A/O法的体工单体构筑物设计方法比较
在我国特别是在北方地区，在建的或已建成的较大规模的污水处理厂所用工艺以A/O法为主且其设计方法各有特点。笔者对这些污水厂几处局部单体工艺的设计方法进行了比较。
1 进水泵站
通常情况下，进水泵站有方案1(见图1)、方案2(见图2)两种设计方式。
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方案1在北方地区的污水厂应用较多，而方案2是一种较新的设计方法，在北方地区采用较少。
由图1可知，方案1显然带有从管道泵的设计中移植过来的成分，或者是较接近于自来水厂进水泵站的常规设计方法。因为自来水厂进水量稳定且不能使用潜水泵，以及受水流要尽可能在封闭管道中运行的限制，该方案在自来水厂的进水泵站设计上较常用，但如果将该方法生搬硬套到污水厂的进水泵站设计上，仅将管道泵变为潜水泵，则会有诸多弊端。
从图1还可以看出，水泵出水管与横干管相连，如果出水管上没有阀门，那么水泵出水必然要逆向打进不工作水泵所在的支管使水泵反转，甚至使水泵损坏。以前的解决办法是在泵后加一电动阀，但这样一来在每台泵工作前后需频繁地启闭电动阀，并需通过开、关限位信号来判断阀门开关情况。由于这些管的管径都比较大且前些年电动阀的质量不太过关，而污水厂自身的特点又决定了它的进水泵必须频繁地开启，故进水泵站的故障率相对较高。
在近几年污水厂的进水泵站设计中普遍对方案1作了改进，即在各电动阀后增加一个逆止阀。这样虽然在每次泵的启动前后不必再反复启闭电动阀而使得该部分运行的可靠性及控制的复杂性大为改善，但也带来了如下问题：
①水头损失大，能量浪费严重
由于电动阀、逆止阀的故障率高，故往往需要在其后再安装一个手动启闭阀。但较多的阀门和弯头使水头损失大得惊人。如辽西某污水处理厂(设计处理能力为10×104m3/d，进水泵为4台潜水泵，扬程为186.2kPa)采用了第一种设计方案，水泵的实际功率为165kW，而如采用方案2则功率仅为100kW。
②浪费材料、施工困难、运行故障多
每台泵后必有的电动阀、逆止阀及手动阀以及过长的管路、过多的弯头给用户带来了不必要的经济损失，同时也增加了潜在事故发生点。此外，水泵频繁启停使逆止阀频繁启闭并承受巨大的震动及水锤冲击，对其他设备的安全运行都有较大的影响。
材料的浪费主要体现在厂房上。这种设计方案要求管路在地面敷设很长一段距离，加之必有的格栅、应急阀门等，使得该部分的厂房面积很大。一般来说，在相同污水处理量的情况下采用方案1的提升泵房的占地面积至少是方案2的两倍。
与方案1相比，方案2使上述问题基本上得以解决，所以在西方特别是在北欧国家，污水厂进水泵站的设计方式基本上与方案2相同。该方案唯一的不足是当进水泵的扬程特别大时不太适用。
2 回流系统
回流系统同样有方案1(见图3)及方案2(见图4)两种常见的形式。
从图3、4可看出，它们之间的主要区别在于回流污泥井的最大标高是否高于二沉池的出水液位标高，笔者认为方案2优于方案1。当然，方案1也有一定的优势，即同等容量的回流污泥井，方案1井内污泥的流动性要好于方案2，同时二沉池刮泥桥的虹吸更易形成。
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① 无法满足定比回流的要求
A/O工艺对回流污泥的控制要求是实现定比回流，即无论进水量有多大，回流污泥量与进水量的比应基本为一定值。而目前，我国北方地区很少有哪个污水厂的进水量能实现每时每刻进水量固定，这就要求回流污泥量须能在很大范围内变化。但若回流污泥井的最高标高低于二沉池出水标高则定比回流就很难实现。
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由图3可知，为保持回流污泥井适宜的污泥量，回流污泥与剩余污泥量之和应与二沉池刮泥桥的排泥量相等。对于采用定速污泥泵和通过虹吸排泥的二沉池来说，实现此动态平衡是非常困难的，且一旦实现就不要再去改变。因此，当进水流量波动较大时定比回流根本无从谈起，所能实现的只能是定量回流，此时工艺运行的功效便很难保障。
② 电动阀带来的问题
