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1　城北污水厂概况

　　城北污水处理厂的工艺流程如图1。

　　该污水厂设计处理水量为1×10⁴m³/d，考虑N、P的去除，在氧化沟前段设置缺氧段和厌氧段，设计停留时间为15 h，其中缺氧段为2 h，厌氧段为1 h。氧化沟的总有效容积为5 953m³，有效水深为4.5 m，沟宽为10.5 m。设计污泥浓度MLSS=3000 mg/L，污泥负荷为0.1kgBOD₅/(kgMLSS·d)。该污水厂实现整套设备国产化，主要设备包括：D＝1000mm，L＝9000 mm的转刷2台，配用电机的功率为45 kW；7.5 kW的水下推进器2台，设置于主沟，2.2 kW的1台，设置于缺氧段，0.75 kW的2台，缺氧段和厌氧段各1台。经济技术指标如下：投资为761.46 元/m³，运行费用为0.2 元/m³。
　　设计进水BOD为100～150 mg/L，COD为200～300 mg/L，SS为250 mg/L。设计出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的一级标准。进、出水水质见表1。

表1　污水厂进、出水水质　　mg/L

项目	COD	BOD	SS	NH3-N	TN
进水	77.9～578	55～153	22～541	13～27.8	18 ～30.7
进水平均值	197.4	73.2	123.1	20	23.4
出水	26.0～46.0	9.2～20.6	3.0～21.0	0.8～2.3	3.1～12.4
出水平均值	33.6	15.4	13.1	1.5	6.9

　　该厂出水TP指标未能达到标准(0.5mg/L)，主要是由于进水有机物浓度 较低及运行调试期间未正常排泥所致。目前总磷去除率可达70%左右，若排泥正常则去除率更高。

2　节能特点及机理

2.1　固液分离和污泥无泵自动回流
　　一体化氧化沟比常规活性污泥法具有节能优势，其首要特点在于用固液分离器取代了传统的二沉池，并同时实现了污泥无泵自动回流。
　　固液分离器的设计表面负荷一般为50～65m³/(m²·d)，该值是传统二沉池设计的1.5～2倍。成都城北污水处理厂的固液分离器采用侧沟式和中心岛式(尚未启用)，在固液分离的 同时实现污泥自动回流，省却了一道机械回流，从而大大降低了运行能耗。传统的氧化沟法须设污泥回流系统，以MLSS=4000mg/L，SVI=150设计，就需100%的回流比，该回流比需设置NWL240—8立式污泥泵2台，运行功率为22 kW，电耗增加约0.053 (kW·h)/m³。而实现污泥自动回流，则节能可达15%左右。
　　固液分离及回流机理见图2。

　　主沟内混合液在流经组件进入分离器内部时，由于特殊的分离器组件结构和水力条件，流动方向发生了多次变化，

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　　固液分离器和转刷分别位于氧化沟的两侧，氧化沟在本质上属于延时曝气，污泥负荷很低，曝气池内氧利用率高，使好氧段溶解氧浓度只要达到1.5～2.0 mg/L就能较好地去除BOD 及进行硝化反应。而在分离器底部及缺氧区内回流进口处——为好氧段的溶解氧最低处，经测定只有0.6 mg/L左右，实际上已经处于缺氧阶段(可称为预缺氧段)，并进行着小规模的反硝化反应。其回流比的大小对缺氧区溶解氧浓度影响不大，而氧化沟的完全混合加循环推流 的独特水力特征，保证了在不用外加能量的情况下保持300%～600%的回流比。而一般A2/O 法为取得良好的脱氮效果，通常要求有200%～500%的高回流比。以设计r=200%，Q= 1×10⁴m³/d的机械内回流系统为例，需设置WQ80—12—45潜污泵1台，运行功率为45 kW，意味着电耗增加0.108 (kW·h)/m³，而且高回流比往往会使缺氧段溶解氧浓度升高而影响脱氮效果。相比之下，一体化氧化沟的内回流就具有节省能耗及控制简单两方面的优势 ，仅水力内回流就可节能近30%。
　　当原水流经厌氧池后，可快速降解有机物浓度大大增加，其出水与水力内回流的硝化液混合(经测定在混合处的COD/TN≥7.2)，即充足的碳源、理想的DO条件及高回流比的硝化液使反硝化反应进行得非常彻底。反应的结果是NO₃^-作为电子受体代替溶解氧 去除大量的有机物质，使整个系统耗氧量可节省近1/3，从而进一步降低了运行费用。
　　此外，缺氧段反硝化反应的顺利进行，也为厌氧池磷的释放打下了基础，因为厌氧池含磷污泥是从缺氧区回流的(见图3中的c)，该回流液中NO₃^-含量越低，释磷就越充分。
　　合建式氧化沟实现了：①将不同功能的反应器以功能分区的形式融合在同一空间中，免去了频繁的空间调配；②结合设备配置，做到各功能区优化和能量投入可调；③利用水力内回流而省却了机械回流措施。

2.3　合理配置设备和优化运行模式
　　曝气转刷与水下推进器的合理配置，不仅能解决氧化沟沟深加大的问题，而且为节能运行提供了基础。水下推进器的配置使转刷从众多的功能中独立出来，以充氧功能为主，而混合推 动则由水下推进器来承担，转刷可根据不同目的灵活应用。试验表明，仅水下推进器单独运行时，沟中的流速分布与转刷单独运转时相反；两台转刷同时开启时，氧化沟底部有积泥产生；而当1台转刷和主沟的两台水下推进器同时开启时，混合推动效果非常好且无沉泥现象，这 说明曝气转刷和水下推进器具有很大的互补性。
　　从水力学的角度来说，侧沟式一体化氧化沟比船式、BMTS等氧化沟的水头损失更小，流态更好。城北污水厂的主沟有效水深达4.5 m，单独使用转刷则混合推动得不到保证，而水下推 进器的设计功率仅为4W/m³左右，它与转刷的合理配置达到了充氧混合和循环流动的目的，使运行能耗得到了降低。
　　为进一步降低能耗，城北污水厂在日常还采取了优化运行的模式，即采取连续流间歇曝气。该方式是让曝气转刷周期性开启，根据需要的溶解氧浓度调整周期，而水下推进器保持连续运行。现在该污水厂最常用的运行方式是保持1台转刷长期运行，另1台以2 h为周期间歇运行。这种运行方式加快了好氧/缺氧的交替频率，有利于整个系统的脱氮除磷。与连续进水、连续曝气相比，其对COD与SS的处理效果略有下降，但均在达标范围之内，即NO₃^-N基本不变，而TN和TP的去除效果均优于连续曝气。这主要是因为系统的间歇运行能充分利用氧化沟中的内源代谢产物，进行预缺氧反硝化，脱除部分NO₃^-N，使前置缺氧段内的C/N提高，从而维持较高的反硝化速率。其次，间歇运行还能使沟中溶解氧的利用率得到提高，这是因为氧化沟是延时曝气活性污泥系统，BOD负荷大大低于普通活性污泥法，活性污泥的能量水平低，故即使DO浓度值较低(低于2mg/L)，也可使活性污泥絮体处于好氧状态。另外，间歇曝气的运行方式还可使系统内氧转移速率增大，氧利用率高则为系统 节能创造了条件。在达到同种处理要求的条件下，间歇曝气比连续曝气节能达22%左右， 两种运行方式的能耗比较见表2。

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表2　两种运行方式能耗比较

项目	Q(m3/d)	总电耗(kW·h)	吨水电耗(kW·h)/m3
连续进水连续曝气	11100	2727	0.248
	10500
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