UNITANK污水处理工艺.docx

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UNITANK污水处理工艺

UNITANK污水处理工艺简介

UNITANK污水处理工艺简介

1.UNITANK工艺介绍

UNITANK工艺又称一体化活性污泥法（交替生物池），是1987年，比利时SEGHERS公司提出一种新颖的活性污泥法。

它由三个矩形池组成，三个池水力相连通，每个池中均设有供氧设备，可采用鼓风曝气或采用表面曝气，在外边两侧设矩形池，设有固定出水堰及剩余污泥排放口，该池既可作暴气池又可做沉淀池，中间一只矩形池只做曝气池。

进入系统的污水，通过近水闸控制可分时序分别进入三只矩形池中任意一只池，如图1。

UNITANK工艺是当今一种新的污水处理工艺，是SBR法新的变型和发展,不仅具有SBR系统的主要特点，还可以像传统活性污泥法那样在恒定水位下连续流运行。

UNITANK工艺可视为“序批法”、“普通曝气池法”及“三沟式氧化沟法”联合而成，克服了“序批法”间歇进水、“三沟式氧化沟法”占地面积大、“普通曝气池法”设备多的缺点，具有同步脱氮除磷功能。

典型的UNITANK工艺是三个水池，三池之间水力连通，每池都设有曝气系统，外侧的两池设有出水堰及污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。

污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水、周期交替运行。

在自动控制下使各池处在好氧、缺氧及厌氧状态，以完成有机物和氮磷的去除。

在国外UNITANK系统已成为一个高效、经济、灵活和成熟的污水处理工艺。

经过研究和应用，UNITANK系统已成为一个高效、经济、灵活和成熟的污水处理工艺。

UNITANK系统的主体是一个被间隔成数个单元的矩形反应池，典型的是三格池。

三池之间水力连通；每池都设有曝气系统，既可用鼓风机供气，也可进行机械表面曝气及搅拌；外侧的两池设有出水堰及剩余污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。

污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水，周期交替运行。

通过调整系统的运行，可以实现处理过程的时间及空间控制，形成好氧、厌氧或缺氧条件，以完成具体处理目标。

UNITANK运行按周期运行，一个周期包括两个主阶段和两个中间阶段，一般单个周期时间为7小时，主阶段2×3小时，中间阶段2×30分钟。

2.UNITANK的基本构造和运行方式

UNITANK系统的主体是一个被间隔成数个单元的矩形反应池，典型的是三格池。

三池之间水力连通；每池都设有曝气系统，既可用鼓风机供气，也可进行机械表面曝气及搅拌；外侧的两池设有出水堰及剩余污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。

污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水，周期交替运行。

通过调整系统的运行，可以实现处理过程的时间及空间控制，形成好氧、厌氧或缺氧条件，以完成具体处理目标。

（1）运行

运行过程中，有两只池处于曝气阶段，而边池的一只是处于沉淀状态，处理后出水从堰口排出，剩余污泥从底池排除。

例如，污水从左侧矩形池进水，该池作曝气池，从连通管到中间矩形曝气池，再经连通管至右侧矩形沉淀池，处理水由固定堰排出，水流方向由左向右；经过一定时段后，关闭左侧池进水闸，开启中间池进水闸，此时，左侧池开始停止曝气，而污水从中间池流向右侧池；经过一个短暂的过渡段后，关闭中间池进水闸，而改从右侧池进水，此时右侧池曝气，左侧池经静止沉淀后出水，水流从右向左流动，完成一个切换周期，这样周而复始，污水即达到净化的目标。

由于三只池的水位差，促使水流从一边池流向中间池再从另一只边池流出，此时进水的一只边池水位最高，并淹没了作为固定堰的出水槽，当该边池由曝气池过渡到沉淀池时，水位必定下降，残留在出水槽中的污泥污水混合液必须排除，并要用清水冲洗水槽，排出的混合液及冲洗水汇集到专门的水池，再用小水泵提升后至中间水池。

这些过程均可用程序控制，其过程如图2（一体化活性污泥法图2）

（2）控制

一体化活性污泥法系统的生化降解过程，设有一套简单而紧凑的生物处理监测与控制仪器，包括溶氧仪、氧化还原电位、污泥浓度仪、流量计、pH计等等，根据水质与水量情况，改变或设定运行周期，改变进水点，获得相应的污泥负荷。

在需要脱氮除磷的系统中，在池内除了设有曝气设备外，还有搅拌装置，可以根据监测器的指标，切断曝气池供氧，改为开动搅拌器，形成交替的厌氧、缺氧及好氧条件，如图3所示。

（一体化活性污泥法图3）

另外，依照好氧过程的溶解氧值，可以控制鼓风机开启程度，维持溶解氧值在一定范围内变动，还可以通过ORP的测定值，监测与控制反硝化过程，使系统进入除磷所需要的厌氧状态。

