林加向

水資源是21世紀三大戰(zhàn)略資源之一。隨著社會生產發(fā)展和消耗不斷加大，水資源將變得十分匱乏。城市的發(fā)展和城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴大，污水處理量急劇增加，如何提高污水處理廠的能力和處理效率，提升出廠水質和降低污水處理能耗成了亟待研究的課題。但目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠的技術還十分匱乏，其污水處理能力、建設規(guī)模、處理設備及工藝都較為落后，因此，優(yōu)化污水處理的工藝流程，提高運行管理效率，達到環(huán)保節(jié)能標準的設計方案十分必要[1]。

導流曝氣生物過濾法污水處理是一種先進的污水處理技術，通過借鑒下向流曝氣生物濾池法、上向流曝氣生物濾池法、接觸氧化法、生物膜法、人工快濾法、沉降分離法、無泵污泥回流法、給水快濾法等手段，再結合二級或三級污水處理工藝特點而研制出來的新型工藝方法。此工藝可實現污水處理循環(huán)利用，不受排向影響，可實現投資少，占地面積小和運行費用較低等諸多優(yōu)點，是目前較為理想的污水處理新工藝。本文著重從污水處理廠的設計方案出發(fā)，探索曝氣生物過濾法污水處理設計方案的成效和優(yōu)點，力圖促進今后的污水處理節(jié)能減排工作。

1.常見污水處理工藝

污水處理工藝是通過多種不同類型的污水處理加工工藝組合而成，然后通過不斷的解析和對比，分析不同處理方案下的污水處理水質和水量和能效等多種因素來選出適用的解決步驟。處理工藝一般分為污水處理、深度處理、污泥處理、臭氣處理[2]。其中污水處理階段有格柵、進水泵房、沉砂池、初沉池、初沉污泥泵房、生物反應池、二沉池、回流污泥泵房、剩余污泥泵房、供氣系統、化學除磷、消毒；深度處理階段主要是濾池、化學系統；污泥處理階段主要是濃縮池、脫水機房、污泥料倉、污泥干化、外運。臭氣處理一般為收集與輸送、除臭等。這種傳統的污水處理工藝程序復雜，每一個污水處理步驟都需嚴格控制，才能保障最終的水質能夠滿足相應規(guī)范要求，如果消耗了太多的資源和能量，則不利于污水處理廠的長期運行和發(fā)展。

2.污水處理廠水量與水質要求

綜合該地方的人口和工廠數量，結合人均用水量和萬元GDP等指標，確定該污水處理廠的水量為7500m3/d。按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級標準A標準，目前的污水處理工藝可以達到相應的水質要求，但隨著標準的不斷提高，常規(guī)的污水處理工藝技術將不能滿足要求。為了節(jié)約資源，避免被動型的進行整改，可采用“導流曝氣生物過濾法污水處理工藝技術”對該污水處理廠進行處理，處理效果將高于現行排放標準，出水水質將達到如表1中的要求。

3.導流曝氣系統設計

導流曝氣生物過濾法是一種高負荷、淹沒式、固定化生物床的三相導流手段，本文案例污水處理廠中采用4座導流曝氣設備進行處理，每座導流曝氣系統的處理量可達320m3/h。整個系統的設計分為6個設計步驟：

（1）內錐即下向流接觸氧化區(qū)設計。即在內錐即下向流對流接觸氧化區(qū)內裝有粒徑較小的濾料，濾料下設有水管和空氣管。設計參數：Q=7500m3/d，設計生化需氧量為144mg/L，設計該部分的去除率為65%，得到出水時的生化需氧量為50.4mg/L，設計填料的高度為2m，內錐區(qū)面積A1=175.5m3。

（2）外錐即上向流曝氣生物過濾區(qū)設計。主要作用為在外錐即上向流對流接觸氧化區(qū)內也裝有粒徑較小的濾料，濾料下也設有空氣管和水管，經導流沉降無泵污泥回流區(qū)沉淀分離后的相對清水，在導流板的作用下進入外錐。設計參數：Q=7500m3/d，設計生化需氧量為上一級的剩余量50.4mg/L，設計該部分的去除率為85%，則剩余的生化需氧量為7.56mg/L，設計填料的高度為2m，外錐區(qū)面積A2=160.6m3。

（3）導流沉降無泵污泥回流區(qū)設計。該結構可使污水在重力作用下讓污泥分離，并通過導流板作用導入外錐即上向流曝氣生物過濾區(qū)繼續(xù)處理。豎向沉淀區(qū)的表面設計負荷為4m3/m2×h，斜向沉淀區(qū)的表面設計負荷為8m3/m2×h，得到=78.125m2，’=39.0625m2，得到總的設計面積為117.1875m2，計算得到豎向沉淀區(qū)沉降分離停留時間為19.2min，斜向沉淀區(qū)沉降分離停留時間為38.4min，總時間為57.6min。導流沉降無泵污泥回流區(qū)與上部的內錐下向流對流接觸氧化區(qū)和外錐上向流曝氣生物過濾區(qū)系上下層結構，在構造上設計尺寸調整為與上部面積等同。

表1 出水水質參數要求表

（4）污水處理廠池體設計。整個池體面積等于內錐區(qū)面積＋外錐區(qū)面積，共計336.1 m3，設計時可選用350 m3，共設4座。濾池頂部水深0.5m，濾料2m，緩沖層0.5m，導流沉降無泵污泥外排回流區(qū)（二區(qū)），高3m，超高0.3m，池總高6.3m；單座設計尺寸為20m×17m×6.3m=2142m3，采用鋼筋混凝土半地上的結構形式。

（5）生物過濾池需氧量設計?？偟男柩趿?內錐需氧量O21+外錐需氧量O22，通過需氧量計算公式分別計算得到內錐需氧量為28.69m3/min，外錐需氧量為59.28m3/min，最終得到總的實際需氧量為87.98m3/min。設計曝氣頭單位服務面積為0.75m2/個，則共需曝氣頭1815個，氣水比設為4.2 ∶1，可滿足工藝所需要求。

（6）設備與壓力設計。選取鼓風機3臺，曝氣頭安在濾池填料下0.5m處，二用一備，型號TSR200，風量Q=50.92 m3/min，風壓50Kpa，電機功率55kw。工程實際結果表明，該設計方案能達到預定的水量和出廠水質要求。

4.設計方案優(yōu)點分析

通過與常規(guī)的污水處理技術方案（活性污泥法處理工藝）對比，導流曝氣生物過濾法污水處理工藝技術具有以下優(yōu)點[3]：

（1）技術前瞻性和創(chuàng)新性較好。采用雙錐結構，巧妙地將污水處理進行分區(qū)，實現了三級、三區(qū)導流和無污泥排放和回流的全過程，能夠高效率地對污水進行處理，并使得水質優(yōu)于排放標準。

（2）工程占地小，建設費用低。整個曝氣濾池將降解與過濾過程結為一體，減少了近40%的建筑面積，同時省去了初次沉淀池、二次沉淀池以及污泥回流等設備，能夠減少工程造價。

（3）污水處理廠排出水質好。能適應不同負荷條件下的污水處理，并且具有極高的效果穩(wěn)定性和可操作性。

5.結論

通過對比研究可以發(fā)現，采用導流曝氣生物過濾法的處理設計方案比傳統的處理方法更具優(yōu)勢，處理后的各項指標都能達到國標要求，能進行中水回收利用，不受排向的影響，無須再次進行升級改造。同時，采用該節(jié)能減排設計方案具有工程造價低、運行維護方便和自動化程度高等諸多優(yōu)點，可在以后的城鎮(zhèn)污水處理廠建設中加以推廣。