水解酸化-曝气生物滤池处理小城镇污水

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简介： 本文结合有代表性的南方某中小城镇污水处理工程，介绍和总结了水解－上向流曝气生物滤池工艺及运行情况，说明该技术具有投资省、占地面积小、处理效果好、运行管理方便、出水可回用等特点。
关键字：水解 上向流曝气生物滤池 硝化 反硝化

Hydrolysis Acidification and Upflow Biological Aerated Filter Technology of Waste Water Treatment

HU Tian-yuan, XU Wei

(Anhui Guozhen Environmental Protection Sci.& Tech.Co.,Ltd, Hefei 230001,China)

Abstract: The paper mainly introduces how to use the hydrolysis acidification and upflow biological aerated Filter technology of wastewater treatment.

Key words: Hydrolysis acidification、Upflow Biological aerated filter 、nitrogen removal、nitration

    中小城镇污水主要为生活污水和以有机废水为主的工业废水的混合污水，其水量较小，一般不超过5万m³/d，但是水质和水量波动较大。由于资金和技术、管理水平等多方面的原因，决定了在城镇污水处理厂必须经济、高效、节能和操作简便。目前国内很多中小城镇仍采用明渠排水，尤其是南方地区，大量雨水流入和地下水渗入，加之城镇生活水平不高等原因决定了污水中有机物浓度较低。因此，必须结合当地污水的水量、水质以及温度、气候、气象、地理、经济等实际情况选择适宜的处理工艺。

本文重点论述了水解酸化—上向流曝气生物滤池工艺处理某城镇污水工程的系统设计、设备选型、运行情况初步分析等。

1  设计参数与污水处理工艺流程确定

    南方某县级市污水处理厂设计水量Q=5000m³/d，设计最低温度12℃，最高水温25℃，出水执行《GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。具体进出水水质参数如下表：

表1                                                  单位：mg/L

名 称

CODcr

BOD₅

SS

NH₃-N

TN

Tp

进 水

250

150

150

30

40

4

出 水

≤60

≤20

≤20

≤8

≤20

≤1.5

工艺流程如图1所示：

图1 工艺流程图

2  工艺介绍

（1）格栅井

    格栅井内采用1台机械细格栅，宽600mm，间隙5mm。主要用于拦截污水中较大的固体漂浮物和悬浮物，以防止其在调节池中积聚沉淀和堵塞水泵及管道，保证后续处理工艺正常运行。栅渣每天人工清理外运。

（2）调节池

    由于中小城镇来自各时段的污水水量不均匀且波动性较大，故设一调节池来缓冲水量，均匀水质，以避免冲击负荷对生化处理的影响。

    调节池采用全地下式，设计停留时间为6h，有效容积为1250m³，工艺尺寸为：21 m×12 m×5.5m（超高0.5m）。池内设潜水防堵污水泵3台（2用1备），Q=110m³/h，H=13m，将调节池内污水提升至水解酸化池；同时设置GQT040×480（功率4.0kw）高速推流器一台，起搅拌混合作用，防止污水中悬浮物沉积在池底。

（3）水解酸化池

    水解酸化工艺属于升流式厌氧污泥床反应器技术范畴。水解池内分污泥床区和清水层区，待处理污水以及滤池反冲洗时脱落的剩余微生物膜由反应器底部进入池内，并通过带反射板的布水器与污泥床快速而均匀地混合。污泥床较厚，类似于过滤层，从而将进水中的颗粒物质与胶体物质迅速截留和吸附。由于污泥床内含有高浓度的兼性微生物，在池内缺氧条件下，被截留下来的有机物质在大量水解—产酸菌作用下，将不溶性有机物水解为溶解性物质，将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质；同时，生物滤池反冲洗时排出的剩余污泥（剩余微生物膜）菌体外多糖粘质层发生水解，使细胞壁打开，污泥液态化，重新回到污水处理系统中被好氧菌代谢，达到剩余污泥减容化的目的。由于水解酸化的污泥龄较长（一般15～20天），所以在本设计中，采用水解酸化池代替常规的初沉池，除达到截留污水中悬浮物的目的外，还具有部分生化处理和污泥减容稳定的功能。

