂天。

　　表曝機選用比利時AQUA公司生產(chǎn)浮動式高速表曝機，它可以適應(yīng)因水流方向改變而造成的水面起落，另外安裝簡單，只需纜繩固定。由于高速表曝機的電機直接驅(qū)動螺旋葉輪，不需要減速裝置，因此檢修量少，維護方便。

　　表曝機功率為75KW，潛水?dāng)嚢铏C功率為12.5KW。

2.7污泥排放系統(tǒng)的選擇和設(shè)計

　　 UNITANK工藝通常有兩種排放剩余污泥的方式，即連續(xù)排泥和間歇排泥。連續(xù)排泥是指在運行期間連續(xù)排放混合液，剩余污泥泵容量較低，基本不需要控制，但是由于剩余污泥濃度低，后續(xù)污泥濃縮脫水的負(fù)荷將會加大。間歇排泥是指在特定時段集中排泥，如在沉淀末期排泥，該方式剩余污泥泵容量較高，需要控制排泥時間及排泥閘，但該方式剩余污泥濃度較高，后續(xù)污泥濃縮脫水的負(fù)荷較低。

　　石家莊新區(qū)污水處理廠剩余污泥采用間歇排泥方式，排泥時間設(shè)在沉淀后期。全廠共設(shè)兩座剩余污泥泵房，在污泥泵房內(nèi)共安裝污泥泵6臺，分別負(fù)責(zé)6組交替式生物處理池的排泥。每個污泥泵經(jīng) 管道由電動閥門控制分別從處理單元中的2個沉淀池中抽泥，排泥時間設(shè)在沉淀后期。排泥管道按兩 臺污泥泵同時工作設(shè)計。

　　經(jīng)計算污泥產(chǎn)量為32噸干泥/天，泥齡為14天。污泥含水率按99.2％計，污泥產(chǎn)量4000噸/天，每組生物池每天排泥667m³。按每個周期排泥2次，每次15—20分鐘計，選污泥泵流量為0.1m³／s，揚程7.5米。

3、結(jié)語

　　 UNITANK工藝據(jù)有獨特的優(yōu)點：第一，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，可不設(shè)回流污泥系統(tǒng)及沉淀池刮泥機，投資低，同時由于設(shè)備種類較少，便于維護管理，降低了日常檢修費用；第二，運行周期和時序可根據(jù)進水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求進行調(diào)整，形成厭氧、缺氧和好氧交替狀態(tài)，實現(xiàn)除磷脫氮功能，運轉(zhuǎn)靈活；第三，采用矩形池結(jié)構(gòu)，生物池共同隔墻布置，可節(jié)省土建費用和工程建設(shè)用地；第四，系統(tǒng)為連續(xù)運行，出水采用固定堰，不設(shè)浮動式潷水器，水面基本桓定，另外池中約有三分之二的設(shè)備同時運行，與SBR工藝相比，其容積和設(shè)備利用率高。

　　UNITANK工藝雖有許多優(yōu)點，但也有一定的適用范圍。在選擇該工藝時應(yīng)該考慮以下問題：

　　第一，進水BOD濃度較高時，建議考慮采用兩級UNITANK工藝。本文介紹的是單級UNITANK工藝，即進水只經(jīng)過一級生物池處理，當(dāng)進水水質(zhì)較高時，如BOD高于500mg/L時，可采用兩級UNI-TANK工藝，即用兩級生物池處理，第一級生物池按高負(fù)荷厭氧或好氧方式運行，第二級按低負(fù)荷好氧方式運行。目前，西格司公司已有兩級UNITANK工藝的工程業(yè)績。

　　第二，出水水質(zhì)有除磷要求時，應(yīng)慎重考慮是否選用該工藝。該工藝除磷脫氮過程的原理是：通過在沉淀末期和曝氣期中間加入非曝氣攪拌期，形成缺氧和厭氧狀態(tài)，完成脫氮和生物除磷功能。但是，從實際運行看，很難形成生物除磷的理想狀態(tài)。因為，在非曝氣攪拌期，水中大量的硝酸鹽會消耗溶解 性BOD，降低有效BOD／P比值；進水中溶解性BOD在生物池內(nèi)被大量稀釋，除磷菌可攝取的BOD量減少，在厭氧階段磷釋放不徹底。因此生物除磷功能很難保證。從工程業(yè)績看，西格斯公司自1987年至1997年已有187座該工藝處理廠投產(chǎn)，但無生物除磷記錄。所以，選擇該工藝生物除磷時應(yīng)慎重考慮。

　　第三，處理水量過大時，應(yīng)充分考慮該工藝的復(fù)雜性，由于工藝運行、結(jié)構(gòu)設(shè)沉降縫和抗浮等原因的限制，處理池每格的尺寸宜控制在40×40米范圍內(nèi)。當(dāng)處理水量增加時，處理單元數(shù)也會增加，致使配水、出水、沖洗水和剩余污泥排放等設(shè)備隨著單元數(shù)而增加，大大提高了實際運行的復(fù)雜程度。從自動控制方面看，10萬噸/天處理規(guī)模的污水廠，氧化溝工藝的I／O數(shù)量只需1200點，而該工藝為3000點以上，隨著處理單元數(shù)量增加，其控制量也將成倍增加。所以，該工藝在規(guī)模較大處理廠應(yīng)用時，應(yīng)進行全面考慮。

　　 綜上所述，UNITANK工藝更適用于中小型污水處理廠，在一定的范圍內(nèi)，可以替代其它活性污泥法，有獨特的優(yōu)點，并具有較強的競爭力。

　　 (馮凱，性別男，出生于1968年1月26日，現(xiàn)就職于北京市市政工程設(shè)計研究總院，從事水處理工藝設(shè)計。聯(lián)系地址：北京市月壇南街乙二號，郵政編碼100045，聯(lián)系電話68013875。)