南川污水廠改良型ORBAL氧化溝工藝應用

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長江三峽庫區(qū)水污染治理項目是國家重點項目，具有涉及面廣、項目規(guī)模較小、數(shù)量多、建設(shè)地點分散等特點，為此國家投入大量建設(shè)資金，以確保眾多污水處理工程順利建設(shè)投運，以避免大江截流后庫區(qū)水質(zhì)不斷惡化，陷入“先污染后治理”的不利局面。針對庫區(qū)項目規(guī)模小且當?shù)丶夹g(shù)力量相對薄弱的現(xiàn)狀，國家發(fā)改委特聘請國內(nèi)業(yè)內(nèi)專家組成專門機構(gòu)進行研究、探討，希望能夠選擇一種運行穩(wěn)定可靠、操作簡單、管理便捷且具有較強耐沖擊負荷能力的處理工藝，以適應庫區(qū)項目的要求。

　　重慶市南川污水處理廠為長江三峽庫區(qū)影響區(qū)第一批城市污水重點治理項目，于2002年立項，其經(jīng)多方案技術(shù)比較，確定采用改良型合建式ORBAL氧化溝工藝，工程已于2003年正式建成并投入運行。取得了良好的處理效果，對庫區(qū)乃至全國其它同類中、小規(guī)模項目的建設(shè)起到示范作用。

　　一、改良型ORBAL氧化溝工藝的設(shè)計思路

　　重慶市南川污水處理廠設(shè)計規(guī)模4萬 m³/d，設(shè)計進、出水水質(zhì)如下：  

 　　針對工程設(shè)計進、出水情況結(jié)合工程當?shù)丶夹g(shù)管理實力現(xiàn)狀，在工藝選擇時主要兼顧了以下原則：備選方案應具備技術(shù)成熟可靠，能確保出水水質(zhì)好，穩(wěn)定達標；具有除磷脫氮功能，應盡量節(jié)省占地；此外還應注意工程建設(shè)和運行費用，管理方便，運轉(zhuǎn)靈活，具有較強耐沖擊負荷能力。

　　據(jù)此經(jīng)多方案進行比較后認為ORBAL氧化溝工藝、A2/O工藝、SBR工藝等均具有穩(wěn)定的處理效果，其中ORBAL氧化溝工藝從運行管理簡便程度及耐沖擊負荷能力方面更具優(yōu)勢，且其對自動化程度依賴程度低，被確定為主選方案。

　　典型的奧貝爾氧化溝由三個相對獨立的同心橢圓形溝道組成，污水由外溝道進入溝內(nèi)，然后依次進入中間溝道和內(nèi)溝道，最后經(jīng)中心島流出，至二次沉淀池。三個環(huán)形溝道相對獨立，溶解氧分別控制在0、1、2 mg/l，其中外溝道容積達50%~60%，處于低溶解氧狀態(tài)，污水在外溝道循環(huán)約150—250圈（由水力停留時間決定）才進入中溝道，主要的有機物氧化及80%的脫氮均在外溝道完成。內(nèi)溝道體積約為10%~20%，維持較高的溶解氧（2mg/l），為出水把關(guān)。在各溝道橫跨安裝有不同數(shù)量轉(zhuǎn)碟曝氣機，進行供氧兼有較強的推流攪拌作用。

　　并具如下工藝特點：

　　a． 采用轉(zhuǎn)碟曝氣，混合效率較高，水流在溝內(nèi)的速度最高可達0.6—0.7m/s，在外溝道使水流能快速進行有氧、無氧交換，交換次數(shù)可達500—1000次（取決于外溝道轉(zhuǎn)碟設(shè)置的數(shù)量），可同時進行有機物的氧化降解和氮的硝化、反硝化，并可有效的去除污水中的磷。在中溝與內(nèi)溝中污水中的有機物進一步得到去除降解，出水水質(zhì)好。

　　b． 污水進入氧化溝，可以得到快速的有效的混合，由于池容較大，緩沖稀釋能力強，耐高流量，高濃度的沖擊負荷能力強，對難降解有機物去除率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

