A/O法的單體工藝構(gòu)筑物設(shè)計(jì)方法比較
在我國(guó)特別是在北方地區(qū)，在建的或已建成的較大規(guī)模的污水處理廠所用工藝以A/O法為主且其設(shè)計(jì)方法各有特點(diǎn)。筆者對(duì)這些污水廠幾處局部單體工藝的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。
1進(jìn)水泵站
通常情況下，進(jìn)水泵站有方案1(見圖1)、方案2(見圖2)兩種設(shè)計(jì)方式。
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方案1在北方地區(qū)的污水廠應(yīng)用較多，而方案2是一種較新的設(shè)計(jì)方法，在北方地區(qū)采用較少。
由圖1可知，方案1顯然帶有從管道泵的設(shè)計(jì)中移植過來的成分，或者是較接近于自來水廠進(jìn)水泵站的常規(guī)設(shè)計(jì)方法。因?yàn)樽詠硭畯S進(jìn)水量穩(wěn)定且不能使用潛水泵，以及受水流要盡可能在封閉管道中運(yùn)行的限制，該方案在自來水廠的進(jìn)水泵站設(shè)計(jì)上較常用，但如果將該方法生搬硬套到污水廠的進(jìn)水泵站設(shè)計(jì)上，僅將管道泵變?yōu)闈撍，則會(huì)有諸多弊端。
從圖1還可以看出，水泵出水管與橫干管相連，如果出水管上沒有閥門，那么水泵出水必然要逆向打進(jìn)不工作水泵所在的支管使水泵反轉(zhuǎn)，甚至使水泵損壞。以前的解決辦法是在泵后加一電動(dòng)閥，但這樣一來在每臺(tái)泵工作前后需頻繁地啟閉電動(dòng)閥，并需通過開、關(guān)限位信號(hào)來判斷閥門開關(guān)情況。由于這些管的管徑都比較大且前些年電動(dòng)閥的質(zhì)量不太過關(guān)，而污水廠自身的特點(diǎn)又決定了它的進(jìn)水泵必須頻繁地開啟，故進(jìn)水泵站的故障率相對(duì)較高。
在近幾年污水廠的進(jìn)水泵站設(shè)計(jì)中普遍對(duì)方案1作了改進(jìn)，即在各電動(dòng)閥后增加一個(gè)逆止閥。這樣雖然在每次泵的啟動(dòng)前后不必再反復(fù)啟閉電動(dòng)閥而使得該部分運(yùn)行的可靠性及控制的復(fù)雜性大為改善，但也帶來了如下問題：
①水頭損失大，能量浪費(fèi)嚴(yán)重
由于電動(dòng)閥、逆止閥的故障率高，故往往需要在其后再安裝一個(gè)手動(dòng)啟閉閥。但較多的閥門和彎頭使水頭損失大得驚人。如遼西某污水處理廠(設(shè)計(jì)處理能力為10×104m3/d，進(jìn)水泵為4臺(tái)潛水泵，揚(yáng)程為186.2kPa)采用了第一種設(shè)計(jì)方案，水泵的實(shí)際功率為165kW，而如采用方案2則功率僅為100kW。
②浪費(fèi)材料、施工困難、運(yùn)行故障多
每臺(tái)泵后必有的電動(dòng)閥、逆止閥及手動(dòng)閥以及過長(zhǎng)的管路、過多的彎頭給用戶帶來了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也增加了潛在事故發(fā)生點(diǎn)。此外，水泵頻繁啟停使逆止閥頻繁啟閉并承受巨大的震動(dòng)及水錘沖擊，對(duì)其他設(shè)備的安全運(yùn)行都有較大的影響。
材料的浪費(fèi)主要體現(xiàn)在廠房上。這種設(shè)計(jì)方案要求管路在地面敷設(shè)很長(zhǎng)一段距離，加之必有的格柵、應(yīng)急閥門等，使得該部分的廠房面積很大。一般來說，在相同污水處理量的情況下采用方案1的提升泵房的占地面積至少是方案2的兩倍。
與方案1相比，方案2使上述問題基本上得以解決，所以在西方特別是在北歐國(guó)家，污水廠進(jìn)水泵站的設(shè)計(jì)方式基本上與方案2相同。該方案唯一的不足是當(dāng)進(jìn)水泵的揚(yáng)程特別大時(shí)不太適用。
2回流系統(tǒng)
回流系統(tǒng)同樣有方案1(見圖3)及方案2(見圖4)兩種常見的形式。
從圖3、4可看出，它們之間的主要區(qū)別在于回流污泥井的最大標(biāo)高是否高于二沉池的出水液位標(biāo)高，筆者認(rèn)為方案2優(yōu)于方案1。當(dāng)然，方案1也有一定的優(yōu)勢(shì)，即同等容量的回流污泥井，方案1井內(nèi)污泥的流動(dòng)性要好于方案2，同時(shí)二沉池刮泥橋的虹吸更易形成。
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①無法滿足定比回流的要求
A/O工藝對(duì)回流污泥的控制要求是實(shí)現(xiàn)定比回流，即無論進(jìn)水量有多大，回流污泥量與進(jìn)水量的比應(yīng)基本為一定值。而目前，我國(guó)北方地區(qū)很少有哪個(gè)污水廠的進(jìn)水量能實(shí)現(xiàn)每時(shí)每刻進(jìn)水量固定，這就要求回流污泥量須能在很大范圍內(nèi)變化。但若回流污泥井的最高標(biāo)高低于二沉池出水標(biāo)高則定比回流就很難實(shí)現(xiàn)。
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由圖3可知，為保持回流污泥井適宜的污泥量，回流污泥與剩余污泥量之和應(yīng)與二沉池刮泥橋的排泥量相等。對(duì)于采用定速污泥泵和通過虹吸排泥的二沉池來說，實(shí)現(xiàn)此動(dòng)態(tài)平衡是非常困難的，且一旦實(shí)現(xiàn)就不要再去改變。因此，當(dāng)進(jìn)水流量波動(dòng)較大時(shí)定比回流根本無從談起，所能實(shí)現(xiàn)的只能是定量回流，此時(shí)工藝運(yùn)行的功效便很難保障。
