小型污水處理廠的設計

徐志宗

[摘要]本文針對小型污水廠理設計，首選的工藝為SBR法，確切地講是傳統SBR工藝和CAST工藝，在設計過程中應在設備選擇、環保措施、電氣自動化等方面根據實際工程的具體特點，選擇合適的方案，以達到節省工程投資、降低經營成本的目的。

[關鍵詞]小型污水廠；SBR；工藝

1.前言

隨著2015年1月1日“史上最嚴”新環保法的出臺和實施，可以看到國家對環保的重視、對造成污染企業和個人處罰力度的加大及各個層面所承擔法律責任的明確，使我國環境污染治理真正的從“罰時代”進入“法時代”。在全國乃至世界范圍內，正在興建及待建的污水廠也日益增多。有學者曾根據日處理污水量將污水處理廠分為大、中、小三種規模：日處理>10萬m³為大型處理廠，1～10萬m³為中型污水處理廠，<1萬m³的為小型污水處理廠。近年來，大型污水處理廠建設數量相對減少，而中小型污水廠則越來越多。如何搞好中、小型污水處理廠，特別是小型污水廠，是近幾年許多專家和工程技術人員比較關注的問題。

不同規模的處理廠的設計原則基本相同，主要是以節省基建投資和運行費用的為主要目的，而實現的具體措施則有所不同。本文研究的是小型污水處理廠在設計中需注意的問題。與前面不同的是，本文的小型污水廠指的是日處理規模在3000-20000m³之間。筆者認為，這種規模的污水處理廠，在工藝方案選擇、設備選型、總平面布置方面也存在值得總結和注意的原則和特點。

2.工藝方案確定

2.1方案比較

無論何種規模的處理廠，在確定污水處理工藝時，除了保證處理效果這一基本條件外，主要目的是降低基建投資，節省日常的運行費用，以求在保證達標排放的前提下，使經營成本最小。要做到這一點，首先應根據實際情況，選擇合適的處理工藝。小型污水廠處理廠往往具有這樣的特點：

（1）由于負擔的排水面積小，污水量較小，一天內水量水質變化較大，頻率較高；

（2）一般在城鎮小區或企業內修建，由于所在地區一般不大，而且廠外污水輸送管道也不會太長。所以，其占地往往受到限制，處理單元應當盡量布置緊湊。

（3）一般要求自動化程度較高，以減少工作人員配置，降低經營成本。

（4）污水廠往往位于小城鎮郊區或工業企業內，平面布置可能會受實際情況限制，有時可能靠近居民區或地面起伏不平等，平面布置應因地置宜，變弊為利。

（5）由于規模較小，一般不設污泥消化，應采用低負荷，延時曝氣工藝，盡量減少污泥量同時使污泥部分好氧穩定。

鑒于以上的特點，對于小型城市污水廠，SBR法及氧化溝法為首先考慮的工藝方案。這兩種工藝都具有以下優點：

（1）都屬完全混合型，具有較高的耐沖擊負荷的能力；

（2）一般不設初沉池，工藝簡化，節省占地；

（3）一般采用低負荷延時曝氣方式運行，處理效果好，污泥好氧穩定，同時可減少污泥產量（如果污泥出路可靠，也可適當提高負荷）；

氧化溝目前常用的有卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、三溝及雙溝等交替式氧化溝等幾種形式，其中以前兩種更為常用。氧化溝的共同特點是污水在循環水池中流動，曝氣方式主要采用表曝方式（近年來，也有鼓風曝氣方式的氧化溝，也被稱作氧化溝池型的普曝，結合了氧化溝及微孔曝氣的優點）。SBR工藝包括傳統SBR法、ICEAS工藝、DAT-IAT工藝、CAST工藝、UNITANK工藝等不同方法。從嚴格意義上講，交替式運行的氧化溝實際上也是SBR工藝的一種。

SBR法與氧化溝相比又具有以下優點：

（1）SBR工藝省去二沉池和回流污泥泵房，使布置更加緊湊；

（2）氧化溝的曝氣設表曝機在運行時，濺起水花較大，對周圍環境產生不利影響。某些特殊情況下，對污水廠有很高的環保要求，反應池上部需要加蓋或增設上部建筑，以隔絕臭氣，這樣則會影響表曝的曝氣效率。

（3）由于SBR池是間歇運行，很較強的調節能力，對于水質水量變化較大的情況，也不需要高調節池（實際上，SBR池本身就有調節池的作用）。

（4）在新疆會西北地區，冬季室外氣溫較低，氧化溝的表曝曝氣方式也不適宜。

（5）SBR池池深也不受限制，必要時可適當加深。

綜合上述各種因素，在小型污水處理廠設計中，SBR工藝比氧化溝更廣泛的被采用。小型污水處理廠主要的要求是操作簡單，布置緊湊，不需回流或回流很少的傳統SBR和CAST工藝成為設計的首選，而大型污水處理廠則要求連續進水，否則進水管線及閥門的設計流量將成倍增加。

