王維斌1，吳凡松2
(1.天津大學(xué)管理學(xué)院，天津300072； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090)

　　摘 要： 認為傳統(tǒng)SBR法和CAST工藝是小型污水處理廠(規(guī)模為3000～20000m³/d)的首選工藝，依次從各處理單元、總圖布置、環(huán)保措施及變配電等方 面總結(jié)了小型污水廠的設(shè)計原則和要點，并提供了兩個典型工程實例。
　　關(guān)鍵詞： 小型污水廠；設(shè)計；SBR法；CAST工藝?
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)03-0057-04

1 工藝的確定

1.1 方案比較
　　小型污水處理廠具有如下特點：①承擔(dān)的排水面積小，污水量也較小，但水量、水質(zhì)的日變化較大；②一般在城鎮(zhèn)小區(qū)或廠內(nèi)修建，其占地往往受到限制，故處理單元應(yīng)布置緊湊；③ 一般自動化程度要求較高以降低運行成本；④可能會受實際條件限制(如有時靠近居民區(qū)或 地面起伏不平等)，故平面布置應(yīng)因地制宜、化弊為利；⑤一般不設(shè)污泥消化，宜采用低負荷的延時曝氣工藝，在減少剩余污泥產(chǎn)量的同時使污泥實現(xiàn)好氧穩(wěn)定。?
　　鑒于以上特點，SBR法及氧化溝工藝成為首先被考慮的工藝方案，其優(yōu)點：①反應(yīng)屬完全混合型，具有較高的抗沖擊負荷能力；②一般不設(shè)初沉池，工藝簡化且節(jié)省占地；③ 多采用低負荷延時曝氣方式運行且處理效果好，可使污泥實現(xiàn)好氧穩(wěn)定，同時減少污泥產(chǎn)量(如果污泥出路可靠，也可適當(dāng)提高負荷)。
　　而SBR法與氧化溝相比又具有一些獨到之處：①省去二沉池和回流污泥泵房，使平面布置更加緊湊；②間歇運行，具有較強的調(diào)節(jié)能力而無需調(diào)節(jié)池；③池深不受曝氣方式限制，必要時可適當(dāng)加深。?
　　綜合考慮上述各種因素，在小型污水處理廠設(shè)計中SBR法比氧化溝工藝更廣泛地被采用。各種SBR法的特點及適用范圍見表1。?

表1 SBR工藝特點及適用范圍 工藝名稱 反應(yīng)池分格 進水方式 是否回流 適用規(guī)模 工程實例 傳統(tǒng)SBR 單池、不分格 間歇交替進水 否 小型 沈陽采油廠、蓮花?味精集團 ICEAS 以隔墻分成預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū) 連續(xù)進水 需要回流 大、中型 昆明第三污水廠 DAT—IAT 以隔墻分為DAT及IAT池 連續(xù)進水 回流比為200%～400% 大、中型 天津開發(fā)區(qū)污水廠、撫順三寶屯污水廠 CAST 分為選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū) 間歇交替進水 回流比為20%～ 35% 中、小型 鎮(zhèn)江新區(qū)污水廠 UNITANK 用隔墻分為3池 否 間歇交替進水 中、小型 上海某污水處理廠

　　CAST工藝是SBR法的變種，有一定的生物除磷效果，而且在進水污染物濃度較低時可有效地防止污泥膨脹，與傳統(tǒng)SBR工藝相比則因無需內(nèi)回流而使處理流程更為簡化。UNITANK及近來興起的MSBR工藝，雖目前應(yīng)用還不多，但不久很可能成為小型污水處理廠的熱門工藝。
1.2 主要設(shè)計參數(shù)
　　主要設(shè)計參數(shù)(如泥齡、污泥負荷等)在條件允許的情況下應(yīng)通過小試加以確定，否則可按表2取值。

表2 設(shè)計參數(shù)取值 設(shè)計參數(shù) 推薦值 備 注 污泥負荷［kgBOD/(kgMLSS·d)］ 0.05～0.15 周期數(shù)(個/d) 3～6 周期工作時間為4～8h 高水位污泥濃度(g/L) 2～5 排出比 1/3～1/6 每周期排出體積與反應(yīng)池體積之比 泥齡(d) 20～30 池數(shù)(座) 3～4(2座/組) ≥3 注： 表中污泥負荷和泥齡均為計算負荷和計算泥齡，實際應(yīng)根據(jù)每周期的曝氣時間進行相應(yīng)的折減；池數(shù)≥3座是當(dāng)某座出現(xiàn)故障時，其余兩座仍能交替運行。?

