改型傳統(tǒng)活性污泥法生物處理中前置缺氧區(qū)的主要作用和特點為：（1）有機物在缺氧區(qū)的微生物作用下，使有機物的結構改變，提高污水可生化性，增強了對難降解有機物的去除效果和對水質變化的適應能力，為后續(xù)處理單元提高效率創(chuàng)造了有利的條件，尤其是對工業(yè)污水比重較大和生物降解性差的城市污水有較大的優(yōu)越性。（2）可以抑制絲狀菌的過度增長，防止好氧段污泥的膨脹，避免影響處理設施正常穩(wěn)定的運行。（3）可改善污泥的沉降性能，提高二次沉淀池的泥水分離效果，也有利于污泥的處理與處置。（4）池形設計的特點，使調整運轉方式靈活，根據(jù)實際運行情況和對水質要求的變化，只要增加混合液內(nèi)回流設備，即可完成生物脫氮，所以該工藝更容易適應出廠水水質標準的變化。

　　2. 南陽污水處理廠工程設計

　　南陽污水處理廠位于南陽市中心城區(qū)的西南角南鄰白河，其出水直接排入白河，排放口位于白河第四橡膠壩的下游。工程總規(guī)模30×10⁴m³/d，一期工程10×10⁴m³/d。1997年～1998年完成設計，2001年投產(chǎn)。采用瑞典政府貸款，主要工藝設備均引進。

　　2.1進出水水質

　　污水處理廠服務范圍內(nèi)的工業(yè)污水約占城市污水量的44%。主要有 4個排放口，根據(jù)1997年4月對其中3個主要排放口的污水水質的實測資料和《污水排入城市下水道水質標準》的要求以及相應的行業(yè)標準的有關規(guī)定，污水處理廠的設計進水水質為：BOD₅170mg/L，COD_cr360mg/L，SS280mg/L，TN27mg/L，NH₃-N20mg/L。

　　污水處理廠的排放水體白河，規(guī)劃為Ⅳ類，因此執(zhí)行污水綜合排放的二級標準，但是，根據(jù)環(huán)保的批復意見，個別水質項目的要求更加嚴格，設計確定的主要水質指標為：BOD₅≤30mg/L，COD_cr≤100mg/L，SS≤30mg/L， NH₃-N≤15mg/L。

　　污水處理廠采用的工藝流程為改型傳統(tǒng)活性污泥法，如圖2-1。

　　城市污水通過管道收集進入污水處理廠，在廠內(nèi)經(jīng)過粗格柵、污水提升、污水計量、細格柵、沉砂、初沉、生物處理、二沉池的泥水分離后，排入白河。污泥采用重力濃縮、機械脫水處理，含水率75%～80%的污泥外運，近期衛(wèi)生填埋，遠期增加污泥厭氧消化處理工藝，同時考慮作為生產(chǎn)復合肥料的原料。。

　　污水和回流污泥均采用巴氏計量槽計量，以合理地控制運行參數(shù)。

　　 2.2   生產(chǎn)設施

　　2.2.1 進水泵房，土建按遠期規(guī)模設計，設備分期安裝。采用潛水污水泵，濕式安裝。泵房內(nèi)共設置6臺泵位，一期安裝4臺，二大二小；二期增加二臺大泵，遠期換泵。

　　2.2.2 沉砂采用曝氣沉砂池。10萬m³/d規(guī)模設一座，停留時間 2.50～3.30min，曝氣量0.1～0.15m³氣/m³水，沉砂池出水渠道上設巴式計量槽，對污水進行計量。

　　2.2.3 初沉采用中心進水周邊出水圓形輔流式沉淀池，池徑40m，2座，表面水力負荷1.66～2.16m³/m²·h，停留時間1.67h。

　　2.2.4 改型活性污泥生物處理池，該池是污水處理廠的核心，共計2座，2座之間設回流污泥渠道，使其成為一個整體。生物處理池由廊道組成，分缺氧區(qū)和好氧區(qū)，水深6.0m。缺氧區(qū)容積3640m³，停留時間0.87h，缺氧區(qū)內(nèi)安裝水下攪拌器4套/座；好氧區(qū)容積27100m³，停留時間6.5h。污泥負荷0.126kgBOD₅/kgMLSS.d，污泥濃度3.3g/L。好氧區(qū)池底安裝微孔盤式曝氣器，曝氣器數(shù)量按遞減曝氣布置，沿水流方向遞減分為三段，分別占總曝氣量的44%、33%、23%，控制供氣量在進水端大，出水端小，使供氧更經(jīng)濟合理。

