UNITANK工藝處理城市污水

馮凱

　　【摘要】 交替式生物處理池（UNITANK）工藝是結合傳統活性污泥法和SBR法的優點形成的一種新型活性污泥處理工藝。其池型為矩形，運行方式類似于三溝式氧化溝，占地省、土建費用低、運轉靈活，在一定范圍內，據有較強的競爭力。本文介紹了該工藝的特點、工作過程和工藝設計。
　　【關鍵詞】 交替式生物處理池 UNITANK 城市污水

　　自1987年，比利時SEGHERS公司提出一種新穎的活性污泥法－UNITANK工藝，它集中了傳統活性污泥法和SBR的優點，處理單元一體化，經濟、運轉靈活，在歐洲及亞洲已有近2百座此種工藝的污水處理廠建成。
　　石家莊高新技術產業開發區污水處理廠日處理污水10萬m³，經過工藝方案比較和論證，結合貸款國技術特點，決定采用UNITANK工藝。這是此工藝在國內（除澳門外）的首次應用。

1 UNITANK工藝簡介

1.1 基本構造
　　UNITANK又稱交替式生物處理池，其基本單元是由三個矩形池組成（A，B，C池），相鄰池通過公共墻開洞或池底渠連通。三個池中都安裝有曝氣系統，可以是微孔曝氣頭、表曝機或潛水曝氣機；外側兩個池（A和C池）設有固定式出水堰及剩余污泥排放裝置，他們交替作為曝氣池和沉淀池，中間的池子（B池）只能作為曝氣反應池。另外，污水通過閘門控制可以進入任意一個池子，采用連續進水，周期交替運行。如圖1所示。

1.2 運行方式
　　UNITANK運行按周期運行，一個周期包括兩個主階段和兩個中間階段，一般單個周期時間為7小時，主階段2×3小時，中間階段2×30分鐘。
1.2.1 主階段
　　第一主階段，污水首先進入A池，該池處于曝氣狀態，因上個階段進行沉淀操作，積累了大量活性污泥，且濃度較高。進水與活性污泥混合，有機物被吸附，部分被降解。混合液繼續流入B池，該池通常連續曝氣，有機物得到進一步的降解，同時在推流過程中，A池的活性污泥進入中間池，再進入C池，實現污泥在各池的重新分配。最后，混合液進入處于沉淀狀態C池，進行泥水分離，處理后的清水通過溢流堰排放，剩余污泥在此排放。為了防止A、B池的污泥被沖至C池，過量積累，每120～180分鐘改變水流方向，即進入到下一個主階段。
　　第二主階段，污水及混合液的流動方向與第一階段相反。
1.2.2 中間階段
　　中間階段的作用是完成曝氣池到沉淀池的轉換。在第一中間階段，污水進入B池，C池仍處于沉淀出水狀態，A池開始進入沉淀狀態，為出水作準備。在第二中間階段，除水流方向相反，其它操作相同。
　　因沉淀池最初的出水含有混合液，不能直接排放，需用清水沖洗出水槽，然后排入處理系統。待出水澄清后，方可外排。

2 工程設計

2.1 處理規模及進出水水質
　　石家莊高新技術產業開發區污水廠主要處理城市污水，設計處理污水量10萬m³／日，占地7.2公頃，污水處理廠進水水質的主要指標為：COD≤600mg／L，BOD₅≤400mg／L，SS≤400mg／L； 出水水質要求：BOD₅≤30mg／l，SS≤30mg／l，COD≤120mg／l。
2.2 處理工藝
　　原污水進入格柵間，在此攔截污水中較大雜質，由污水泵提升，經細格柵進一步去除水中雜質，進入沉砂池去除砂粒，然后進入UNITANK池，去除BOD₅等，混合液經沉淀分離，澄清液進入接觸池加氯消毒（季節性）后排人汪洋溝。剩余污泥經污泥泵送至集泥池，由帶預濃縮功能的脫水機處理后，泥餅外運。工藝流程如圖2所示：

