張弛1,2 王昶1 王芳1 豆寶娟1
（1.天津科技大學(xué) 海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.赤峰市環(huán)境科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古024000)
中圖分類號(hào)：X505 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-2738（2011）11-0276-02
摘要：根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)和當(dāng)?shù)貙?shí)際，對(duì)污水處理的預(yù)處理、一級(jí)處理、二級(jí)處理和深度處理等幾個(gè)工藝進(jìn)行比選，寧城興汐污水處理廠確定采用“水解酸化＋CAST工藝+混凝沉淀過濾”工藝作為本工程的實(shí)施方案，并給出污水處理的流程。
關(guān)鍵詞：污水處理；工藝方案；比選
引言
寧城興汐污水處理廠是赤峰市寧城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的一個(gè)環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目，它的建設(shè)將有利于人民的身體健康和生活條件及周圍環(huán)境的改善。根據(jù)我國國情和寧城當(dāng)?shù)氐臈l
件，提高污水處理率、解決污水處理問題的關(guān)鍵在于污水處理工藝的選擇[1]。污水處理廠的工藝選擇應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、出水要求、污水廠規(guī)模、污泥處置方法及
當(dāng)?shù)販囟?、工程地質(zhì)等因素綜合考慮后確定[2]。污水處理工藝一般包括預(yù)處理、一級(jí)處理和二級(jí)處理、深度處理幾個(gè)密切相關(guān)的階段。本工程污水經(jīng)過處理后達(dá)
到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放，所以必須對(duì)各階段的一些工藝進(jìn)行比較。
一、處理工藝比選
（一）預(yù)處理。
預(yù)處理就是在一級(jí)處理之前去除污水中大塊的呈懸浮狀或漂浮狀態(tài)的污物、砂礫等，以確保處理系統(tǒng)安全運(yùn)行。預(yù)處理通常包括粗、細(xì)格柵、普通沉砂池、曝氣沉砂
池、旋流式沉砂池等工藝。由于旋流沉砂池利用水力渦流，使泥砂和有機(jī)物分開，以達(dá)到除渣目的，該池型具有基建、運(yùn)行費(fèi)用低和除砂效果好等優(yōu)點(diǎn)，故本工程擬
采用旋流沉砂池和粗、細(xì)格柵。
（二）一級(jí)處理。
一級(jí)處理主要目的是為二級(jí)處理減輕負(fù)荷，通常采用的工藝為沉淀池，對(duì)大型污水廠而言，初次沉淀池非常廣泛。在小規(guī)模污水處理廠，根據(jù)處理方式的不同可以省
去初次沉淀池，例如序批間歇式活性污泥法（SBR）工藝。本工程由于進(jìn)水BOD較低，只有200~220 mg/L，而COD的含量為500
mg/L，屬于生化性一般的污水，如果設(shè)置初沉池，過量的去除污水中的BOD，會(huì)造成污水可生化物降低的問題，不利反硝化脫氮和生物除磷的運(yùn)行。因此，本
次設(shè)計(jì)考慮不采用初次沉淀池。
（三）水解酸化生物處理工藝。
本污水廠的進(jìn)水與常規(guī)城市生活污水相比，生化性較差，較難處理。因此在生化處理單元前首先設(shè)置水解酸化單元對(duì)廢水進(jìn)行水解酸化，提高廢水的可生化性，然后再進(jìn)入生化處理單元進(jìn)行處理[3]。
水解酸化工藝有兩個(gè)最為顯著的特點(diǎn)：其一，經(jīng)過水解處理，污水中的有機(jī)物不但在數(shù)量上發(fā)生了很大變化，而且在理化性質(zhì)上發(fā)生了更大變化，使污水更適宜后繼
的好氧處理，可以用較少的氣量在較短的停留時(shí)間內(nèi)完成凈化；其二，這種工藝在處理污水的同時(shí)，由于污泥的停留時(shí)間較長，因此基本完成了對(duì)污泥的處理，使污
水、污泥處理一元化。水解酸化+好氧工藝作為一種污水處理工藝，在總的停留時(shí)間和能耗等方面比傳統(tǒng)的活性污泥法要有很大的優(yōu)勢(shì)[3、4]。
（四）二級(jí)生化處理。
二級(jí)處理是污水處理廠的中心環(huán)節(jié)，污水中大部分污染物在二級(jí)處理中得到降解和去除，從而使出廠污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級(jí)處理包括各種物理化學(xué)法和各種生物處
理法[5]。但各種物理化學(xué)法，使用大量昂貴的化學(xué)藥劑和復(fù)雜的工藝過程以及較高的控制技術(shù)，不適于易生物處理的城市污水處理廠。
