陜西省興平市位于渭河流域以北，全市日均污水排放量約為10×104m3，其中城區(qū)排放量為5×104m3／d。該市工業(yè)比較發(fā)達(dá)，城區(qū)工業(yè)日均用水量占全市日均用水總量的84％，城市污水中工業(yè)廢水的比例超過50％，污水水質(zhì)復(fù)雜，處理難度較大。

針對(duì)該污水特性以及節(jié)能降耗的污水處理可持續(xù)發(fā)展思路，興平市城市污水處理廠(5×104m3／d)引進(jìn)了加拿大VERTREATTM(簡(jiǎn)稱VT)深井曝氣工藝。

1工程概況

1．1設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

經(jīng)前期的調(diào)查取樣及有關(guān)要求，確定了該市城區(qū)污水進(jìn)水水質(zhì)。出水水質(zhì)需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。       

1．2工藝流程

污水處理整體工藝流程見圖1。   

污水通過管道從污水渠引入廠內(nèi)，經(jīng)粗格柵去除粗大懸浮物后進(jìn)入提升泵房，提升泵房中安裝的在線pH計(jì)和COD檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)監(jiān)控。提升泵房出水通過潛水泵提升至細(xì)格柵，以進(jìn)一步去除污水中粒徑較小的懸浮物，然后自流進(jìn)入旋流沉砂池進(jìn)一步去除粒徑＞0．2 mm的砂粒后，自流入分水槽，再進(jìn)入VT反應(yīng)器進(jìn)行生化處理。

生化部分為兩套獨(dú)立的VT系統(tǒng)，并聯(lián)運(yùn)行，單套系統(tǒng)包括VT深井反應(yīng)器1座，配套氣浮澄清池8座，頂部池1座，進(jìn)水混合池8座，污水處理能力為25 000 m3／d。

原水經(jīng)分水槽均分后，自流入進(jìn)水混合池中，污水和回流污泥進(jìn)行充分混合后通過進(jìn)水管自流入深井反應(yīng)器中部進(jìn)水點(diǎn)。深井反應(yīng)器中曝氣系統(tǒng)為超深水高壓曝氣，所曝空氣既可滿足微生物新陳代謝需氧，又對(duì)污水產(chǎn)生氣提作用，使反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)形空間(見圖2中所示區(qū)域2)中產(chǎn)生約60倍于進(jìn)水流量的上升水量，上升水流到達(dá)反應(yīng)器頂部池進(jìn)行廢氣的脫除，脫氣后的污水又沿井內(nèi)中心套筒下降到達(dá)反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)進(jìn)行生物降解。           

深井反應(yīng)器出水經(jīng)設(shè)在井底的出水管靠井內(nèi)壓力自流人后續(xù)氣浮池進(jìn)行泥水分離。分離出的濃縮污泥經(jīng)過氣浮池上的刮渣、刮泥機(jī)收集以25％進(jìn)水流量的回流比進(jìn)入進(jìn)水混合池，剩余污泥通過螺桿泵輸送至貯泥池，進(jìn)行脫水外運(yùn)。氣浮池上清液為達(dá)標(biāo)后的出水，氣浮池分離的污泥含固率為4％，一部分回流至反應(yīng)器，一部分進(jìn)入后續(xù)脫水機(jī)房。

2主體設(shè)備及運(yùn)行參數(shù)

2．1  主體設(shè)備

2．1．1預(yù)處理系統(tǒng)

①粗格柵井1座，尺寸為8．0 m×3．0 m×4．5 m，鋼混結(jié)構(gòu)。配置粗格柵除污機(jī)2臺(tái)(1用1備)，成套鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備。格柵間距為20 mm，額定流量為2 900 m3／h，單臺(tái)功率為1．5 kW。配套污泥破碎傳送機(jī)1臺(tái)，功率為1．5 kW。

②進(jìn)水潛水泵3臺(tái)(2用1備)，流量為1 400m3／h，揚(yáng)程為130 kPa，功率為75 kW。潛水泵對(duì)進(jìn)廠污水進(jìn)行一次提升，后續(xù)流程均為自流。

③細(xì)格柵井1座，尺寸為4．5 m×3．0 m×4．5 m，鋼混結(jié)構(gòu)。配置細(xì)格柵除污機(jī)2臺(tái)，成套鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備。格柵間距為5 mm，額定流量為1450m3／h，單臺(tái)功率為2 kW。配套污泥破碎傳送機(jī)1臺(tái)，功率為1．5 kW。
④旋流沉砂池2座，鋼混結(jié)構(gòu)。主體尺寸為Ø3．2 m×7 m。