2.3 主要工藝參數
　　本工程UNITANK池共為六個單元，分三個系列，每個單元由三個正方形反應池組成，單池凈尺寸為長×寬×高＝35×35×7m，有效水深6米。污水由配水井均勻分給三條位于池頂的配水渠道，一條進水渠負責一個系列兩個單元的配水。因此，同一系列中的兩個單元按同步運行，不同系列的運行時序岔開。
　　單元內三個反應池由池底渠道連通，兩側池的連通渠出水口位于池中心，設有穩流裝置，防止進水對沉淀污泥的擾動。
　　六個單元的出水匯入池底一條總的出水渠道；沖洗水也流入池底一條總的沖洗水渠道，然后排人廠區泵房。
　　每單元平均設計流量： 0.193m³／s
　　水力停留時間： 31.8hr（含沉淀時間）
　　容積負荷： 0.45kgBOD／m³／d
　　污泥濃度： 4000mg／l
　　污泥負荷： 0.113kgBOD／kgMLSS／d
　　沉淀池最大表面負荷： 0.74m³／m².h
2.4 曝氣系統
　　本工程的實際需氧量為60噸O₂／d。曝氣系統采用表曝機和潛水攪拌機相結合的方式，每個池中安裝2臺表曝機、2臺水下攪拌機，表曝機運行充氧，當水中溶解氧到達設定值時，表曝機停止工作，水下攪拌機運行，當水中溶解氧低于要求值時，水下攪拌機停止工作，表曝機開始運行。
　　表曝機選用比利時AQUA公司生產的浮動式高速表曝機，它可以適應因水流方向改變而造成的水面起落，另外安裝簡單，只需纜繩固定。由于高速表曝機的電機直接驅動螺旋葉輪，不需要變速裝置，因此檢修量少，維修方便。
表曝機功率為75KW，潛水攪拌機功率為12.5KW。
2.5 污泥排放系統
　　在污泥泵房內安裝污泥泵6臺，分別負責6組交替式生物處理池單元的排泥。每個污泥泵經管道由電動閥門控制分別從處理單元中的2個沉淀池中抽泥，排泥時間設在沉淀后期。排泥管道按兩臺污泥泵同時工作設計。
　　經計算污泥產量為32tDS／d，泥齡為14天。污泥含水率按99.2％計，污泥產量為4000m³／d，每單元每天排泥667m³。按每個周期排泥2次，每次15～20分鐘計，選定污泥泵流量為0.1m³／s，揚程7.5米。

3 結語

　　UNITANK工藝有自己獨特的優點：第一，與傳統活性污泥法相比，它省去了回流污泥系統及沉淀設備，投資減低，又因設備種類減少，方便了維修，降低了日常檢修費用；第二，運轉周期和運行時序可根據進水水質情況和出水要求進行調整，運轉靈活，例如要求脫氮時，可在沉淀末期和曝氣中間加入非曝氣攪拌期，創造缺氧條件，完成脫氮功能；第三，由于采用矩形池結構，生物池可緊靠著布置，池與池之間采用公用墻，所以可節省土建費用和工程建設用地；第四，整個系統是連續運行，出水采用固定堰，不設浮動式的潷水器，水面基本恒定，另外池中通常有三分之二的設備同時運行，因此比SBR工藝的容積和設備利用率都高。
　　UNITANK工藝雖有許多優點，但是它也自己的適用范圍。根據我們的設計經驗，在選擇該工藝時應考慮以下幾方面的內容：
第一，進水BOD濃度較高時，應考慮采用兩級UNITANK工藝。我們前面所介紹的是單級UNITANK工藝，即進水只經過一級單元池處理，當進水水質較高時，如BOD高于500mg／L時，單級工藝已不適用，可采用兩級UNITANK工藝，即用兩級單元池處理高濃度污水，第一級生物池按高負荷厭氧或好氧方式運行，第二級按低負荷好氧方式運行。目前，西格司公司已有兩級UNITANK工藝的工程業績。
第二，出水水質有除磷要求時，應慎重考慮是否選用該工藝。該工藝除磷脫氮過程的原理是：通過在沉淀末期和曝氣期中間加入非曝氣攪拌期，形成缺氧和厭氧狀態，完成脫氮和生物除磷功能。但是，從實際運行看，很難形成生物除磷的理想狀態。因為，在非曝氣攪拌期，水中大量的硝酸鹽會消耗溶解性BOD，降低有效BOD／P比值；同時，進水的溶解性BOD被大比例稀釋，與活性污泥的比例很低，除磷菌攝取BOD量少，在厭氧階段釋放磷不徹底，因此生物除磷功能很難保證。從工程業績看，西格斯公司自1987年至1997年已有187座該工藝處理廠投產，但無生物除磷記錄。所以，選擇該工藝生物除磷時應慎重考慮。
　　第三，處理水量過大時，應充分考慮該工藝的復雜性。由于工藝運行、結構設沉降縫和抗浮等原因的限制，處理池每格的尺寸應控制在40×40米范圍內，因此處理水量加倍時，處理單元數也會成倍增加。每個單元的三個池都需配水，兩側池均需排放處理后的出水、沖洗水和剩余污泥，隨著單元數增加，其復雜程度會大幅度的增加。從控制量看，10萬m³／日處理規模的污水廠，該工藝的I／0數量為3000點以上，而氧化溝工藝只需1200點，隨著處理單元數增加，其控制量將成倍增加。所以，該工藝在大水量處理廠應用時，其復雜性會大幅度增加，選擇工藝時應全面考慮。
　　綜上所述，UNITANK工藝適用于中小型污水處理廠，在一定的范圍內，可以替代其它活性污泥法，有自己獨特的優點，并具有較強的競爭力。