王維斌1，吳凡松2
(1.天津大學管理學院，天津300072； 2.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱150090)

　　摘 要： 認為傳統SBR法和CAST工藝是小型污水處理廠(規模為3000～20000m³/d)的首選工藝，依次從各處理單元、總圖布置、環保措施及變配電等方 面總結了小型污水廠的設計原則和要點，并提供了兩個典型工程實例。
　　關鍵詞： 小型污水廠；設計；SBR法；CAST工藝?
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)03-0057-04

1 工藝的確定

1.1 方案比較
　　小型污水處理廠具有如下特點：①承擔的排水面積小，污水量也較小，但水量、水質的日變化較大；②一般在城鎮小區或廠內修建，其占地往往受到限制，故處理單元應布置緊湊；③ 一般自動化程度要求較高以降低運行成本；④可能會受實際條件限制(如有時靠近居民區或 地面起伏不平等)，故平面布置應因地制宜、化弊為利；⑤一般不設污泥消化，宜采用低負荷的延時曝氣工藝，在減少剩余污泥產量的同時使污泥實現好氧穩定。?
　　鑒于以上特點，SBR法及氧化溝工藝成為首先被考慮的工藝方案，其優點：①反應屬完全混合型，具有較高的抗沖擊負荷能力；②一般不設初沉池，工藝簡化且節省占地；③ 多采用低負荷延時曝氣方式運行且處理效果好，可使污泥實現好氧穩定，同時減少污泥產量(如果污泥出路可靠，也可適當提高負荷)。
　　而SBR法與氧化溝相比又具有一些獨到之處：①省去二沉池和回流污泥泵房，使平面布置更加緊湊；②間歇運行，具有較強的調節能力而無需調節池；③池深不受曝氣方式限制，必要時可適當加深。?
　　綜合考慮上述各種因素，在小型污水處理廠設計中SBR法比氧化溝工藝更廣泛地被采用。各種SBR法的特點及適用范圍見表1。?

表1 SBR工藝特點及適用范圍 工藝名稱 反應池分格 進水方式 是否回流 適用規模 工程實例 傳統SBR 單池、不分格 間歇交替進水 否 小型 沈陽采油廠、蓮花?味精集團 ICEAS 以隔墻分成預反應區和主反應區 連續進水 需要回流 大、中型 昆明第三污水廠 DAT—IAT 以隔墻分為DAT及IAT池 連續進水 回流比為200%～400% 大、中型 天津開發區污水廠、撫順三寶屯污水廠 CAST 分為選擇區和主反應區 間歇交替進水 回流比為20%～ 35% 中、小型 鎮江新區污水廠 UNITANK 用隔墻分為3池 否 間歇交替進水 中、小型 上海某污水處理廠

　　CAST工藝是SBR法的變種，有一定的生物除磷效果，而且在進水污染物濃度較低時可有效地防止污泥膨脹，與傳統SBR工藝相比則因無需內回流而使處理流程更為簡化。UNITANK及近來興起的MSBR工藝，雖目前應用還不多，但不久很可能成為小型污水處理廠的熱門工藝。
1.2 主要設計參數
　　主要設計參數(如泥齡、污泥負荷等)在條件允許的情況下應通過小試加以確定，否則可按表2取值。

表2 設計參數取值 設計參數 推薦值 備 注 污泥負荷［kgBOD/(kgMLSS·d)］ 0.05～0.15 周期數(個/d) 3～6 周期工作時間為4～8h 高水位污泥濃度(g/L) 2～5 排出比 1/3～1/6 每周期排出體積與反應池體積之比 泥齡(d) 20～30 池數(座) 3～4(2座/組) ≥3 注： 表中污泥負荷和泥齡均為計算負荷和計算泥齡，實際應根據每周期的曝氣時間進行相應的折減；池數≥3座是當某座出現故障時，其余兩座仍能交替運行。?