2．1．2生物處理部分(VT工藝)

①深井反應(yīng)器系統(tǒng)

反應(yīng)器系統(tǒng)主要包含生物氧化深井反應(yīng)器和除氣設(shè)備頂部池。

VT深井反應(yīng)器2座。鋼結(jié)構(gòu)井筒，外包250～350 mm厚混凝土，單井尺寸為Ø3．2 m×92 m，有效容積為520 m3。內(nèi)設(shè)氧化區(qū)、混合區(qū)和深度氧化區(qū)三個(gè)獨(dú)立的功能區(qū)，包括中心套筒下降區(qū)，中心套筒與井筒之間形成的環(huán)形空間上升區(qū)，開口管式曝氣裝置以及進(jìn)料管道和出水管道。反應(yīng)器上部為一級(jí)氧化區(qū)，主要用于對(duì)污水進(jìn)行“粗”處理以去除污水中大部分有機(jī)物；一級(jí)氧化區(qū)下部為混合區(qū)，泥水在此區(qū)域內(nèi)充分混合，有效強(qiáng)化泥水傳質(zhì)；反應(yīng)器底部為深度氧化區(qū)，此區(qū)域內(nèi)的高溶解氧使污水得以深度處理，保證出水水質(zhì)。

頂部池2座。鋼混結(jié)構(gòu)，單池尺寸為21 m×7m×7 m。內(nèi)設(shè)脫氣板，環(huán)形空間出水管。環(huán)形空間的提升水通過頂部池進(jìn)人中心套筒，然后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行生物降解，并且生化過程產(chǎn)生的廢氣在此池內(nèi)收集。

②氣浮池泥水分離部分

氣浮澄清池16座。尺寸為24 m×6 m×4 m，鋼混結(jié)構(gòu)。內(nèi)設(shè)混凝反應(yīng)區(qū)及刮渣、刮泥機(jī)。刮渣、刮泥機(jī)設(shè)置變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備，根據(jù)污泥濃度控制刮板轉(zhuǎn)速，達(dá)到維持污泥濃度的目的(設(shè)計(jì)正常刮板速率為0．4 m／min)，刮渣、刮泥機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率各為0．75 kW。深井反應(yīng)器出水自流進(jìn)入氣浮池，在氣浮池內(nèi)實(shí)現(xiàn)泥水分離及污泥濃縮，氣浮池主要去除污水中的SS。

③進(jìn)水混合池污泥回流部分

進(jìn)水混合池16座，鋼混結(jié)構(gòu)，與氣浮澄清池共壁合建。池體尺寸為2．18 m×6 m×3．1 m。進(jìn)水混合池既是VT反應(yīng)器的進(jìn)水池又是回流污泥的進(jìn)泥池。污水與污泥充分混合后的泥水混合液自流進(jìn)入VT反應(yīng)器中的設(shè)計(jì)，縮短了工藝流程，強(qiáng)化了泥、水傳質(zhì)作用。

④空壓機(jī)房

空壓機(jī)房裝配螺桿式空壓機(jī)5臺(tái)(4用1備)。4臺(tái)運(yùn)行空壓機(jī)中，每2臺(tái)為一組，分別對(duì)單個(gè)深井反應(yīng)器曝氣。每組空壓機(jī)中1臺(tái)連續(xù)供氣，另1臺(tái)裝配截流閥可根據(jù)反應(yīng)器出水中DO濃度實(shí)現(xiàn)對(duì)截流閥的PLC自控，進(jìn)而控制空氣流量，節(jié)省電力消耗。生化系統(tǒng)(2口井)總平均功率為254 kW，總需氣量為1 700 m3／h。

2．2運(yùn)行參數(shù)

工藝主體運(yùn)行參數(shù)見表2。           

3 VT系統(tǒng)特點(diǎn)

反應(yīng)器部分：在高水壓條件下氧氣傳導(dǎo)率高達(dá)86％以上；反應(yīng)器內(nèi)污水整體呈環(huán)形循環(huán)流態(tài)，在反應(yīng)區(qū)和提升區(qū)又分別呈紊流和推流流態(tài)；反應(yīng)器內(nèi)部存在高壓、高溶氧的環(huán)境，能對(duì)難降解有機(jī)物進(jìn)行深度降解；反應(yīng)器潛置于地下100 m左右處，不會(huì)因北方冬季氣候寒冷而影響出水水質(zhì)或?qū)е挛勰嗯蛎浀?；用于深井曝氣的空氣在反?yīng)器內(nèi)起到供氧、攪拌、氣提、加壓溶氣等作用，做到“一氣多用”，從而大大減少能量消耗；反應(yīng)器20年不打開、不維修。

