乡镇污水处理工艺

　 乡镇污水处理厂工艺方案选择

　一、工艺方案选择原则

　根据进出水水质要求，污水处理工程的处理流程为具有除磷、脱氮功能的城市污水二级处理工艺，工艺流程包括预处理段、生物处理段、后处理段及污泥处理处置段。其中预处理段由粗格栅、提升泵、细格栅、沉砂池等组成；生物处理段由曝气、沉淀、污泥回流系统等组成；后处理主要是消毒；污泥处理处置段由污泥贮存、浓缩和脱水等组成。

　在进行污水处理方案选择的时候，应着重考虑以下几个方面：

　1、 工艺应该先进可靠，处理效果良好，保证达到排放标准。

　2、 基建投资省，能耗和运行费用低。

　3、 尽量减少占地面积。

　4、 污泥产量少且性质稳定。

　5、 操作运行管理简单。

　二、 预处理工艺选择

　1、格栅

　格栅是污水处理厂第一道预处理设施，其功能是拦截污水中的漂浮和悬浮固形物，以保证后续处理设施顺利运行。

　按清渣方式，格栅可分为人工清渣格栅和机械清渣格栅两种。为改善管理人员的劳动条件，减轻劳动强度，本工程预处理阶段宜采用机械清渣格栅。

　（1）粗格栅

　目前，污水处理中常用的机械清渣粗格栅主要有：旋转式、高链式、钢丝绳牵引式等。

　旋转式机械格栅是一种可连续清除流体中杂物的固液分离设备，是城市污水处理、自来水厂、电厂进水口、纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中不可缺少的专用设备，是目前国内普遍采用的固液筛分设备。

　 其主要特点为：

　1、连续自动固液分离，对场地无特殊要求。

　2、自动化程度高，工作时无震动、无噪音、分离效率高，使用寿命长。

　3、正常运转时有自净力、无堵塞现象、设备动力消耗少。

　b、高链式格栅：高链式格栅的工作原理为除污耙上的三角形杆架结点与链条铰结，另一结点上的滚轮位于平行于栅条的槽钢导轨中，齿耙则固定于三角形杆架的底边上，当链条由顶部的驱动装置带动后（链轮顺时针转动），齿耙架受链条和导轨的约束作平面运动，在链条运行一周内完成齿耙闭合水下取渣、上行输渣泄渣等循环动作。

　其主要特点是：动作可靠，构造简单，故障率低；水下无运转部件，使用寿命长，维护保养方便；但适用水深一般不大于2.0m。

　c、钢绳牵引式格栅：钢绳牵引式格栅的工作原理为耙斗处于张开位置沿轨道下降至底部，在控制部件的作用下，完成合耙，耙齿插入栅隙上行将栅条拦截的栅渣、杂物等捞入耙中，至出渣口处借助除污耙推杆将栅渣卸出，耙斗停止上行并张开，完成一个除污动作循环。

　其主要特点是：适用范围广，渠道宽度可达4.0m，深度可达30m；自我保护措施齐全，运行安全可靠，故障率低；易损件少，水下无运转部件，使用寿命长，维护保养方便；但格栅机高度较大，吊装较困难。

　综上所述，结合上述三种格栅在国内及省内其他工程上的运用情况，本工程预处理阶段宜采用旋转式机械清渣格栅。

　（2）细格栅

　细格栅的作用是在粗格栅的基础上进一步去除污水中较小的漂浮物及直径大于5mm的固体物质，以保证生物处理系统及污泥处理系统的正常运行。

　由于该污水处理厂的水量较小，本工程细格栅宜采用人工清渣格栅，选用时根据格栅的池深、池宽、污物量、污物性质、安装角度及安装位置等因素综合确定。

　2、沉砂池

　沉砂池的功能是去除污水中比重较大的无机颗粒。

　我国城市污水处理中，常用的沉砂池类型主要有曝气沉砂池、平流式沉砂池、旋流沉砂池三种。

　 曝气沉砂池：通过池中一侧的空气管控制曝气，使污水形成具有一定速度的螺旋形滚动(垂直于水流方向)，具有稳定的除砂效果；旋流沉砂池则是利用水力涡流除砂，污水从沉砂池切向流入，回旋270°或360°出流，粒径在0.20毫米以上的颗粒沉砂去除率达85％，砂粒含水率低于60％。为保证除磷效果，按生物除磷设计的污水处理厂，一般不采用曝气沉砂池。

