小型污水处理厂的设计

王维斌1，吴凡松2
(1.天津大学管理学院，天津300072； 2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090)

　　摘 要： 认为传统SBR法和CAST工艺是小型污水处理厂(规模为3000～20000m³/d)的首选工艺，依次从各处理单元、总图布置、环保措施及变配电等方 面总结了小型污水厂的设计原则和要点，并提供了两个典型工程实例。
　　关键词： 小型污水厂；设计；SBR法；CAST工艺?
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)03-0057-04

1 工艺的确定

1.1 方案比较
　　小型污水处理厂具有如下特点：①承担的排水面积小，污水量也较小，但水量、水质的日变化较大；②一般在城镇小区或厂内修建，其占地往往受到限制，故处理单元应布置紧凑；③ 一般自动化程度要求较高以降低运行成本；④可能会受实际条件限制(如有时靠近居民区或 地面起伏不平等)，故平面布置应因地制宜、化弊为利；⑤一般不设污泥消化，宜采用低负荷的延时曝气工艺，在减少剩余污泥产量的同时使污泥实现好氧稳定。?
　　鉴于以上特点，SBR法及氧化沟工艺成为首先被考虑的工艺方案，其优点：①反应属完全混合型，具有较高的抗冲击负荷能力；②一般不设初沉池，工艺简化且节省占地；③ 多采用低负荷延时曝气方式运行且处理效果好，可使污泥实现好氧稳定，同时减少污泥产量(如果污泥出路可靠，也可适当提高负荷)。
　　而SBR法与氧化沟相比又具有一些独到之处：①省去二沉池和回流污泥泵房，使平面布置更加紧凑；②间歇运行，具有较强的调节能力而无需调节池；③池深不受曝气方式限制，必要时可适当加深。?
　　综合考虑上述各种因素，在小型污水处理厂设计中SBR法比氧化沟工艺更广泛地被采用。各种SBR法的特点及适用范围见表1。?

表1 SBR工艺特点及适用范围 工艺名称 反应池分格 进水方式 是否回流 适用规模 工程实例 传统SBR 单池、不分格 间歇交替进水 否 小型 沈阳采油厂、莲花?味精集团 ICEAS 以隔墙分成预反应区和主反应区 连续进水 需要回流 大、中型 昆明第三污水厂 DAT—IAT 以隔墙分为DAT及IAT池 连续进水 回流比为200%～400% 大、中型 天津开发区污水厂、抚顺三宝屯污水厂 CAST 分为选择区和主反应区 间歇交替进水 回流比为20%～ 35% 中、小型 镇江新区污水厂 UNITANK 用隔墙分为3池 否 间歇交替进水 中、小型 上海某污水处理厂

　　CAST工艺是SBR法的变种，有一定的生物除磷效果，而且在进水污染物浓度较低时可有效地防止污泥膨胀，与传统SBR工艺相比则因无需内回流而使处理流程更为简化。UNITANK及近来兴起的MSBR工艺，虽目前应用还不多，但不久很可能成为小型污水处理厂的热门工艺。
1.2 主要设计参数
　　主要设计参数(如泥龄、污泥负荷等)在条件允许的情况下应通过小试加以确定，否则可按表2取值。

表2 设计参数取值 设计参数 推荐值 备 注 污泥负荷［kgBOD/(kgMLSS·d)］ 0.05～0.15 周期数(个/d) 3～6 周期工作时间为4～8h 高水位污泥浓度(g/L) 2～5 排出比 1/3～1/6 每周期排出体积与反应池体积之比 泥龄(d) 20～30 池数(座) 3～4(2座/组) ≥3 注： 表中污泥负荷和泥龄均为计算负荷和计算泥龄，实际应根据每周期的曝气时间进行相应的折减；池数≥3座是当某座出现故障时，其余两座仍能交替运行。?

