林加向

水资源是21世纪三大战略资源之一。随着社会生产发展和消耗不断加大，水资源将变得十分匮乏。城市的发展和城镇规模的不断扩大，污水处理量急剧增加，如何提高污水处理厂的能力和处理效率，提升出厂水质和降低污水处理能耗成了亟待研究的课题。但目前我国城镇污水处理厂的技术还十分匮乏，其污水处理能力、建设规模、处理设备及工艺都较为落后，因此，优化污水处理的工艺流程，提高运行管理效率，达到环保节能标准的设计方案十分必要[1]。

导流曝气生物过滤法污水处理是一种先进的污水处理技术，通过借鉴下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、无泵污泥回流法、给水快滤法等手段，再结合二级或三级污水处理工艺特点而研制出来的新型工艺方法。此工艺可实现污水处理循环利用，不受排向影响，可实现投资少，占地面积小和运行费用较低等诸多优点，是目前较为理想的污水处理新工艺。本文着重从污水处理厂的设计方案出发，探索曝气生物过滤法污水处理设计方案的成效和优点，力图促进今后的污水处理节能减排工作。

1.常见污水处理工艺

污水处理工艺是通过多种不同类型的污水处理加工工艺组合而成，然后通过不断的解析和对比，分析不同处理方案下的污水处理水质和水量和能效等多种因素来选出适用的解决步骤。处理工艺一般分为污水处理、深度处理、污泥处理、臭气处理[2]。其中污水处理阶段有格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、初沉污泥泵房、生物反应池、二沉池、回流污泥泵房、剩余污泥泵房、供气系统、化学除磷、消毒；深度处理阶段主要是滤池、化学系统；污泥处理阶段主要是浓缩池、脱水机房、污泥料仓、污泥干化、外运。臭气处理一般为收集与输送、除臭等。这种传统的污水处理工艺程序复杂，每一个污水处理步骤都需严格控制，才能保障最终的水质能够满足相应规范要求，如果消耗了太多的资源和能量，则不利于污水处理厂的长期运行和发展。

2.污水处理厂水量与水质要求

综合该地方的人口和工厂数量，结合人均用水量和万元GDP等指标，确定该污水处理厂的水量为7500m3/d。按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准，目前的污水处理工艺可以达到相应的水质要求，但随着标准的不断提高，常规的污水处理工艺技术将不能满足要求。为了节约资源，避免被动型的进行整改，可采用“导流曝气生物过滤法污水处理工艺技术”对该污水处理厂进行处理，处理效果将高于现行排放标准，出水水质将达到如表1中的要求。

3.导流曝气系统设计

导流曝气生物过滤法是一种高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流手段，本文案例污水处理厂中采用4座导流曝气设备进行处理，每座导流曝气系统的处理量可达320m3/h。整个系统的设计分为6个设计步骤：

（1）内锥即下向流接触氧化区设计。即在内锥即下向流对流接触氧化区内装有粒径较小的滤料，滤料下设有水管和空气管。设计参数：Q=7500m3/d，设计生化需氧量为144mg/L，设计该部分的去除率为65%，得到出水时的生化需氧量为50.4mg/L，设计填料的高度为2m，内锥区面积A1=175.5m3。

（2）外锥即上向流曝气生物过滤区设计。主要作用为在外锥即上向流对流接触氧化区内也装有粒径较小的滤料，滤料下也设有空气管和水管，经导流沉降无泵污泥回流区沉淀分离后的相对清水，在导流板的作用下进入外锥。设计参数：Q=7500m3/d，设计生化需氧量为上一级的剩余量50.4mg/L，设计该部分的去除率为85%，则剩余的生化需氧量为7.56mg/L，设计填料的高度为2m，外锥区面积A2=160.6m3。

（3）导流沉降无泵污泥回流区设计。该结构可使污水在重力作用下让污泥分离，并通过导流板作用导入外锥即上向流曝气生物过滤区继续处理。竖向沉淀区的表面设计负荷为4m3/m2×h，斜向沉淀区的表面设计负荷为8m3/m2×h，得到=78.125m2，’=39.0625m2，得到总的设计面积为117.1875m2，计算得到竖向沉淀区沉降分离停留时间为19.2min，斜向沉淀区沉降分离停留时间为38.4min，总时间为57.6min。导流沉降无泵污泥回流区与上部的内锥下向流对流接触氧化区和外锥上向流曝气生物过滤区系上下层结构，在构造上设计尺寸调整为与上部面积等同。

表1 出水水质参数要求表

（4）污水处理厂池体设计。整个池体面积等于内锥区面积＋外锥区面积，共计336.1 m3，设计时可选用350 m3，共设4座。滤池顶部水深0.5m，滤料2m，缓冲层0.5m，导流沉降无泵污泥外排回流区（二区），高3m，超高0.3m，池总高6.3m；单座设计尺寸为20m×17m×6.3m=2142m3，采用钢筋混凝土半地上的结构形式。

（5）生物过滤池需氧量设计。总的需氧量=内锥需氧量O21+外锥需氧量O22，通过需氧量计算公式分别计算得到内锥需氧量为28.69m3/min，外锥需氧量为59.28m3/min，最终得到总的实际需氧量为87.98m3/min。设计曝气头单位服务面积为0.75m2/个，则共需曝气头1815个，气水比设为4.2 ∶1，可满足工艺所需要求。

（6）设备与压力设计。选取鼓风机3台，曝气头安在滤池填料下0.5m处，二用一备，型号TSR200，风量Q=50.92 m3/min，风压50Kpa，电机功率55kw。工程实际结果表明，该设计方案能达到预定的水量和出厂水质要求。

4.设计方案优点分析

通过与常规的污水处理技术方案（活性污泥法处理工艺）对比，导流曝气生物过滤法污水处理工艺技术具有以下优点[3]：

（1）技术前瞻性和创新性较好。采用双锥结构，巧妙地将污水处理进行分区，实现了三级、三区导流和无污泥排放和回流的全过程，能够高效率地对污水进行处理，并使得水质优于排放标准。

（2）工程占地小，建设费用低。整个曝气滤池将降解与过滤过程结为一体，减少了近40%的建筑面积，同时省去了初次沉淀池、二次沉淀池以及污泥回流等设备，能够减少工程造价。

（3）污水处理厂排出水质好。能适应不同负荷条件下的污水处理，并且具有极高的效果稳定性和可操作性。

5.结论

通过对比研究可以发现，采用导流曝气生物过滤法的处理设计方案比传统的处理方法更具优势，处理后的各项指标都能达到国标要求，能进行中水回收利用，不受排向的影响，无须再次进行升级改造。同时，采用该节能减排设计方案具有工程造价低、运行维护方便和自动化程度高等诸多优点，可在以后的城镇污水处理厂建设中加以推广。