2 處理單元

2?1 預處理
　　一般來講，除進水溫度、pH值等過高或過低外均可不設專門的調節池，因為SBR池實際上就相當于一個調節池，這也是SBR工藝用在小型污水廠的一個優越之處。?
2.2 格柵
　　由于設計流量較小，格柵尺寸也較小。以處理規模為5000m³/d(總變化系數為1.7)的污水廠為例，粗、細格柵各設2臺，并聯設置，格柵尺寸見表3。

表3 格柵尺寸計算 設計參數 粗格柵 細格柵 柵條間隙(mm) 20 5 柵前水深(mm) 300 500 過柵流速(mm) 0.8 0.8 安裝角度(°) 60 60 格柵寬度(mm) 300 350

　　由表3可見，計算所得粗、細格柵尺寸都很小。這種情況下若采用機械格柵，渠道上部的驅動部分及柵渣輸送機所需的空間一般都在2m以上，將造成很大的空間浪費，且格柵間往往有上部建筑而又將增加土建投資，故在柵渣量不是很多、格柵尺寸較小時，可采用人工格柵代替機械格柵。?
2.3 沉砂池
　　沉砂池一般選用鐘式沉砂池或類似構筑物。如果池徑不大，可采用碳鋼制成的成套設備，進、出水渠也可相應采用碳鋼制作，這樣雖造價比鋼筋混凝土池稍高，但施工安裝方便。?
2.4 曝氣系統
　　小型污水廠一般采用羅茨風機及小型離心風機，擴散系統則多采用微孔曝氣器(必須適用于間歇運行方式)。鼓風機安裝在SBR池旁邊以降低管路系統的造價。一般不設鼓風機房，僅在鼓風機上設罩棚；如果污水廠毗鄰生活小區，又采用鼓風曝氣則必須建鼓風機房，同時還要有相應的降噪措施。?
　　機械曝氣噪音低、安裝簡單，特別適用于小型污水廠，其動力效率也比鼓風曝氣低。?
2.5 脫水機
　　可采用帶式脫水機(國產設備)，費用低，也不必連續運行，但衛生條件較差。在有條件的情況下，可采用離心脫水機以改善工作環境和減少加藥量。?

3 　總圖布置

3.1 輸配水
　　小型污水廠各構筑物之間一般用渠道相連，既節省了占地，又減小了水頭損失(比管道輸配水小20～30kPa)。對于采用SBR法的小型污水廠，一般將沉砂池與SBR池通過渠道相連，污泥濃縮池與脫水機房和泥餅堆放場合建。這樣在常規設計中，小型污水廠內至多 有3個主要處理單元：輔助生產區(含辦公、變配電及總控等)、水處理單元、泥處理單元(有時泥處理和水處理單元也可合建)。?
　　為了方便輸配水，各構筑物可采用合建方式，埋深應盡量接近，連續構筑物的渠道應設沉降縫。?
　　多座反應池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設備的維護管理，而且沒有閥門堵塞問題，連接方式如圖1。?

3.2 總平面布置
　　小型污水廠受服務區域的現狀及污水收集、輸送系統的限制，其廠址往往選在不規則、不便利用的地塊(地面起伏較大、存在地面障礙和架空線路、靠近居住區)，對這些不利因素必須充分考慮。?
　　一般來講，若廠址高差變化太大，廠區內的設計地平也應隨之調整，采取不同標高，呈臺階式布置。有條件的盡量放坡處理而不做擋墻以節省土建投資。在護坡上做綠化小品，可起到美化全廠、改善環境的目的。若空中有高壓線，則在地面上可考慮進行大量綠化，在滿足電氣相關規范的同時應盡可能地增加廠區的綠化面積。如果廠址靠近居民區，則在總圖布置上更要加以注意，首先污水及污泥處理構筑物應盡量布置在遠離居民區的地方，可采取增設上部建筑或加蓋的方式以減小對周圍環境的影響。?