2 处理单元

2?1 预处理
　　一般来讲，除进水温度、pH值等过高或过低外均可不设专门的调节池，因为SBR池实际上就相当于一个调节池，这也是SBR工艺用在小型污水厂的一个优越之处。?
2.2 格栅
　　由于设计流量较小，格栅尺寸也较小。以处理规模为5000m³/d(总变化系数为1.7)的污水厂为例，粗、细格栅各设2台，并联设置，格栅尺寸见表3。

表3 格栅尺寸计算 设计参数 粗格栅 细格栅 栅条间隙(mm) 20 5 栅前水深(mm) 300 500 过栅流速(mm) 0.8 0.8 安装角度(°) 60 60 格栅宽度(mm) 300 350

　　由表3可见，计算所得粗、细格栅尺寸都很小。这种情况下若采用机械格栅，渠道上部的驱动部分及栅渣输送机所需的空间一般都在2m以上，将造成很大的空间浪费，且格栅间往往有上部建筑而又将增加土建投资，故在栅渣量不是很多、格栅尺寸较小时，可采用人工格栅代替机械格栅。?
2.3 沉砂池
　　沉砂池一般选用钟式沉砂池或类似构筑物。如果池径不大，可采用碳钢制成的成套设备，进、出水渠也可相应采用碳钢制作，这样虽造价比钢筋混凝土池稍高，但施工安装方便。?
2.4 曝气系统
　　小型污水厂一般采用罗茨风机及小型离心风机，扩散系统则多采用微孔曝气器(必须适用于间歇运行方式)。鼓风机安装在SBR池旁边以降低管路系统的造价。一般不设鼓风机房，仅在鼓风机上设罩棚；如果污水厂毗邻生活小区，又采用鼓风曝气则必须建鼓风机房，同时还要有相应的降噪措施。?
　　机械曝气噪音低、安装简单，特别适用于小型污水厂，其动力效率也比鼓风曝气低。?
2.5 脱水机
　　可采用带式脱水机(国产设备)，费用低，也不必连续运行，但卫生条件较差。在有条件的情况下，可采用离心脱水机以改善工作环境和减少加药量。?

3 　总图布置

3.1 输配水
　　小型污水厂各构筑物之间一般用渠道相连，既节省了占地，又减小了水头损失(比管道输配水小20～30kPa)。对于采用SBR法的小型污水厂，一般将沉砂池与SBR池通过渠道相连，污泥浓缩池与脱水机房和泥饼堆放场合建。这样在常规设计中，小型污水厂内至多 有3个主要处理单元：辅助生产区(含办公、变配电及总控等)、水处理单元、泥处理单元(有时泥处理和水处理单元也可合建)。?
　　为了方便输配水，各构筑物可采用合建方式，埋深应尽量接近，连续构筑物的渠道应设沉降缝。?
　　多座反应池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回阀连接的方式，这样不仅减少了设备的维护管理，而且没有阀门堵塞问题，连接方式如图1。?

3.2 总平面布置
　　小型污水厂受服务区域的现状及污水收集、输送系统的限制，其厂址往往选在不规则、不便利用的地块(地面起伏较大、存在地面障碍和架空线路、靠近居住区)，对这些不利因素必须充分考虑。?
　　一般来讲，若厂址高差变化太大，厂区内的设计地平也应随之调整，采取不同标高，呈台阶式布置。有条件的尽量放坡处理而不做挡墙以节省土建投资。在护坡上做绿化小品，可起到美化全厂、改善环境的目的。若空中有高压线，则在地面上可考虑进行大量绿化，在满足电气相关规范的同时应尽可能地增加厂区的绿化面积。如果厂址靠近居民区，则在总图布置上更要加以注意，首先污水及污泥处理构筑物应尽量布置在远离居民区的地方，可采取增设上部建筑或加盖的方式以减小对周围环境的影响。?

