南川污水厂改良型ORBAL氧化沟工艺应用

　　长江三峡库区水污染治理项目是国家重点项目，具有涉及面广、项目规模较小、数量多、建设地点分散等特点，为此国家投入大量建设资金，以确保众多污水处理工程顺利建设投运，以避免大江截流后库区水质不断恶化，陷入“先污染后治理”的不利局面。针对库区项目规模小且当地技术力量相对薄弱的现状，国家发改委特聘请国内业内专家组成专门机构进行研究、探讨，希望能够选择一种运行稳定可靠、操作简单、管理便捷且具有较强耐冲击负荷能力的处理工艺，以适应库区项目的要求。
　　重庆市南川污水处理厂为长江三峡库区影响区第一批城市污水重点治理项目，于2002年立项，其经多方案技术比较，确定采用改良型合建式ORBAL氧化沟工艺，工程已于2003年正式建成并投入运行。取得了良好的处理效果，对库区乃至全国其它同类中、小规模项目的建设起到示范作用。
　　 一、改良型ORBAL氧化沟工艺的设计思路
　　重庆市南川污水处理厂设计规模4万 m3/d，设计进、出水水质如下：
　　针对工程设计进、出水情况结合工程当地技术管理实力现状，在工艺选择时主要兼顾了以下原则：备选方案应具备技术成熟可靠，能确保出水水质好，稳定达标；具有除磷脱氮功能，应尽量节省占地；此外还应注意工程建设和运行费用，管理方便，运转灵活，具有较强耐冲击负荷能力。
　　据此经多方案进行比较后认为ORBAL氧化沟工艺、A2/O工艺、SBR工艺等均具有稳定的处理效果，其中ORBAL氧化沟工艺从运行管理简便程度及耐冲击负荷能力方面更具优势，且其对自动化程度依赖程度低，被确定为主选方案。
　　典型的奥贝尔氧化沟由三个相对独立的同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。三个环形沟道相对独立，溶解氧分别控制在0、1、2 mg/l，其中外沟道容积达50%~60%，处于低溶解氧状态，污水在外沟道循环约150—250圈（由水力停留时间决定）才进入中沟道，主要的有机物氧化及80%的脱氮均在外沟道完成。内沟道体积约为10%~20%，维持较高的溶解氧（2mg/l），为出水把关。在各沟道横跨安装有不同数量转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。
　　并具如下工艺特点：
　　a． 采用转碟曝气，混合效率较高，水流在沟内的速度最高可达0.6—0.7m/s，在外沟道使水流能快速进行有氧、无氧交换，交换次数可达500—1000次（取决于外沟道转碟设置的数量），可同时进行有机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。在中沟与内沟中污水中的有机物进一步得到去除降解，出水水质好。
　　b． 污水进入氧化沟，可以得到快速的有效的混合，由于池容较大，缓冲稀释能力强，耐高流量，高浓度的冲击负荷能力强，对难降解有机物去除率高，出水水质稳定。
　　c． 由于污泥龄较长，使污泥量较少并趋于好氧稳定，可不设污泥消化池，从而简化工艺流程，管理方便。
　　d． 在曝气过程中，在串联的渠道水流中形成典型的溶解氧阶梯0-1-2mg/L，因而自动控制了系统的生物脱氮过程。由于同时硝化反硝化作用及“短程反硝化”的影响氧的利用率很高，因而起到节能的作用。
　　e． 供氧量的调节，可以通过改变转碟的旋转方向，转速、浸水深度和转碟安装个数等多种手段来调节工艺系统的供氧能力，使池内溶解氧值保持在最佳值，使系统稳定、经济、可靠的运行。
　　但应该看到，对于山区用地紧张的重庆库区其占地偏大也是引人注目的缺点。由于氧化沟为圆形或椭圆形沟型，加上池中心设有中心岛，造成氧化沟占地较大，平面布置相对困难；另外设置的辐流式沉淀池亦为圆形，使得厂区无效占地比例偏高。设计立足从尽量减少无效占地的角度对典型的ORBAL工艺氧化沟与二沉池分建的工艺进行了优化，引进U.S.FILTER公司技术，确定氧化沟与二沉池合建方案，即二沉池外层设三圈氧化沟，呈同心布置，二沉池取代了ORBAL氧化沟中心岛，具体形式见下图。

改良型奥贝尔氧化沟结构示意图
　　改良型ORBAI氧化沟与分体建设氧化沟相比，具有如下优势：
　　a．减少了无效占地。
　　b．氧化沟与二沉池采用共用池壁，可减少土建工程量。
　　c．流程顺畅，可节省氧化沟至终沉池之间的连接管道，减少氧化沟与终沉池之间的水头损失，节约能耗。
　　d．为厂区合理布局提供了良好的基础。
　　 二、处理工艺介绍
　　重庆市南川污水处理厂确定的工艺流程图如下：