　　2.2.5 二沉池，10萬m³/d規(guī)模設4座直徑45m的輻流式二沉池。表面負荷0.65～0.85 m³/m².h。2.2.6 鼓風機房，主要向生物處理池供氧和曝氣沉砂池供氣。按10萬m³/d規(guī)模設計，內(nèi)設變頻調速鼓風機4臺，三用一備。單臺風機供風量110m³/min。

　　2.2.7 回流污泥泵房，一期工程設一座，采用潛水泵，設置4臺回流污泥泵，3用1備，其中1臺變頻調速；DP3085MT-53-472剩余污泥泵2臺，Q=46.8m³/h，H=4.8m，功率2.0kw。回流污泥采用渠道輸送，渠道上設巴式計量槽，對回流污泥進行計量，回流量根據(jù)污水廠進水量自動調節(jié)。

　　2.2.8 污泥處理，10萬m³/d規(guī)模，設重力濃縮池二座，直徑14m，濃縮時間19.4h。圓形儲泥池一座，直徑6m，有效容積110m³。污泥脫水間一座，按20萬m³/d規(guī)模設計，設備分期安裝，采用離心脫水機。一期工程設置2臺脫水機，并預留1臺脫水機的位置。

　　2.3 其它

　　2.3.1 超越管設置，為了保證污水處理廠的正常運行，靈活調整工藝過程，同時能夠處理停電等突發(fā)事故，廠內(nèi)共設置了污水進廠的超越管、初沉池超越管、二級處理超越管以及消毒接觸池超越管。

　　2.3.2 污水處理廠的占地7.2ha。平面布置主要是將生產(chǎn)構建筑物和輔助生產(chǎn)建筑物分別集中布置，并用綠化和道路分割，以避免相互影響，保證輔助生產(chǎn)區(qū)工作人員的工作環(huán)境。生產(chǎn)區(qū)的污水和污泥處理設施也分別集中布置，尤其是將環(huán)境條件差的設施遠離綜合樓等輔助設施。為便于管理和降低水頭損失，節(jié)約能耗，生產(chǎn)構筑物之間盡量采用渠道連接，并用架空走道相連，有利于生產(chǎn)人員的巡視和管理。用地及建筑面積指標符合國家《城市污水處理工程項目建設標準》的有關規(guī)定。

　　2.4 主要設備

　　污水處理廠工藝設備基本上采用引進。引進的工藝設備有格柵類，包括粗、細機械格柵；排泥（砂、渣）類，包括橋架式除砂機、砂水分離器、無軸螺旋輸送器、初沉池的刮泥機、二沉池的刮吸泥機、；以及鼓風機、離心脫水機、盤式微孔曝氣器、水下攪拌器等。

　　2.5 主要控制功能

　　2.5.1全廠的控制系統(tǒng)

　　污水處理廠采用集散型控制方式，主要是分散檢測和控制，集中顯示和管理，可實時監(jiān)測廠內(nèi)主要設備的工作狀態(tài)，自動調節(jié)設備的運行狀態(tài)，顯示重要參數(shù)的各種曲線圖，顯示和打印任何時間的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

　　2.5.2供氧量控制

　　生物處理池的供氧采用鼓風曝氣，微孔盤式曝氣器。在厭氧段設 4臺（單池）潛水推進器，直徑370mm，功率2.5kw，作用是混合推流，使該段處于缺氧狀態(tài)；鼓風機房內(nèi)設置4臺HST型鼓風機，鼓風機全部為變頻調速與鼓風設備一體化，整個設備緊湊簡潔，可通過生物池內(nèi)6臺溶解氧儀（控制溶解氧1.5～2.5mg/L）發(fā)出信號，調節(jié)供氣管上的調節(jié)閥，根據(jù)壓力的變化，自動調節(jié)鼓風機的開啟臺數(shù)以及單臺鼓風機的供氣量。此種鼓風機設備在國內(nèi)為首次采用，可完全按事先設置好的溶解氧值，自動調節(jié)供氣量，運行效果穩(wěn)定，調節(jié)靈活，節(jié)省能耗，對規(guī)模適中的污水處理廠是較理想的選擇。

　　3 回流污泥量控制

　　生物池的污泥回流采用LL3300LT-53-806潛水泵，Q=1283m³/h，H=3.8m，其中1臺為變頻調速，Q=300～1590m³/h。在回流污泥渠道上設置巴氏計量槽，在生物池內(nèi)設置污泥濃度計，根據(jù)污水處理量自動調節(jié)回流污泥泵的開啟臺數(shù)，使污泥的回流量達到最佳，控制生物處理池內(nèi)的混合液污泥濃度合理，以節(jié)省回流污泥和供氧量的能耗。

