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摘要：马头岗污水处理厂采用了多功能UCT工艺，可根据水质、水量的变化以及季节的不同将系统灵活调整为常规UCT、改良UCT、A2／O和倒置A2／O等四种不同的处理工艺，从而保证了在不同的环境条件下均能达到最佳的运行工况。运行结果表明，该工艺既具有较高的COD、BOD、SS去除率，又解决了其他工艺在脱氮除磷时存在的问题，各项出水指标均达到了设计要求。关键词：马头岗污水处理厂；UCT工艺；脱氮除磷DesignandoperationofUCTProcessinMatougangSewageTreatmentPlantSHENLian-feng1，LIUWen-xia1，HUZong-tai2，KOUYuan—bo1，LIYou1(1．DepartmentofEnvironmentalEngineering，HenanAgriculturalUniversity，Zhengzhou450002，China：2．ZhengzhouSewageTreatmentPlant，Zhengzhou450001，China)Abstract：MultifunctionUCTprocesswasusedinMatougangSewageTreatmentPlant，whichcanbeflexiblyadjustedtoconventionalUCTprocess，improvedUCTprocess，A2／OprocessandinvertedA2／Oprocesswiththechangeofsewagequality，sewagequantityandseason．Soitcanreachtheoptimaloperatingconditionindifferentenvironment．TheoperationresultsindicatethattheprocesshashighremovalratesofCOD．BODandSS。andcansolvethecontradictoryproblemsinnitrogenandphosphorusremovalbyotherprocesses．Theeffluentindexesallreachthedesignrequirement．Keywords：MatougangSewageTreatmentPlant；UCTprocess；nitrogenandphosphorusremovalUniversityofCapetown(UCT)工艺是由南非开普敦大学开发研究的一项新的污水处理工艺，它是类似于A2／O工艺的一种脱氮除磷工艺[1]。该工艺既具有较高的COD、SS去除率，又解决了以往其他工艺在脱氮除磷时存在的矛盾问题，是一种值得推广应用的先进工艺，郑州马头岗污水处理厂即采用了该工艺。1污水处理厂概况郑州市马头岗污水处理厂占地为32．9hm2，服务范围为金水路以北，京广铁路、沙口路以东，北郊环路以南，郑东新区金水河、龙湖南北运河以西，总服务面积约92．3km2。马头岗污水处理厂采用UCT工艺，设计处理能力为30×104m3／d，远期为60×104m3／d，设计进、出水水质见表l。该污水处理厂从2007年9月开始试运行，出水经贾鲁河最终进入淮河。表1设计进、出水水质Tab．1Designinfluentandeffluentquality2工艺设计马头岗污水处理厂进水中有60％的生活污水和40％的工业废水，污水中除有机物含量较高外，NH+4-N和TP的含量也较高。综合国家现行产业技术政策对污水处理工艺的限制、环境要求达到的污染物去除率、运转经济性、污泥处理等因素后，决定采用UCT工艺，工艺流程见图1。UCT工艺可以解决硝态氮对除磷的不利影响，特别对于碳氮比和碳磷比不高的污水，更能显示其优越性。图1工艺流程Fig．