生物二級(jí)處理法包括：氧化塘[6]、生物濾池[7]、土地處理法[8]、傳統(tǒng)活性污泥法以及在傳統(tǒng)活性污泥法工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的其它方法，如A/O法、AB法、SBR法、氧化溝法等。
氧化塘：占地面積大，有污染地下水的可能。生物濾池，接觸氧化濾床、生物轉(zhuǎn)盤等法：無污泥膨脹之患、維護(hù)管理方便，但占地面積大或造價(jià)昂貴，衛(wèi)生條件差。
污水灌溉：也稱污水土地處理法，寧城縣沒有大面積適合污水灌溉的土地，特別是還存在目前尚未解決的污水冬灌技術(shù)問題，所以也不宜采用。
氧化溝活性污泥法：具有處理流程簡單、構(gòu)筑物少，一般情況下可不建初沉池和污泥消化池，運(yùn)行管理簡單，可承受水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷，污泥量少等優(yōu)點(diǎn)，但要求
污水溫度不低于于13℃，污水溫度低于7℃時(shí)無處理效果，特別是冬季轉(zhuǎn)刷曝氣很容易結(jié)冰[9]，本工程不予考慮。
AB工藝對(duì)BOD5、CODCr、SS、磷和氨氮的去除率一般均高于常規(guī)活性污泥法，主要缺點(diǎn)需設(shè)二組二沉池二套污泥回流系統(tǒng)，構(gòu)筑物多，A段污泥產(chǎn)量高，給污泥處置和出路增加了難度[10]。
序批式活性污泥法（SBR法）：是二十世紀(jì)五十年代在美國開始研究，七十年代在生活污水處理中開始應(yīng)用。九十年代在中國大量應(yīng)用于工業(yè)及城市污水處理中。
其中間歇進(jìn)水周期循環(huán)式活性污泥法（簡稱循環(huán)式活性污泥法CAST）較其它SBR法更優(yōu)，具有較好的脫氮除磷效果，是改良的SBR法。
CAST工藝?yán)孟到y(tǒng)中的活性污泥來除碳、除磷和反硝化脫氮；具有活性污泥法的高效性和運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性的優(yōu)點(diǎn)。尤其該工藝很好解決了除磷脫氮泥齡需求的矛盾。
具體的做法是在生化池的前段設(shè)置生物選擇器和缺氧區(qū)，前置反硝化，即能保證COD，NH3-N、PO43--P的去除，還對(duì)總氮有很好的去除，出水的硝態(tài)
氮含量較低[11]。
推薦本工程的二級(jí)生化處理工序采用CAST工藝。
（五）深度處理。
為使出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)生化處理程度尚達(dá)不到該出水標(biāo)準(zhǔn)，因此需對(duì)污水廠二級(jí)生化處理的出水進(jìn)行深度處理。
1.混合。
混合是混凝沉淀的前提，混合效果的好壞直接關(guān)系到后序的混凝沉淀效果。是節(jié)省投藥量的關(guān)鍵。此過程使所有膠體顆粒幾乎在瞬間完成脫穩(wěn)與凝聚，故也稱初級(jí)混
凝過程。針對(duì)從本工程污水廠處理水量較小的特點(diǎn)，本著高效、節(jié)能的原則，本工程污水廠混合單元推薦采用管式靜態(tài)混合器。
2.絮凝。
絮凝是給水處理的最重要的工藝環(huán)節(jié)，絮凝長大過程是微小顆粒接觸碰撞的過程。絮凝效果的好壞取決于兩個(gè)因素：一是混凝劑水解后產(chǎn)生的高分子絡(luò)合物形成吸附
架橋的連接能力，這是由混凝劑的性質(zhì)決定的；二是微小顆粒接觸碰撞的幾率和如何控制它們進(jìn)行合理的有效碰撞，這是由設(shè)備的動(dòng)力學(xué)條件決定的。一般的絮凝池
型式[12-14]有：穿孔旋流絮凝池、渦流絮凝池、孔室絮凝池、機(jī)械絮凝池、隔板絮凝池、折板絮凝池、網(wǎng)格絮凝池。
穿孔旋流絮凝池、渦流絮凝池、孔室絮凝池，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，施工方便；缺點(diǎn)是不適合水量的變化，絮凝效果比較差，大型水廠一般不宜采用。
機(jī)械絮凝池絮凝效果好，水頭損失小，但機(jī)械設(shè)備維護(hù)管理比較復(fù)雜。
隔板絮凝池優(yōu)點(diǎn)是絮凝效果較好，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便；缺點(diǎn)是容積大，水頭損失大，出水流量不易均勻分配。
目前用普遍使用的是折板絮凝池，絮凝效果好，絮凝時(shí)間短，構(gòu)造簡單，施工方便，維修簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，對(duì)原水水量和水質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，絮凝效果穩(wěn)定。
網(wǎng)格絮凝池是應(yīng)用紊流理論的絮凝池，由于池高適當(dāng)，可與斜管沉淀池、斜板沉淀池、小間距斜板沉淀池合建。網(wǎng)格絮凝池由多格豎井串聯(lián)而成，絮凝所需時(shí)間較
