天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院
趙樂(lè)軍

　　一　概述

　　改革開(kāi)放以來(lái)，在我國(guó)的大中型城市中，建設(shè)了一批污水處理設(shè)施，對(duì)于保護(hù)大中型城市的環(huán)境，治理水污染起到了很大作用。隨著我國(guó)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的顯著提高，我國(guó)農(nóng)村城市化的速度將大大加快，大量的小城鎮(zhèn)將迅速興起，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，全國(guó)設(shè)市城市將達(dá)1200個(gè)左右，建制鎮(zhèn)25000～3O000個(gè)左右，全國(guó)城鎮(zhèn)人口達(dá)6.8億左右，城市化水平約為45%，其中小城鎮(zhèn)人口所占比例達(dá)65%左右。從發(fā)展眼光看，今后我國(guó)的大部分人口將生活在中小城鎮(zhèn)。
　　目前全國(guó)共有1700O個(gè)建制鎮(zhèn)，絕大多數(shù)沒(méi)有排水和污水處理設(shè)施，而且，由于二十幾年來(lái)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的蓬勃發(fā)展，造成一些中小城鎮(zhèn)尤其是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的中小城鎮(zhèn)，污染嚴(yán)重，已經(jīng)影響到人民的生活和健康。
　　從另一方面講，中小城鎮(zhèn)和大中城市在水系上是相通的，而且往往處于大中城市的上游，中小城鎮(zhèn)的污水治理工作做不好，大中城市水環(huán)境的質(zhì)量也不會(huì)有明顯改善，因此，中小城市的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。針對(duì)目前的情況，國(guó)家提出至2010年我國(guó)污水處理率要達(dá)到4O%，因此，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)將會(huì)集中在中小城鎮(zhèn)建設(shè)一大批污水處理廠，這些污水處理廠的規(guī)模，小的只有每日幾十噸，大的每日幾萬(wàn)噸，因此在規(guī)模上和大型污水處理廠相差較大，而且，由于這些中小城鎮(zhèn)和大中城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、排水體制，基礎(chǔ)資料，融資渠道有很大不同，因此以往建設(shè)大型污水處理廠的經(jīng)驗(yàn)只有借鑒的意義，不可能也不應(yīng)該把大中城市的污水治理工藝、技術(shù)裝備等搬用到城鎮(zhèn)級(jí)的污水處理廠中去，否則目前在大中城市中出現(xiàn)的“建的起，用不起”的局面將會(huì)在中、小城鎮(zhèn)更加強(qiáng)烈的表現(xiàn)出來(lái)，甚至?xí)葑兂伞凹冉ú黄穑貌黄稹钡木置妫虼颂剿鬟m合中小城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的污水處理工藝，以較少的投資建成污水處理廠，以較低的運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)轉(zhuǎn)污水處理廠，達(dá)到消除污染、保護(hù)環(huán)境的目的是擺在給排水工作者面前的一個(gè)挑戰(zhàn)。
　　考慮到1998年1月1日之后，已經(jīng)開(kāi)始實(shí)行《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)，因此中小城鎮(zhèn)的污水處理廠在選擇處理工藝時(shí)都要考慮除磷脫氮，本文謹(jǐn)就適合于中小城鎮(zhèn)城市污水處理廠的生物除磷脫氮工藝談一些粗淺的看法，供大家參考，不妥之處請(qǐng)指正。