污泥濃縮及重力回流部分：VT反應(yīng)器出水包括脫除廢氣的頂部出水與含過飽和氣體的底部出水兩部分，混合出水進(jìn)入氣浮池后，污水中所含的過飽和氣體以細(xì)小的氣泡形態(tài)釋放并粘附于SS上，對(duì)其產(chǎn)生氣浮濃縮作用，濃縮后污泥含固率達(dá)到4％，SS去除率＞99％；分離出來的污泥通過收集實(shí)現(xiàn)重力回流進(jìn)入混合池，與原水混合后自流返回至反應(yīng)器內(nèi)。

整體系統(tǒng)特點(diǎn)：處理5×104m3／d廢水的VT系統(tǒng)占地面積為4400 m2；系統(tǒng)在較短的流程內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水COD、BOD、NH3一N、P及SS的同步去除；系統(tǒng)的空氣需求量小而使泡沫的產(chǎn)生大為減少，同時(shí)，由于沒有開放的曝氣池及污水處理過程基本發(fā)生在地下，系統(tǒng)向大氣中排放的VOCs很少，環(huán)境影響??；VT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高自動(dòng)化，并減少了操作、值守人員，降低了成本。VT系統(tǒng)平面布置圖見圖3。

4實(shí)際運(yùn)行效果

根據(jù)連續(xù)一周的實(shí)際檢測(cè)，進(jìn)、出水水質(zhì)情況見表3。 

由表3可見，該工藝對(duì)COD、BOD5、TSS、油類、糞大腸菌群數(shù)、色度的去除率分別為82．3％、85．2％、82．4％、80．2％、69．6％、50％。各項(xiàng)出水?dāng)?shù)據(jù)均優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)以及人工費(fèi)用。

①電費(fèi)：該工藝VT部分電耗為0．79 kW&S226;h／kgBOD5，處理噸水電耗為0．12 kW&S226;h。整體廠區(qū)總平均功率為404 kW，折合處理噸水電耗為0．19kW&S226;h。以當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為0．38元／(kW&S226;h)計(jì)，則處理噸水電費(fèi)為0．072元。

②人工費(fèi)：全廠配員16人，以人均工資為1 500元／月計(jì)，折合噸水處理成本為0．016元。

單位污水處理運(yùn)行費(fèi)用總計(jì)為0．088元／m3。

5技術(shù)探討

最初國(guó)內(nèi)深井曝氣工藝由于其對(duì)難降解有機(jī)物的高效降解能力而用于工業(yè)廢水的處理，但由于早期的深井曝氣工藝設(shè)計(jì)粗糙，未能充分挖掘其潛力，同時(shí)又受限于當(dāng)時(shí)的鉆井技術(shù)等而沒有被廣泛使用。加拿大公司針對(duì)深井反應(yīng)器的特點(diǎn)對(duì)深井曝氣工藝進(jìn)行了技術(shù)革新和工藝改造，經(jīng)過二十多年的商業(yè)化運(yùn)作至今將其發(fā)展成為具有占地省、處理能力強(qiáng)、能耗低、環(huán)境效益好、工藝精簡(jiǎn)、管理操作方便、不需維護(hù)等優(yōu)勢(shì)的成熟工藝[1、2]。而深圳市藍(lán)鳳凰環(huán)?？萍加邢薰驹谝M(jìn)這一技術(shù)的過程中已逐步將工藝的主要設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，從而大大降低了技術(shù)成本。目前該工藝的總投資比有些傳統(tǒng)工藝低，結(jié)合能耗及維護(hù)等綜合考慮，該工藝應(yīng)用前景廣闊。

①占地省

根據(jù)城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，處理量為(5～10)×104m3／d的污水處理廠占地標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為0．85～0．70 m2／(m3&S226;d)，即5×104m3／d的污水處理廠占地約3．5 hm2，而興平污水處理廠占地僅為2．3 hm2，其中還包括了大面積的綠化地帶(綠化率為35％)，構(gòu)筑物和設(shè)施的占地僅1．3 hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