4 环保措施

4.1 降噪
　　应尽量采用潜水电机，水泵应优先选用潜水泵，这不仅可以降低土建造价，还可减小污水处理厂的噪音。对于曝气系统，应选用机械曝气而非鼓风曝气方式。?
4.2 处理构筑物的处理
　　对于环保要求较严格的污水处理厂，可采用在处理构筑物上部增设建筑或加盖的方式以隔绝臭气。如果增设上部建筑，可采用阳光板或彩色压型钢板的罩棚将其外形做成圆拱形，美观且视觉效果好，而设备设在室内便于维护管理。将高出地面的池子部分做成天蓝色或湖绿色彩带，既与罩棚相呼应，又减弱了纯构筑物的僵硬、呆板。阳光板的造价大约为300元/m²左右，而压型板仅为100元/m²左右。在构筑物上部加盖的方式是在其上设混凝土盖板，在盖板上可填充300～500mm厚的土并进行绿化以增加全厂的绿化面积，这种处理办法特别适用于需采用自重抗浮的情况。?
　　上述两种方法各有优缺点，采用阳光板或压型钢板拱形罩棚的办法，虽外形美观且管理方便，但为了日常的检修往往需要增加吊车，另外采用这种圆拱顶应注意在严寒地区冬季结露的问题。加盖的方案造价较省，但需在混凝土盖板上开孔以便池内设备的安装及维护管理。另外，由于池上部加了混凝土盖，不适合采用表曝机。?
4.3 　除臭
　　在处理污水的同时会产生具有异味的副产品。臭气的主要成分为硫化氢(H₂S)、氨、四硫醇类等，主要来自腐化污水和污泥。为了减少臭气对周围环境的不利影响，常采用生物除臭措施，主要有化学吸收法、生物法、土壤法3大类。?
　　① 化学吸收法是通过化学药剂(主要是碱液)吸收空气中的H₂S等污染物。脱臭装置由脱臭罐及再生塔组成。罐体直径与高度之比一般为1∶5，臭气由通风设备收集后经风道从罐体下部进入脱臭罐。采用质量浓度为2%～3%的碳酸钠溶液作为臭气吸收剂。这种方法的优点是处理效果好、运行稳定、耐冲击负荷能力强，缺点是药剂需定期更换，运行费用较高。?
　　② 生物除臭是通过附着在填料上的生物膜来完成的。生物膜中微生物需要的养料来自于污水中的有机物(一般采用原污水对填料进行喷淋)。除臭罐空池停留时间为1～3min(可视臭气浓度变化)，进气流速为2～3m/s。这种方法的优点是在加强管理的情况下处理效果良好、运行费用很低(相对于其他两种方法)，缺点是处理效果受进气浓度影响而不太稳定，且对喷淋污水中有机物浓度也有一定要求。?
　　③ 土壤脱臭法是将气体收集后通过管道输入脱臭池底部并使其扩散于土壤内(以天然土、腐殖土为宜)，臭气受土壤颗粒表面吸附作用，多种致臭物质被截留。经过一段时间在土壤颗粒表面可逐渐培养出针对致臭物质的微生物，并可不断将致臭物质分解，完成脱臭。同时，土壤脱臭池表面可天然生长或人工栽植花草，形成良好的环境效果。土壤脱臭的优点是投资少、运行费用低且可与厂区绿化结合，无任何副产品产生；缺点是易受地下水及冬天低温的影响，除臭效果一般。?
　　在工程设计中往往需要根据实际情况选择合适的除臭方案。?

5 电气自控设计?

　　在厂区电气自控的总体设计上应尽量提高污水处理厂的自动化程度，这对减少小型污水处理厂的运营成本具有重要意义。因为如果没有自动化程度较高的控制系统，往往需要按岗定员(一般需要10～30人)，导致人力成本很高。建议有条件时可在反应池等重要地方安装摄 像头以监视污水厂的运行状况。?
　　在电缆布置上也有与大型污水处理厂不同的特点。各处理构筑物的电气与信号电缆的敷设应尽量结合构筑物上的管沟和渠道。从整体来看，整个处理构筑物表面应看不到任何电缆 和管线的敷设，只有走道板及盖镀锌钢格板的管沟，这样既美观又便于维护管理。在某些情况下，全厂的电缆沟可以借助某个构筑物实现。一般来讲，配电与信号电缆要从辅助处理单元(包括办公及变配电)敷设到水处理和泥处理单元，无论是先经过哪个处理单元，都可以在 处理构筑物的侧壁上向池内挑出管沟做为管道与电缆的通道，在服务于本处理单元的同时又可使电力和信号到达另一个处理单元，这样既方便了总图的布置，又节省了工程造价。?

