探究污水处理厂节能降耗的新工艺

　　【摘要】UNITANK工艺是一项污水处理效果稳定、运行灵活以及生产运营管理费用较低的技术，目前已经广泛应用到污水处理厂中；并且在污水处理厂运用的过程中，根据具体的情况进行改造设计，不仅能够克服工艺中存在的不足，而且能够达到节能降耗的要求，其运行效果良好也是非常显著的。下面主要进行分析广东某城镇污水处理厂中采用UNITANK工艺的污水处理能力以及节能降耗的效果。
　　【关键词】污水处理厂；节能降耗；UNITANK工艺；生产运营；
　　引言：随着国家以及政府对城镇污水处理的问题高度重视，城市污水处理设施不断的更新变化，尤其是“十一五”期间，我国采取更多的措施进一步加强污水处理节能减排的设施，使我国城市污水处理事业得到发展和进步，城市污水处理能力以及技术手段等得到很大的提高。UNITANK工艺作为一项集科学性、实用性以及经济性的污水处理工艺在污水处理厂中应用前景非常广阔。
　　一、UNITANK工艺简介
　　UNITANK工艺主要部分是由被间隔成数个单元的矩形反应池组成，反应池一般有A、B、C三个池子组成，各个池子之间水力相同、并且都具有曝气装置，其中A、C两个池子中设置有污泥排放口和出水堰，从而能够实现交替作为沉淀池和曝气池，可以按照规定的时间周期进行交换运行，所以UNITANK又被称为交替式生物处理池。在污水处理厂应用UNITANK工艺的过程中通过进行调整UNITANK系统的运行状态，能够实现污水处理中空间以及时间的控制，并形成良好的缺氧、好氧、厌氧等条件，以达到污水处理的要求[1]。广东某城市污水处理厂一期工程采用UNITANK工艺，处理能力4万吨/天，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）中的一级B排放标准。其工艺流程如下图1所示：
　　图1：UNITANK工艺流程图
　　二、污水处理工程的改造设计
　　1、节省电耗工程设计
　　（1）在管网来水液位允许的情况下，尽量提高提升泵房液位，增加提升泵的效率。经过对粗格栅进水渠改造设计之后，提升泵房液位较之以前提高1.8m。
　　该厂使用76kw和37kw的提升泵各两台，粗格栅进水渠改造前后电耗情况如表1：
　　表1粗格栅进水渠改造前后电耗对比
　　电机型号 参数 改造前 改造后 电耗节省
　　76KW电机 流量(m3/h) 1100 1376 12.5%
　　 电流(A) 134 146 
　　 电耗(kw.h/m3) 0.064 0.056 
　　37KW电机 流量(m3/h) 582 691 11.5%
　　 电流(A) 67 72 
　　 电耗(kw.h/m3) 0.061 0.055 
　　
　　（2）根据提升泵效率下降情况进行研究和分析，及时检修和更换配件。
　　在运行过程中，该厂发现期中一台77kw提升泵效率下降较快，电耗超过0.066kw.h/m3。检查后发现叶轮被硬物所伤缺失一块，同时泵体震动较大。经研究后该厂更换全新叶轮（2.2万元）、更换轴承（0.6万元）以及动平衡校准（0.15万元）。提升泵大修之后电耗降低到0.054kw.h/m3，电费单价按照0.80元计算，只需72天即可收回投入费用。
　　（3）根据进水有机物浓度偏低的实际情况，将半周期从设计的4h延长至6h。
　　由于该厂实际进水有机物浓度长期偏低，COD平均浓度101mg/L，仅为设计值的40.4%；在运行初期，由于半周期较短、进水COD太低导致好养时间段DO很容易出现过曝现象。DO过曝一方面浪费了能源，另一方面使本来处于老化状态的活性污泥加速老化而解体。经过研究讨论后，将半周期从4h延长至6h，见表2。
　　表2UNITANK半周期工艺矩阵
　　设计（min） 优化后（min） A池 B池 C池
　　  进水 搅拌 曝气 出水 反冲洗
　　 进水 曝气 进水 搅拌 曝气 出水 反冲洗
　　
　　15 15 ● ●     ●     ●
　　30 45 ● ●     ●    ● 
　　120 225 ●  ●    ●    ● 
　　45 45   ●   ● ●    ● 
　　30 30      ● ●    ● 
　　优化后连续运行1个月，出水水质稳定达标，生物池内活性污泥状态保持良好。因此，半周期时间的适当延长不仅优化利用了鼓风机供气量，节省电耗，而且减少生物池各阀门的开停次数，延长阀门寿命。
　　2、节省药耗工程设计
　　（1）除磷药剂：采用质量浓度不小于10%的聚合氯化铝铁（PAFC）液体药剂，PAFC加水稀释后在边池精曝时单点投加，通过投加除磷药剂，对TP的去除取得一定的效果，出水TP基本可以达标排放。但同时也存在一些问题：
