王坤紅，汪萬芬

（1.六安市排水有限公司，安徽 六安237001；2.皖西學院 建筑與土木工程學院，安徽 六安237012）

六安城北污水處理廠工藝設計與運行分析

王坤紅1，汪萬芬2

（1.六安市排水有限公司，安徽 六安237001；2.皖西學院 建筑與土木工程學院，安徽 六安237012）

根據(jù)城市污水處理和污染防治技術政策推薦，結(jié)合六安市城區(qū)污水水量和水質(zhì)特點，城北污水處理廠采用改良型Carrousel氧化溝工藝。結(jié)合工程實例，闡述了城北污水廠工藝流程與污染物凈化機理、氧化溝結(jié)構(gòu)設計與設備選型，分析了污水廠運行效果及其存在問題。工藝運行表明：城北污水廠對污水中主要污染物具有良好處理效果，2010年CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP平均去除率依次為86%、85%、78%、95%、58%、61%，出水水質(zhì)遠低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》標準中二級要求，除SS外其余出水水質(zhì)指標值均能滿足一級B標準要求。工藝運行較穩(wěn)定，處理效果良好，但污水廠前期運行過程中也存在一些問題，通過技術改造已得以解決。

Carrousel氧化溝技術；脫氮除磷；工藝設計；運行分析

近幾十年來，隨著六安市經(jīng)濟的快速發(fā)展，生活水平的不斷提高與城區(qū)擴大，大量企業(yè)的引入與運行，污水排放總量日益增加；造成境內(nèi)河渠污染嚴重，也對淮河、巢湖水質(zhì)構(gòu)成了現(xiàn)實的威脅。為改善城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，保護城區(qū)飲用水源、保護淠河水系、乃至淮河、巢湖流域水質(zhì)，“十五”期間六安市建造了第一座污水處理廠——城北污水廠，并逐步完善了市政排水管網(wǎng)。2005年，城北污水處理廠建成并成功投入運行，污水通過Carrousel氧化溝工藝處理，不僅降低了水體中有機污染物濃度，還降低了污水中氮磷營養(yǎng)物濃度，出水水質(zhì)達到我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中二級排放標準，出水并通過蘇大雁排入淮河一級支流——淠河。該工程運行以來，大大改善了淠河水環(huán)境質(zhì)量。

1 城北污水廠處理方案選擇

污水處理技術已有一百多年歷史，世界各國多數(shù)城市污水處理廠都是采用生物處理法，典型的有活性污泥法和生物膜法，其他方法均是這兩類方法的變形。當前活性污泥法在污水處理工藝選擇中約占90%。根據(jù)《城市污水處理和污染防治技術政策》推薦，20萬t／d規(guī)模大型污水廠一般采用常規(guī)活性污泥法工藝，10-20萬t／d污水廠可以采用常規(guī)活性污泥法、氧化溝、SBR、AB法等工藝，小型污水廠還可以采用生物濾池、水解好氧法工藝等。針對生活污水處理有脫氮除磷要求的應采用二級強化處理方法，主要有A／O法、A2／O法、氧化溝法、SBR等工藝，而這些工藝均是活性污泥法的變形，都可以實現(xiàn)除碳、除氮、除磷功能，均是比較實用的除磷脫氮工藝。在上述各種除磷脫氮工藝中，對中小污水廠來講，比較有發(fā)展前途的工藝是SBR工藝、氧化溝工藝。由于SBR法設備費高，投資較高且自控要求程度高，比較適用于經(jīng)濟較發(fā)達的小城鎮(zhèn)。而六安市屬于中小型城市，污水排污量相對較小，經(jīng)濟較落后，專業(yè)技術人員缺乏，因此城北污水處理廠采用氧化溝工藝。該工藝具有基建投資省、運行費低、良好的脫氮除磷功能、污泥產(chǎn)量少、污泥性質(zhì)穩(wěn)定、具有一定承受水量、水質(zhì)沖擊負荷的能力、回收沼氣能源等多種優(yōu)勢；該工藝具有強大的吸引力，成為活性污泥處理方法的首選，成功的實例很多。通過氧化溝工藝處理，大大降低了污水中有機污染物、N、P等營養(yǎng)物濃度，顯著地減輕了水體有機污染與富營養(yǎng)化程度，充分保證淠河達到規(guī)劃IV類水體。