从而达到脱氮除磷的处理要求。

（3）两种典型的运行方式。

1）好氧处理系统

　　每个运行周期包括两个主体运行阶段，这两个阶段的运行过程完全相同，是相互对称的，它们之间通过过渡段进行衔接，如图4（方向和思考）所示。

第一个主体运行阶段包括以下过程：

①污水首先进入左侧池内，因该池在上个主体运行阶段作为沉淀池运行时积累了大量经过再生、具有较高吸附及活性的污泥，污泥浓度较高，因而可以高效降解污水中的有机物；②混合液同时自左向右通过始终作曝气池使用的中间池，继续曝气，有机物得到进一步降解，同时在推流过程中，左侧池内活性污泥进入中间池，再进入右侧池，使污泥在各池内重新分配；③混合液进入作为沉淀池的右侧池，处理后出水通过溢流堰排放，也可在此排放剩余污泥。

第一个主体运行阶段结束后，通过一个短暂的过渡段，即进入第二个主体运行阶段。

第二个主体运行阶段过程改为污水从右侧池进入系统，混合液通过中间池再进入作为沉淀池的左侧池，水流方向相反，操作过程相同。

2）脱氮除磷系统

通过对该系统进行灵活的时间和空间控制，适当地增大水力停留时间，可以实现污水的脱氮除磷，其系统运行机理如图5所示。

污水交替进入左侧池和中间池，左侧池作为缺氧搅拌反应器，以污水中的有机物为电子供体，将在前一个主体运行阶段的硝态氮通过兼性菌的反硝化作用实现脱氮；然后释放上一阶段运行时沉淀的含磷污泥中的磷。

中间池曝气运行时，去除有机物，进行硝化及吸收磷；进水并搅拌时，可以进行反硝化脱氮，同时污泥也由左向右推进。

右侧池进行沉淀，泥水分离，上清液作为处理水溢出，含磷污泥的一部分作为剩余污泥排放。

在进入第二个主体运行阶段前，污水只进入中间池，使左侧池中尽可能完成硝化反应。

其后左侧池停止曝气，作为沉淀池。

然后进入第二个主体运行阶段，污水流动方向由右向左，运行过程相同。

3．UNITANK工艺系统的设计

UNITANK工艺系统应当根据工程方的实际情况予以设计。

（1）池型的选择及进出水渠道设计

UNITANK池通常设计成三个等尺寸的矩形池，根据两侧池出水堰的形式即单侧堰或周边堰出水，可决定池子是否为正方形。

一般当池子边长较小时（小于25米）两侧池采用单侧堰出水，池型可为长方形，池间连通采用池壁开洞方式，洞口在边池一侧加导流板，目的是使进水沿池底流动，流态接近平流式沉淀池，导流板同时可防止中间池的曝气扰动侧池的沉淀。

当池子尽寸较大时，两侧池可采用周边出水堰，池型为正方形，中间他的池问连通管出口设在侧墙池底边，两侧池的池间连通管出口设在池中心，外加稳流筒，出水沿池底流动，流态接近中心进水，周边出水的辐流式沉淀池。

