城市污水处理厂设计与运行的几点经验及建议

（深圳市中兴环境工程技术有限公司，深圳 518004）

 

摘要：本文讨论了在城市污水处理厂提升泵房、沉砂池、二沉池和污泥消化池的设计与运行中的几点经验。同时对脱氮除磷工艺的选择以及污泥的处理与处置提出了几点建议。

关键词：污水处理厂；设计与运行；脱氮除磷；污泥处置

 

    提升泵房的电耗一般占污水处理厂总电耗的10%～20%，是污水厂节能的重点。提升泵房的节能首先要从设计入手，尤其是水泵的选型要科学；在实际运行中也要使水泵常在高效区运行，科学合理地创造最佳运行工况。

    在常规设计中，一般取极限最低水位和最高水位作为确定水泵扬程的选型依据。这就造成除在最低水位以外的绝大多数工况下，实际扬程低于设计扬程，导致水泵的运行工况在平时大部分时间里都偏离水泵运行的高效区以外，从而水泵运行效率较低，造成能量的浪费。更有甚者，如果按最低水位和最高水位确定水泵扬程所选水泵的所配电机的运行功率随水泵实际流量的增大而升高的曲线时，由于在平时的运行中水泵的实际扬程比设计扬程小，固其实际流量增大，由此引起电机的实际运行功率上升而超负荷运行，从而导致电机的经常跳闸停机，这种频繁的启停对于电机和水泵造成极大的损坏。如图1所示，实线表示选定的型号及参数，箭头表示实际运行情况。

 

所以必须采取科学的水泵选型方法，在设计和运行中总结出的经验如下：

（1）以平均时低水位作为确定水泵扬程的选择依据，再以极限最低水位对其校核，如此则能满足实际需求，且能保证水泵在其高效区范围内运行，节省能耗（一般污水处理厂的提升泵房后为沉砂池，其水位相对恒定，所以提升泵的扬程取决于提升泵房集水井的水位）；

（2）选择功率曲线比较平缓的全扬程水泵，这样可以保证在实际扬程与设计扬程不符时电机仍能正常运行，避免频繁启停对电机和水泵的损害，并节省能耗（电机和水泵的启动电流远大于正常运行时的电流）。如图2所示，实线表示选定的型号及参数，箭头表示实际运行情况。

    由于污水厂的进水流量变化较大，使水泵井的水位变化较大。如果在水泵井的水位达到水泵的设计运行水位时即启动，则由于污水从管道中来水的速度远小于水泵的抽水速度，这样水泵井的水位就会下降很快，当低于设计水位时，水泵就要停止运行以等待来水，到设计水位时再行启动。由此造成水泵和电机的频繁启停，对其造成严重损害，并增加了能耗。

    通过在实际运行中总结的经验，提倡水泵要在水泵井处于高水位（可以达到最高水位）时方才启动，这样即使来水速度远小于抽水速度，由于在最高水位启动相当于储备了备用水量，这样就可以保证水泵在其正常水位内高效运行，节省能耗，并避免频繁的启停对水泵和电机的损害。同时由于在高水位下管道中为满流，提高了污水在管道中的流速，避免了管道淤积，减少了大量管道疏通的工作量。

 

沉砂池的功能是去除比重较大（其相对密度约为2.65）、粒径大于0.2mm的无机颗粒如泥砂、煤渣等。沉砂池一般设于泵站、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可以设于初次沉淀池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。

沉砂池的效率对于后续处理效果有很大的影响，然而大多污水厂在建成后没有严格校核其沉砂效率，以至于运行后发现沉砂池的沉砂效果不佳，对后续的水泵及二级生化处理造成不良影响。如采用CAST工艺的污水处理厂，其旋流沉砂池的后续构筑物为曝气池，如果沉砂池沉砂效果不理想，则砂粒会在曝气池内逐渐累积，对活性污泥或生物膜的正常生长、繁殖及其对污染物的降解产生一定的破坏，影响曝气池的处理效果；另外，会造成沉淀污泥中无机颗粒比重超标，影响污泥的进一步处理效果，如脱水对污泥脱水机的损害或影响污泥堆肥的效果和污泥的肥力。