4 環保措施

4.1 降噪
　　應盡量采用潛水電機，水泵應優先選用潛水泵，這不僅可以降低土建造價，還可減小污水處理廠的噪音。對于曝氣系統，應選用機械曝氣而非鼓風曝氣方式。?
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，可采用在處理構筑物上部增設建筑或加蓋的方式以隔絕臭氣。如果增設上部建筑，可采用陽光板或彩色壓型鋼板的罩棚將其外形做成圓拱形，美觀且視覺效果好，而設備設在室內便于維護管理。將高出地面的池子部分做成天藍色或湖綠色彩帶，既與罩棚相呼應，又減弱了純構筑物的僵硬、呆板。陽光板的造價大約為300元/m²左右，而壓型板僅為100元/m²左右。在構筑物上部加蓋的方式是在其上設混凝土蓋板，在蓋板上可填充300～500mm厚的土并進行綠化以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。?
　　上述兩種方法各有優缺點，采用陽光板或壓型鋼板拱形罩棚的辦法，雖外形美觀且管理方便，但為了日常的檢修往往需要增加吊車，另外采用這種圓拱頂應注意在嚴寒地區冬季結露的問題。加蓋的方案造價較省，但需在混凝土蓋板上開孔以便池內設備的安裝及維護管理。另外，由于池上部加了混凝土蓋，不適合采用表曝機。?
4.3 　除臭
　　在處理污水的同時會產生具有異味的副產品。臭氣的主要成分為硫化氫(H₂S)、氨、四硫醇類等，主要來自腐化污水和污泥。為了減少臭氣對周圍環境的不利影響，常采用生物除臭措施，主要有化學吸收法、生物法、土壤法3大類。?
　　① 化學吸收法是通過化學藥劑(主要是堿液)吸收空氣中的H₂S等污染物。脫臭裝置由脫臭罐及再生塔組成。罐體直徑與高度之比一般為1∶5，臭氣由通風設備收集后經風道從罐體下部進入脫臭罐。采用質量濃度為2%～3%的碳酸鈉溶液作為臭氣吸收劑。這種方法的優點是處理效果好、運行穩定、耐沖擊負荷能力強，缺點是藥劑需定期更換，運行費用較高。?
　　② 生物除臭是通過附著在填料上的生物膜來完成的。生物膜中微生物需要的養料來自于污水中的有機物(一般采用原污水對填料進行噴淋)。除臭罐空池停留時間為1～3min(可視臭氣濃度變化)，進氣流速為2～3m/s。這種方法的優點是在加強管理的情況下處理效果良好、運行費用很低(相對于其他兩種方法)，缺點是處理效果受進氣濃度影響而不太穩定，且對噴淋污水中有機物濃度也有一定要求。?
　　③ 土壤脫臭法是將氣體收集后通過管道輸入脫臭池底部并使其擴散于土壤內(以天然土、腐殖土為宜)，臭氣受土壤顆粒表面吸附作用，多種致臭物質被截留。經過一段時間在土壤顆粒表面可逐漸培養出針對致臭物質的微生物，并可不斷將致臭物質分解，完成脫臭。同時，土壤脫臭池表面可天然生長或人工栽植花草，形成良好的環境效果。土壤脫臭的優點是投資少、運行費用低且可與廠區綠化結合，無任何副產品產生；缺點是易受地下水及冬天低溫的影響，除臭效果一般。?
　　在工程設計中往往需要根據實際情況選擇合適的除臭方案。?

5 電氣自控設計?