　　c． 由于污泥齡較長，使污泥量較少并趨于好氧穩(wěn)定，可不設(shè)污泥消化池，從而簡化工藝流程，管理方便。

　　d． 在曝氣過程中，在串聯(lián)的渠道水流中形成典型的溶解氧階梯0-1-2mg/L，因而自動控制了系統(tǒng)的生物脫氮過程。由于同時硝化反硝化作用及“短程反硝化”的影響氧的利用率很高，因而起到節(jié)能的作用。

　　e． 供氧量的調(diào)節(jié)，可以通過改變轉(zhuǎn)碟的旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)速、浸水深度和轉(zhuǎn)碟安裝個數(shù)等多種手段來調(diào)節(jié)工藝系統(tǒng)的供氧能力，使池內(nèi)溶解氧值保持在最佳值，使系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟、可靠的運行。

　　但應該看到，對于山區(qū)用地緊張的重慶庫區(qū)其占地偏大也是引人注目的缺點。由于氧化溝為圓形或橢圓形溝型，加上池中心設(shè)有中心島，造成氧化溝占地較大，平面布置相對困難；另外設(shè)置的輻流式沉淀池亦為圓形，使得廠區(qū)無效占地比例偏高。設(shè)計立足從盡量減少無效占地的角度對典型的ORBAL工藝氧化溝與二沉池分建的工藝進行了優(yōu)化，引進U.S.FILTER公司技術(shù)，確定氧化溝與二沉池合建方案，即二沉池外層設(shè)三圈氧化溝，呈同心布置，二沉池取代了ORBAL氧化溝中心島，具體形式見下圖。 

改良型奧貝爾氧化溝結(jié)構(gòu)示意圖 

　　改良型ORBAI氧化溝與分體建設(shè)氧化溝相比，具有如下優(yōu)勢：

　　a．減少了無效占地。

　　b．氧化溝與二沉池采用共用池壁，可減少土建工程量。

　　c．流程順暢，可節(jié)省氧化溝至終沉池之間的連接管道，減少氧化溝與終沉池之間的水頭損失，節(jié)約能耗。

　　d．為廠區(qū)合理布局提供了良好的基礎(chǔ)。

　　二、處理工藝介紹

　　重慶市南川污水處理廠確定的工藝流程圖如下： 

南川污水處理廠工藝流程圖 

　　三、主要生化處理構(gòu)筑物介紹

　　1.氧化溝描述、設(shè)計參數(shù)及設(shè)備選型

　　氧化溝采用ORBAL型氧化溝，池中設(shè)轉(zhuǎn)碟表曝機，獲得動能和溶解氧的混合液在池中快速流動，可形成好氧、缺氧區(qū)，具有降解有機物和脫氮的功能。奧貝爾氧化溝由三個相對獨立的同心園形溝道組成，污水由外溝道進入溝內(nèi)，然后依次進入中間溝道和內(nèi)溝道，最后流出至二次沉淀池。在各溝道橫跨安裝有不同數(shù)量轉(zhuǎn)碟曝氣機，進行供氧兼有較強的推流攪拌作用。主要設(shè)計控制參數(shù)如下：

　　泥齡 16天

　　污泥負荷0.068kgBOD5/kgMLSS·d

　　污泥回流比 100％

　　混合液濃度 4.5g/L

　　水深 4.2m

　　轉(zhuǎn)碟曝氣機規(guī)格： 軸長8m（外溝37片）

　　軸長6m（內(nèi)溝18片）+6m（中溝24片）

　　2．二沉池選型特點：

　　作為生化系統(tǒng)的重要組成部分，泥水分離效果直接關(guān)系到生化系統(tǒng)的運行成敗，結(jié)合節(jié)省占地的主旨，本工程沉淀池采用Rim-Flo型周進周出二沉池。此種沉淀池具有表面負荷高、池徑小、沉淀效果好、沉淀污泥濃度高等特點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　a．獨特的周邊進水、周邊出水方式，在保證配水均勻的前提下，減少了死水區(qū)及短流機會使池內(nèi)有效容積充分利用，顏料示蹤試驗結(jié)果證實，Rim-Flo 型二沉池可比中心進水、周邊出水型二沉池減少表面積達50%，其先進的理念和設(shè)計方法在于其采用二沉池溢流率及固體負荷雙重控制，根據(jù)沉降污泥SVI要求，合理的控制設(shè)計邊界條件，使二沉池設(shè)計更切合實際，有效的保證了二沉池運行的安全可靠。