2.2CAST工藝的評述

CAST工藝是近年來在傳統SBR工藝上發起來的一種新型工藝，它是利用不同微生物在不同負荷條件下生長速率差異和污水生物除磷脫氮機理，將生物選擇器與傳統SBR反應器相結合的產物。這種工藝綜合了推流式活性污泥法的初始反應條件（具有基質濃度梯度和較高的絮體負荷）和完全活性污泥法的優點（較強的耐沖擊負荷能力），無論對城市污水還是工業廢水都是一種有效的方法，有效地防止污泥膨脹。另外如果選擇器的厭氧的方式運行，則具有生物除磷作用。

有資料介紹：由于CAST工藝引入了厭氧選擇器，使該系統具有很強的除磷脫氮能力。實際這種說法不完全正確。因為就脫氮而言，CAST系統與傳統的SBR沒有太多的不同，靜止沉淀時的反硝化作用和同時硝化反硝化作用在脫氮過程中起主要的作用。而除磷方面，僅20-30%的回流比，則無法保證選擇區內的污泥濃度，舉例而言，若反應池內的污泥濃度為6g/L（一般沒這么高），回流比為20%時，選擇的污泥濃度僅為1g/L。這樣低的污泥濃度是很難保證良好的除磷效果的。況且回流是在進水同時進行，這時處在曝氣階段，回流的混合液含有大量的溶解氧和硝態氧，也不利除磷。第三，生物除磷是通過排除富集磷的污泥來實現的，而系統長泥齡低負荷的運行，產泥率很低，同樣無法保證良好的除磷效果。實際上，很多實際工程設計中，CAST工藝往往都輔以化學除磷，以保證處理達標。所以，許多資料所介紹的CAST工藝良好的除磷脫氮能力有必要進行進一步的探討和研究。

綜上所述，對于小型污水處理廠，傳統SBR工藝和CAST工藝是小型污水處理廠的首選工藝。這兩種工藝比較而言，CAST工藝有一定的生物除磷效果，而且在進水污染物濃度很低的情況下，CAST工藝可有效的防止污泥膨脹。而傳統的SBR工藝則因沒有內回流而使處理更為簡化。

2.3主要工藝參數

主要的設計參數如泥齡、污泥負荷等，在條件允許的情況下應進行小試，加以確定。如果沒有條件，主要設計參數可按下表取值：

3.各級處理單元

3.1預處理

一般來講，溫度、PH值等如不過高或過低，可不設專門的調節池。因為SBR池本身實際上就等于一個調節池。這也是SBR工藝用在小型污水廠中的一個非常重要的優越性。

3.2格柵

對于小型污水處理廠，采用細格柵，在柵渣量不是很多的情況下，如果計算得格柵較小，可采用人工格柵代替機械格柵。

3.3沉砂池

沉砂池一般選用鐘式沉砂池或類似產品。如果處理水量很小的話，沉砂池可采用碳鋼制成的成套設備。另外沉砂池進出水渠也可采用相應碳鋼制作。

3.4曝氣系統

小污水廠的鼓風機一般采用羅茨風機及小型離心風機。分散系統—般采用微孔曝氣器。但必須是適應于間歇曝氣的運行方式。鼓風機往往安裝在SBR池旁邊，以減少管路系統的造價。

3.5脫水機

—般可采用帶式脫水機或板框壓濾機。因為國產設備較過關，設備費用不高，不必連續運行。雖然衛生條件較差，但也可采取相應措施進行改善，如強制通風或后面提到的除臭。

4.環保措施

如前所述，在小型污水處理廠的設計，有時因毗臨居民區或處于小區內的重要地區，往往有較高的環保要求，這就要求進行必要的環保方面的考慮。大致可分為以下幾個方面。

4.1降噪

盡量采用潛水電機。如水泵應首先選用潛水泵，這不僅可以降低土建造價，而且同時減少污水處理廠的噪音。對于曝氣系統，應選用機械曝氣方式而不是鼓風曝氣方式。

4.2處理構筑物的處理

對于環保要求較嚴格的污水處理廠，可考慮在處理構筑物增設上部建筑或加蓋的方式，以隔絕臭氣。是在其上設混凝土蓋板，在可能的情況下，在蓋板上可填300-500mm的土，種植綠化，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。

5.電氣自控設計

在廠區電氣自控的總體設計上，應在允許的條件下，提高污水處理廠的自動化程度。盡量做到無人值守。這一點對減少小型污水處理廠的單方經營成本有很重要的意義。有條件時，還可在反應池等重要地方安裝攝像頭，以監視污水廠的運行狀況。

在電纜布置上，也有著與大型污水處理廠不同的特點。各處理構筑物的電氣與信號電纜的鋪設應盡量結合構筑物上的管溝和渠道，從整體效果來看，整個處理構筑物表面看不到任何電纜和管線的敷設，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，既美觀又便于維護管理。

6.結論

規模在3000-20000m³/日之間的污水處理廠在本文中統一被稱為小型污水處理廠。這種規模的污水處理廠首選的工藝為SBR法，確切地講是傳統SBR工藝和CAST工藝，在設計過程中應在設備選擇、環保措施等方面根據實際工程的具體特點，選擇合適的方案，以達到節省工程投資、降低經營成本的目的。