所以，污水处理厂建成后，在工艺调试的单机调试和设备联动调试阶段有必要对沉砂池的沉砂效果作严格的校核。以下根据实际经验对沉砂池沉砂效果的检测校核方法作一说明。

以采用CAST工艺的某污水处理厂的旋流沉砂池为例。旋流沉砂池是替代传统沉砂池及其刮砂设备的新型装置。旋流沉砂器通过水力旋流作用，并依靠机械搅拌辅助加强旋流而产生离心力，达到离心分离污水中固体颗粒的作用。其检测校核方法如下：

启动CAST池回流泵（利用清水试验后的曝气池中的清水回流入沉砂池）和搅拌机，使沉砂池处于工作状态。从沉砂池进水口处投入砂砾（细格栅后），并采取水样（沉砂池进口闸板后），测定进水中0.2mm的砂砾重量；在沉砂池出口处（巴氏槽处）采取水样，测定出水中0.2mm砂砾重量，以此计算沉砂池对粒径0.2mm以上的砂砾去除率。

计算方法为：P＝（W₁－W₂）/W₁×100％

其中：P——沉砂池对0.2mm以上的砂砾去除率；

W₁——进水水样中0.2mm的砂砾重量；

W₂——出水水样中0.2mm的砂砾重量。

当砂粒直径Φ≥0.30mm时，除砂效率P≥95％；

当砂粒直径Φ≥0.20mm时，除砂效率P≥85％；

当砂粒直径Φ≥0.15mm时，除砂效率P≥60％。

一般情况下，沉砂池对于粒径0.2mm以上砂粒的去除率需要达到85％方能满足要求。

 

3  在生物脱氮除磷工艺中优先选择A/O(+化学除磷)工艺   

当前能够进行脱氮除磷的工艺很多，其中使用最为广泛的是A/O工艺（早期）、A²/O工艺（近期）。由于当前对氮和磷的指标必须兼顾，A/O工艺虽然在脱氮或除磷中有很好的效果，但是不能同时脱氮除磷，所以近年来能够同时进行生物脱氮除磷的A²/O工艺更是为大多设计者所采用，而A/O工艺应用越来越少。

按传统生物脱氮除磷机理，要达到同时脱氮除磷的效果，则必须创造相对独立的厌氧、缺氧和好氧环境，并让各反应必须具备的因素（一定量的细菌，反应物如氨氮、硝酸盐、作为碳源或能源的有机物，O₂等）在该环境下实现。常规A²/O工艺（厌氧-缺氧-好氧）及其各种改良型工艺（增设预缺氧池的两点进水A²/O工艺和两点进泥A²/O工艺，缺氧池前置的倒置A²/O工艺，以UCT工艺为代表的其它工艺）的流程是设立三个独立的反应区以分别实现厌氧、缺氧和好氧环境，通过污泥回流和混合液的回流使各反应的细菌和对应的反应物在各环境下完成各自功能。

以下就A²/O工艺的缺陷及其各种改良型工艺的不足和A/O(+化学除磷)工艺的相对优势做一番有益的探讨：

（1）常规A²/O工艺的缺陷

1）污泥龄方面不可调和的矛盾。

硝化菌的世代周期较长，则脱氮必须具有较长的污泥龄；除磷是利用聚磷菌将磷贮存在体内然后通过排出剩余污泥的方式排出系统的，所以除磷要求较短的污泥龄。这是一对不可调和的矛盾，工艺中所能采取的一切措施皆只能在其间找到一个合适的平衡点，不能取得两者俱佳的效果。另外，硝化需要长泥龄以保证硝化菌的数量，而反硝化则需较短泥龄，以促进反硝化菌的更新并保持高活性。所以，在硝化和反硝化容量的配置间存在着泥龄的矛盾。

2）混合液回流方面的矛盾。

好氧池位于流程的末端，氨氮基本上完全氧化，出水中氮的主要形式是硝酸盐氮。从理论上说，好氧池混合液回流比越大，则出水硝酸盐氮越少，去除总氮的效果越好。但是过大的回流比会使硝酸盐混合液中携带的溶解氧对缺氧环境的破坏愈趋明显，而在有分子氧条件下，脱氮菌优先利用游离氧而不是硝酸盐氮作为电子受体，从而反硝化受到阻碍。在运行中有时要保持好氧池末端低溶解氧浓度以保证
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