六安城北污水处理厂工艺设计与运行分析

王坤红，汪万芬

（1.六安市排水有限公司，安徽 六安237001；2.皖西学院 建筑与土木工程学院，安徽 六安237012）

六安城北污水处理厂工艺设计与运行分析

王坤红1，汪万芬2

（1.六安市排水有限公司，安徽 六安237001；2.皖西学院 建筑与土木工程学院，安徽 六安237012）

根据城市污水处理和污染防治技术政策推荐，结合六安市城区污水水量和水质特点，城北污水处理厂采用改良型Carrousel氧化沟工艺。结合工程实例，阐述了城北污水厂工艺流程与污染物净化机理、氧化沟结构设计与设备选型，分析了污水厂运行效果及其存在问题。工艺运行表明：城北污水厂对污水中主要污染物具有良好处理效果，2010年CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP平均去除率依次为86%、85%、78%、95%、58%、61%，出水水质远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》标准中二级要求，除SS外其余出水水质指标值均能满足一级B标准要求。工艺运行较稳定，处理效果良好，但污水厂前期运行过程中也存在一些问题，通过技术改造已得以解决。

Carrousel氧化沟技术；脱氮除磷；工艺设计；运行分析

近几十年来，随着六安市经济的快速发展，生活水平的不断提高与城区扩大，大量企业的引入与运行，污水排放总量日益增加；造成境内河渠污染严重，也对淮河、巢湖水质构成了现实的威胁。为改善城区水环境质量，保护城区饮用水源、保护淠河水系、乃至淮河、巢湖流域水质，“十五”期间六安市建造了第一座污水处理厂——城北污水厂，并逐步完善了市政排水管网。2005年，城北污水处理厂建成并成功投入运行，污水通过Carrousel氧化沟工艺处理，不仅降低了水体中有机污染物浓度，还降低了污水中氮磷营养物浓度，出水水质达到我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中二级排放标准，出水并通过苏大雁排入淮河一级支流——淠河。该工程运行以来，大大改善了淠河水环境质量。

1 城北污水厂处理方案选择

污水处理技术已有一百多年历史，世界各国多数城市污水处理厂都是采用生物处理法，典型的有活性污泥法和生物膜法，其他方法均是这两类方法的变形。当前活性污泥法在污水处理工艺选择中约占90%。根据《城市污水处理和污染防治技术政策》推荐，20万t／d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t／d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。针对生活污水处理有脱氮除磷要求的应采用二级强化处理方法，主要有A／O法、A2／O法、氧化沟法、SBR等工艺，而这些工艺均是活性污泥法的变形，都可以实现除碳、除氮、除磷功能，均是比较实用的除磷脱氮工艺。在上述各种除磷脱氮工艺中，对中小污水厂来讲，比较有发展前途的工艺是SBR工艺、氧化沟工艺。由于SBR法设备费高，投资较高且自控要求程度高，比较适用于经济较发达的小城镇。而六安市属于中小型城市，污水排污量相对较小，经济较落后，专业技术人员缺乏，因此城北污水处理厂采用氧化沟工艺。该工艺具有基建投资省、运行费低、良好的脱氮除磷功能、污泥产量少、污泥性质稳定、具有一定承受水量、水质冲击负荷的能力、回收沼气能源等多种优势；该工艺具有强大的吸引力，成为活性污泥处理方法的首选，成功的实例很多。通过氧化沟工艺处理，大大降低了污水中有机污染物、N、P等营养物浓度，显著地减轻了水体有机污染与富营养化程度，充分保证淠河达到规划IV类水体。

2 城北污水厂处理系统与工艺设计

2.1 污水处理厂概况

六安市城北污水处理厂是利用国债和世行贷款实施的淮河流域水污染治理项目。该项目设计规模为日处理污水8万吨，铺设污水管网145公里，建设污水提升泵站10座。该厂位于市区北端，顺应城区东南高西北低的地势而建。城北污水处理厂收水区域为城中片与城南片，收水面积26.81km2，设计近期服务人口30万。近期设计规模80000m3／d，采用改良型Carrousel氧化沟工艺，经过二级强化处理后，出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中二级排放标准［1］，工艺运行稳定，处理效果良好，并具有显著的环境、经济和社会效益。其设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质