　　4 污泥處理系統(tǒng)設施

　　初沉池的排泥采用時間和污泥濃度控制，4h排泥1次，排泥管上設污泥流量計和電控閥門，污泥管道監(jiān)測裝置可同時測定和輸出污泥的含水率、流量，根據(jù)含水率控制排泥歷時；剩余污泥連續(xù)排放；二部分污泥進入污泥重力濃縮池濃縮后，按濃縮池內(nèi)的污泥界面計的設置值，自動排入儲泥池，當儲泥池中液面超過設置值時，濃縮池不排泥，保證系統(tǒng)安全；污泥機械脫水設備為 AVNX4565型離心脫水機，配自動投藥系統(tǒng)以及輸送脫水污泥的無軸螺旋輸送機等設備，污泥脫水系統(tǒng)設施采用自動控制方式運行。

　　5 污水處理廠實際運行效果

　　5.1進水、出水水質的監(jiān)測結果

　　污水處理廠經(jīng)常監(jiān)測的項目為：COD_Cr、BOD₅、SS、NH₃-N、DO等。不定期測定的項目包括：總氮、總磷等。2001年8月～2002年4月的實際監(jiān)測結果如表3-1。

表3-1  污水處理廠實際處理效果

　　河南省環(huán)境監(jiān)測中心站對污水處理廠的進出水和總排放口進行了連續(xù)3天的檢測，每天檢測6次，檢測結果的平均值見表3-2，3天的實測水量為7.86～8.53×10⁴m³/d，平均8.29×10⁴m³/d。結果表明，各主要污染指標的平均值均達到設計指標。

表3-2  環(huán)境監(jiān)測中心站對污水處理廠的檢測結果

　　5.2實際處理效果與設計值的對比

　　污水處理量最大為9.2×10⁴m³/d，最小為6.5×10⁴m³/d，目前南陽污水凈化中心控制污水處理量8.0×10⁴m³/d左右。由于排入污水廠的工業(yè)污水水質濃度遠大于排入城市排水管道的水質標準的規(guī)定值，因此造成南陽市污水處理廠的進水水質遠遠大于設計值。

　　 實際運行效果與設計值的比較見表3-3。

表3-3  污水廠實際運行效果與設計值的比較

　　 6 有關問題的討論

　　6.1初次沉淀池在污水處理過程中的作用

　　城市污水的水質在污水處理廠的設計中占有十分重要的地位，但是由于工程建設前難以準確界定其變化范圍，而且工業(yè)污水的水質不僅會隨工業(yè)生產(chǎn)的變化而變化，也會隨工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的污水預處理設施運行狀況而產(chǎn)生變化，因此工業(yè)污水的水量和水質不易確定，造成城市污水水質的實際值可能與設計值有較大差異，因此如何使設計適應城市污水水質的變化對設計的成敗具有關鍵性的作用。水質確定過低，實際的污水水質較高時，將影響污水處理設施的正常運行，設計水質過高，將會造成工程投資的增加，影響設備的有效利用，同時也會影響污水處理設施的正常穩(wěn)定的運行。

　　初次沉淀池主要靠物理作用去除污水中的部分懸浮物和有機物，對污水水質濃度較高的污水處理廠，設置初沉池可降低有機物濃度，大大緩解污水水質大于設計值對污水處理設施正常運行的影響，節(jié)省能耗，其作用對污水處理廠的運行起到了無可替代的作用；當污水有機物濃度較低時，設置初沉池有可能達到污水廠出水水質標準，經(jīng)污水的一級處理后直接排入水體，同樣起到降低能耗的作用；因此對污水水質濃度變化較大的污水處理廠，設置初沉池對污水處理設施的運行管理、節(jié)省能耗以及靈活的改變運行狀態(tài)等均較為有利，因此對城市污水中工業(yè)污水占比例大的污水處理廠，以及合流制排水系統(tǒng)的污水處理廠應考慮設置初沉池的可能性和條件。

　　南陽市污水處理廠的污水設計水質與實際有較大的差異，主要是工業(yè)企業(yè)未按有關的規(guī)定進行預處理，大量未經(jīng)適當處理的污水使城市污水水質濃度產(chǎn)生了較大的變化，設置初次沉淀池對污水處理廠的正常運行起到了很好的調節(jié)作用，使南陽市污水處理廠能夠在污水水質發(fā)生較大變化的條件下正常運行，對污染物的去除量和去除率都大于設計指標，初沉池的設置是設計成功的主要內(nèi)容之一。初沉池在南陽污水處理廠的運行效果見表4-1，實踐證明對污染物的去除效果非常顯著。