　　b．為確保配水均勻二沉池采用變斷面的進出水渠，有效的防止了固體物質(zhì)在渠內(nèi)的沉積，保持水流在渠內(nèi)的等速流動，進出水渠的變斷面互相配合，使其進出水堰仍為規(guī)則圓周，使渠道及堰口施工簡單，進水堰設(shè)置的清排渣裝置更有效的保證了配水斷面。

　　c．正確的配水孔口尺寸、長度和間距，消除了入池水流的“噴射作用”和旋流，合適的孔口間距，還有利于防止進水渠內(nèi)產(chǎn)生沉積，并保證水流沿池周均勻配置。

　　d．進水區(qū)的檔板及裙板，金屬材料特制，其裙板延伸至水下1.5m以上，在沉淀池表層建立足夠的清水區(qū)，保證了在較高堰口負荷下的出水穩(wěn)定達標，并突破中心進水周邊出水的傳統(tǒng)輻流池對堰口負荷的要求，減少堰口長度節(jié)省造價方便施工。同時入池水流的低流速，也減小了進水對清水區(qū)的攪動保證了良好的水質(zhì)分層環(huán)境。

　　e．進出水渠包括孔口預留及進水區(qū)檔板，裙板均采用金屬材料，預制成品現(xiàn)場安裝，保證工藝精度要求，成品安裝還減少了土建施工難度，有利于保證出水水質(zhì)達到預期效果。

　　f．水平的二沉池底設(shè)計，使池底坡度僅為1/150，就可滿足工藝及維護需要，可較大幅度的減少二沉池挖深，周邊進水周邊出水方式也可取消池底預埋進水管道及中心配水筒，穩(wěn)流筒，降低工程造價。

　　g．獨特的吸泥管系統(tǒng)可使吸泥機運轉(zhuǎn)中對沉淀池水下攪動最小，提高沉淀效率。使二沉池排泥濃度提高20%——30%.使曝氣池更容易實現(xiàn)較高的混合液濃度。并由此從而明顯減少各種污泥泵功耗，節(jié)省運行電費及污泥脫水所需藥劑費用。

　　h．所有的單吸管均通過電腦設(shè)計，以獲取均勻的流體力學和數(shù)學平衡，可確保按比例的吸泥和最佳的水頭損失特性。這種高效吸排泥方式還使污泥在沉淀池內(nèi)停留時間減少，有效的防止了污泥厭氧釋磷和污泥反硝化膨脹上浮，顯著提高了污泥的生物活性，從而可相應減小曝氣池內(nèi)充氧強度需求。

　　i．設(shè)于池外的獨特的套筒式排泥閥設(shè)計，使得回流污泥量調(diào)整范圍廣，操作管理簡單便捷，并可有效的控制泥面高度。同時有利運轉(zhuǎn)工況的靈活調(diào)整。

　　四、工藝技術(shù)經(jīng)濟分析

　　經(jīng)過工程總包方式招投標的南川污水處理廠區(qū)建設(shè)工程總投標價3180萬元，實際建設(shè)工程中發(fā)現(xiàn)存在部分漏項等因素，目前決算尚未完成，預計增加不超過500萬元，因而折合單方水投資不超過920元/ m³，占地指標折合0.56㎡/m³；單位水量耗電：0.30度/m³；噸水運行成本：0.21元/m³；其中單位經(jīng)營成本：0.38元/m³

　　五、結(jié)論

　　改良型合建式ORBAL氧化溝工藝是在典型的ORBAL氧化溝及周進周出二沉池工藝基礎(chǔ)上優(yōu)化，不僅保留了原有工藝自身的特點和優(yōu)勢，更可大幅度節(jié)省工程占地，降低工程投資及運行成本。

　　隨著環(huán)保執(zhí)法力度的加強，在我國中心城市污水處理加快的同時，大批小規(guī)模的城鎮(zhèn)污水治理項目上馬日益多的提上議事日程，而這些項目地區(qū)相對資金缺乏，技術(shù)力量較為薄弱，因而合適的工藝選擇顯得更為重要。因此，在進行此類項目建設(shè)時，改良型合建式ORBAL氧化溝工藝以其獨特的優(yōu)勢適應了這一需求，其有很強的生命力，具推廣應用的價值。