UNITANK工艺处理城市污水

冯凯

　　【摘要】 交替式生物处理池（UNITANK）工艺是结合传统活性污泥法和SBR法的优点形成的一种新型活性污泥处理工艺。其池型为矩形，运行方式类似于三沟式氧化沟，占地省、土建费用低、运转灵活，在一定范围内，据有较强的竞争力。本文介绍了该工艺的特点、工作过程和工艺设计。
　　【关键词】 交替式生物处理池 UNITANK 城市污水

　　自1987年，比利时SEGHERS公司提出一种新颖的活性污泥法－UNITANK工艺，它集中了传统活性污泥法和SBR的优点，处理单元一体化，经济、运转灵活，在欧洲及亚洲已有近2百座此种工艺的污水处理厂建成。
　　石家庄高新技术产业开发区污水处理厂日处理污水10万m³，经过工艺方案比较和论证，结合贷款国技术特点，决定采用UNITANK工艺。这是此工艺在国内（除澳门外）的首次应用。

1 UNITANK工艺简介

1.1 基本构造
　　UNITANK又称交替式生物处理池，其基本单元是由三个矩形池组成（A，B，C池），相邻池通过公共墙开洞或池底渠连通。三个池中都安装有曝气系统，可以是微孔曝气头、表曝机或潜水曝气机；外侧两个池（A和C池）设有固定式出水堰及剩余污泥排放装置，他们交替作为曝气池和沉淀池，中间的池子（B池）只能作为曝气反应池。另外，污水通过闸门控制可以进入任意一个池子，采用连续进水，周期交替运行。如图1所示。

1.2 运行方式
　　UNITANK运行按周期运行，一个周期包括两个主阶段和两个中间阶段，一般单个周期时间为7小时，主阶段2×3小时，中间阶段2×30分钟。
1.2.1 主阶段
　　第一主阶段，污水首先进入A池，该池处于曝气状态，因上个阶段进行沉淀操作，积累了大量活性污泥，且浓度较高。进水与活性污泥混合，有机物被吸附，部分被降解。混合液继续流入B池，该池通常连续曝气，有机物得到进一步的降解，同时在推流过程中，A池的活性污泥进入中间池，再进入C池，实现污泥在各池的重新分配。最后，混合液进入处于沉淀状态C池，进行泥水分离，处理后的清水通过溢流堰排放，剩余污泥在此排放。为了防止A、B池的污泥被冲至C池，过量积累，每120～180分钟改变水流方向，即进入到下一个主阶段。
　　第二主阶段，污水及混合液的流动方向与第一阶段相反。
1.2.2 中间阶段
　　中间阶段的作用是完成曝气池到沉淀池的转换。在第一中间阶段，污水进入B池，C池仍处于沉淀出水状态，A池开始进入沉淀状态，为出水作准备。在第二中间阶段，除水流方向相反，其它操作相同。
　　因沉淀池最初的出水含有混合液，不能直接排放，需用清水冲洗出水槽，然后排入处理系统。待出水澄清后，方可外排。

2 工程设计

2.1 处理规模及进出水水质
　　石家庄高新技术产业开发区污水厂主要处理城市污水，设计处理污水量10万m³／日，占地7.2公顷，污水处理厂进水水质的主要指标为：COD≤600mg／L，BOD₅≤400mg／L，SS≤400mg／L； 出水水质要求：BOD₅≤30mg／l，SS≤30mg／l，COD≤120mg／l。
2.2 处理工艺
　　原污水进入格栅间，在此拦截污水中较大杂质，由污水泵提升，经细格栅进一步去除水中杂质，进入沉砂池去除砂粒，然后进入UNITANK池，去除BOD₅等，混合液经沉淀分离，澄清液进入接触池加氯消毒（季节性）后排人汪洋沟。剩余污泥经污泥泵送至集泥池，由带预浓缩功能的脱水机处理后，泥饼外运。工艺流程如图2所示：