　平流沉砂池：水流在水平流动过程中，砂子依靠重力下沉。平流沉砂池构造简单，除砂效果好。

　旋流沉砂池：目前，国际上广泛应用的旋流沉砂池主要为钟氏(Jones-Attwood Jeta)和比氏(Pista)两大类。从国内应用情况看，比氏池进入国内较早，过去采用较多，但因砂泵磨损厉害，更换频繁，所以目前已普遍采用钟氏池。这两种沉砂池在池型、除砂机理以及提砂方式上均有很大区别，究竟孰优孰劣，仍无第一手的对比测试资料。钟氏沉砂池采用270°的进出水方式，池体主要由分选区、集砂区两部分构成，其构造特点是在两个分区之间采用斜坡连接。钟氏池的斜坡式设计，使砂粒主要依靠重力沉降。砂粒通过斜坡自然滑入集砂坑，在滑入集砂坑之前，在旋转桨片产生的斜向水流作用下将附在砂粒上的有机物剥离开。旋流沉砂池在目前的城镇污水处理厂中应用较多。

　综上所述，结合本工程实际情况，确定采用旋流沉砂池。

　三、 生物处理工艺的选择

　目前国内外大部分城镇污水处理厂所采用的工艺均为生物处理法，这种处理方法能有效地去除各种有机物，并积累了一定的设计、施工和运行管理经验。本工程可生化指标BOD5/COD大于0.5，因此本工程采用生物处理法。

　无论何种规模的处理厂，在确定污水处理工艺时，除了保证处理效果达标这一基本条件外，主要目的是降低基建投资，节省日常的运行费用，以求在保证达标排放的前提下，使经营成本最小。要做到这一点，首先应根据实际情况，选择合适的处理工艺。乡镇污水厂处理厂往往具有这样的特点：

　 （1）由于负担的排水面积小，污水量较小，一天内水量水质变化较大。

　（2）结合贵州省的山区地形地势变化大的特征，乡镇污水厂厂址选址地块面积一般不大，其占地往往受到限制。

　　（3）一般要求运行管理较简便。

　　（4）尽量减少污泥量，同时使污泥部分好氧稳定。

　　鉴于乡镇污水处理厂以上的特点，改良SBR法、一体化氧化沟法、生物接触氧化法为首先考虑的工艺方案。这三种工艺都具有以下优点：

　 （1）适应水量的变化，具有较强的耐冲击负荷能力。

　 （2）处理单元应当尽量布置紧凑，节省占地。

　 （3）处理效果好，污泥好氧稳定，同时可减少污泥产量。

　（4）操作管理简便。

　下面对改良SBR法、一体化氧化沟法、生物接触氧化法进行深入的经济技术分析比较，以确定最优方案。

　1、改良SBR工艺

　SBR工艺是序批式活性污泥法的简称，它是传统活性污泥法的一种变型，其反应机制以及污染物质的去除原理均与传统活性污泥法基本相同。但其运行模式与传统活性污泥法有很大差别：SBR工艺的运行由进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段组成，五个阶段是在单一的SBR反应池内在时间上依次完成的。而传统活性污泥法是在空间上设置不同的处理构筑物来完成上述五个阶段的。

　改良SBR工艺是SBR工艺的一种派生形式。改良SBR工艺与常规SBR的区别在于：改良SBR反应池在主反应区前增加了预反应区。污水与回流污泥连续不断的进入主反应区前部的预反应区，在预反应区内较高的污泥负荷将有利于絮凝性细菌的生长，并可提高污泥活性，快速去除污水中的溶解性易降解有机物，对难降解有机物起到良好的水解作用，有效抑制丝状细菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀，提高系统的稳定性；同时预反应区内还有较显著的反硝化作用（该区内去除的氮约占总去除率的20%左右），并使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。在主反应区内混合液在 “厌氧－缺氧－好氧”的反复交替过程中完成脱碳、脱氮和除磷。