2 城北污水廠處理系統(tǒng)與工藝設計

2.1 污水處理廠概況

六安市城北污水處理廠是利用國債和世行貸款實施的淮河流域水污染治理項目。該項目設計規(guī)模為日處理污水8萬噸，鋪設污水管網(wǎng)145公里，建設污水提升泵站10座。該廠位于市區(qū)北端，順應城區(qū)東南高西北低的地勢而建。城北污水處理廠收水區(qū)域為城中片與城南片，收水面積26.81km2，設計近期服務人口30萬。近期設計規(guī)模80000m3／d，采用改良型Carrousel氧化溝工藝，經(jīng)過二級強化處理后，出水能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中二級排放標準［1］，工藝運行穩(wěn)定，處理效果良好，并具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。其設計進出水水質(zhì)見表1。

表1 設計進出水水質(zhì)

2.2 工藝流程設計

結(jié)合城北污水廠設計水量與水質(zhì)情況，參考國內(nèi)其他同類型污水處理廠工藝設計，城北污水廠確定采用厭氧池加氧化溝工藝，其流程見圖1。

圖1 六安市城北污水處理廠工藝流程圖

市政污水首先通過粗格柵，去除污水中較大的懸浮和飄浮物，以免堵塞水泵及沉砂池的排砂管。再通過泵提升污水進入細格柵，將污水中較小的懸浮物去除，污水自流進入旋流沉砂池，通過離心力而使污水中比重大的無機顆粒與污水分離。預處理后的污水與回流污泥混合后進入?yún)捬醭兀趨捬跚闆r下，部分大分子有機物在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下轉(zhuǎn)化成小分子揮發(fā)性脂肪酸（VFA），聚磷菌吸收這些小分子有機物合成PHB并儲存在體內(nèi)，同時釋放出聚磷酸鹽，使污水中磷濃度升高、BOD5濃度下降；另外，氨氮因細胞的合成而被去除一部分，污水中氨氮濃度下降，但硝酸鹽含量沒有變化。污水經(jīng)厭氧池后流入氧化溝，氧化溝設有缺氧區(qū)、好氧區(qū)，污水交替流經(jīng)兩區(qū)。在缺氧區(qū)，污水中反硝化菌利用內(nèi)循環(huán)帶來的硝酸鹽以及污水中可生物降解的有機物進行反硝化，反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽中的氮還原為N2釋放出來，達到脫氮的目的。在氧化溝的好氧區(qū)發(fā)生三種作用，第一：活性污泥中的好氧微生物在有氧條件下對混合液中可生化降解的有機物進行氧化分解，達到脫碳的目的；第二：污水中的氨態(tài)氮被亞硝酸菌、硝酸菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽即進行亞硝化反應和硝化反應；第三：聚磷菌的活力得到恢復，并以聚磷的形式超量吸收溶解性磷，使磷酸鹽從污水中去除。產(chǎn)生的富磷污泥，以剩余污泥形式排放，從而將磷從系統(tǒng)中除去［2-4］。因此，好氧段同時具有去碳、硝化、除磷功能。經(jīng)過氧化溝內(nèi)的生化降解，污水中有機污染物、氮磷營養(yǎng)物濃度大大降低，然后污水流入二沉池，在此通過靜置重力作用進行泥水分離，水通過溢流堰收集并從出水管渠流出，污泥靠重力流流入污泥泵房；部分污泥通過泵回流至厭氧池與原污水混合，維持氧化溝內(nèi)污泥濃度，而剩余部分污泥經(jīng)過濃縮-脫水處理后外運。

2.3 氧化溝結(jié)構(gòu)與設計

氧化溝污水處理工藝自投入使用以來，由于其出水水質(zhì)好、運行穩(wěn)定、構(gòu)造簡單等優(yōu)點，使其作為污水處理的熱點工藝之一正得到廣泛應用［5］。到目前為止已發(fā)展成為多種形式，主要有Passveer單溝型、Orba1同心圓型、Carrousel循環(huán)折流型、D型雙溝式、T型三溝式及一體氧化溝等［6］。Carrousel氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司研發(fā)制成，該系統(tǒng)由多溝串聯(lián)而成，溝體內(nèi)包含好氧區(qū)和缺氧區(qū)，但缺氧區(qū)條件不易控制，使脫氮能力降低。為了提高其脫氮效果，DHV公司在Carrousel氧化溝的基礎上研制了改良型Carrousel氧化溝工藝，在氧化溝前增設了厭氧區(qū)，使得工藝流程與A2／O流程很相似，形成厭氧一缺氧一好氧的工作環(huán)境，并且通過缺氧區(qū)回流渠的端口設調(diào)節(jié)活門控制進人的流量，實現(xiàn)了混合液內(nèi)回流，節(jié)約能耗，同時提高了脫氮除磷能力［7］。六安市氧化溝技術采用改良型Carrousel工藝，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 改良型Carrousel系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)圖