南川污水处理厂工艺流程图
　　 三、主要生化处理构筑物介绍
　　1.氧化沟描述、设计参数及设备选型
　　氧化沟采用ORBAL型氧化沟，池中设转碟表曝机，获得动能和溶解氧的混合液在池中快速流动，可形成好氧、缺氧区，具有降解有机物和脱氮的功能。奥贝尔氧化沟由三个相对独立的同心园形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后流出至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。主要设计控制参数如下：
　　泥龄 16天
　　污泥负荷0.068kgBOD5/kgMLSS·d
　　污泥回流比 100％
　　混合液浓度 4.5g/L
　　水深 4.2m
　　转碟曝气机规格： 轴长8m（外沟37片）
　　轴长6m（内沟18片）+6m（中沟24片）
　　2．二沉池选型特点：
　　作为生化系统的重要组成部分，泥水分离效果直接关系到生化系统的运行成败，结合节省占地的主旨，本工程沉淀池采用Rim-Flo型周进周出二沉池。此种沉淀池具有表面负荷高、池径小、沉淀效果好、沉淀污泥浓度高等特点，主要体现在以下几个方面：
　　a．独特的周边进水、周边出水方式，在保证配水均匀的前提下，减少了死水区及短流机会使池内有效容积充分利用，颜料示踪试验结果证实，Rim-Flo 型二沉池可比中心进水、周边出水型二沉池减少表面积达50%，其先进的理念和设计方法在于其采用二沉池溢流率及固体负荷双重控制，根据沉降污泥SVI要求，合理的控制设计边界条件，使二沉池设计更切合实际，有效的保证了二沉池运行的安全可靠。
　　b．为确保配水均匀二沉池采用变断面的进出水渠，有效的防止了固体物质在渠内的沉积，保持水流在渠内的等速流动，进出水渠的变断面互相配合，使其进出水堰仍为规则圆周，使渠道及堰口施工简单，进水堰设置的清排渣装置更有效的保证了配水断面。
　　c．正确的配水孔口尺寸、长度和间距，消除了入池水流的“喷射作用”和旋流，合适的孔口间距，还有利于防止进水渠内产生沉积，并保证水流沿池周均匀配置。
　　d．进水区的档板及裙板，金属材料特制，其裙板延伸至水下1.5m以上，在沉淀池表层建立足够的清水区，保证了在较高堰口负荷下的出水稳定达标，并突破中心进水周边出水的传统辐流池对堰口负荷的要求，减少堰口长度节省造价方便施工。同时入池水流的低流速，也减小了进水对清水区的搅动保证了良好的水质分层环境。
　　e．进出水渠包括孔口预留及进水区档板，裙板均采用金属材料，预制成品现场安装，保证工艺精度要求，成品安装还减少了土建施工难度，有利于保证出水水质达到预期效果。
　　f．水平的二沉池底设计，使池底坡度仅为1/150，就可满足工艺及维护需要，可较大幅度的减少二沉池挖深，周边进水周边出水方式也可取消池底预埋进水管道及中心配水筒，稳流筒，降低工程造价。
　　g．独特的吸泥管系统可使吸泥机运转中对沉淀池水下搅动最小，提高沉淀效率。使二沉池排泥浓度提高20%——30%.使曝气池更容易实现较高的混合液浓度。并由此从而明显减少各种污泥泵功耗，节省运行电费及污泥脱水所需药剂费用。
　　h．所有的单吸管均通过电脑设计，以获取均匀的流体力学和数学平衡，可确保按比例的吸泥和最佳的水头损失特性。这种高效吸排泥方式还使污泥在沉淀池内停留时间减少，有效的防止了污泥厌氧释磷和污泥反硝化膨胀上浮，显著提高了污泥的生物活性，从而可相应减小曝气池内充氧强度需求。
　　i．设于池外的独特的套筒式排泥阀设计，使得回流污泥量调整范围广，操作管理简单便捷，并可有效的控制泥面高度。同时有利运转工况的灵活调整。
　　 四、工艺技术经济分析
　　经过工程总包方式招投标的南川污水处理厂区建设工程总投标价3180万元，实际建设工程中发现存在部分漏项等因素，目前决算尚未完成，预计增加不超过500万元，因而折合单方水投资不超过920元/ m3，占地指标折合0.56㎡/m3；单位水量耗电：0.30度/m3；吨水运行成本：0.21元/m3；其中单位经营成本：0.38元/m3
　 　五、结论
　　改良型合建式ORBAL氧化沟工艺是在典型的ORBAL氧化沟及周进周出二沉池工艺基础上优化，不仅保留了原有工艺自身的特点和优势，更可大幅度节省工程占地，降低工程投资及运行成本。
　　随着环保执法力度的加强，在我国中心城市污水处理加快的同时，大批小规模的城镇污水治理项目上马日益多的提上议事日程，而这些项目地区相对资金缺乏，技术力量较为薄弱，因而合适的工艺选择显得更为重要。因此，在进行此类项目建设时，改良型合建式ORBAL氧化沟工艺以其独特的优势适应了这一需求，其有很强的生命力，具推广应用的价值。