　改良SBR工艺近年来在国内外得到了深入研究和广泛的应用，具有以下几个主要优点：

　（1）省去初沉池、二沉池且无回流污泥泵站，工艺流程简洁，占地面积小。

　（2）系可变容积运行，提高了对冲击负荷的适应性及运行操作的灵活性。

　（3）沉淀阶段不进水，为静止沉淀。泥水分离效果较好，沉淀污泥浓度较高，出水中SS浓度低，有利于降低出水中磷的浓度。

　（4）池底微孔曝气头曝气，氧转移效率高；同时较大的池深延长了气泡在水中的停留时间，优化了输氧效果，降低了能耗。

　（5）自动化程度高，运转灵活，生产管理方便。

　但改良SBR工艺存在以下缺点：

　（1）SBR工艺运行工序变化频繁，必须配套自动化控制系统及相应仪表设备，因此投资较大。

　（2）管理人员需有较高技术水平。

　（3）主要设备目前尚需进口，而且设备利用率较低（设备常有闲置），导致投资及成本增加。

　SBR工艺经济指标：

　污水处理吨水造价：1200～1500元

　污水处理吨水电耗：0.50～0.60 kw·h/m3

　改良SBR工艺流程图见附图-1：

　2、一体化氧化沟

　氧化沟是一种连续环形曝气池，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥在曝气池中循环流动，流动过程具有推流特性，混合液中溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧、厌氧的条件，从而完成脱碳、脱氮和除磷。

　一体化氧化沟又称合建式氧化沟，将生物处理净化和固液分离合为一体，无须建造单独的二沉池。而从生物处理工艺来讲，该一体化氧化沟又是一个集厌氧、缺氧、好氧为一体的A2/O体系的一种变型。一体化氧化沟设置的相对独立的厌氧区、缺氧区、好氧区，同时又共为一体。在保证有机碳、氮、磷有效去除的同时，工艺简洁、结构紧凑、经济合理。

　厌氧区、缺氧区和好氧区等三区的设置，以及氧化沟稳定的水力循环流动，特殊的水力流态，形成了适合微生物生长的功能区，实现了有机碳、氮、磷的有效去除。在缺氧区和好氧区之间，实现了水力自动回流，省去了一套机械回流装置；厌氧区利用来自缺氧区的低硝态氮回流混合液，创造更佳的除磷条件，有利于厌氧区聚磷菌的释放，但传统一体化氧化沟也存在厌氧状态不稳定，剩余污泥含磷率低，除磷效果一般的缺点。

　针对传统一体化氧化沟除磷效果一般的缺点，现在设计的一体化氧化沟在厌氧区前面增设了预缺氧区，20%的进水进入预缺氧区，与此同时，从缺氧区回流的经反硝化脱氮的污泥也进入预缺氧区，预缺氧区中只有混合搅拌没有曝气。设置预缺氧区的目的是进一步强化脱氮，减少进入厌氧区的硝酸盐，为磷的厌氧释放创造良好的条件。经预缺氧区强化脱氮后，污泥与80%的进水进入厌氧区。在厌氧区中只有混合搅拌，没有曝气，活性污泥中的聚磷菌在厌氧条件下（所谓厌氧条件是既无分子氧也无化合态氧的条件），利用进水中的有机物作为碳能源贮存于体内，同时释放磷。磷释放越充分，后续好氧段中聚磷菌超量吸收磷的效果就越好，出水中磷的浓度就越低。故在良好脱氮效果的基础上强化了除磷效果，使磷的去除更加彻底。