1Flowchartoftreatmentprocess进水首先经粗格栅去除大颗粒悬浮固体，然后由进水泵房提升流经细格栅、旋流沉砂池进一步去除悬浮固体和细小的砂粒，之后进入UCT反应池，最后经二沉池沉淀后排人贾鲁河。①粗格栅在进水前池设置了钢丝绳式粗格栅6台，安装角度为75℃，栅条长度为5m，栅条间距为25mm，安装深度为17m。②细格栅设7台(5用2备)螺旋式细格栅，功率为1．5kW，格栅直径为1．8m，栅条间距为6mm，安装角度为35°，要求过栅流速≤0．8m／s，单台格栅最大流量为3060m3／h。每台细格栅前后各设一闸门，细格栅前后液位差≤10cm。③旋流沉砂池及巴式计量槽沉砂池直径为6m，深为3．2m，共有4座，单池设计高峰处理量为4063m3／h。每座沉砂池设进、出水闸门各一个，池内装有功率为1．5kW的轴流搅拌器4套，并配套功率为7．5kW、流量为180m3／h、出口压力为170kPa的罗茨鼓风机4台。沉砂池出水经4条喉宽为1m、单条设计流量为3125m3／h的巴氏计量槽后进入初沉池。④初沉池设4座辐流式中进周出沉淀池，单池直径为40m，池边水深为4．3m，池底坡度为12：l，池容为5400m3，设计表面负荷为1．96m3／(m2·h)，停留时间为1．24h。初沉池可以去除约50％的悬浮物、25％的BOD5。每座初沉池均设有直径为40m的刮泥机l台，刮泥机每小时运行一周。⑤UCT生化反应池生化反应池4座。单座池长为160m，宽为62m，水深为6m，有效池容为57370m3，由厌氧段、缺氧段和好氧段组成，好氧段预留一机动区，其中厌氧段池容为9120m3，缺氧段池容为9900m3，好氧段池容为38350m3。全池总停留时间为15h，泥龄为12d，气水比为7．6：1，污泥负荷为0．104kgBOD5／(kgMLSS·d)。每座反应池安装刚玉曝气器约12500个，设叶轮直径为650mm、功率为5kW的搅拌器8台，叶轮直径为2200mm、功率为4kW的推进器16台，安装内回流泵6台。反应池的几何池型采用完全混合式和推流式相结合的流态布置，其中厌氧段和缺氧段采用完全混合循环流方式，机动区和好氧段采用推流式。该生化池可根据需要通过改变进水及内外回流的位置，将工艺调整为常规UCT、改良UCT、A2／O、倒置A2／O等四种运行工艺。⑥二沉池设8座辐流式周进周出沉淀池，单池直径为45m，池边水深为4．5m，单池池容约为7150m3。停留时间为3．6h，表面水力负荷为1．28m3／(m2·h)。二沉池对生化处理后的混合液进行固液分离，以保证出水水质。二沉池底部设有直径为45m的单管穿孔刮吸泥机1台，刮泥机每小时运行一周，中心驱动。⑦污泥处理系统污泥处理系统由回流及剩余污泥泵房、污泥浓缩脱水机房和污泥干化车间组成。主要设备有：流量为940m3／h、扬程为60kPa的回流污泥轴流泵4台；流量为97m3／h、扬程为140kPa的剩余污泥泵1台；功率为5kW的搅拌器1台。采用全封闭的浓缩脱水机和封闭式的污泥输送及干化设备，不仅脱水效率高，能使污泥含水率降到75％~80％，并且避免了气味造成的不利影响。3UCT工艺的结构与工作原理马头岗污水处理厂进水中约有40％的工业废水，水质、水量变化较大，为此在工程设计中采用了可以调节的多功能UCT工艺，生化池的平面结构如图2所示。其中4#为好氧段，由五条串联廊道组成，2#为缺氧段，1#和3#在不同的工艺可调整为厌氧段或缺氧段，1#、2#和3#均没有进水调节堰门，1#和2#还设有好氧段混合液回流闸门和二沉池回流污泥闸门，1#设有缺氧段混合液回流闸门。在实际运行中，根据水质、水量和季节的变化，通过调节1#、2#和3#的的堰门和闸门可将系统灵活转变为常规UCT工艺、改良UCT工艺、A2/O工艺和倒置A2/O工艺。①常规UCT工艺打开图2中的1#进水调节堰门和缺氧段混合液回流插板闸，以及2#回流污泥插板闸，2#好氧段混合液回流闸门，关闭其余可节堰门及闸门即可转变成常规UCT工艺，工艺流程图如图3所示，此时1#为厌氧段，2#和3#为缺氧段。