2.2 工艺流程设计

结合城北污水厂设计水量与水质情况，参考国内其他同类型污水处理厂工艺设计，城北污水厂确定采用厌氧池加氧化沟工艺，其流程见图1。

图1 六安市城北污水处理厂工艺流程图

市政污水首先通过粗格栅，去除污水中较大的悬浮和飘浮物，以免堵塞水泵及沉砂池的排砂管。再通过泵提升污水进入细格栅，将污水中较小的悬浮物去除，污水自流进入旋流沉砂池，通过离心力而使污水中比重大的无机颗粒与污水分离。预处理后的污水与回流污泥混合后进入厌氧池，在厌氧情况下，部分大分子有机物在兼性厌氧发酵菌的作用下转化成小分子挥发性脂肪酸（VFA），聚磷菌吸收这些小分子有机物合成PHB并储存在体内，同时释放出聚磷酸盐，使污水中磷浓度升高、BOD5浓度下降；另外，氨氮因细胞的合成而被去除一部分，污水中氨氮浓度下降，但硝酸盐含量没有变化。污水经厌氧池后流入氧化沟，氧化沟设有缺氧区、好氧区，污水交替流经两区。在缺氧区，污水中反硝化菌利用内循环带来的硝酸盐以及污水中可生物降解的有机物进行反硝化，反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐中的氮还原为N2释放出来，达到脱氮的目的。在氧化沟的好氧区发生三种作用，第一：活性污泥中的好氧微生物在有氧条件下对混合液中可生化降解的有机物进行氧化分解，达到脱碳的目的；第二：污水中的氨态氮被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐即进行亚硝化反应和硝化反应；第三：聚磷菌的活力得到恢复，并以聚磷的形式超量吸收溶解性磷，使磷酸盐从污水中去除。产生的富磷污泥，以剩余污泥形式排放，从而将磷从系统中除去［2-4］。因此，好氧段同时具有去碳、硝化、除磷功能。经过氧化沟内的生化降解，污水中有机污染物、氮磷营养物浓度大大降低，然后污水流入二沉池，在此通过静置重力作用进行泥水分离，水通过溢流堰收集并从出水管渠流出，污泥靠重力流流入污泥泵房；部分污泥通过泵回流至厌氧池与原污水混合，维持氧化沟内污泥浓度，而剩余部分污泥经过浓缩-脱水处理后外运。

2.3 氧化沟结构与设计

氧化沟污水处理工艺自投入使用以来，由于其出水水质好、运行稳定、构造简单等优点，使其作为污水处理的热点工艺之一正得到广泛应用［5］。到目前为止已发展成为多种形式，主要有Passveer单沟型、Orba1同心圆型、Carrousel循环折流型、D型双沟式、T型三沟式及一体氧化沟等［6］。Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司研发制成，该系统由多沟串联而成，沟体内包含好氧区和缺氧区，但缺氧区条件不易控制，使脱氮能力降低。为了提高其脱氮效果，DHV公司在Carrousel氧化沟的基础上研制了改良型Carrousel氧化沟工艺，在氧化沟前增设了厌氧区，使得工艺流程与A2／O流程很相似，形成厌氧一缺氧一好氧的工作环境，并且通过缺氧区回流渠的端口设调节活门控制进人的流量，实现了混合液内回流，节约能耗，同时提高了脱氮除磷能力［7］。六安市氧化沟技术采用改良型Carrousel工艺，其结构见图2。