　　二　可供選擇的工藝

　　各種除磷脫氮工藝一般都是除碳、除氮、除磷三種流程的有機(jī)組合，得利滿公司提出了“SARAOE”概念，來(lái)描述用于除磷脫氮的不同區(qū)域。
　　1.選擇區(qū)(Selectorzone)
　　設(shè)置選擇區(qū)的目的主要是為了避免污泥膨脹。
　　2.厭氧區(qū)(Anaerobiczone)
　　設(shè)置厭氧區(qū)是為了提供一個(gè)使聚磷菌釋放磷的環(huán)境，為后續(xù)的好氧吸磷創(chuàng)造條件。
　　3.再活化區(qū)(Reactivationzone)
　　設(shè)置再活化區(qū)用于再活化回流污泥。
　　4.缺氧區(qū)(Anoxiczone)
　　設(shè)置缺氧區(qū)，提供一個(gè)缺氧環(huán)境，使硝酸鹽氮被還原為氮?dú)狻?br> 　　5.好氧區(qū)(Oxidationzone)
　　該區(qū)為主反應(yīng)區(qū)，在該反應(yīng)區(qū)內(nèi)完成碳的氧化和氨氮的硝化。
　　6.內(nèi)源呼吸區(qū)(Endogenouszono)
　　在該區(qū)內(nèi)進(jìn)一步完成硝酸鹽氮的反硝化。
　　在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)受納水體的要求和其它一些實(shí)際情況，生物除磷脫氮工藝可以分成以下幾個(gè)層次：
　　1、去除有機(jī)物、氨氮和硝酸鹽氮，因?qū)偟獰o(wú)要求，可以采用生物硝化工藝，生物硝化工藝與傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程完全相同，不過(guò)采用延時(shí)曝氣。
　　2、去除有機(jī)物和總氮(包括有機(jī)氮、氨氮及硝酸鹽氮)，因要去除總氮，因此應(yīng)該采用生物反硝化工藝，需要在反應(yīng)池前增設(shè)一個(gè)缺氧段，將好氧段中含有硝酸鹽的混合夜回流到缺氧段，在缺氧的條件下，將硝酸鹽反硝化成氮?dú)狻?br> 　　3、去除有機(jī)物、氨氮和有機(jī)氮，磷。這時(shí)，應(yīng)該采用除磷的硝化工藝，在反應(yīng)地前增設(shè)一個(gè)厭氧段，在厭氧段內(nèi)完成磷的釋放，在好氧段內(nèi)實(shí)現(xiàn)磷的超量吸收、有機(jī)物的氧化、有機(jī)氮及氨氮的硝化。
　　4、去除有機(jī)物、總氮和磷。對(duì)于這種情況，應(yīng)該采用完全的生物除磷脫氮工藝。在反應(yīng)池前既要增設(shè)一個(gè)厭氧段又要增設(shè)一個(gè)缺氧段，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物除磷脫氮。

　　三　適合于中小型污水處理廠的除磷脫氧工藝

　　A/O工藝、A2/O工藝、各種氧化溝工藝、SBR工藝這些從活性污泥法派生出來(lái)的工藝都可以實(shí)現(xiàn)除碳、除氮、除磷三種流程的組合，都是比較實(shí)用的除磷脫氮工藝。
　　由于磷的去除是通過(guò)排放剩余污泥實(shí)現(xiàn)的。SRT小，剩余污泥排放量也就多，在污泥含磷量一定的情況下，除磷量也就越多。生物硝化工藝需要較低的負(fù)荷，較長(zhǎng)的泥齡，因此，除磷脫氮對(duì)某些工藝參數(shù)的要求是互相矛盾的，為實(shí)現(xiàn)同時(shí)除磷脫氮，研究者開(kāi)發(fā)了不少新工藝，如Bardenphor工藝(四區(qū)工藝)、Phoredox工藝(改良BardenPhor工藝)，UCT工藝，MUCT工藝等，這些工藝克服了除磷脫氮的一些沖突，可以同時(shí)取得較好的除磷脫氮效果，但這些工藝的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，處理單元多，流程長(zhǎng)，操作管理復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，在應(yīng)用于中小規(guī)模污水處理廠時(shí)應(yīng)該慎重。
　　進(jìn)水水質(zhì)濃度和對(duì)出水水質(zhì)的要求是選擇除磷脫氮工藝的一個(gè)重要因素。對(duì)于大部分城市污水，為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該選用具有除磷和硝化功能的二級(jí)處理，對(duì)于二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可以采用生物除磷方式；對(duì)于一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可以采用生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的方式。對(duì)于某些低濃度或超低濃度污水，單獨(dú)生物除磷效果不好，須采用生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的方式。
　　在上述各種除磷脫氮工藝中，對(duì)中小污水廠來(lái)講，比較有發(fā)展前途的工藝是SBR工藝、氧化溝工藝。因?yàn)檫@兩種工藝一般都不設(shè)初沉地，SBR工藝和合建式氧化溝工藝也不需要二沉地、污泥回流設(shè)施，因此，水、泥處理流程大為簡(jiǎn)化，可以達(dá)到占地少、能耗低、投資省。運(yùn)行管理方便的目的，符合當(dāng)前污水處理工藝合建、簡(jiǎn)化發(fā)展的總趨勢(shì)。采用延時(shí)曝氣的SBR工藝和氧化溝工藝產(chǎn)生的剩余污泥已經(jīng)基本達(dá)到好氧穩(wěn)定，剩余污泥經(jīng)過(guò)濃縮脫水后就可以直接應(yīng)用于農(nóng)田、填埋或者焚燒，不需要搞污泥消化，因此建設(shè)、運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用大為減少，這一點(diǎn)對(duì)中小城鎮(zhèn)污水廠來(lái)說(shuō)，是非常有吸引力的。