（2）冲洗水系统的选择和设计

由于在曝气阶段，两侧池的出水堰内进入了混合液，沉淀初期被污染的出水不能直接排放，需经冲洗水系统外排。

冲洗水排放系统一般有两种形式。

第一种，由电动闸门控制，冲洗出水经管渠，排人处理厂进水泵房。

该方法运行管理较简单，不用添加设备，但对进水泵房会产生一定的水力冲击负荷，如果UNlTANK运行系列较多，运行时序岔开，那么冲击负荷相对较低，对进水影响较小。

第二种，由电动闸门控制，冲洗出水直接进入冲洗水池，池内设潜水泵，将冲洗水送至中间池。

该方法不会对进水泵 房产生影响，但需加设冲洗水池和冲洗水泵，运行管理较复杂，如果UNITANK运行系列较少，该种方法较适合。

（3）曝气系统的选择和设计

UNITANK工艺可以采用表面机曝气和微孔器曝气两种形式。

针对这两种形式在UNITANK工艺中的特点作如下对比。

项 目

表面曝气机

微孔曝气器

电耗

高

低，不稳定

曝气系统工程造价

低10％一20％

高

曝气器充氧效率

低，稳定

高，随使用时间增长，效率逐渐降低

维修管理

电机维修在水面，不影响正常运输

维修时需将全池放空，且随运行时间加长，维修频率提高

池底沉泥

极少

有，且不均匀

沉淀池表面负荷

低

较高，一般需加设斜板沉淀，降低表面负荷。

运行时斜板上容易孳生生物膜；维修曝气头时，需拆掉斜板。

缺氧/厌氧/好氧运行模式

开/关曝气机，易操作

开/关单池曝气管，会给其它池中曝气头带来气量冲击，不易操作。

由以上对比可以看出，表面曝气机更适合UNITANK工艺，如果工程占地允许，建议尽量采用表面曝气机曝气。

（4）污泥排放系统的选择和设计 

UNITANK工艺通常有两种排放剩余污泥的方式，即连续排泥和间歇排泥。

连续排泥是指在运行期间连续排放混合液，剩余污泥泵容量较低，基本不需要控制，但是由于剩余污泥浓度低，后续污泥浓缩脱水的负荷将会加大。

间歇排泥是指在特定时段集中排泥，如在沉淀末期排泥，该方式剩余污泥泵容量较高，需要控制排泥时间及排泥闸，但该方式剩余污泥浓度较高，后续污泥浓缩脱水的负荷较低。

4.UNITANK工艺的优点

UNITANK工艺可视为“序批法”、“普通曝气池法”及“三沟式氧化沟法”联合而成，克服了“序批法”间歇进水、“三沟式氧化沟法”占地面积大、“普通曝气池法”设备多的缺点，集合了SBR法和传统活性污泥法的优点，简述如下：

（1）构筑物结构紧凑，一体化。

所有的池体可采用方形，和传统处理工艺的圆池相比，方形池可以共用池壁，既有利于保温又能相应节省土建费用和占地面积，共用水平底板则可以提高结构的稳定性。

（2）系统没有单独的二沉池及污泥收集和回流系统。

可以不建单独的沉淀池，也可省去污泥回流设施，特别是当采用生物脱氮、除磷系统，可以节省大量投资与经常费用。

（3）可根据好氧过程的DO检测与缺氧和厌氧过程的ORP在线检测，通过改变供气量、切换进出水阀门、改变好氧与缺氧及厌氧的反应时间等，高水平地实现系统的时间和空间控制，高效地去除污水中的有机物及脱氮除磷。

（4）系统在恒水位下运行，结合了SBR法和传统活性污泥法连续进水工艺的特点，水力负荷稳定，充分利用了反应池的有效容积，不需要设置价格昂贵的浮式滗水器。

还可以降低对管道、阀门和水泵等水力设施或设备的要求，从而降低系统的成本。

（5）交替改变进水点，可以相应改善系统各段的污泥负荷，进而改善污泥的沉降性能。

脱氮除磷过程更能通过抑制丝状菌生长来控制污泥膨胀。

5.UNITANK工艺的缺点

UNITANK工艺虽有许多优点，但也有一定的适用范围。

在选择该工艺时应该考虑以下问题：

（1）进水BOD浓度较高时，建议考虑采用两级UNITANK工艺。

本文介绍的是单级UNITANK工艺，即进水只经过一级生物池处理，当进水水质较高时，如BOD高于500mg/L时，可采用两级UNI-TANK工艺，即用两级生物池处理，第一级生物池按高负荷厌氧或好氧方式运行，第二级按低负荷好氧方式运行。

目前，西格司公司已有两级UNITANK工艺的工程业绩。

（2）出水水质有除磷要求时，应慎重考虑是否选用该工艺。

因为该工艺由于没有一个完全的厌氧区，较难形成生物除磷的理想厌氧状态。

该工艺除磷脱氮过程的原理是：

通过在沉淀末期和曝气期中间加入非曝气搅拌期，形成缺氧和厌氧状态，完成脱氮和生物除磷功能。

但是，从实际运行看，很难形成生物除磷的理想状态。

因为，在非曝气搅拌期，水中大量的硝酸盐会消耗溶解性BOD，降低有效BOD/P比值；进水中溶解性BOD在生物池内被大量稀释，除磷菌可摄取的BOD量减少，在厌氧阶段磷释放不彻底。