　　在廠區電氣自控的總體設計上應盡量提高污水處理廠的自動化程度，這對減少小型污水處理廠的運營成本具有重要意義。因為如果沒有自動化程度較高的控制系統，往往需要按崗定員(一般需要10～30人)，導致人力成本很高。建議有條件時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敷設應盡量結合構筑物上的管溝和渠道。從整體來看，整個處理構筑物表面應看不到任何電纜 和管線的敷設，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，這樣既美觀又便于維護管理。在某些情況下，全廠的電纜溝可以借助某個構筑物實現。一般來講，配電與信號電纜要從輔助處理單元(包括辦公及變配電)敷設到水處理和泥處理單元，無論是先經過哪個處理單元，都可以在 處理構筑物的側壁上向池內挑出管溝做為管道與電纜的通道，在服務于本處理單元的同時又可使電力和信號到達另一個處理單元，這樣既方便了總圖的布置，又節省了工程造價。?

6 　工程實例

6.1 沈陽采油廠污水處理廠

　　位于沈陽新民，處理規模為6000m₃/d，于1999年底建成通水并通過有關部門的驗收。?
　　該處理廠具有以下特點：?
　　① 位于居民區內，離最近的居民樓僅10m左右；?
　　② 占地僅為0.34hm₂。?
　　該廠原水以采油廠基地的生活污水為主，含有少量生產廢水。進、出水水質指標及去除率見表4。

表4 進、出水水質及去除率 項 目 進水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 300 120 60 BOD₅ 150 30 80 SS 250 30 88

　　針對該處理廠的特點，設計時采取了以下措施：?
　　① 采用傳統SBR處理工藝；
　　② 將旋流沉砂池與3座SBR池合建，由SBR池中間的渠道配水，污泥濃縮池與脫水機房合建；?
　　③ 采用潛水射流曝氣機代替常用的鼓風曝氣方式，最大限度地降低噪聲；全部處理構筑物加混凝土蓋板或設上部建筑，將構筑物內的臭氣進行統一收集(不同構筑物采用不同換氣次數)，采用土壤除臭。?
6.2 鎮江新區污水處理廠?
　　位于鎮江市鎮江新區內，處理量為2×10₄m₄/d(近期為1×10₄m₃/d)。該工程目前 正在進行施工。?
　　該處理廠的特點是：?
　　① 地形較復雜，廠址內由南到北高低不一，最高與最低處相差達5m；?
　　② 高空有兩道110kV的高壓線影響總平面布置；?
　　③ 位于較繁華地段且正對規劃的住宅區，有較嚴格的環保要求；
　　④ 污水廠接納化工企業廢水及生活污水需除磷脫氮。?
　　進、出水質及去除率見表5。?

表5 進、出水水質及去除率 項 目 進水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) COD 350 60 83 BOD₅ 185 20 89 SS 230 20 91 磷酸鹽 3 0.5 83 氮 40 15 63

　　根據上述特點，在設計中采取了如下措施：
　　① 采用CAST工藝，其選擇器為厭氧運行以利用生物除磷，同時采用化學除磷以強化處理效果；
　　② 將污水處理廠布置成臺階狀，低處為辦公區，高處為生產區。生產區分設水處理單元( 由沉砂池與SBR池合建)、泥處理單元(由濃縮池、脫水機房及泥餅堆放場合建組成)及變配電室；
　　③ 考慮離規劃的居民區較近，宜采用立軸式推流曝氣機以減少噪音。設計時已考慮了在SBR池上采用陽光板以封閉臭氣，但因近期對面居民區尚未實施，為減少初期投資僅做相應的預埋；?
　　④ 將廠內水區及泥區的臭氣統一收集進行生物除臭，目前也僅考慮預留，將來與SBR池拱形罩棚一并實施。?

7 結語

　　對于處理規模為3000～20000m3/d的小型污水處理廠，首選SBR法(傳統SBR法和CAST工藝)，在設計過程中應在設備選擇、總圖布置、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、降低運營成本的目的。

參考文獻：

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　　［2］周雹，譚振江.中小型城市污水廠的優選工藝［J］.中國給水排水，2000，1 6(10)：21-24.
　　［3］王維斌.影響SBR系統除磷脫氮效果的主要因素［A］.全國除磷脫氮技術研討會論文集［C］.北京：2000.

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　　收稿日期：2001-09-08