　　四　氧化溝工藝的特點(diǎn)、各種形式和適用情況

　　氧化溝實(shí)際上是活性污泥法的一種變形，它的水力流態(tài)和普通活性污泥法相差較大，是一種首尾相接的循環(huán)流，通常采用延時(shí)曝氣。氧化溝是荷蘭人二戰(zhàn)后為處理小城鎮(zhèn)污水而開(kāi)發(fā)的，由于氧化溝處理污水經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單和管理方便，所以它問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展很快。
　　嚴(yán)格地說(shuō)，氧化溝不屬于專門(mén)的生物除磷脫氮工藝。但是隨著氧化溝技術(shù)的發(fā)展，它早已超出原先的實(shí)踐范圍，出現(xiàn)了一系列除磷脫氮技術(shù)與氧化溝技術(shù)相結(jié)合的污水處理工藝流程。
　　按照運(yùn)行方式，氧化溝可以分為連續(xù)工作式、交替工作式和半交替工作式。連續(xù)工作式氧化溝如帕斯韋爾氧化溝、卡魯塞爾氧化溝。奧貝爾氧化溝在我國(guó)應(yīng)用比較多，這些氧化溝通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)娜毖醵巍捬醵巍⒑醚醵味寄苋〉幂^好的除磷脫氮效果。連續(xù)工作式氧化溝又可分為合建式和分建式。
　　交替工作式氧化溝一般采用合建式，多采用轉(zhuǎn)刷曝氣，不設(shè)二沉池和污泥回流設(shè)施。交替工作式氧化溝又可分為單溝式、雙溝式和三溝式，交替式氧化溝兼有連續(xù)式氧化溝和SBR工藝的一些特點(diǎn)，可以根據(jù)水量水質(zhì)的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)刷的開(kāi)停，既可以節(jié)約能源，又可以實(shí)現(xiàn)最佳的除磷脫氮效果。廣東雁田污水廠(近期規(guī)模1.5萬(wàn)噸/d)采用的是雙溝式氧化溝工藝。邯鄲東污水廠(一期工程規(guī)模6.6萬(wàn)噸)采用的是三溝式氧化溝工藝。
　　一般交替式氧化溝工藝的設(shè)備閑置率比較高，容積利用率比較低，如邯鄲東污水廠的設(shè)計(jì)污泥星系數(shù)為O.55，實(shí)際為O.48，D型氧化溝曝氣轉(zhuǎn)刷的實(shí)際利用率只有37.5%。

　　五　SBR工藝的特點(diǎn)、各種形式和適用情況

　　SBR工藝的基本特征是在一個(gè)反應(yīng)池中完成污水的生化反應(yīng)、沉淀、排水、排泥，處理設(shè)施比一般氧化溝還要簡(jiǎn)單。SBR工藝的概念和操作靈活性使其易于引入?yún)捬?好氧除磷過(guò)程或缺氧/好氧除氮過(guò)程，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行周期以及控制各工序時(shí)間的長(zhǎng)短，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氮磷的高效去除。
　　SBR工藝有很多種類型，除了常規(guī)SBR工藝之外，還有DAT-IAT工藝，Unitank工藝、CAST及CASS工藝、ICEAS工藝等。ICEAS工藝和DAT-IAT工藝均采用連續(xù)進(jìn)水方式，使進(jìn)水的控制系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，但是因?yàn)橹鞣磻?yīng)區(qū)前面缺乏一個(gè)厭氧段，因此，除磷的效果不夠理想，DAT-IAT工藝的回流比比較大，運(yùn)行費(fèi)用偏高。上海石洞口污水處理廠采用的是Unitank工藝；昆明第三污水處理廠采用的是ICEAS工藝；天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)噸/日)采用的是DAT-IAT工藝。
　　和合建式氧化溝一樣，因?yàn)樵谝粋€(gè)較長(zhǎng)停留時(shí)間的曝氣系統(tǒng)內(nèi)，只有50%左右的池容用于曝氣，SBR工藝的容積利用率也不高。