因此生物除磷功能很难保证。

从工程业绩看，西格斯公司自1987年至1997年已有187座该工艺处理厂投产，但无生物除磷记录。

所以，选择该工艺生物除磷时应慎重考虑。

（3）处理水量过大时，应充分考虑该工艺的复杂性，由于工艺运行、结构设沉降缝和抗浮等原因的限制，处理池每格的尺寸宜控制在40×40米范围内。

当处理水量增加时，处理单元数也会增加，致使配水、出水、冲洗水和剩余污泥排放等设备随着单元数而增加，大大提高了实际运行的复杂程度。

从自动控制方面看，10万吨/天处理规模的污水厂，氧化沟工艺的I/O数量只需1200点，而该工艺为3000点以上，随着处理单元数量增加，其控制量也将成倍增加。

所以，该工艺在规模较大处理厂应用时，应进行全面考虑。

综上所述，UNITANK工艺更适用于用地紧张的大中型城市和中小型污水处理厂，在一定的范围内，可以替代其它活性污泥法，有独特的优点，并具有较强的竞争力。

6.UNITANK工艺与传统活性污泥法的对照

 在活性污泥处理系统中，有机污染物物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。

传统活性污泥法的工艺流程：

（1）预处理设施：

包括初次池、调节池和水解酸化池，主要作用是去除SS、调节水质，使有机氮和有机磷变成NH+4或正磷酸盐、大分子变成小分子，同时去除部分有机物。

（2）曝气池：

工艺主体，其通过充氧、搅拌、混合、传质实现有机物的降解和硝化反应、反硝化反应。

（3）二次沉淀池：

泥水分离，澄清净化、初步浓缩活性污泥。

生物处理系统：

微生物或活性污泥降解有机物，使污水净化，但同时增殖。

为控制反应器微生物总量与活性，需要回流部分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是为了接种，排放剩余污泥是为了维持活性污泥系统的稳定或MLSS恒定。

传统活性污泥法

1）主要优点：

a.处理效果好：

BOD5的去除率可达90-95%；b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。

2）主要问题：

a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b.在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；c.对冲击负荷的适应性较弱。

而UNITANK工艺与传统活性污泥相比，最大优势在于省去了污泥回流，3个池共用池壁，布置紧凑，且占地面积小,基建投资省。

7.由UNITANK工艺引发的污水处理研究与发展方向的思考

近几年来，世界各地已有160多个项目成功地应用了UNITANK系统，其独特与新颖的设计思想，值得借鉴和引发对当前污水生物处理发展方向的思考。

（1）污水处理系统一体化研究

传统的污水处理工艺各处理单元分设，往往还要进行污泥回流和污水循环，必定增加基建及管路设备投资，而单池运行工艺（如SBR）又必须间歇运行。

倒置交替运行不但能实现污泥和污水的回流、合理分配和恒水位连续处理，使污水处理单元组并为一体化，而且可节省占地面积、投资与运行费用。

在今后的一段时间里，处理系统一体化的研究与开发将占有重要地位。

（2）组合式污水处理工艺研究

好氧、厌氧或缺氧反应的组合工艺进行污水处理已有较长时间的应用实践，是有效的方法。

UNITANK系统在自动控制下使各池处在好氧、缺氧及厌氧交替状态，以完成有机物、氮和磷的去除。

特别针对高浓度污水，其可以组合成两级厌氧—好氧工艺，前一级大幅度降解高浓度有机物有利于节能；后一级进一步处理使出水达标。

一些研究对组合式工艺的处理机理和反应动力学模式进行了有益的探索，大都依据好氧、厌氧或缺氧的基本反应过程以及传统工艺的组合与变型，使得工艺具有各组合元素的共同优点，因此，组合式污水处理工艺仍然是最好的研究方向之一。

（3）污水的综合处理、零排放研究

污水处理应该在解决水污染问题的同时，考虑水资源的再利用和环境的保护，因此，在研究开发高效污水处理工艺以增加污水利用可能性的同时，应尽量减少剩余污泥量，并应考虑处理构筑物的配置以适应封闭式处理的发展。

UNITANK系统各池贯通、布置紧凑，有利于全封闭式处理，以实现污水、污泥、排放废气的综合处置。

当今随着对环境要求的不断提高，污水处理过程中排放的废气处理已不允回避，探索污水处理的闭路循环处理工艺、实现污水综合处理和利用及零排放应逐步得到重视。

（4）污水处理系统的过程控制研究

现代污水处理工艺要求先进的控制技术与之相适应，以实现污水处理系统运行的可靠性、灵活性和简单化。

UNITANK系统采用周期交替运行，配有一套先进的自动控制系统也是其成功的关键因素。

我国这方面主要是引进技术进行消化、改造、运用，但在许多实际控制工程中却难以达到理想的目标，影响了系统的运行，由此应进一步着力于污水处理系统的过程控制技术研究。

由于污水处理过程越来越复杂，特别是一体化污水处理系统更具有非线性、时变性与随机性的特点，难于建立准确的数学模型，一些传统控制理论显出局限性。

近年来，污水处理的模糊控制技术研究已开展起来，并取得其它控制方式无法实现的满意效果，应予以足够重视。

同时，我国污水处理系统计算机控制软件的研究也是任重而道远，因此在研究与开发污水处理新工艺新技术的同时，应当重视相应的控制策略与控制软件的研究、开发。

（5）污水处理系统的仪表设备研究

UNITANK系统的成功，有赖于系统采用了稳定可靠的仪表及设备。

目前多数国产污水处理系统仪表和设备的品种和质量急需改进和提高，还要加强新产品的开发，尤其是采样、监测、反馈、控制器的研制和使用。

有的监控技术研究成果具有较高的水平，但还有待于推广应用。

应当认识到，仅有先进的污水处理工艺和控制技术，而仪表和控制设备等硬件不过关也是不行的，因此，加强一些重要设备、仪表的研制和利用是非常必要的。