    水解酸化池设计停留时间为3.6h，有效容积为750m³，共分2格，每格工艺尺寸为：13 m×5.5 m×5.6m（超高0.35m）。中间管廊工艺尺寸为：13 m×2.0 m×5.6m。水解酸化池泥层高2.5m。排泥位置主要位于泥层上部，池底设有排砂设施，泥龄一般18天左右，设计污泥混合区浓度20g/L，泥区总体积约为320m³，每天产干泥量约0.25吨。

（4）DC曝气生物滤池

    第一段DC曝气生物滤池以去除污水中碳化有机物为主，在该段滤池中，优势生长异养菌，沿滤池高度方向从底部进水端到出水端有机物浓度梯度处于递减，其降解速率也呈递减趋势。在进口端由于有机物浓度较高，异养微生物处于对数增殖期，微生物浓度很高，BOD负荷率也较高，有机物降解速率很快，而此时自养菌处于抑制状态；随着降解的进行，在滤池中有机物浓度沿水流自下向上不断降低，异养微生物处于减速增殖期，微生物膜增长缓慢，而自养微生物处于增殖工程，DC曝气生物滤池最终出水中的有机物已处于较低水平。

    本设计采用的UBAF滤池最大特点是气、水为同向上向流态，使用一种新型的类球形轻质陶粒填料，在其表面及内腔空间生长有微生物膜，污水由下向上流经滤料层时，微生物膜在滤料层下部提供曝气供氧的条件下，使废水中的有机物得到好氧降解，并将污水中的部分氨氮进行硝化。它定期利用处理后的出水对滤池进行反冲洗，排除滤料表面增殖的老化微生物膜，以保证微生物的活性。

    DC曝气生物滤池有效容积为252m³，共分2格，每格工艺尺寸为：4.7m×4.7m×6.2m（超高0.5m）。填料为轻质球型陶粒，滤料总体积为132m³(粒径φ3～6mm) 。滤料厚3.0m，填料层停留时间19min，容积负荷3.0kgBOD₅/m³滤料·d，空塔滤速v=4.7m/h。。单格供氧量31kgO₂/h，气水比3.3：1。反冲洗形式为气洗、气水联合、水漂洗，反冲洗周期取24h，设计反冲洗水速15m/h，反冲洗气速50m/h。

    滤池配水共通过约48块滤池专用滤板(980×980×100mm)和1591个滤池专用长柄滤头(滤头契型缝隙2.5mm，滤头长度390mm)。出水采用2套栅型稳流器、单堰出水。反冲洗方式排泥。采用穿孔管曝气。

（5）N曝气生物滤池

    第二段N曝气生物滤池主要对污水中的氨氮进行硝化，在该段滤池中，由于有机物浓度较低，异养微生物较少，优势菌种为自养型硝化菌，可将污水中的氨氮氧化成硝酸氮或亚硝酸氮。

    N曝气生物滤池有效容积为295m³，共分2格，每格工艺尺寸为：5.0m×5.0m×6.2m（超高0.3m）。滤料总体积为174m³(粒径φ3～6mm) 。滤料厚3.4m，填料层停留时间25min，容积负荷0.45kgNH₃-N/m³滤料·d，空塔滤速v=4.17m/h。。单格供氧量21kgO₂/h，气水比2.2：1。反冲洗形式为气洗、气水联合、水漂洗，反冲洗周期取36～48h。

    滤池配水共通过约52块滤池专用滤板和1820个滤池专用长柄滤头。出水采用2套栅型稳流器、单堰出水。反冲洗方式排泥，穿孔管曝气。

（6）DN生物滤池

    第三段DN生物滤池主要用来进行反硝化反应，以满足出水对TN的要求。同时可根据当排放标准要求TP≤0.5mg/l时，在该级滤池的进水口投加铁盐进行化学除磷。采用后置反硝化滤池需外加碳源，如甲醇等。