　　六　SBR工藝和氧化溝工藝的比較

　　如前所述，SBR工藝和氧化溝工藝都比較適合于中小型污水廠，如果設(shè)計(jì)管理的好，都可以取得比較好的除磷脫氮效果。但是這兩種工藝又各有優(yōu)缺點(diǎn)，分別適用于不同的情況。
　　1.SBR工藝由于采用合建式，不需要設(shè)置二沉地，同時(shí)由于采用微孔曝氣，可以采用的水深一般為4～6m，比一般氧化溝的水深(3～4m)要深，因此在同樣的負(fù)荷條件下，SBR工藝的占地面積小，如果污水處理廠所在地的征地費(fèi)用比較高，對(duì)SBR工藝有利。
　　2.SBR工藝中一個(gè)周期的沉淀時(shí)間是由活性污泥界面的沉速、MLSS濃度、水溫等因素確定的，渾水時(shí)間是由潷水器的長(zhǎng)度、上清液的潷除速率等因素決定的，對(duì)于一個(gè)固定的反應(yīng)系統(tǒng)，沉淀時(shí)間和潷水時(shí)間的和基本上是固定的，一般都不應(yīng)小于2小時(shí)，因此，每個(gè)周期的時(shí)間短，反應(yīng)時(shí)間所占的比例就低，反應(yīng)池的容積利用系數(shù)降低。對(duì)于對(duì)污泥穩(wěn)定要求不高的污水廠，選擇SBR工藝不利。(合建式氧化溝工藝也有這個(gè)缺點(diǎn))。
　　3.SBR工藝和交替式氧化溝需要頻繁地開(kāi)停進(jìn)水閥門(mén)，曝氣設(shè)備，潷水器等，因此，對(duì)自控設(shè)備的要求比較高，目前，某些國(guó)產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量尚不過(guò)關(guān)，如果考慮進(jìn)口，自控系統(tǒng)所占的投資比例將增加，而且將增大維修費(fèi)用。
　　4.在寒冷的氣候條件下，因?yàn)楸砻姹瑲馄鲿?huì)造成表面冷卻或者結(jié)冰，降低污水的溫度，而污水的溫度降低，對(duì)生化反應(yīng)尤其是硝化反應(yīng)的影響較大，所以，在寒冷地區(qū)，采用氧化溝工藝，需要采取一些特殊措施，如將氧化溝加蓋，而這些措施都使氧化溝工藝在和其它工藝競(jìng)爭(zhēng)中，處于不利的地位。
　　5.在一些水量非常小的小城鎮(zhèn)，夜間幾乎沒(méi)有污水產(chǎn)生，這時(shí)候SBR工藝和交替式氧化溝工藝有優(yōu)越性，曝氣設(shè)備可以白天運(yùn)轉(zhuǎn)，夜間停止運(yùn)行。

　　七　SBR工藝和氧化溝工藝比較的一個(gè)實(shí)例

　　某開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠工程，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)噸/日，變化系數(shù)1.40，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如下：

　 BOD₅ COD SS NH₃-N TP 進(jìn)水 160 400 250 35 2 出水 30 120 30 25 1

　　采用氧化溝工藝(CAST工藝)和三溝式氧化溝工藝進(jìn)行工藝比較，結(jié)果如下表：

項(xiàng)目 CAST工藝 氧化溝工藝 備注 總泥齡(d) 25 25 　 設(shè)備總功率(KW) 908 1695 　 實(shí)際使用功率(KW) 585 732 　 設(shè)備利用系數(shù) 0.64 0.43 　 日電耗(度/日) 10418 13036 　 單位電耗(Kw/m³) 0.21 0.26 　 處理廠占地(m²) 34400 41064 二級(jí)處理 工程總投資(萬(wàn)元) 6301.27 6692.87 廠內(nèi)工程 單位成本(元/m³) 0.69 0.81 　 單位運(yùn)行成本(元/m³) 0.35 0.46 　

　　對(duì)于上例的具體情況，經(jīng)過(guò)投資估算比較和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，采用SBR工藝優(yōu)于三溝式氧化溝工藝。
　　應(yīng)該提出的是：選擇污水廠的處理工藝，是一件復(fù)雜的事情，目前的各種處理工藝，都各有優(yōu)缺點(diǎn)，只有最適合某個(gè)工程的工藝，并不存在最先進(jìn)的工藝。設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)、污水廠的規(guī)模、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件、氣候情況、廠址情況、地質(zhì)條件、電價(jià)等情況，因地制宜地選擇污水處理工藝，努力達(dá)到投資少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，在這些因素難以平衡的條件下，應(yīng)該優(yōu)選運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，運(yùn)行簡(jiǎn)單的工藝，同時(shí)，根據(jù)中小城鎮(zhèn)排水的具體特點(diǎn)，也可以大膽地嘗試一些雖然在國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較少，但比較適合中小城鎮(zhèn)特點(diǎn)的污水處理工藝，如生物膜法。

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