城北污水廠設計氧化溝2座，為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e51300m3，水力停留時間15.4h，污泥齡13d，有效水深4.3m。氧化溝設計采用6廊道式，單廊道寬9m，總溝長120m，處理水量3200m3／h。由于氧化溝容積大，運行水力停留時間長，對水溫、水質(zhì)、水量的變動有較強的適應性，在氧化溝中設有轉(zhuǎn)蝶曝氣器，具有混合攪拌能力強、充氧能力強、調(diào)節(jié)靈活、安裝維修方便等優(yōu)點。本工程每組氧化溝設有16組轉(zhuǎn)蝶曝氣器，采用YHG1400-D類型曝氣器，長度9m，直徑1.4m。每組36個蝶片，單蝶供氧能力為1.2kgO2／h，電機功率為30Kw。實際運行過程中，每組氧化溝開11臺左右，溝內(nèi)大致形成三個串聯(lián)、交替式的好氧、缺氧段，達到除磷脫氮及去除有機物的功效。由于氧化溝具有特殊的水力學流態(tài)，它既有完全混合式反應器的特點，又有推流式反應器的特點，溝內(nèi)存在明顯的溶解氧濃度梯度，缺氧段溶解氧大約在0.5mg／L以下，好氧段溶解氧維持在2mg／L左右。為保證溝內(nèi)水體流速和防止污泥再沉降；在缺氧段池內(nèi)設有水下推流器，采用SR4430.010類型推流器，共12臺。

3 城北污水廠運行分析與存在問題

3.1 污染物去除效果分析

自2005年運行以來，對污水中各污染物有著良好地去除作用，筆者對2010年污水處理廠運行水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 污水廠進出水CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP的變化

圖4 CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP去除率的變化

由圖3、圖4再結(jié)合污水廠設計進出水水質(zhì)可知，污水廠進水污染物濃度遠低于設計水質(zhì)，但水質(zhì)波動較大，尤其是TN、TP最大；經(jīng)過改良型Carrousel氧化溝工藝處理后，主要污染物CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP出水濃度在32、17、1.5、27、23、1.6mg／L以下，平均去除率依次為86%、85%、95%、78%、58%、61%。且出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，全年均能達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準中二級標準，基本能達到一級B標準，SS除外。系統(tǒng)對NH3-N去除率最高，可達95%，對CODcr、BOD5、SS均有良好的去除效果。而對TN、TP去除率較低且非常不穩(wěn)定，這一問題有待解決，需進一步優(yōu)化控制以提高N、P營養(yǎng)物去除率。

3.2 城北污水廠運行中存在的問題及解決措施

盡管Carrousel氧化溝工藝在國內(nèi)污水處理中占據(jù)重要地位，也具備很多優(yōu)勢。但在城北污水廠前期運行過程中，也出現(xiàn)了一些問題，主要有：

3.2.1 推流與充氧矛盾問題

在Carrousel氧化溝中，為了提高污染物的處理效果，防止污泥沉積，溝內(nèi)混合液必須維持一定的流速，同時必須保證溝內(nèi)溶解氧含量合理，即推流與充氧量恰當。一般認為，溝內(nèi)最低流速應為0.15m／s，不發(fā)生污泥沉積平均流速應達到0.3～0.5m／s；好氧段溝內(nèi)溶解氧約在2mg／L，缺氧段溝內(nèi)溶解氧維持在0.5mg／L左右。氧化溝內(nèi)安裝的曝氣機具有充氧和推流雙重作用，在最初污水廠運行過程中，氧化溝內(nèi)充氧和推流存在矛盾，為保證活性污泥在氧化溝內(nèi)不沉淀需增加氧化溝內(nèi)污水流速，增開曝氣機，此時會造成充氧過量，能耗浪費；但為保證充氧正常，在氧化溝內(nèi)形成良好的好氧、缺氧段，必須減開曝氣機，造成溝內(nèi)污水流速下降，活性污泥沉淀，老化。為解決此類問題該廠進行了技術改造，在兩組氧化溝中曝氣機上游設置12臺水下推進器，這樣既增加溝內(nèi)污水流速、解決污泥沉積問題；又保證了充氧在正常范圍，降低了能耗。

3.2.2 泡沫與浮油問題

由于進水含油脂高，系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，經(jīng)曝氣機轉(zhuǎn)刷充氧攪拌后，氧化溝中產(chǎn)生大量泡沫，同時導致二沉池中漂浮大量的油脂。為此，采用除沫劑去除泡沫，常用除沫劑含有機油，投量約為0.5～1.5mg／L；采用噴淋水有利于收集二沉池中的浮油，再進行進一步處理，也可考慮增加除油裝置。