图2 改良型Carrousel系统平面结构图

城北污水厂设计氧化沟2座，为钢筋砼结构，总容积51300m3，水力停留时间15.4h，污泥龄13d，有效水深4.3m。氧化沟设计采用6廊道式，单廊道宽9m，总沟长120m，处理水量3200m3／h。由于氧化沟容积大，运行水力停留时间长，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，在氧化沟中设有转蝶曝气器，具有混合搅拌能力强、充氧能力强、调节灵活、安装维修方便等优点。本工程每组氧化沟设有16组转蝶曝气器，采用YHG1400-D类型曝气器，长度9m，直径1.4m。每组36个蝶片，单蝶供氧能力为1.2kgO2／h，电机功率为30Kw。实际运行过程中，每组氧化沟开11台左右，沟内大致形成三个串联、交替式的好氧、缺氧段，达到除磷脱氮及去除有机物的功效。由于氧化沟具有特殊的水力学流态，它既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度，缺氧段溶解氧大约在0.5mg／L以下，好氧段溶解氧维持在2mg／L左右。为保证沟内水体流速和防止污泥再沉降；在缺氧段池内设有水下推流器，采用SR4430.010类型推流器，共12台。

3 城北污水厂运行分析与存在问题

3.1 污染物去除效果分析

自2005年运行以来，对污水中各污染物有着良好地去除作用，笔者对2010年污水处理厂运行水质监测数据进行整理分析，结果见图3、图4。

图3 污水厂进出水CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP的变化

图4 CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP去除率的变化

由图3、图4再结合污水厂设计进出水水质可知，污水厂进水污染物浓度远低于设计水质，但水质波动较大，尤其是TN、TP最大；经过改良型Carrousel氧化沟工艺处理后，主要污染物CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP出水浓度在32、17、1.5、27、23、1.6mg／L以下，平均去除率依次为86%、85%、95%、78%、58%、61%。且出水水质比较稳定，全年均能达到城镇污水处理厂污染物排放标准中二级标准，基本能达到一级B标准，SS除外。系统对NH3-N去除率最高，可达95%，对CODcr、BOD5、SS均有良好的去除效果。而对TN、TP去除率较低且非常不稳定，这一问题有待解决，需进一步优化控制以提高N、P营养物去除率。

3.2 城北污水厂运行中存在的问题及解决措施

尽管Carrousel氧化沟工艺在国内污水处理中占据重要地位，也具备很多优势。但在城北污水厂前期运行过程中，也出现了一些问题，主要有：

3.2.1 推流与充氧矛盾问题

在Carrousel氧化沟中，为了提高污染物的处理效果，防止污泥沉积，沟内混合液必须维持一定的流速，同时必须保证沟内溶解氧含量合理，即推流与充氧量恰当。一般认为，沟内最低流速应为0.15m／s，不发生污泥沉积平均流速应达到0.3～0.5m／s；好氧段沟内溶解氧约在2mg／L，缺氧段沟内溶解氧维持在0.5mg／L左右。氧化沟内安装的曝气机具有充氧和推流双重作用，在最初污水厂运行过程中，氧化沟内充氧和推流存在矛盾，为保证活性污泥在氧化沟内不沉淀需增加氧化沟内污水流速，增开曝气机，此时会造成充氧过量，能耗浪费；但为保证充氧正常，在氧化沟内形成良好的好氧、缺氧段，必须减开曝气机，造成沟内污水流速下降，活性污泥沉淀，老化。为解决此类问题该厂进行了技术改造，在两组氧化沟中曝气机上游设置12台水下推进器，这样既增加沟内污水流速、解决污泥沉积问题；又保证了充氧在正常范围，降低了能耗。

3.2.2 泡沫与浮油问题

由于进水含油脂高，系统不能完全有效地将其除去，经曝气机转刷充氧搅拌后，氧化沟中产生大量泡沫，同时导致二沉池中漂浮大量的油脂。为此，采用除沫剂去除泡沫，常用除沫剂含有机油，投量约为0.5～1.5mg／L；采用喷淋水有利于收集二沉池中的浮油，再进行进一步处理，也可考虑增加除油装置。

3.3.3 离心机脱水与进料问题

离心机在脱水运行开始与结束时均需要冲洗，有大量的冲洗水排除，把含水率为75%～80%的脱水污泥稀释，造成运输困难。为此，在污泥出口处，增设液控刀板阀及斜向无轴螺旋输送机，在冲洗时刀板阀打开，冲洗水流向螺旋运行反方向，进入污水管道，冲洗完毕后自动关闭刀板阀，脱水污泥会通过无轴螺旋输送到外运污泥车，实现泥水分离，同时解决运输困难。