　一体化氧化沟近年来得到了广泛的研究并且在大多数污水处理厂得到了广泛应用，具有以下优点：

　（1）工艺流程简单，构筑物和设备少，不设初沉池和单独的二沉池。污泥自动回流，投资低、能耗低、占地面积相对于单独设置二沉池的延时曝气工艺较小，管理简单。

　（2）氧化沟设置相对独立的厌氧区－缺氧区－好氧区，并增设预缺氧区，脱碳、脱氮和除磷效果较好、较稳定。

　（3）一体化好氧区应用延时曝气原理，产生的剩余污泥量少，污泥不需硝化，污泥性质稳定，易脱水，不会带来二次污染。

　（4）造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少。

　（5）固液分离效果比一般二沉池好，能使整个系统在较大的流量范围内稳定运行，抗冲击负荷能力强。

　（6）污泥回流及时，减少污泥膨胀的可能。

　（7）工艺成熟，出水水质稳定。

　同时，一体化氧化沟也存在以下缺点：

　（1）好氧区属延时曝气，需池体容积较大，占地面积比较大，基建费用增加。

　（2）一体化氧化沟反应时间较长，设备能耗较大。

　一体化氧化沟工艺技术经济指标：

　污水处理吨水造价：900～1100元

　污水处理吨水电耗：0.40～0.45kw·h/m3

　一体化氧化沟工艺流程图见附图-2：

　3、水解酸化+生物接触氧化法：

　水解酸化是水解和酸化两个过程在一个池内完成的沉淀池。水解阶段，固体物质降解为溶解性的物质，大分子物质降解为小分子物质；在酸化阶段，碳水化合物降解为脂肪酸，主要产物是醋酸，丁酸和丙酸，另外有机酸和溶解的含氮化合物分解成氨、胺、碳酸盐和少量CO2,N2和H2。

　生物接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，因此兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。生物接触氧化法微生物所需的氧通过人工曝气供给。生物膜生长至一定厚度后，近填料的微生物将由于缺氧进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用造成生物膜的脱落并促进新生膜得生长，脱落的膜将随着水流外排。

　YWJS污水处理工艺将好氧处理的生物接触氧化和厌氧消化的第一阶段水解酸化工艺集于一体。采用高效的生物填料和膜式曝气管并采用了部分污泥回流，可获得高效稳定的污水处理效果。

　YWJS污水处理工艺的优点：

　1、水解酸化阶段产物为小分子有机物，生物降解性较好，减少了反应时间和处理能耗，生物接触填料比表面积大，池内充氧条件良好，具有较高的容积负荷，因此该工艺处理效果好，占地少。

　2、由于相当一部分微生物固着生长在填料表面，因此，对水量、水质的骤变有较强的适应能力，操作管理方便。

　3、有机容积负荷较高时，F/M可保持在一定水平，污泥产量比较低，沉淀性也较好，易于固液分离。

　4、YWJS为组装式定型设备，施工方便，造价低。

　5、采用了部分污泥回流，保证了脱氮除磷的效果。

　YWJS污水处理工艺的缺点：

　1、设有二沉池，需污泥回流设备。

　2、池中有较多的填料和填料支撑结构。

　YWJS的工艺流程见附图—3

　乡镇污水处理工程存在投资紧张，土地使用受限的特点，为此我们对以上工艺进行技术经济比较，以确定推荐方案。

　项目

　改良SBR

　一体化氧化沟

　YWJS工艺

　建设投资

　较高

　最高

　最省

　单位水处理成本 元/吨

　0.56

　0.50

　0.45

　单位水量占地 亩/千吨

　2.1

　3.0

　1.5

　单位水量电耗 度/吨

　0.50

　0.45

　0.35

　自动化水平

　要求高

　要求较低

　要求低

　操作管理

　较简便

　简便

　最简便

　处理水质

　可达标

　可达标

　可达标

　经上述比较可以看出， YWJS工艺不仅占地最小，而且投资最省，运行费用最低，操作管理简便，十分适合于乡镇污水处理厂。因此推荐YWJS工艺为城镇污水处理厂的生物处理工艺。