张家界杨家溪污水处理厂工艺选择实例
某市污水处理工程包括汇集输送全市的污水、经集中处理后排入澧水城市下游段，即澧水北岸的污水经管网收集后，汇入北岸沿河的合流制截污干管；澧水南岸的污水经管网收集后汇入南岸沿河分流制截污干管，北岸截污干管在潭头湾处穿过澧水，接入南岸截污干管，一并汇入澧水下游南岸的杨家溪污水处理厂。
污水处理厂处理规模：近期(至2005年)为8×104m3/d；远期(至2020年)为17×104 m3/d。
污水处理厂设计水质见表1。
表1 杨家溪污水处理厂设计水质
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项目 |
BOD5(mg/L) |
CODCr(mg/L) |
SS(mg/L) |
TN(mg/L) |
TP(mg/L) |
pH |
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进水水质 |
≤140 |
≤260 |
≤150 |
≤35 |
≤3 |
7～8 |
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出水水质 |
20 |
60 |
20 |
15 |
1～0.5 |
6～9 |
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去除率(%) |
85.7 |
76.9 |
86.7 |
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1 工艺方案的选择
一般而言，在采用活性污泥法的污水处理厂中，不同的污染物是以不同方式去除的。例如，污水中的SS主要靠沉淀去除，可以选用适当的污泥负荷(F/M)值、较小的二次沉淀池的表面负荷和较低的出水堰负荷等措施；污水中BOD的去除是靠微生物的吸附和代谢作用、并对污泥与水进行分离完成的，根据污水厂运行经验，在污泥负荷≤0.3kg/(kg·d)时，即可使出水BOD5＜20 mg/L；污水中COD的去除取决于原水的可生化性，它与城市污水的组分有关，张家界市污水的BOD5/CODCr=0.54，可生化性良好；污水中NH3-N的去除，完成硝化是先决条件，必须使系统维持在较低的污泥负荷条件下运行，使系统的泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄；生物除磷工艺的前提条件是聚磷菌必须在厌氧条件下增长，而后进入好氧阶段才能增大磷的吸收量，因此污水中磷的去除工艺是必须在曝气池前设置厌氧段。
所以，要达到要求的出水指标，必须根据进、出水水质，选择适当的工艺参数，在满足生物除磷脱氮的前提下，完成对BOD5、CODCr和SS的去除，故生物脱氮除磷是污水处理工艺的关键。
张家界市老城区的污水是采用合流制排水体系，而新城区的分流制排水管网需逐步完善，所以对污水处理厂而言，进水水量、水质波动较大。氧化沟工艺系列中的奥贝尔氧化沟是专门针对合流制的污水处理厂设计的，它可承受较大的水质、水量冲击负荷，可作为预选方案之一。SBR工艺系列中的Unitank法因生物除磷效果差，又无污泥回流设施，使得整体系统的利用效率很低；MSBR法流程繁琐，对自控及监测仪表要求较高，当水量变化大时需通过调整进水和曝气过程的时序使系统正常运行。因此，考虑将CAST法作为预选方案之一。
2 预选方案的比较
在选择了SBR法的改良工艺——CAST方案和奥贝尔氧化沟方案作为本工程的预选方案后，以近期污水量为8×104m3/d的杨家溪污水处理厂为例，从以下几个方面对两方案进行了详细比较。
①工艺方案的技术特性比较见表2。
表2 两种工艺特性的比较
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方案一(CAST工艺) |
方案二(奥贝尔氧化沟) |
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反应池间歇运行，4座反应池交替运行保持进、出水的连续性。 |
连续进水、连续出水。 |
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有机物降解与沉淀在一个池子完成，无需设独立的沉淀池及其刮泥系统。 |
在氧化沟中完成有机物降解，在沉淀池中进行泥水分离，需设独立的沉淀池和刮泥系统。 |
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通过每一个周期的循环，造成有氧和无氧的环境，对氮和磷有很好的去除效果。 |
氧化沟系统三个沟道内的DO值呈0-1-2的梯次变化，脱氮效果好，除磷效果一般。 |
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固体停留时间较长，可抵抗较强的冲击负荷。 |
较长的固体停留时间，可抵抗冲击负荷。 |
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污泥有一定的稳定性。 |
污泥有一定的稳定性。 |
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采用鼓风曝气，曝气器均布池底，动力效率高，能耗较低；间歇运转须采用高质量的膜式曝气器，设备的闲置率较高，曝气器寿命较短，维修及维护量大。 |
采用表面曝气，设有转碟曝气设备，转碟分点布置；设备少，管理简单，维护量小，但能耗较高。 |
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自动化水平高，对电动阀门等设备的可靠性需求较高，控制管理较复杂。 |
设备少且经久耐用，控制管理简单。 |
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耗电量较小，运行费用低。 |
耗电量较大，运行费用较高。 |
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自控系统编程工作量较大，PLC硬件费用高，自动化水平较高，劳动强度较低，对操作人员的素质要求较高，总设备费用较高。 |
自控系统编程工作量较小，PLC硬件费用低，自动化水平较低，劳动强度较高，对操作人员的素质要求较低，总设备费用较低。 |
②工程投资和技术经济比较分别见表3、4。
表3 两种方案的工程投资比较
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项目 |
方案一(CAST工艺) |
方案二(奥贝尔氧化沟) |
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土建工程(万元) |
3 853.57 |
4 490.87 |
|
设备及安装工程(万元) |
3 880.27 |
3 376.09 |
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其他费用(万元) |
4 663.95 |
5 115.12 |
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总投资(万元) |
12 397.79 |
12 982.08 |
表4 两种方案的技术经济比较
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项目 |
方案一(CAST工艺) |
方案二(奥贝尔氧化沟) |
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总投资(万元) |
12397.79 |
12982.08 |
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污水处理厂占地(hm2) |
6.8 |
8.0 |
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总装机容量(kW) |
1600 |
1840 |
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用电量(kW·h/m3) |
0.27 |
0.31 |
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年药剂费(万元) |
49.05 |
49.05 |
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人员编制(人) |
50 |
60 |
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单位运行成本(元/m3) |
0.60 |
0.64 |
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单位经营成本(元/m3) |
0.32 |
0.36 |
③污水处理工艺流程一般包括机械处理系统、生化处理系统、消毒系统和污泥处理系统4部分，CAST方案与奥贝尔方案在机械处理和消毒系统上构筑物及其设备配套相同，主要差别在于生化系统上，污泥处理系统也略有不同。
3 工艺方案的确定
综合上述方案的技术及经济比较情况，可以看出方案一和方案二各有自己不同的优势与不足，均能达到处理要求。从表2得知，方案一在污泥沉降性能和对磷的去除效率以及管理灵活性等方面的工艺特性优于方案二，但也存在设备复杂、维修量大、管理运行水平要求高等缺点。从表3可以看出，方案一的总投资比方案二少584.29万元，土建投资比方案二少637.3万元，但机械、自控电器设备投资比方案二高504.18万元。从表4可以看出，方案一的能耗、总成本费用低于方案二，年运行成本相差约131.37万元。从流程简洁、占地面积小、易于实现自动化控制等方面来考虑，CAST工艺均优于奥贝尔氧化沟工艺，因此推荐CAST方案作为污水处理厂的工艺方案。
4 结论和建议
①必须结合当地的实际，并经过全面的技术经济比较后才能优选出最佳的工艺方案。
②为了保证污水系统和污水处理厂运行的良性循环，必须制订完善的污水排放收费制度，确定合理的收费标准。
③污水处理厂建成后应制定严格的操作和维修管理措施，并完善各种规章制度。
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