2 處理單元

2?1 預(yù)處理
　　一般來講，除進水溫度、pH值等過高或過低外均可不設(shè)專門的調(diào)節(jié)池，因為SBR池實際上就相當(dāng)于一個調(diào)節(jié)池，這也是SBR工藝用在小型污水廠的一個優(yōu)越之處。?
2.2 格柵
　　由于設(shè)計流量較小，格柵尺寸也較小。以處理規(guī)模為5000m³/d(總變化系數(shù)為1.7)的污水廠為例，粗、細格柵各設(shè)2臺，并聯(lián)設(shè)置，格柵尺寸見表3。

表3 格柵尺寸計算 設(shè)計參數(shù) 粗格柵 細格柵 柵條間隙(mm) 20 5 柵前水深(mm) 300 500 過柵流速(mm) 0.8 0.8 安裝角度(°) 60 60 格柵寬度(mm) 300 350

　　由表3可見，計算所得粗、細格柵尺寸都很小。這種情況下若采用機械格柵，渠道上部的驅(qū)動部分及柵渣輸送機所需的空間一般都在2m以上，將造成很大的空間浪費，且格柵間往往有上部建筑而又將增加土建投資，故在柵渣量不是很多、格柵尺寸較小時，可采用人工格柵代替機械格柵。?
2.3 沉砂池
　　沉砂池一般選用鐘式沉砂池或類似構(gòu)筑物。如果池徑不大，可采用碳鋼制成的成套設(shè)備，進、出水渠也可相應(yīng)采用碳鋼制作，這樣雖造價比鋼筋混凝土池稍高，但施工安裝方便。?
2.4 曝氣系統(tǒng)
　　小型污水廠一般采用羅茨風(fēng)機及小型離心風(fēng)機，擴散系統(tǒng)則多采用微孔曝氣器(必須適用于間歇運行方式)。鼓風(fēng)機安裝在SBR池旁邊以降低管路系統(tǒng)的造價。一般不設(shè)鼓風(fēng)機房，僅在鼓風(fēng)機上設(shè)罩棚；如果污水廠毗鄰生活小區(qū)，又采用鼓風(fēng)曝氣則必須建鼓風(fēng)機房，同時還要有相應(yīng)的降噪措施。?
　　機械曝氣噪音低、安裝簡單，特別適用于小型污水廠，其動力效率也比鼓風(fēng)曝氣低。?
2.5 脫水機
　　可采用帶式脫水機(國產(chǎn)設(shè)備)，費用低，也不必連續(xù)運行，但衛(wèi)生條件較差。在有條件的情況下，可采用離心脫水機以改善工作環(huán)境和減少加藥量。?

3 　總圖布置

3.1 輸配水
　　小型污水廠各構(gòu)筑物之間一般用渠道相連，既節(jié)省了占地，又減小了水頭損失(比管道輸配水小20～30kPa)。對于采用SBR法的小型污水廠，一般將沉砂池與SBR池通過渠道相連，污泥濃縮池與脫水機房和泥餅堆放場合建。這樣在常規(guī)設(shè)計中，小型污水廠內(nèi)至多 有3個主要處理單元：輔助生產(chǎn)區(qū)(含辦公、變配電及總控等)、水處理單元、泥處理單元(有時泥處理和水處理單元也可合建)。?
　　為了方便輸配水，各構(gòu)筑物可采用合建方式，埋深應(yīng)盡量接近，連續(xù)構(gòu)筑物的渠道應(yīng)設(shè)沉降縫。?
　　多座反應(yīng)池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設(shè)備的維護管理，而且沒有閥門堵塞問題，連接方式如圖1。?

3.2 總平面布置
　　小型污水廠受服務(wù)區(qū)域的現(xiàn)狀及污水收集、輸送系統(tǒng)的限制，其廠址往往選在不規(guī)則、不便利用的地塊(地面起伏較大、存在地面障礙和架空線路、靠近居住區(qū))，對這些不利因素必須充分考慮。?
　　一般來講，若廠址高差變化太大，廠區(qū)內(nèi)的設(shè)計地平也應(yīng)隨之調(diào)整，采取不同標(biāo)高，呈臺階式布置。有條件的盡量放坡處理而不做擋墻以節(jié)省土建投資。在護坡上做綠化小品，可起到美化全廠、改善環(huán)境的目的。若空中有高壓線，則在地面上可考慮進行大量綠化，在滿足電氣相關(guān)規(guī)范的同時應(yīng)盡可能地增加廠區(qū)的綠化面積。如果廠址靠近居民區(qū)，則在總圖布置上更要加以注意，首先污水及污泥處理構(gòu)筑物應(yīng)盡量布置在遠離居民區(qū)的地方，可采取增設(shè)上部建筑或加蓋的方式以減小對周圍環(huán)境的影響。?