2.3 主要工艺参数
　　本工程UNITANK池共为六个单元，分三个系列，每个单元由三个正方形反应池组成，单池净尺寸为长×宽×高＝35×35×7m，有效水深6米。污水由配水井均匀分给三条位于池顶的配水渠道，一条进水渠负责一个系列两个单元的配水。因此，同一系列中的两个单元按同步运行，不同系列的运行时序岔开。
　　单元内三个反应池由池底渠道连通，两侧池的连通渠出水口位于池中心，设有稳流装置，防止进水对沉淀污泥的扰动。
　　六个单元的出水汇入池底一条总的出水渠道；冲洗水也流入池底一条总的冲洗水渠道，然后排人厂区泵房。
　　每单元平均设计流量： 0.193m³／s
　　水力停留时间： 31.8hr（含沉淀时间）
　　容积负荷： 0.45kgBOD／m³／d
　　污泥浓度： 4000mg／l
　　污泥负荷： 0.113kgBOD／kgMLSS／d
　　沉淀池最大表面负荷： 0.74m³／m².h
2.4 曝气系统
　　本工程的实际需氧量为60吨O₂／d。曝气系统采用表曝机和潜水搅拌机相结合的方式，每个池中安装2台表曝机、2台水下搅拌机，表曝机运行充氧，当水中溶解氧到达设定值时，表曝机停止工作，水下搅拌机运行，当水中溶解氧低于要求值时，水下搅拌机停止工作，表曝机开始运行。
　　表曝机选用比利时AQUA公司生产的浮动式高速表曝机，它可以适应因水流方向改变而造成的水面起落，另外安装简单，只需缆绳固定。由于高速表曝机的电机直接驱动螺旋叶轮，不需要变速装置，因此检修量少，维修方便。
表曝机功率为75KW，潜水搅拌机功率为12.5KW。
2.5 污泥排放系统
　　在污泥泵房内安装污泥泵6台，分别负责6组交替式生物处理池单元的排泥。每个污泥泵经管道由电动阀门控制分别从处理单元中的2个沉淀池中抽泥，排泥时间设在沉淀后期。排泥管道按两台污泥泵同时工作设计。
　　经计算污泥产量为32tDS／d，泥龄为14天。污泥含水率按99.2％计，污泥产量为4000m³／d，每单元每天排泥667m³。按每个周期排泥2次，每次15～20分钟计，选定污泥泵流量为0.1m³／s，扬程7.5米。

3 结语

　　UNITANK工艺有自己独特的优点：第一，与传统活性污泥法相比，它省去了回流污泥系统及沉淀设备，投资减低，又因设备种类减少，方便了维修，降低了日常检修费用；第二，运转周期和运行时序可根据进水水质情况和出水要求进行调整，运转灵活，例如要求脱氮时，可在沉淀末期和曝气中间加入非曝气搅拌期，创造缺氧条件，完成脱氮功能；第三，由于采用矩形池结构，生物池可紧靠着布置，池与池之间采用公用墙，所以可节省土建费用和工程建设用地；第四，整个系统是连续运行，出水采用固定堰，不设浮动式的滗水器，水面基本恒定，另外池中通常有三分之二的设备同时运行，因此比SBR工艺的容积和设备利用率都高。
　　UNITANK工艺虽有许多优点，但是它也自己的适用范围。根据我们的设计经验，在选择该工艺时应考虑以下几方面的内容：
第一，进水BOD浓度较高时，应考虑采用两级UNITANK工艺。我们前面所介绍的是单级UNITANK工艺，即进水只经过一级单元池处理，当进水水质较高时，如BOD高于500mg／L时，单级工艺已不适用，可采用两级UNITANK工艺，即用两级单元池处理高浓度污水，第一级生物池按高负荷厌氧或好氧方式运行，第二级按低负荷好氧方式运行。目前，西格司公司已有两级UNITANK工艺的工程业绩。
第二，出水水质有除磷要求时，应慎重考虑是否选用该工艺。该工艺除磷脱氮过程的原理是：通过在沉淀末期和曝气期中间加入非曝气搅拌期，形成缺氧和厌氧状态，完成脱氮和生物除磷功能。但是，从实际运行看，很难形成生物除磷的理想状态。因为，在非曝气搅拌期，水中大量的硝酸盐会消耗溶解性BOD，降低有效BOD／P比值；同时，进水的溶解性BOD被大比例稀释，与活性污泥的比例很低，除磷菌摄取BOD量少，在厌氧阶段释放磷不彻底，因此生物除磷功能很难保证。从工程业绩看，西格斯公司自1987年至1997年已有187座该工艺处理厂投产，但无生物除磷记录。所以，选择该工艺生物除磷时应慎重考虑。
　　第三，处理水量过大时，应充分考虑该工艺的复杂性。由于工艺运行、结构设沉降缝和抗浮等原因的限制，处理池每格的尺寸应控制在40×40米范围内，因此处理水量加倍时，处理单元数也会成倍增加。每个单元的三个池都需配水，两侧池均需排放处理后的出水、冲洗水和剩余污泥，随着单元数增加，其复杂程度会大幅度的增加。从控制量看，10万m³／日处理规模的污水厂，该工艺的I／0数量为3000点以上，而氧化沟工艺只需1200点，随着处理单元数增加，其控制量将成倍增加。所以，该工艺在大水量处理厂应用时，其复杂性会大幅度增加，选择工艺时应全面考虑。
　　综上所述，UNITANK工艺适用于中小型污水处理厂，在一定的范围内，可以替代其它活性污泥法，有自己独特的优点，并具有较强的竞争力。