大兴县黄村污水处理厂设计特点

中国市政工程华北设计研究院 
李金国

　　大兴县是北京市所属的远郊区县之一，位于北京南郊，是“全国综合实力百强县”之一。黄村是大兴县政府所在地和全县政治、经济、文化中心，又是北京市卫星城，吸引了大批中央、市属单位和市区人口。规划建筑黄村污水处理厂近斯规模8万m^3/d，远期规模12万m^3/d。
　　污水处理厂进、出水水质为：

　　本工程利用奥地利政府贷款，引进先进的国外污水处理技术和设备。设计采用了奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺，作为大型城市污水处理厂，在国内尚属首例，其工艺流程如图1。

　　在污水处理厂整体设计上，结合水厂规模、污水水质及当地的实际条件，积极稳妥地采用先进技术，减少占地面积，降低工程投资。主要有一个特点：⑴厂区平面布置：水力流程顺畅，布局紧凑，功能分区明确，交通联系方便，绿化面积合理；⑵奥贝尔氧化沟：抗冲击负荷能力强，出水水质稳定；曝气设备充氧效率高搅拦能力强，安装方便，调节灵活；能耗低，占地面积小，具有除磷脱氮能力。⑶二次沉淀池：潜水穿孔管出水水质稳定，管理方便。详见下列说明：

　　1、厂区平面布置

　　黄村污水处理厂位于县城东侧，通黄路北侧的凤河与减河之间，按照少占农田和降低工程投资的设计原则，选择处理构筑物形式和进行厂区平面布置。本厂分为三个功能区，首先是污水机械处理区及污泥处理区，本区有粗、细格栅产生的栅渣，沉砂池的砂砾和污水处理过程中产生的污泥，卫生条件较差。把这类处理构筑物集中起来可以减少卫生隔离占地，并可改善个厂区的卫生环境，其次是生物处理区，即氧化沟和二沉池，国内普遍认为氧化沟工艺占地面积大，其主要原因是氧化沟泥龄长容积大，而由于曝气设备的原因其水深较小。本厂采用了奥贝尔氧化沟，其水力条件好，曝气设备选项用曝气转碟，不仅提高了曝气设备的充氧效率，而且也提高了搅拌能力，据有关资料介绍，水深4.3米时池底水平均流速仍大于0.3米/秒，没有污泥沉淀现象，因而本厂的奥贝尔氧化沟水深加大到4.20--4.25米，使氧化沟占地面积大大降低；二沉池是保证出水水质达标的重要构筑物，通过技术措施在保证出水水质要求的前提下，设计采用两座大直径辐流式沉淀池，使沉淀池占地面积降低，同时运行管理简捷明快；再次是生产辅助区和生活区，本区位于夏季主导风向上游，与卫生条件好的二沉池相邻，远离卫生条件差的污泥区和机械处理区。厂区平面布置见图2，占地面积仅4.80公顷，远低于国标要求。

　　2、Orbal氧化沟

　　奥贝尔（Orbal)氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法由南非的休斯蔓（Huisman)构想，南非国家水研究所研究和发展的。在长期的试验性研究取得成功后，这项设计技术被转让给美国的恩维芮克斯（Envirex)公司加以推广，该公司以设计建设Orbal氧化沟和氧化沟曝气转碟著称与世，目前已有500多个奥贝尔污水处理厂投入使用，在国内也有十来个厂在运行，有十来个厂在建设，有十几个厂在方案设计阶段，Orbal氧化沟的优点越来越被世人认可。
　　· 氧化沟由三个同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量转碟气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50——55%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用：中间沟道容积一般为25%——30%，溶解氧控制在1.0mg/L，作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%——20%，需要较高的溶解氧值（2.0mg/L左右），以保证有机物和氨氮有较高的去除率。
　　·外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD可以在外沟道中去除。由于外沟道溶解氧平均值很低，绝大部分区域DO为mg/L，所以，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，大大提高了氧传递效率，达到了节约能耗的目的。一般情况下，可以节省电耗20%左右。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗是较低的。中沟道起到互补调节作用，提高了运行的可靠性和可控性。因此，奥贝尔氧化沟可以在确保处理效果的前提下，可以获得较大的节能效益。
　　·对于每个沟道内来讲，混合液的流态为完全混合式，对进水水质、水量的变化具有较强的抗冲击负荷能力；对于三个沟道来讲，沟道与沟道之间的流态为推流式，且具有完全不同溶解氧浓度和污泥负荷。奥贝尔氧化沟实际上是多沟道串联的沟型，同时具有推流式和完全混合式两种流态的优点，耐冲击负荷，可避免普通完全混合式氧化沟易发生的污泥膨胀现象，可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。
　　·奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面有符合水力特性的一系列凹孔和三角形突起，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和混合效率。通过改变曝气机的旋转方向、浸水深度、转速和开停数量，可以调整其供氧能力和电耗水平。尤其是蝶片可以方便拆装，更为优化运行提供了简便手段。另一方面，由于转碟直径达1.4m，平行切入在水中旋转运行，具有极强的整流和推流能力。实践证明，在水深为4.27m，污泥浓度为8g/LJF ，氧化沟没有任何沉淀现象。当污水浓度下降，为节能而减少曝气机运行台数时，一般也不必担心沉淀的发生。这是曝气转碟和奥贝尔沟型所独具的优点。
　　·奥贝尔氧化沟的沟道布置，便于采用不同种类的工艺模式。在使用普通活性污泥法时，内沟道用于曝气，外沟道用于需氧消化；使用接触稳定和分段曝气时，是把进水和回流污泥引入相应的沟道中；为了保证高质量而稳定的处理效果和减少污泥量，需要进行硝化时采延时曝气模式；遇有合流制排水系统，在暴雨时把进水引入中间沟道或内沟道，以防止污泥流失。

　　3、二次沉淀池

　　根据厂区地形及氧化沟布置，本厂宜选用两座54米直径的辐流沉淀池。如果选用小直径的沉淀池，则应设置4座直径40米的沉淀池，给厂区布置及运行管理带来不便，占地面积将增加2000米²。目前国内最大的二沉池直径为55米，为提高出水水质，降低出水槽堰口负荷，在离池壁4.5米处增设了出水槽，支承水槽的立柱用来兼作出水管，将水引出池外。根据运行结果，出水水质并不十分理想，同时给二沉池排泥及吸泥桥设计安装带来很多困难。
　　在沉淀地的设计中，沉淀池的出水一般采用三角堰组明渠出水，这对于小型的沉淀池来说，出水是可以达到预期效果的；而对于大型沉淀池，存在如下缺点：
　　·由于池体大，水面波动造成的水面标高差异大，三角堰体比较长，堰体安装整平较困难，出水不均匀。
　　·水面上的浮渣会随水流进入出水中，造成出水水质不稳定。
　　·对于大直径辐流式沉淀池，中间设置出水堰，阻碍刮吸呢机排泥，清除浮渣困难。中间出水堰的清理维护十分不便。
　　经考察，德国、奥地利等欧洲国家已有多座采用潜水穿孔管出水的辐流式沉淀池在运行，出水水质稳定，运行良好。认为在本厂采用潜水穿孔管出水切实可行。本厂中△Q/Q=7.1%,hw=99.3mm。
　　运行结果表明，潜水穿孔管出水水质稳定，浮渣容易清除，施工安装方便。
　　本工程于5月25日通水调试，各处理构筑物及设备运行正常，仅用一个月的时间，出水水质就达到设计要求。

2000年6月28日