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1、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、A2O和倒置A2O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Design and operation of UCT Process in Matougang Sewage Treatment PlantSHEN Lian-feng1， LIU Wen-xia1
2、， HU Zong-tai2， KOU Yuanbo1， LI You1(1Department of Environmental Engineering，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China：2Zhengzhou Sewage Treatment Plant，Zhengzhou 45000 1，China)Abstract： Multifunction UCT process was used in Matougang Sewage Treatment Plant，which can be flexibly adjusted
3、 to conventional UCT process，improved UCT process，A2O process and inverted A2O process with the change of sewage quality，sewage quantity and seasonSo it can reach the optimal operating condition in different environmentThe operation results indicate that the process has high removal rates of CODBOD
4、and SS。and can solve the contradictory problems in nitrogen and phosphorus removal by other processesThe effluent indexes all reach the design requirementKey words： Matougang Sewage Treatment Plant； UCT process； nitrogen and phosphorus removalUniversity of Capetown(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
5、似于A2O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329 hm2，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923 km2。马头岗污水处理厂采用UCT工艺，设计处理能力为30104m3d，远期为60104m3d，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Tab1 Design infl
6、uent and effluent quality2 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Fig1 Flow chart of treatment process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
7、，之后进入UCT反应池，最后经二沉池沉淀后排人贾鲁河。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5 m，栅条间距为25 mm，安装深度为17 m。细格栅设7台(5用2备)螺旋式细格栅，功率为15kW，格栅直径为18 m，栅条间距为6 mm，安装角度为35，要求过栅流速08 ms，单台格栅最大流量为3 060 m3h。每台细格栅前后各设一闸门，细格栅前后液位差10 cm。旋流沉砂池及巴式计量槽沉砂池直径为6 m，深为32 m，共有4座，单池设计高峰处理量为4 063 m3h。每座沉砂池设进、出水闸门各一个，池内装有功率为15 kW的轴流搅拌器4套，并配套功率为75 kW
8、、流量为180 m3h、出口压力为170 kPa的罗茨鼓风机4台。沉砂池出水经4条喉宽为1 m、单条设计流量为3 125 m3h的巴氏计量槽后进入初沉池。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43 m，池底坡度为12：l，池容为5 400 m3，设计表面负荷为196 m3(m2h)，停留时间为124 h。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40 m的刮泥机l台，刮泥机每小时运行一周。UCT生化反应池生化反应池4座。单座池长为160 m，宽为62m，水深为6 m，有效池容为57 370 m3，由厌氧段、缺氧段和好氧段组成，好氧段预留一机动区
9、，其中厌氧段池容为9 120 m3，缺氧段池容为9 900 m3，好氧段池容为38 350 m3。全池总停留时间为15 h，泥龄为12 d，气水比为76：1，污泥负荷为0104 kgBOD5(kgMLSSd)。每座反应池安装刚玉曝气器约12 500个，设叶轮直径为650 mm、功率为5 kW的搅拌器8台，叶轮直径为2 200 mm、功率为4 kW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、A2O、倒
10、置A2O等四种运行工艺。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45 m，单池池容约为7 150 m3。停留时间为36 h，表面水力负荷为128 m3(m2h)。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45 m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。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940 m3h、扬程为60 kPa的回流污泥轴流泵4台；流量为97 m3h、扬程为140 kPa的剩余污泥泵1台；功率为5 kW的搅拌器1台。采用全封闭的浓缩脱水机和封闭式的污
11、泥输送及干化设备，不仅脱水效率高，能使污泥含水率降到7580，并且避免了气味造成的不利影响。3 UCT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
12、、改良UCT工艺、A2/O工艺和倒置A2/O工艺。 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
13、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。 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。 A2/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
14、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。打开图
15、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A2O工艺是将A2O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
16、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
17、、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Tab2 Operation results5 结果与讨论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、A2O和倒置A2O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A2O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。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底，降低出水总氮，避免二沉池污泥上浮。在冬季水温低，可调整好氧段的机动段作为好氧区，使硝化更充分，保证出水水质。 由于马头岗污水处理厂进水中含SS较高，故工艺设计时在生化池前设置了初沉池，但这造成生化池的缺氧段或厌氧段碳源不足，在运行时要灵活调整初沉池的沉淀时间，同时增设超越初沉池的管道，必要时污水可超越初沉池直接进入反应池。
