UNITANK系统及污水处理研究方向的思考

李探微 彭永臻

( 哈尔滨建筑大学市政环境工程学院)；何金(广州华南环境科学研究所 )

　　SEGHERS公司提出的UNITANK ○R 系统是SBR法的又一种变型和发展，它集合了SBR和传统活性污泥法的优点，一体化设计，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。经过研究和应用，UNITANK ○R 系统已成为一个高效、经济、灵活和成熟的污水处理工艺 [1、2] 。

　　1 基本构造和运行方式

　　UNITANK ○R 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。现介绍两种典型的运行方式。
　　1.1 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1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。

　　1.2 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2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。

　　2主要特点

　　UNITANK ○R 系统集合了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。
　　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，不但充分利用反应池的有效容积，而且可以降低对管道、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。恒水位下运行，使得使用表曝机械成为可能，并省去价格昂贵的滗水器，出水堰的构造更加简单。
　　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。
　　⑥ 由于系统的三池及其过程控制设备、污泥浓缩池与稳定池等平面上易构成整体方形，可以被完全加盖封闭或建在地下，废气可以收集处理，既有利于布置、保温又避免系统对周围环境产生不良影响。

　　3 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 ○R 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 ○R 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 ○R 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 ○R 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 ○R 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。

参考文献

1 Feyaerts M et al. Redox control of biological nitrogen removal in the UNITANK single stage operation.Med FacLandbouww Uijksuniv Gent,1995
2 Vriens L et al.The UNITANK systems for enhanced biological nutrient removal from wastewaters.Water,1990；52

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(收稿日期 1999-02-14)