在常规UCT工艺中，二沉池的回流污泥和好氧段的混合液分别回流到缺氧段，其中携带的NO-3通过反硝化得以去除，另增设了缺氧段至厌氧段的混合液回流，实现生物释磷。这样就有效的避免了反硝化和释磷争夺有机质而相互影响，实现了高效脱氮除磷。但该工艺由于增加了两端混合液内回流，会造成运行费用增加。对于污水中有机物、氮、磷浓度都较高，又处于满负荷运转的冬、春季节，该工艺是一种最理想的处理工艺。②改良UCT工艺打开图2中的1#进水调节堰门和缺氧段混合液回流插板闸及2#回流污泥插板闸，关闭其余调节堰门及闸门即转变成改良UCT工艺，工艺流程如图4所示，此时1#仍为厌氧段，2#和3#为缺氧段与常规UCT工艺相比，改良UCT工艺减少了好氧段向缺氧段的混合液回流，这主要适用于污水中有机物、SS和磷含量都较高，而氮含量不是很高，污泥具有较好的吸附凝聚性能的春季。该工艺同样克服了反硝化和释磷争夺有机质的问题，而且减少了一段混合液内回流，运行费用也会很低。③A2/O工艺打开图2中的1#进水调节堰门、1#回流污泥插板闸以及2#进水调节堰门、2#好氧段混合液回流插板闸，关闭其余调节堰门及闸门即可转换成A2/O工艺，工艺流程如图5所示，此时1#仍为厌氧段，2#和3#为缺氧段A2/O工艺的分点进水方式，保证了缺氧池中的反硝化和厌氧池的生物除磷对碳源的需求，其混合液内回流形式提高了系统的生物脱氮效率。但二沉池回流污泥直接回流到厌氧段，会造成回流污泥中NO-3在厌氧段反硝化时与释磷菌争夺碳源，导致不能充分释磷，使出水中含磷量偏高。因此，该工艺目前在强化脱氮除磷的污水处理厂的应用逐步减少。但该工艺只有一段混合液内回流，运行费用相对较低，可用于进水中有机物，氮含量较高，而SS磷含量不是很高，且污泥吸附凝聚性能不是很好的秋、冬季节。④打开图2中的1#进水调节堰门、1#回流污泥插板闸、1#好氧段混合液回流插板闸及2#好氧段混合液回流插板闸、3#进水调节堰门，关闭其余调节堰门及闸门，即可转换成倒置A2/O工艺，工艺流程如图6所示，此时1#和2#为缺氧段，3#为厌氧段。倒置A2／O工艺是将A2／O工艺的厌氧段、缺氧段倒置，缺氧段设在厌氧段之前。回流污泥、好氧段混合液回流和大部分污水先进入缺氧池，回流污泥和好氧段混合液中的NO-3在此进行反硝化去除，使脱氮能力得到显著加强，也避免了回流污泥中携带的NO-3对厌氧段的不利影响，确保后续厌氧池处于绝对厌氧状态。聚磷微生物经历厌氧环境之后直接进入生化效率较高的好氧段，其在厌氧环境下形成的吸磷动力得到了更有效的利用，从而提高了对磷的去除效率。该工艺对于氮磷含量都较高、水温相对较低的污水都有较好的去除效率。4运行效果根据进水水质，马头岗污水处理厂目前有两组系统采用了常规UCT工艺，另两组采用了倒置A2/O工艺，至今运行状态一直比较正常，2008年1月-6月的运行数据见表2。可以看出，除了l、2月份因处于硝化培菌阶段，NH+4-N和TN去除效果不理想外，其他时段各项出水指标均达到了设计要求。该工艺不仅对COD、BOD5、SS的去除率高(≥93％)，且对TP的去除率也很高，最高达到了96％，最低也达到了81％，另外随硝化培菌的完成和气温的升高，NH+-N去除率6月份达到了99％。可见，该工艺去除效率高、耐冲击能力强，是一种很好的城市污水处理工艺。表2运行结果Tab．2Operationresults5结果与讨论①马头岗污水处理厂采用的多功能UCT工艺，可根据水质、水量的变化及季节的不同灵活调整为常规UCT、改良UCT、A2／O和倒置A2／O等四种不同的处理工艺，从而保证了在不同的环境条件下均能达到最佳的运行工况。目前采用的常规UCT工艺和倒置A2／O工艺都有效地避免了同时脱氮除磷的矛盾，氮、磷去除率都在80％以上，COD、BOD5、NH+4-N和TP等各项出水指标均达到了设计要求。②该工艺在生化池的好氧段设机动区，可根据季节和水温变化调整其功能，在夏季水温较高时，硝化及反硝化速率大大提高，可调整好氧段的机动区作为缺氧区，使反硝化反应更为彻