②電動(dòng)閥帶來的問題
盡管電動(dòng)閥具有無水錘沖擊、水頭損失較小等優(yōu)點(diǎn)，但如果回流泵后采用電動(dòng)閥，那么它會(huì)給污水廠的運(yùn)行帶來安全隱患。由圖3可看出，采用方案1的回流系統(tǒng)一旦停電則回流泵停止運(yùn)行，但此時(shí)的電動(dòng)閥是開啟的，因而導(dǎo)致從A/O池入口到回流污泥井之間的管路處于連通狀態(tài)。由于A/O池的液位高于二沉池(更遠(yuǎn)高于回流污泥井)，所以A/O池內(nèi)的水便會(huì)以極大的流速迅速倒灌至回流污泥井(遼南地區(qū)某采用該方案的污水處理廠發(fā)生倒灌時(shí)，水流將回流污泥井由全空到灌滿的時(shí)間＜1min)，并從污泥井的上蓋噴涌而出造成生產(chǎn)事故。由于電動(dòng)閥失去了驅(qū)動(dòng)力，因此需人工手動(dòng)才能將其關(guān)閉。
在方案2中，回流污泥井的最大標(biāo)高高于二沉池的最大液位標(biāo)高(回流污泥井的最高液位不會(huì)高于二沉池的最高液位)，這時(shí)只要將二沉池刮泥橋的最大虹吸量調(diào)整至遠(yuǎn)大于回流污泥泵及剩余污泥泵的最大排出量之和，回流污泥泵便可任意按進(jìn)水量的變化進(jìn)行回流量調(diào)節(jié)，其原理是：當(dāng)虹吸開始后回流污泥井的液位便會(huì)迅速上升，當(dāng)其接近于二沉池的溢流液位時(shí)，由靜壓槽經(jīng)虹吸筒流進(jìn)匯泥槽的流量便會(huì)發(fā)生急劇變化——該值立刻由最大虹吸量降低為回流量與剩余量之和。如回流污泥泵和剩余污泥泵全停下來，則二沉池刮泥橋的出泥量降低至零，而只要泵一運(yùn)行，由于回流污泥井與二沉池之間出現(xiàn)了液位差，虹吸過程便又會(huì)重新開始。這樣，只要回流污泥泵在調(diào)速裝置的控制下，定比回流便可完全實(shí)現(xiàn)。
另外，由于將回流泵后的電動(dòng)閥改成了逆止閥，故無論是停泵還是停電都不用擔(dān)心A/O池內(nèi)污水倒灌的問題，同時(shí)也簡(jiǎn)化了控制過程。
3污泥系統(tǒng)
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有關(guān)污泥系統(tǒng)，筆者列舉出了如圖5所示的常規(guī)設(shè)計(jì)方案(以下簡(jiǎn)稱方案1)，以及如圖6所示的帶預(yù)脫水(或者是采用“常規(guī)脫水機(jī)+預(yù)脫水機(jī)”的構(gòu)成方式)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(簡(jiǎn)稱方案2)。
按目前的施工方式及設(shè)備的價(jià)格情況，對(duì)于處理規(guī)模為10×104m3/d的污水廠，如果方案2所用的帶預(yù)脫水的脫水機(jī)是進(jìn)口的，則兩種方案的造價(jià)基本相同。如采用國(guó)產(chǎn)的脫水機(jī)或帶預(yù)脫水的脫水機(jī)，則方案2的工程造價(jià)可大幅下降。表1為兩種方案的對(duì)比。
表1兩種方案的對(duì)比
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從表1以及圖5、6可看出，污水廠的規(guī)模越小、流程越簡(jiǎn)單，則采用方案1越合適。隨著污水廠規(guī)模的擴(kuò)大，或?qū)碓O(shè)備造價(jià)越來越低及土地費(fèi)用越來越高，方案2將會(huì)越來越顯示出其生命力。
實(shí)際上對(duì)于以上兩個(gè)系統(tǒng)而言，關(guān)鍵是除磷效果的差異。當(dāng)活性污泥在重力濃縮池中停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，磷又全部釋放出來并隨上清液被送回格柵間。再者，活性污泥因失去活性而發(fā)黑并伴隨著惡臭，給脫水操作帶來種種不便。
隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)價(jià)格的逐漸降低所帶來的在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的普及，污泥處理系統(tǒng)必將日臻完善。在未來的污泥處理系統(tǒng)中，甚至有可能連剩余污泥泵也取消了而由脫水機(jī)的進(jìn)泥泵來代替。生污泥泵由變頻器控制其轉(zhuǎn)速，由管道上的DS儀對(duì)生污泥含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并由PLC進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使得生污泥的DS值保持在用戶設(shè)定值附近。生污泥與活性污泥經(jīng)管道混合器進(jìn)行混合，再按比例投加PAM后送至脫水機(jī)。脫水機(jī)除具有目前各種先進(jìn)的性能外，絮凝狀態(tài)、出泥含水率等重要工藝參數(shù)的閉環(huán)控制過程的實(shí)現(xiàn)也并不遙遠(yuǎn)，到那時(shí)脫水系統(tǒng)的全過程無人值守運(yùn)行就可以實(shí)現(xiàn)了。
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