3.3.3 離心機脫水與進料問題

離心機在脫水運行開始與結(jié)束時均需要沖洗，有大量的沖洗水排除，把含水率為75%～80%的脫水污泥稀釋，造成運輸困難。為此，在污泥出口處，增設液控刀板閥及斜向無軸螺旋輸送機，在沖洗時刀板閥打開，沖洗水流向螺旋運行反方向，進入污水管道，沖洗完畢后自動關閉刀板閥，脫水污泥會通過無軸螺旋輸送到外運污泥車，實現(xiàn)泥水分離，同時解決運輸困難。

離心機的進料方式是采用剩余污泥泵通過變頻調(diào)節(jié)進入污泥切割機和螺桿泵，在實際使用過程中調(diào)節(jié)難度較大。為克服此問題，污水廠取消剩余污泥泵，在回流污泥管道上取一分支管道直接進入脫泥機房儲泥池，再通過污泥切割機和螺桿泵直接給離心機供料，既節(jié)約了能耗，又增加了設備運行和可靠性。

3.3.4 格柵堵塞問題

六安市老城區(qū)排水系統(tǒng)為雨污合流制，雨季在雨水的沖刷下，大量垃圾進入主管網(wǎng)，造成該廠回轉(zhuǎn)式粗格柵機超負荷運轉(zhuǎn)，木棒類硬性物經(jīng)常卡死格柵機鏈條而導致停運。為解決該問題，在進水口前需增加一道粗格柵。

4 結(jié)語

六安市城北污水廠采用改良型Carrousel工藝實踐表明：Carrousel氧化溝工藝對主要污染物處理效果良好，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP平均去除率分別為86%、85%、78%、95%、58%、61%，出水水質(zhì)完全達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中二級標準要求，除SS外其余出水水質(zhì)指標值均能滿足一級B標準要求。工藝運行較穩(wěn)定，處理效果良好，但進水污染物濃度較低，且波動較大。城北污水處理廠前期運行過程中也存在一些問題，如推流與充氧矛盾問題、泡沫與浮油問題、離心機脫水與進料問題，現(xiàn)已通過技術改造得以解決。

［1］國家環(huán)境保護總局.城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）［S］.2002.

［2］劉長榮.Carrousel氧化溝的脫氮除磷工藝設計［J］.中國給水排水，2002，（1）：67-69.

［3］王建如，劉祖文，朱強，等.改良型Carrousel氧化溝工藝脫氮除磷影響因素分析［J］.有色金屬科學與工程，2011，2（1）：51-54.

［4］高愛華.改良型Carrousel 2000氧化溝的機理和工程應用［J］.湖南城市學院學報，2008，17（2）：27-30.

［5］戴紅玲，胡鋒平，王濤，等.氧化溝改良工藝處理城市污水的效果分析［J］.環(huán)境科學與技術，2009，32（11）：156-159.

［6］張麗娜.氧化溝污水處理工藝淺析［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009，（5）：95.

［7］吳奐.Carrousel（卡魯塞爾）氧化溝工藝在城鎮(zhèn)污水處理中的運用分析［J］.湖南有色金屬，2010，26（2）：47-50.

Analysis of the Process Design and Operation of Lu’an Chengbei Sewage Treatment Plant

WANG Kun-hong1，WANG Wan-fen2
（1.The Drainage Limited Company of Lu’an city，Lu’an 237001，China；2.College of Architecture and Civil Engineering，West Anhui University，Lu’an237012，China）

According to the recommendations of the treatment of municipal sewage and pollution prevention technique and combined with the characteristics of water quantity and quality of urban sewage in Lu’an city，Chengbei sewage treatment plant adopted improved Carrousel oxidation ditch process.With the examples of works，the author expounds the process flows，the pollutants purification mechanism，structural design and equipment selection of oxidation ditch，and analyses the effect of operation and the existing problems of the sewage treatment plant.The process operation shows that Chengbei sewage treatment plant deals with the major pollutants in the sewage effectively.The average removal rate of CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP were 86%、85%、78%、95%、58%and 61%respectively in 2010.The water quality which was let out from the Polluted Water Disposal Factory was far below the second standard requirements of Municipal wastewater treatment plant emission standards and water quality could meet the requirements of the first standard of B except with the index of SS.The process operation was relatively stable and its disposal effect was excellent.But there were several problems in the early period of its process operation which have been resolved by technological innovation.

Carrousel oxidation ditch technology；nitrogen and phosphorus removal；process design；operation analysis

X505

A

1009-9735（2012）02-0096-04

2011-12-16

王坤紅（1975-），男，安徽六安人，工程師，研究方向：污水處理。