　　a、投加点仅一个点，位于边池的池壁处。由于投加点单一，除磷药剂不能迅速扩散至整个池子，也不可能在池内均匀分布，因此会浪费部分药剂，PAFC达不到最佳的除磷效果；
　　b、随着出水时间的延长，出水中由中池和进水边池进入的水的混合比例增加，出水TP会逐步升高；这使得我厂除磷药剂需要增大投加量，并且在半周期出水的后期出水TP仍有超标的危险[2]。
　　在原有除磷投药点的基础上，我们将单个投药点改造成两个对称的投药点，同时在边池配水井处增设一个投药点，通过出水时段控制PAFC药剂的投加，在出水TP稳定达标排放的前提下，投药比从55mg/L下降至40mg/L，降低27%。
　　（2）絮凝剂（PAM）：
　　a、比选确定最佳的PAM
　　絮凝剂投加效果的优劣，不仅取决于其本身的化学特性，更与其处理对象、水质条件有关；此外，不同厂家生产絮凝剂的效果也存在很大的差异。因此，我们通过对多家絮凝剂厂商的药剂进行横向和纵向的烧杯小试，最后确定使其中一种阳离子絮凝剂作为污泥脱水药剂。
　　b、不断优化脱水机运行状况
　　根据剩余污泥浓度的变化和污泥性质的变化，同步改变PAM配比浓度，根据前期试验，PAM配比浓度在1.2‰～2.5‰之间为最理想状态[3]。
　　上机试验后，在保持泥饼含水率稳定达标且PAM投加量最少的情况下，PAM配比浓度随剩余污泥浓度变化的曲线如下图3（纵坐标为PAM配比浓度，单位：‰，横坐标为剩余污泥浓度，单位：g/L）：
　　
　　图2：PAM配比浓度曲线图
　　经过实验改良之后，PAM投药比从之前的2.33kg/tDS下降至1.67kg/tDS，下降28%。
　　三、改造后的运营情况分析
　　通过对污水处理厂中运用UNITANK工艺，并根据工程实际进行改造设计，不仅能够达到污水处理的要求，而且对污水处理厂节能降耗具有重要作用，对提高为污水处理厂经济效益具有重要的作用。其改造后污水处理厂的运行情况具体如下：
　　（1）BOD¬5、COD去除效果
　　在污水处理厂中应用UNITAK工艺对BOD¬5、COD去除效果非常显著，在污水处理厂中采用UNITANK工艺，由于UNITANK工艺的A、C池具有沉淀池和曝气池的作用，如果作为沉淀池使用时，通过积累大量经过再生并且具有高活性和高吸附的污泥，有机物能够得到很好地降解，然后经过曝气池，从而能够使污水中有机物再次得到降解，这样污水中COD的浓度就会大大减少，从而能够达到去除的效果，并且UNITANK具有耐冲击负荷的特点。
　　如下图所示：
　　去除率出水COD，进水COD
　　
　　图3：UNITANK工艺对COD的去除效果
　　（2）TP的去除效果
　　对于污水中有害物质磷的去除主要通过聚磷菌的厌氧释磷和好氧超量吸磷将污泥的排出系统实现的。在缺氧或者厌氧的情况下聚磷菌生长受到抑制，释放出来细胞中的聚磷酸盐，然后采用这个过程中产生的能量进行摄取污水中脂肪酸，从而进行合成聚—β—羟基丁酸盐颗粒存在体内。在好氧条件下，聚磷菌分解体内的聚—β—羟基丁酸盐和外源基质，产生质子驱动力，将体外的磷酸盐输送到体内合成ATP和核酸，将过剩的磷酸盐聚合成细胞贮存物：多聚磷酸盐。
　　化学法除磷是向水中投加化学药剂，产生不溶性的磷酸盐，然后再利用沉淀等方法将磷从污水中除去。用于化学除磷的常用药剂有石灰、铝盐和铁盐等三大类。由于该厂进水碳源不足，故需投加除磷药剂辅助除磷。该厂采用的是聚合氯化铝铁，该药剂的优点一方面减轻了铁离子颜色影响出水色度和杀菌效果，同时也避免了铝离子对污泥活性的抑制作用。TP进出水情况见下图：
　　
　　图4、UNITANK工艺对TP的去除效果
　　四、总结
　　在污水处理厂中采用UNITANK工艺，并根据污水处理厂的实际情况进行改造设计，不仅能够满足污水处理厂的要求，而且对污水处理厂节省电耗，节约除磷药物的投资以及絮凝剂，节省大量的水资源、减少环境的污染等具有重要的作用，并且该系统具有自动化程度高、经济经济效益好、污水处理能力强等特点。总之，在污水处理厂中采用UNITANK工艺能够发挥巨大的节能效果，降低能耗，从而实现污水和污泥的资源化利用，实现更大的经济效益和社会效益。
　　参考文献：
　　[1]赵庆良,王广智,郭一令等.小城镇污水处理厂节能降耗新工艺[J]．研究建设科技；2011(21)：28—32.
　　[2]徐静,权景建.UNITANK工艺在中、小型污水处理站的应用[J]．贵州环保科技；2006,12(4)：31—34．
　　[3]庞波.Unitank工艺在赣州市污水处理厂工程中的应用[J]．城市道桥与防洪；2007(8)：175—178．