短。絮凝池分成許多方格，進(jìn)水水流順序從一格流向下一格，上下交錯(cuò)流動(dòng)，直至出口。一般在全池或全池的前三分之二分格內(nèi)，水平放置網(wǎng)格箱。通過網(wǎng)格的空隙
時(shí)，水流收縮，過網(wǎng)孔后水流擴(kuò)大，形成良好絮凝條件。
本項(xiàng)目采用網(wǎng)格絮凝池。
3.沉淀。
沉淀設(shè)備是水處理工藝中絮凝體與水分離的最重要環(huán)節(jié)，其設(shè)備運(yùn)行狀況直接影響了出水水質(zhì)。沉淀池型式有：平流沉淀池、脈沖澄清池、高密度澄清池、斜管沉淀池、斜板沉淀池。
平流沉淀池[15]對(duì)水質(zhì)、水量變化大的沖擊負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，池深度較淺，不需要填料，管理方便，采用機(jī)械排泥效果也很好。缺點(diǎn)是停留時(shí)間長，池子占地面積較大。
脈沖澄清池[16]適應(yīng)處理高濁度且濁度變化較大的原水，由于脈沖及絮凝均發(fā)生在水下，不宜觀察掌握，因此操作管理要求較高，對(duì)水質(zhì)、水量變化較為敏感，操作管理復(fù)雜，需要及時(shí)監(jiān)測(cè)，否則會(huì)造成出水水質(zhì)變差。
高密度澄清池（沉淀池）與斜管（斜板）沉淀池的構(gòu)造基本一致，其最大區(qū)別在于將活性污泥進(jìn)行回流，形成懸浮層，以增強(qiáng)絮凝體的活性和沉淀效果，適應(yīng)進(jìn)水濁度的范圍較大，處理后水質(zhì)較好。但運(yùn)行操作難度增加，設(shè)備投資較高。
斜管沉淀池、斜板沉淀池[17]與平流沉淀池相比，減少了占地面積，改善了水力條件，因此提高了制水生產(chǎn)能力；具有停留時(shí)間短，沉淀效率高、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
本項(xiàng)目考慮采用斜管沉淀池。斜管的材質(zhì)采用乙丙共聚材料。
4.過濾。
過濾是處理工藝中最為重要的一道工序，用以除去在混凝沉淀后的殘留絮體和雜質(zhì)。根據(jù)濾池的結(jié)構(gòu)型式不同，目前常用的池型有普通快濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、移動(dòng)罩沖洗濾池及V型濾池等。下面對(duì)常用濾池中的普通快濾池和V型濾池進(jìn)行分析比較：
V型濾池過濾周期長，采用均質(zhì)深層砂濾料，濾料層利用率高，截污能力強(qiáng)、濾速高、濾后水質(zhì)好；反沖洗方式為氣水反沖加表面掃洗，反沖洗強(qiáng)度小，節(jié)省沖洗水
量和電耗，反沖洗效果好。單池進(jìn)、出水設(shè)置堰板，使各池進(jìn)水均勻，進(jìn)出水不受其他單池的影響，并可根據(jù)濾池水位的變化微量調(diào)節(jié)出水閥門的開啟度，以達(dá)到恒
位、恒速過濾的目的。但普通濾池耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，適合各種規(guī)模水廠[18]。
通過比較，確定本工程采用普通快濾池作為過濾工藝。
5.消毒。
消毒對(duì)于對(duì)污水處理而言雖不是必需的，但對(duì)于污水廠出水的安全排放或回用，尤其是對(duì)近年來實(shí)施較多的工業(yè)水中水回用工程，消毒處理已成為必須考慮的工藝步
驟之一，具有非常重要的作用。在污水處理工程中得到廣泛應(yīng)用消毒方法主要有：液氯、二氧化氯消毒技術(shù)和紫外線消毒技術(shù)。紫外線消毒與氯消毒的比較如表1所
示。
表1 紫外線消毒與氯消毒的比較
通過以上消毒方法的介紹和分析，綜合考慮用于污水消毒工藝的適用性、成熟性、安全性、可靠性及操作運(yùn)轉(zhuǎn)的簡單易行和處理費(fèi)用等因素，紫外線消毒是唯一不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的方法，不會(huì)產(chǎn)生二次污染問題。
鑒于以上幾點(diǎn)，本設(shè)計(jì)把紫外消毒作為推薦的消毒方案。
二、污水處理工藝的確定
污水處理廠工藝方案是在進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)，污水處理工藝比較的基礎(chǔ)上制定的。所制定的方案必須能夠使污水廠在設(shè)計(jì)流量條件下，95%運(yùn)行時(shí)間的出水達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，經(jīng)工藝比選，確定本工程污水處理工藝流程。
三、結(jié)論
通過污水處理工藝流程方案的比選，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，認(rèn)為采用“水解酸化＋CAST工藝+混凝沉淀過濾”工藝作為本工程的實(shí)施方案是可行的，工藝是合理的，且污水處理方法出水水質(zhì)穩(wěn)定，污泥易于處理和處置。
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