尽管电动阀具有无水锤冲击、水头损失较小等优点，但如果回流泵后采用电动阀，那么它会给污水厂的运行带来安全隐患。由图3可看出，采用方案1的回流系统一旦停电则回流泵停止运行，但此时的电动阀是开启的，因而导致从A/O池入口到回流污泥井之间的管路处于连通状态。由于A/O池的液位高于二沉池(更远高于回流污泥井)，所以A/O池内的水便会以极大的流速迅速倒灌至回流污泥井(辽南地区某采用该方案的污水处理厂发生倒灌时，水流将回流污泥井由全空到灌满的时间＜1min)，并从污泥井的上盖喷涌而出造成生产事故。由于电动阀失去了驱动力，因此需人工手动才能将其关闭。
在方案2中，回流污泥井的最大标高高于二沉池的最大液位标高(回流污泥井的最高液位不会高于二沉池的最高液位)，这时只要将二沉池刮泥桥的最大虹吸量调整至远大于回流污泥泵及剩余污泥泵的最大排出量之和，回流污泥泵便可任意按进水量的变化进行回流量调节，其原理是：当虹吸开始后回流污泥井的液位便会迅速上升，当其接近于二沉池的溢流液位时，由静压槽经虹吸筒流进汇泥槽的流量便会发生急剧变化——该值立刻由最大虹吸量降低为回流量与剩余量之和。如回流污泥泵和剩余污泥泵全停下来，则二沉池刮泥桥的出泥量降低至零，而只要泵一运行，由于回流污泥井与二沉池之间出现了液位差，虹吸过程便又会重新开始。这样，只要回流污泥泵在调速装置的控制下，定比回流便可完全实现。
另外，由于将回流泵后的电动阀改成了逆止阀，故无论是停泵还是停电都不用担心A/O池内污水倒灌的问题，同时也简化了控制过程。
3 污泥系统
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有关污泥系统，笔者列举出了如图5所示的常规设计方案(以下简称方案1)，以及如图6所示的带预脱水(或者是采用“常规脱水机+预脱水机”的构成方式)的系统设计方案(简称方案2)。
按目前的施工方式及设备的价格情况，对于处理规模为10×104m3/d的污水厂，如果方案2所用的带预脱水的脱水机是进口的，则两种方案的造价基本相同。如采用国产的脱水机或带预脱水的脱水机，则方案2的工程造价可大幅下降。表1为两种方案的对比。
表1 两种方案的对比
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表1 两种方案的对比 |
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项 目 |
方案1 |
方案2 |
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仪表、设备 |
较少 |
较多 |
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土建工程量 |
较大 |
较小 |
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对自动控制要求 |
较低 |
较高 |
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操作的复杂性 |
简单 |
复杂 |
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除磷效果 |
不好 |
好 |
从表1以及图5、6可看出，污水厂的规模越小、流程越简单，则采用方案1越合适。随着污水厂规模的扩大，或将来设备造价越来越低及土地费用越来越高，方案2将会越来越显示出其生命力。
实际上对于以上两个系统而言，关键是除磷效果的差异。当活性污泥在重力浓缩池中停留时间较长时，磷又全部释放出来并随上清液被送回格栅间。再者，活性污泥因失去活性而发黑并伴随着恶臭，给脱水操作带来种种不便。
随着自动控制系统价格的逐渐降低所带来的在工业控制领域内的普及，污泥处理系统必将日臻完善。在未来的污泥处理系统中，甚至有可能连剩余污泥泵也取消了而由脱水机的进泥泵来代替。生污泥泵由变频器控制其转速，由管道上的DS仪对生污泥含量进行监测，并由PLC进行PID调节，使得生污泥的DS值保持在用户设定值附近。生污泥与活性污泥经管道混合器进行混合，再按比例投加PAM后送至脱水机。脱水机除具有目前各种先进的性能外，絮凝状态、出泥含水率等重要工艺参数的闭环控制过程的实现也并不遥远，到那时脱水系统的全过程无人值守运行就可以实现了。
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