6 　工程实例

6.1 沈阳采油厂污水处理厂

　　位于沈阳新民，处理规模为6000m₃/d，于1999年底建成通水并通过有关部门的验收。?
　　该处理厂具有以下特点：?
　　① 位于居民区内，离最近的居民楼仅10m左右；?
　　② 占地仅为0.34hm₂。?
　　该厂原水以采油厂基地的生活污水为主，含有少量生产废水。进、出水水质指标及去除率见表4。

表4 进、出水水质及去除率 项 目 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 300 120 60 BOD₅ 150 30 80 SS 250 30 88

　　针对该处理厂的特点，设计时采取了以下措施：?
　　① 采用传统SBR处理工艺；
　　② 将旋流沉砂池与3座SBR池合建，由SBR池中间的渠道配水，污泥浓缩池与脱水机房合建；?
　　③ 采用潜水射流曝气机代替常用的鼓风曝气方式，最大限度地降低噪声；全部处理构筑物加混凝土盖板或设上部建筑，将构筑物内的臭气进行统一收集(不同构筑物采用不同换气次数)，采用土壤除臭。?
6.2 镇江新区污水处理厂?
　　位于镇江市镇江新区内，处理量为2×10₄m₄/d(近期为1×10₄m₃/d)。该工程目前 正在进行施工。?
　　该处理厂的特点是：?
　　① 地形较复杂，厂址内由南到北高低不一，最高与最低处相差达5m；?
　　② 高空有两道110kV的高压线影响总平面布置；?
　　③ 位于较繁华地段且正对规划的住宅区，有较严格的环保要求；
　　④ 污水厂接纳化工企业废水及生活污水需除磷脱氮。?
　　进、出水质及去除率见表5。?

表5 进、出水水质及去除率 项 目 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 350 60 83 BOD₅ 185 20 89 SS 230 20 91 磷酸盐 3 0.5 83 氮 40 15 63

　　根据上述特点，在设计中采取了如下措施：
　　① 采用CAST工艺，其选择器为厌氧运行以利用生物除磷，同时采用化学除磷以强化处理效果；
　　② 将污水处理厂布置成台阶状，低处为办公区，高处为生产区。生产区分设水处理单元( 由沉砂池与SBR池合建)、泥处理单元(由浓缩池、脱水机房及泥饼堆放场合建组成)及变配电室；
　　③ 考虑离规划的居民区较近，宜采用立轴式推流曝气机以减少噪音。设计时已考虑了在SBR池上采用阳光板以封闭臭气，但因近期对面居民区尚未实施，为减少初期投资仅做相应的预埋；?
　　④ 将厂内水区及泥区的臭气统一收集进行生物除臭，目前也仅考虑预留，将来与SBR池拱形罩棚一并实施。?

7 结语

　　对于处理规模为3000～20000m3/d的小型污水处理厂，首选SBR法(传统SBR法和CAST工艺)，在设计过程中应在设备选择、总图布置、环保措施等方面根据实际工程的具体特点选 择合适的方案以达到节省工程投资、降低运营成本的目的。

参考文献：

　　［1］羊寿生.污水处理厂工程设计中的一些常见问题［J］.给水排水，1996，20( 8)：18-20.
　　［2］周雹，谭振江.中小型城市污水厂的优选工艺［J］.中国给水排水，2000，1 6(10)：21-24.
　　［3］王维斌.影响SBR系统除磷脱氮效果的主要因素［A］.全国除磷脱氮技术研讨会论文集［C］.北京：2000.

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　　收稿日期：2001-09-08