4 環(huán)保措施

4.1 降噪
　　應(yīng)盡量采用潛水電機，水泵應(yīng)優(yōu)先選用潛水泵，這不僅可以降低土建造價，還可減小污水處理廠的噪音。對于曝氣系統(tǒng)，應(yīng)選用機械曝氣而非鼓風(fēng)曝氣方式。?
4.2 處理構(gòu)筑物的處理
　　對于環(huán)保要求較嚴格的污水處理廠，可采用在處理構(gòu)筑物上部增設(shè)建筑或加蓋的方式以隔絕臭氣。如果增設(shè)上部建筑，可采用陽光板或彩色壓型鋼板的罩棚將其外形做成圓拱形，美觀且視覺效果好，而設(shè)備設(shè)在室內(nèi)便于維護管理。將高出地面的池子部分做成天藍色或湖綠色彩帶，既與罩棚相呼應(yīng)，又減弱了純構(gòu)筑物的僵硬、呆板。陽光板的造價大約為300元/m²左右，而壓型板僅為100元/m²左右。在構(gòu)筑物上部加蓋的方式是在其上設(shè)混凝土蓋板，在蓋板上可填充300～500mm厚的土并進行綠化以增加全廠的綠化面積，這種處理辦法特別適用于需采用自重抗浮的情況。?
　　上述兩種方法各有優(yōu)缺點，采用陽光板或壓型鋼板拱形罩棚的辦法，雖外形美觀且管理方便，但為了日常的檢修往往需要增加吊車，另外采用這種圓拱頂應(yīng)注意在嚴寒地區(qū)冬季結(jié)露的問題。加蓋的方案造價較省，但需在混凝土蓋板上開孔以便池內(nèi)設(shè)備的安裝及維護管理。另外，由于池上部加了混凝土蓋，不適合采用表曝機。?
4.3 　除臭
　　在處理污水的同時會產(chǎn)生具有異味的副產(chǎn)品。臭氣的主要成分為硫化氫(H₂S)、氨、四硫醇類等，主要來自腐化污水和污泥。為了減少臭氣對周圍環(huán)境的不利影響，常采用生物除臭措施，主要有化學(xué)吸收法、生物法、土壤法3大類。?
　?、?化學(xué)吸收法是通過化學(xué)藥劑(主要是堿液)吸收空氣中的H₂S等污染物。脫臭裝置由脫臭罐及再生塔組成。罐體直徑與高度之比一般為1∶5，臭氣由通風(fēng)設(shè)備收集后經(jīng)風(fēng)道從罐體下部進入脫臭罐。采用質(zhì)量濃度為2%～3%的碳酸鈉溶液作為臭氣吸收劑。這種方法的優(yōu)點是處理效果好、運行穩(wěn)定、耐沖擊負荷能力強，缺點是藥劑需定期更換，運行費用較高。?
　?、?生物除臭是通過附著在填料上的生物膜來完成的。生物膜中微生物需要的養(yǎng)料來自于污水中的有機物(一般采用原污水對填料進行噴淋)。除臭罐空池停留時間為1～3min(可視臭氣濃度變化)，進氣流速為2～3m/s。這種方法的優(yōu)點是在加強管理的情況下處理效果良好、運行費用很低(相對于其他兩種方法)，缺點是處理效果受進氣濃度影響而不太穩(wěn)定，且對噴淋污水中有機物濃度也有一定要求。?
　?、?土壤脫臭法是將氣體收集后通過管道輸入脫臭池底部并使其擴散于土壤內(nèi)(以天然土、腐殖土為宜)，臭氣受土壤顆粒表面吸附作用，多種致臭物質(zhì)被截留。經(jīng)過一段時間在土壤顆粒表面可逐漸培養(yǎng)出針對致臭物質(zhì)的微生物，并可不斷將致臭物質(zhì)分解，完成脫臭。同時，土壤脫臭池表面可天然生長或人工栽植花草，形成良好的環(huán)境效果。土壤脫臭的優(yōu)點是投資少、運行費用低且可與廠區(qū)綠化結(jié)合，無任何副產(chǎn)品產(chǎn)生；缺點是易受地下水及冬天低溫的影響，除臭效果一般。?
　　在工程設(shè)計中往往需要根據(jù)實際情況選擇合適的除臭方案。?

5 電氣自控設(shè)計?