    DN生物滤池有效容积为102m³，设计1座，工艺尺寸为：4.6m×4.6m×5.1m（超高0.3m）。滤料总体积为53m³(粒径φ3～6mm) 。滤料厚2.5m，填料层停留时间8min，容积负荷2.0kgNO₃^--N/m³滤料·d，空塔滤速v=9.8m/h。反冲洗形式为气洗、气水联合、水漂洗，反冲洗周期取36～48h。

    滤池配水共通过约22块滤池专用滤板和763个滤池专用长柄滤头。出水采用1套栅型稳流器、单堰出水。反冲洗方式排泥。

（7）清水池

    提供滤池反冲洗的水，作为反冲洗泵的吸水池。1座，半地上式，工艺尺寸：5.0m×5.0m×4.0m（超高0.3m）。

（8）反冲洗缓冲池

    对滤池反冲洗瞬时大水量进行缓冲调节，保护水解池的正常运行。

    1座，半地上式，工艺尺寸：5.0m×5.0m×4.0m（超高0.3m）。

（9）鼓风机房、反冲洗水泵

    鼓风机房1座，长×宽=26m×7m。

    DN曝气生物滤池选用Q=6m³/min，风压5.5米水柱的罗茨风机3台（2用1 备）；N曝气生物滤池选用Q=4.0m³/min，风压5.5米水柱的罗茨风机3台（2用1 备）。三段滤池共选用反冲洗鼓风机3台，Q=20.0m³/min，风压9.0米水柱；反冲洗单级双吸离心泵3台，Q=380m³/h，H=9.0m。

3 工艺特点

（1）采用气水平行上向流，使气、水进行极好的均分,防止了气泡在滤层中的凝结，氧利用率高，能耗低；

（2）较小的池容和占地面积，采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂工艺构筑物占地面积只有常规工艺的1/3左右；

（3）处理效果稳定，处理出水水质好。上向流曝气生物滤池工艺处理城市污水，其出水SS和BOD₅可保持在20mg/l以下，去除率高，满足国家排放标准的要求；

（4）自动化程度高，运行管理简单；

（5）受气候、水量、水质影响小；

（6）构筑物模块化，有利于今后的扩建；

（7）主要设备和材料均可国内配套生产，不需利用进口。

4  工程投资及主要经济指标

    本工程项目总投资为420万元，污水厂占地面积3.6亩。

直接运营费用如下：

（1）电费：总装机容量为62.5kw，实际吨水电耗0.21度，按0.5元/度计，则电费为0.105元/ m³水；

（2）药剂费用：PAM按5万元/吨计，投加量为3.5吨/干污泥；PAC按2500元/吨计，根据除磷需要投加。其他药剂费用（如甲醇等）按1750元/吨计，则总药剂费为0.045元/ m³水；

（3）人工费：污水厂设计工作人员计6人，每人工资平均按1万元/年，则人工费为0.033元/ m³水；

（4）大修及维护费率：按3.4%取，费用为0.067元/ m³水；

（5）管理费：按10%取，费用为0.026元/ m³水；

    则该污水厂直接运营成本为0.28元/m³污水，总成本约为0.42元/ m³污水。

5  运行情况

    该污水厂自2004年3月起处于调试阶段，目前清水池出水各项指标均优于国家一级排放标准。处理效果如下：

表2                                                  单位：mg/L

名 称

流量(m³/h)

水温

CODcr

SS

NH₃-N

Tp

总进水

183

＞13

212

156

30.6

2.4

水解池出水

137

46.4

25.3

2.23

DC滤池出水

49.5

22

12.7

1.86

N滤池出水

34

18.6

8.4

1.25

总出水

27.2

11.5

4.87

0.87

去除率（%）

87.2

92.6

84.1

63.8

注：表中数据为2003年4月份运行数据平均值，BOD₅、TN未检测。

6  结论

    水解酸化—曝气生物滤池工艺在工程投资、占地和能耗上具有极大的优势，其可根据进出水水质要求的不同，分别采用的二段或三段处理工艺组合，且可根据水量的大小进行模块化设计，是适合我国国情的中小城镇污水处理新技术，具有很大的推广价值。

参考文献

1.郑俊，吴浩汀，程寒飞，《曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例》，化学工业出版社，2002。

作者：胡天媛  女  工程师  1977、11  水工艺部部长

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