山東某市是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶上的一個(gè)重要工業(yè)城市，中心區(qū)各類污水排放量達(dá)到17×104 m3/d，其中工業(yè)污水約占70%。由于受化工廠、紙箱廠等重點(diǎn)污染源超標(biāo)排放的影響，污水中BOD、COD、pH、SS、揮發(fā)性酚、油類及重金屬鉛、鎘、砷等污染物濃度都嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)這一水質(zhì)特點(diǎn)，山東某市污水處理廠設(shè)計(jì)采用了奧伯爾(Orbal)氧化溝處理工藝。處理流程如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

1　工程概況

1.1　設(shè)計(jì)規(guī)模

由中國市政工程某設(shè)計(jì)研究院主持設(shè)計(jì)的山東某市污水處理廠一期工程，流量為10×104 m3/d,最大設(shè)計(jì)流量5 417 m3/h，平均流量4 167 m3/h。

1.2　水質(zhì)情況

污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1　進(jìn)、出水水質(zhì)　　　　mg/L

項(xiàng)　目 進(jìn)水水質(zhì) 出水水質(zhì) 　 項(xiàng)　目 進(jìn)水水質(zhì) 出水水質(zhì) BOD5 180 20 TKN 30   COD 500 120 NH3-N 20 10 SS 350 30 TP 3 1

1.3　主要工段設(shè)計(jì)參數(shù)

①　機(jī)械處理段

平流曝氣沉砂池2座，總停留時(shí)間4 min(高峰時(shí))，水平流速0.1 m/s，有效水深2.67 m，單位曝氣量0.2 m3/(m3.h)；初次沉淀池2座，圓形，直徑42 m，有效水深3.2 m，表面負(fù)荷2.1 m3/(m2.h)，水力停留時(shí)間為1.5 h，出水堰負(fù)荷10.8 m3/(m.h)。

②　生物處理段

厭氧生物選擇池：停留時(shí)間1 h(平均時(shí)流量)，有效容積V=4 200 m3，設(shè)計(jì)水深5 m。

奧伯爾氧化溝(兩組)：污泥齡9 d，污泥負(fù)荷0.123 kgBOD5/kgMLSS，容積負(fù)荷0.431 2 kgBOD5/(m3.d)，混合液濃度3.5 g/L，剩余污泥產(chǎn)率0.9 kg/(kgBOD5.d)，剩余污泥量12 150 kgDS/d，反硝化/硝化體積比25%，反硝化率75%；總池容31 420 m3，內(nèi)、中、外三溝道的容積分配為17%、33%、50%，水力停留時(shí)間為8.02 h，總標(biāo)準(zhǔn)需氧量為1 408 kg/h，供氧分配比例為外溝、中溝、內(nèi)溝52∶30∶18，溶解氧分配為外溝、中溝、內(nèi)溝0∶1∶2 mg/L。

最終沉淀池(4座)：水力負(fù)荷0.93 m3/(m2.h)，有效水深4 m，水力停留時(shí)間3.2 h，出水堰負(fù)荷5.1 m3/(m.h)，回流污泥濃度7.0 g/L，污泥回流比100%。

③　污泥處理段

濃縮池兩座：設(shè)計(jì)固體表面負(fù)荷50 kg/m3，停留時(shí)間2 d，濃縮后污泥濃度60 g/L。

污泥消化池：污泥消化時(shí)間20 d，中溫消化溫度35 ℃，消化池總有效容積15 600 m3，直徑22.3 m，總高度27.44 m，沼氣產(chǎn)率0.3 m3/kgVSS，沼氣產(chǎn)量5 377 m3/d，機(jī)械攪拌能力3 060 m3/h，消化池頂部設(shè)計(jì)氣壓值5.39 kPa。

2　工藝設(shè)計(jì)特色

①　由于污水處理廠進(jìn)水中SS波動(dòng)極大，在工藝小試過程中觀察到來水的SS最高時(shí)達(dá)到1 000 mg/L，已超過微生物可以接受的濃度，因此設(shè)計(jì)采用了初沉池來解決這個(gè)問題，避免了SS對生化處理過程的