②運(yùn)行費(fèi)用低

根據(jù)城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)污水處理廠處理電耗應(yīng)為0．15～0．28 kW&S226;h／m3，BOD5電耗應(yīng)為1．5～2．0 kW&S226;h／kgBOD5。而興平污水處理廠的電耗為0．12 kW&S226;h／m3，BOD5電耗為0．79 kW&S226;h／kgBOD5。

③節(jié)能分析

a．空壓機(jī)功率小

VT系統(tǒng)的氣水比為0．8︰1(需氣量為1 700m3／h)，而常規(guī)工藝的氣水比為10︰1。在其他處理?xiàng)l件相同的情況下，常規(guī)工藝所需氣量為VT工藝的12．5倍，而VT工藝采用空壓機(jī)將氣體通入水下約90 m深處，出氣壓力為1．05 MPa，傳統(tǒng)工藝一般約為0．1 7 MPa。根據(jù)可壓縮流體動(dòng)力學(xué)方程[3]計(jì)算得知，在曝氣量及其他環(huán)境條件相同的情況下，水下90 m深處曝氣所需電量是水下7 m處曝氣所需電量的5．6倍。而由于常規(guī)工藝的曝氣量約為VT工藝的12．5倍，故VT工藝比常規(guī)工藝省電近一半。

b．提升泵房電耗

低興平污水處理廠沉砂池流人VT反應(yīng)器進(jìn)水口水位為3．4 m；氣浮澄清池的出水水位為3．6 m。即VT工藝污水處理廠的沉砂池水位與出水水位基本持平，這是目前任何其他工藝都無法做到的，即使目前較為先進(jìn)的BAF工藝其沉砂池與出水水位之差也需2～3 m。根據(jù)水泵的功率公式N=Q&S226;H／102η，興平污水處理廠VT工藝至少可節(jié)省水泵提升電耗(12～18)×104kW&S226;h／a。

c．污泥回流電耗低

VT系統(tǒng)污泥從氣浮澄清池回流到反應(yīng)器內(nèi)是靠自流，不用污泥回流泵。其他工藝的污泥回流比為0．25～0．5，若揚(yáng)程以10 kPa計(jì)，則VT工藝污泥回流可省電(1．5～3)×104kW&S226;h／a。

④主體反應(yīng)器20年不需維修

VT深井反應(yīng)器內(nèi)無活動(dòng)零部件，僅為管道布置。反應(yīng)器20年內(nèi)不必開井維修，大大節(jié)省了人力、物力及財(cái)力，同時(shí)也不會(huì)因反應(yīng)器的故障而影響生產(chǎn)。

⑤環(huán)境效益好

按國(guó)家相關(guān)職業(yè)法規(guī)規(guī)定，在污水處理廠工作的員工都有相應(yīng)的健康補(bǔ)助，這主要是由于在一般污水處理廠內(nèi)空氣中都存在大量危害人們身體健康的病菌和VOCs。首先是由于傳統(tǒng)的曝氣池面積較大，污水與空氣接觸面積也非常大，加之傳統(tǒng)工藝所需曝氣量又非常大，因而污水中有大量的病菌和VOCs進(jìn)入空氣中。而VT工藝污水處理廠則很好地解決了這一問題：深井反應(yīng)器取代傳統(tǒng)大面積的曝氣池，且反應(yīng)器上方有構(gòu)筑物將其封閉起來，將井內(nèi)的廢氣收集起來統(tǒng)一進(jìn)行排放或處理后排放；另外VT工藝所需曝氣量為傳統(tǒng)工藝的1／6，大大減少了廢氣的排放。這也是VT工藝在日本等發(fā)達(dá)國(guó)家非常受歡迎的重要原因之一。

⑥降解能力強(qiáng)

VT工藝的曝氣口位于反應(yīng)器內(nèi)底部，在這種高壓的條件下，氧在污水中的溶解度和穿透能力都大幅增加，同時(shí)增強(qiáng)了微生物的活性，強(qiáng)化了對(duì)污水中COD的降解能力。根據(jù)有關(guān)環(huán)保部門對(duì)該污水處理廠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，平均出水COD為43 mg/L。

參考文獻(xiàn)：

[1]  鄭道才，馮生華，蔣惠敏．VERTREAT污水處理工藝幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)[J]．中國(guó)市政工程，2002，(4)：33–34．

[2]  馮生華，黃曉東，蔣惠敏．一種占地小耗電少的污水處理污泥處理新工藝[J]．給水排水，2001，27(12)：14–16．

[3]  Metcalf ＆ Eddy，Inc．廢水工程：處理與回用I (第4版)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003．

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