　　在廠區(qū)電氣自控的總體設(shè)計上應(yīng)盡量提高污水處理廠的自動化程度，這對減少小型污水處理廠的運營成本具有重要意義。因為如果沒有自動化程度較高的控制系統(tǒng)，往往需要按崗定員(一般需要10～30人)，導(dǎo)致人力成本很高。建議有條件時可在反應(yīng)池等重要地方安裝攝 像頭以監(jiān)視污水廠的運行狀況。?
　　在電纜布置上也有與大型污水處理廠不同的特點。各處理構(gòu)筑物的電氣與信號電纜的敷設(shè)應(yīng)盡量結(jié)合構(gòu)筑物上的管溝和渠道。從整體來看，整個處理構(gòu)筑物表面應(yīng)看不到任何電纜 和管線的敷設(shè)，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，這樣既美觀又便于維護管理。在某些情況下，全廠的電纜溝可以借助某個構(gòu)筑物實現(xiàn)。一般來講，配電與信號電纜要從輔助處理單元(包括辦公及變配電)敷設(shè)到水處理和泥處理單元，無論是先經(jīng)過哪個處理單元，都可以在 處理構(gòu)筑物的側(cè)壁上向池內(nèi)挑出管溝做為管道與電纜的通道，在服務(wù)于本處理單元的同時又可使電力和信號到達另一個處理單元，這樣既方便了總圖的布置，又節(jié)省了工程造價。?

6 　工程實例

6.1 沈陽采油廠污水處理廠

　　位于沈陽新民，處理規(guī)模為6000m₃/d，于1999年底建成通水并通過有關(guān)部門的驗收。?
　　該處理廠具有以下特點：?
　?、?位于居民區(qū)內(nèi)，離最近的居民樓僅10m左右；?
　?、?占地僅為0.34hm₂。?
　　該廠原水以采油廠基地的生活污水為主，含有少量生產(chǎn)廢水。進、出水水質(zhì)指標(biāo)及去除率見表4。

表4 進、出水水質(zhì)及去除率 項 目 進水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 300 120 60 BOD₅ 150 30 80 SS 250 30 88

　　針對該處理廠的特點，設(shè)計時采取了以下措施：?
　?、?采用傳統(tǒng)SBR處理工藝；
　?、?將旋流沉砂池與3座SBR池合建，由SBR池中間的渠道配水，污泥濃縮池與脫水機房合建；?
　　③ 采用潛水射流曝氣機代替常用的鼓風(fēng)曝氣方式，最大限度地降低噪聲；全部處理構(gòu)筑物加混凝土蓋板或設(shè)上部建筑，將構(gòu)筑物內(nèi)的臭氣進行統(tǒng)一收集(不同構(gòu)筑物采用不同換氣次數(shù))，采用土壤除臭。?
6.2 鎮(zhèn)江新區(qū)污水處理廠?
　　位于鎮(zhèn)江市鎮(zhèn)江新區(qū)內(nèi)，處理量為2×10₄m₄/d(近期為1×10₄m₃/d)。該工程目前 正在進行施工。?
　　該處理廠的特點是：?
　?、?地形較復(fù)雜，廠址內(nèi)由南到北高低不一，最高與最低處相差達5m；?
　?、?高空有兩道110kV的高壓線影響總平面布置；?
　?、?位于較繁華地段且正對規(guī)劃的住宅區(qū)，有較嚴格的環(huán)保要求；
　?、?污水廠接納化工企業(yè)廢水及生活污水需除磷脫氮。?
　　進、出水質(zhì)及去除率見表5。?

表5 進、出水水質(zhì)及去除率 項 目 進水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 350 60 83 BOD₅ 185 20 89 SS 230 20 91 磷酸鹽 3 0.5 83 氮 40 15 63

　　根據(jù)上述特點，在設(shè)計中采取了如下措施：
　?、?采用CAST工藝，其選擇器為厭氧運行以利用生物除磷，同時采用化學(xué)除磷以強化處理效果；
　?、?將污水處理廠布置成臺階狀，低處為辦公區(qū)，高處為生產(chǎn)區(qū)。生產(chǎn)區(qū)分設(shè)水處理單元( 由沉砂池與SBR池合建)、泥處理單元(由濃縮池、脫水機房及泥餅堆放場合建組成)及變配電室；
　?、?考慮離規(guī)劃的居民區(qū)較近，宜采用立軸式推流曝氣機以減少噪音。設(shè)計時已考慮了在SBR池上采用陽光板以封閉臭氣，但因近期對面居民區(qū)尚未實施，為減少初期投資僅做相應(yīng)的預(yù)埋；?
　?、?將廠內(nèi)水區(qū)及泥區(qū)的臭氣統(tǒng)一收集進行生物除臭，目前也僅考慮預(yù)留，將來與SBR池拱形罩棚一并實施。?

7 結(jié)語

　　對于處理規(guī)模為3000～20000m3/d的小型污水處理廠，首選SBR法(傳統(tǒng)SBR法和CAST工藝)，在設(shè)計過程中應(yīng)在設(shè)備選擇、總圖布置、環(huán)保措施等方面根據(jù)實際工程的具體特點選 擇合適的方案以達到節(jié)省工程投資、降低運營成本的目的。

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　　收稿日期：2001-09-08