張家界楊家溪污水處理廠工藝選擇實例
某市污水處理工程包括匯集輸送全市的污水、經集中處理后排入澧水城市下游段，即澧水北岸的污水經管網收集后，匯入北岸沿河的合流制截污干管；澧水南岸的污水經管網收集后匯入南岸沿河分流制截污干管，北岸截污干管在潭頭灣處穿過澧水，接入南岸截污干管，一并匯入澧水下游南岸的楊家溪污水處理廠。
污水處理廠處理規模：近期(至2005年)為8×104m3/d；遠期(至2020年)為17×104 m3/d。
污水處理廠設計水質見表1。
表1 楊家溪污水處理廠設計水質
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項目 |
BOD5(mg/L) |
CODCr(mg/L) |
SS(mg/L) |
TN(mg/L) |
TP(mg/L) |
pH |
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進水水質 |
≤140 |
≤260 |
≤150 |
≤35 |
≤3 |
7～8 |
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出水水質 |
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 工藝方案的選擇
一般而言，在采用活性污泥法的污水處理廠中，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，可以選用適當的污泥負荷(F/M)值、較小的二次沉淀池的表面負荷和較低的出水堰負荷等措施；污水中BOD的去除是靠微生物的吸附和代謝作用、并對污泥與水進行分離完成的，根據污水廠運行經驗，在污泥負荷≤0.3kg/(kg·d)時，即可使出水BOD5＜20 mg/L；污水中COD的去除取決于原水的可生化性，它與城市污水的組分有關，張家界市污水的BOD5/CODCr=0.54，可生化性良好；污水中NH3-N的去除，完成硝化是先決條件，必須使系統維持在較低的污泥負荷條件下運行，使系統的泥齡大于維持硝化所需的最小泥齡；生物除磷工藝的前提條件是聚磷菌必須在厭氧條件下增長，而后進入好氧階段才能增大磷的吸收量，因此污水中磷的去除工藝是必須在曝氣池前設置厭氧段。
所以，要達到要求的出水指標，必須根據進、出水水質，選擇適當的工藝參數，在滿足生物除磷脫氮的前提下，完成對BOD5、CODCr和SS的去除，故生物脫氮除磷是污水處理工藝的關鍵。
張家界市老城區的污水是采用合流制排水體系，而新城區的分流制排水管網需逐步完善，所以對污水處理廠而言，進水水量、水質波動較大。氧化溝工藝系列中的奧貝爾氧化溝是專門針對合流制的污水處理廠設計的，它可承受較大的水質、水量沖擊負荷，可作為預選方案之一。SBR工藝系列中的Unitank法因生物除磷效果差，又無污泥回流設施，使得整體系統的利用效率很低；MSBR法流程繁瑣，對自控及監測儀表要求較高，當水量變化大時需通過調整進水和曝氣過程的時序使系統正常運行。因此，考慮將CAST法作為預選方案之一。
2 預選方案的比較
在選擇了SBR法的改良工藝——CAST方案和奧貝爾氧化溝方案作為本工程的預選方案后，以近期污水量為8×104m3/d的楊家溪污水處理廠為例，從以下幾個方面對兩方案進行了詳細比較。
①工藝方案的技術特性比較見表2。
表2 兩種工藝特性的比較
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方案一(CAST工藝) |
方案二(奧貝爾氧化溝) |
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反應池間歇運行，4座反應池交替運行保持進、出水的連續性。 |
連續進水、連續出水。 |
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有機物降解與沉淀在一個池子完成，無需設獨立的沉淀池及其刮泥系統。 |
在氧化溝中完成有機物降解，在沉淀池中進行泥水分離，需設獨立的沉淀池和刮泥系統。 |
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通過每一個周期的循環，造成有氧和無氧的環境，對氮和磷有很好的去除效果。 |
氧化溝系統三個溝道內的DO值呈0-1-2的梯次變化，脫氮效果好，除磷效果一般。 |
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固體停留時間較長，可抵抗較強的沖擊負荷。 |
較長的固體停留時間，可抵抗沖擊負荷。 |
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污泥有一定的穩定性。 |
污泥有一定的穩定性。 |
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采用鼓風曝氣，曝氣器均布池底，動力效率高，能耗較低；間歇運轉須采用高質量的膜式曝氣器，設備的閑置率較高，曝氣器壽命較短，維修及維護量大。 |
采用表面曝氣，設有轉碟曝氣設備，轉碟分點布置；設備少，管理簡單，維護量小，但能耗較高。 |
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自動化水平高，對電動閥門等設備的可靠性需求較高，控制管理較復雜。 |
設備少且經久耐用，控制管理簡單。 |
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耗電量較小，運行費用低。 |
耗電量較大，運行費用較高。 |
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自控系統編程工作量較大，PLC硬件費用高，自動化水平較高，勞動強度較低，對操作人員的素質要求較高，總設備費用較高。 |
自控系統編程工作量較小，PLC硬件費用低，自動化水平較低，勞動強度較高，對操作人員的素質要求較低，總設備費用較低。 |
②工程投資和技術經濟比較分別見表3、4。
表3 兩種方案的工程投資比較
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項目 |
方案一(CAST工藝) |
方案二(奧貝爾氧化溝) |
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土建工程(萬元) |
3 853.57 |
4 490.87 |
|
設備及安裝工程(萬元) |
3 880.27 |
3 376.09 |
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其他費用(萬元) |
4 663.95 |
5 115.12 |
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總投資(萬元) |
12 397.79 |
12 982.08 |
表4 兩種方案的技術經濟比較
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項目 |
方案一(CAST工藝) |
方案二(奧貝爾氧化溝) |
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總投資(萬元) |
12397.79 |
12982.08 |
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污水處理廠占地(hm2) |
6.8 |
8.0 |
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總裝機容量(kW) |
1600 |
1840 |
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用電量(kW·h/m3) |
0.27 |
0.31 |
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年藥劑費(萬元) |
49.05 |
49.05 |
|
人員編制(人) |
50 |
60 |
|
單位運行成本(元/m3) |
0.60 |
0.64 |
|
單位經營成本(元/m3) |
0.32 |
0.36 |
③污水處理工藝流程一般包括機械處理系統、生化處理系統、消毒系統和污泥處理系統4部分，CAST方案與奧貝爾方案在機械處理和消毒系統上構筑物及其設備配套相同，主要差別在于生化系統上，污泥處理系統也略有不同。
3 工藝方案的確定
綜合上述方案的技術及經濟比較情況，可以看出方案一和方案二各有自己不同的優勢與不足，均能達到處理要求。從表2得知，方案一在污泥沉降性能和對磷的去除效率以及管理靈活性等方面的工藝特性優于方案二，但也存在設備復雜、維修量大、管理運行水平要求高等缺點。從表3可以看出，方案一的總投資比方案二少584.29萬元，土建投資比方案二少637.3萬元，但機械、自控電器設備投資比方案二高504.18萬元。從表4可以看出，方案一的能耗、總成本費用低于方案二，年運行成本相差約131.37萬元。從流程簡潔、占地面積小、易于實現自動化控制等方面來考慮，CAST工藝均優于奧貝爾氧化溝工藝，因此推薦CAST方案作為污水處理廠的工藝方案。
4 結論和建議
①必須結合當地的實際，并經過全面的技術經濟比較后才能優選出最佳的工藝方案。
②為了保證污水系統和污水處理廠運行的良性循環，必須制訂完善的污水排放收費制度，確定合理的收費標準。
③污水處理廠建成后應制定嚴格的操作和維修管理措施，并完善各種規章制度。
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