离心机的进料方式是采用剩余污泥泵通过变频调节进入污泥切割机和螺杆泵，在实际使用过程中调节难度较大。为克服此问题，污水厂取消剩余污泥泵，在回流污泥管道上取一分支管道直接进入脱泥机房储泥池，再通过污泥切割机和螺杆泵直接给离心机供料，既节约了能耗，又增加了设备运行和可靠性。

3.3.4 格栅堵塞问题

六安市老城区排水系统为雨污合流制，雨季在雨水的冲刷下，大量垃圾进入主管网，造成该厂回转式粗格栅机超负荷运转，木棒类硬性物经常卡死格栅机链条而导致停运。为解决该问题，在进水口前需增加一道粗格栅。

4 结语

六安市城北污水厂采用改良型Carrousel工艺实践表明：Carrousel氧化沟工艺对主要污染物处理效果良好，CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP平均去除率分别为86%、85%、78%、95%、58%、61%，出水水质完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中二级标准要求，除SS外其余出水水质指标值均能满足一级B标准要求。工艺运行较稳定，处理效果良好，但进水污染物浓度较低，且波动较大。城北污水处理厂前期运行过程中也存在一些问题，如推流与充氧矛盾问题、泡沫与浮油问题、离心机脱水与进料问题，现已通过技术改造得以解决。

［1］国家环境保护总局.城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）［S］.2002.

［2］刘长荣.Carrousel氧化沟的脱氮除磷工艺设计［J］.中国给水排水，2002，（1）：67-69.

［3］王建如，刘祖文，朱强，等.改良型Carrousel氧化沟工艺脱氮除磷影响因素分析［J］.有色金属科学与工程，2011，2（1）：51-54.

［4］高爱华.改良型Carrousel 2000氧化沟的机理和工程应用［J］.湖南城市学院学报，2008，17（2）：27-30.

［5］戴红玲，胡锋平，王涛，等.氧化沟改良工艺处理城市污水的效果分析［J］.环境科学与技术，2009，32（11）：156-159.

［6］张丽娜.氧化沟污水处理工艺浅析［J］.内蒙古石油化工，2009，（5）：95.

［7］吴奂.Carrousel（卡鲁塞尔）氧化沟工艺在城镇污水处理中的运用分析［J］.湖南有色金属，2010，26（2）：47-50.

Analysis of the Process Design and Operation of Lu’an Chengbei Sewage Treatment Plant

WANG Kun-hong1，WANG Wan-fen2
（1.The Drainage Limited Company of Lu’an city，Lu’an 237001，China；2.College of Architecture and Civil Engineering，West Anhui University，Lu’an237012，China）

According to the recommendations of the treatment of municipal sewage and pollution prevention technique and combined with the characteristics of water quantity and quality of urban sewage in Lu’an city，Chengbei sewage treatment plant adopted improved Carrousel oxidation ditch process.With the examples of works，the author expounds the process flows，the pollutants purification mechanism，structural design and equipment selection of oxidation ditch，and analyses the effect of operation and the existing problems of the sewage treatment plant.The process operation shows that Chengbei sewage treatment plant deals with the major pollutants in the sewage effectively.The average removal rate of CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP were 86%、85%、78%、95%、58%and 61%respectively in 2010.The water quality which was let out from the Polluted Water Disposal Factory was far below the second standard requirements of Municipal wastewater treatment plant emission standards and water quality could meet the requirements of the first standard of B except with the index of SS.The process operation was relatively stable and its disposal effect was excellent.But there were several problems in the early period of its process operation which have been resolved by technological innovation.

Carrousel oxidation ditch technology；nitrogen and phosphorus removal；process design；operation analysis

X505

A

1009-9735（2012）02-0096-04

2011-12-16

王坤红（1975-），男，安徽六安人，工程师，研究方向：污水处理。