表4-1  初沉池對主要污染指標的去除效果

　　6.2近遠期的結合

　　污水處理廠的建設應從工程建設的整體效益考慮，不僅在技術上也在經(jīng)濟上綜合考慮，以達到技術經(jīng)濟上的最優(yōu)。因此，只增加設備即可滿足遠期要求的設施，工程的土建工程建設應從遠期著眼，土建工程一次建成，設備分期安裝，這樣工程的整體效益最優(yōu)；在不僅要增加設備，而且要增加構筑物或土建設施時，一般應從工程的整體效益考慮，分期進行建設，除非工程的近遠期時間相隔較近時。南陽市污水處理工程的建設，附屬設施的建設主要從遠期考慮按30×10⁴m³/d規(guī)模一次建成，遠期不再進行建設；對污水進水泵房、污泥脫水間等也是只預留設備的位置，土建按中期的工程規(guī)模進行建設，設備分期安裝。總之，污水處理廠的建設應從技術和經(jīng)濟方面綜合考慮，合理的對近遠期工程設施進行分期，最大限度的發(fā)揮投資效益，達到工程的建設投資和運行成本總體上最經(jīng)濟。

　　6.3氨氮的去除

　　按照生物學的理論，污水處理過程中的氨氮降解，主要是生物的硝化作用，有機物經(jīng)過碳化和硝化作用，氨氮被轉化為硝酸鹽，出水的氨氮降低，以達到排放標準。目前，國家的污水處理廠的排放標準對總氮尚無明確的標準，因此，原則上污水處理構筑物中并不需要專門設置反硝化脫氮設施，但是，實際的污水處理廠在考慮去除氨氮時，一般均設置反硝化區(qū)進行脫氮，即不僅將氨氮轉化為硝酸鹽氮，而且使出廠水的總氮降低，主要是保證污水處理廠的二次沉淀池正常運行。南陽污水處理廠的生物處理構筑物未專門設置反硝化區(qū)，主要原因是污水的進出水氨氮濃度較接近，無須專門設置反硝化脫氮，實際污水處理廠的氨氮達到了排放標準，并通過河南省環(huán)境保護局的驗收。

　　6.4能耗

　　污水處理廠的能耗是運行成本的重要組成部分。降低電耗是設計需要考慮的一個主要內(nèi)容。在設計過程中應盡量降低工藝流程的水力損失，各水處理構筑物之間能夠用渠道連接的應盡量采用渠道，以降低水力損失；應采用高效節(jié)能的供氧設備，并能夠根據(jù)水量和水質自動調節(jié)供氧量；在污水水質濃度較高時，應考慮設置初沉池，降低進入生物處理池的有機物濃度，節(jié)省供氧設備的能耗。南陽污水處理廠處理構筑物之間盡量采用渠道連接，同時，采用能夠根據(jù)生物處理池內(nèi)的溶解氧自動調節(jié)供氣量及高效的鼓風設備，并設置初沉池，降低污水處理廠的能耗。在南陽污水處理廠的實際水質遠大于設計值時，實測的月平均單位污水處理電耗為：0.285kw.h/m³.d，處理單位BOD₅的電耗為：0.964kw.h/m³.d，污水處理能耗較低，在國內(nèi)處于先進水平。

　　6.5溶解氧在工藝流程中的變化

　　溶解氧在污水處理工藝流程中的變化見表5，從實測的工藝流程的溶解氧變化狀況，說明改型傳統(tǒng)活性污泥法的生物處理過程基本處于較優(yōu)的狀態(tài)，缺氧區(qū)的溶解氧≤0.5mg/L，好氧區(qū)中各段的溶解氧均在1.5～2.0mg/L之間，保證了系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)，避免了能量的浪費。

表4-2 溶解氧的變化

　　7總結

　　改型傳統(tǒng)活性污泥法工藝在南陽污水處理廠的應用結果表明，該工藝適應南陽市污水的實際，工藝的選擇合理先進，尤其是對污水水質較高和有較大變化的污水處理廠有較明顯的優(yōu)勢，不僅克服了污泥膨脹等影響污水處理設施正常運行的因素，同時節(jié)省了能耗。尤其是設置初沉池對穩(wěn)定污水生物處理池的正常運行起到了較好的作用，在目前污水處理行業(yè)較少采用初沉池的時候，值得思考初次沉淀池在污水處理廠的作用。