②　氧化溝前設(shè)置生物選擇池，將進(jìn)水和回流污泥(回流率100%)迅速混合，在對高底物濃度原污水進(jìn)行均勻生物接種后，根據(jù)微生物選擇理論，處以饑餓狀態(tài)的主要微生物菌膠團(tuán)在高底物濃度下，因具有較高的增殖速率而迅速達(dá)到較高的代謝活動(dòng)，成為優(yōu)勢微生物，并且在兼氧—厭氧狀態(tài)下迅速將易降解的溶解性有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存于細(xì)胞中的有機(jī)物(如糖原、聚合羥基丁酸脂等)，并隨后將其轉(zhuǎn)化成負(fù)責(zé)形成粘聚性活性污泥絮體的細(xì)胞外物質(zhì)(glycocalyx)，這樣在選擇池中迅速形成沉降性能良好的活性污泥絮體。反之，由于易引起污泥膨脹的絲狀菌的增殖速率在高底物濃度下較低，增殖受到抑制而發(fā)展成為劣勢微生物，起到了控制污泥膨脹的作用。不僅如此，由于選擇池中特有的兼氧—厭氧和高底物濃度環(huán)境，因而在工藝上有助于提高脫氮和除磷效果。

3　奧伯爾氧化溝特點(diǎn)

①　設(shè)備簡單，所采用的表面曝氣系統(tǒng)運(yùn)行操作簡單，控制靈活，維護(hù)方便，工藝運(yùn)行穩(wěn)定。

②　特有的外、中、內(nèi)溝道0-1-2溶解氧分布形式，能達(dá)到較高的脫氮效果，總氮去除率最高可達(dá)80%以上。

③　也適用于工業(yè)廢水比例高的污水，抗高濃度污染物沖擊負(fù)荷性能強(qiáng)，解決了進(jìn)水中污染物負(fù)荷、特別是pH值的波動(dòng)對水處理工藝的影響。

④　由于該污水廠進(jìn)水系統(tǒng)現(xiàn)狀為合流制，故可以有效地抵抗暴雨流量的沖擊。

⑤　設(shè)備投資省，對合理利用外貸資金，成套引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)有利。

⑥　為有效地對二沉池進(jìn)行排泥，采用了美國Envirex公司開發(fā)的Tow—brow吸泥機(jī)。該吸泥機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，排泥效果好，采用單一錐形平行于底板安裝的方形斷面吸泥管進(jìn)行排泥，吸泥管迎水面一側(cè)開有從周邊到中心直徑由大變小的吸泥口，能根據(jù)池底泥層的厚度變化按比例排泥，防止了短流和排泥不均勻，排泥過程平緩迅速，吸泥管隨橋的轉(zhuǎn)動(dòng)在池底旋轉(zhuǎn)吸入池底的污泥，而不擾動(dòng)吸泥管上部的污泥，收集的污泥從預(yù)埋于池底中心的DN 700 mm排泥管排到池外，排泥量大小由連接在DN 700 mm管末端的套筒式排泥閥控制，簡單方便、運(yùn)行穩(wěn)定。整個(gè)吸泥橋排泥效率高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用小，節(jié)約能耗、操作簡單易行。

⑦　污泥消化加熱系統(tǒng)中采用了套管式泥水熱交換器，其套管采用了波紋管式內(nèi)外管，不僅大大提高了熱交換效率，而且由于波紋管的特殊結(jié)構(gòu)增加了管子抗壓強(qiáng)度，特別是在外管有壓、內(nèi)管無壓時(shí)，避免了內(nèi)管被壓癟。另外熱水和污泥在波紋管內(nèi)特殊急劇的紊流狀態(tài)不僅提高了熱傳導(dǎo)效率，而且防止了泥垢和水垢在管壁上的沉積。這些提高了設(shè)備的運(yùn)行安全性能。