曝氣池中曝氣器布置方式改進(jìn)的研究

梁晶晶++蘇輝

摘 要：曝氣器布置方式對于曝氣池和污水處理效果有較大幫助。在曝氣控制上通過傳統(tǒng)方法和數(shù)學(xué)模型，計(jì)算不同工況下需氧量和需氣量，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性，但模型計(jì)算更具優(yōu)勢。通過空氣管徑核算、優(yōu)化管路布置、曝氣器和鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備選型，為實(shí)現(xiàn)生物工藝曝氣控制系統(tǒng)（BACS）奠定良好基礎(chǔ)。該系統(tǒng)通過對鼓風(fēng)機(jī)總風(fēng)量的調(diào)節(jié)及流量調(diào)節(jié)閥門的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)準(zhǔn)確地分配與控制生物反應(yīng)池氣量，以達(dá)到溶解氧及處理效果穩(wěn)定控制的需求，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：生物工藝曝氣控制系統(tǒng)；需氧量；需氣量；鼓風(fēng)機(jī)

中圖分類號(hào)：X703.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）19-0012-01

1 前言

為了避免水污染事件的發(fā)生，認(rèn)真貫徹落實(shí)《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)〔2007〕15號(hào)）精神，對于城鎮(zhèn)污水處理廠的污水排放量及污染物排放量進(jìn)行嚴(yán)格控制，對于污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)提出了新的要求。因此，需要對某污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 工程概況

某污水處理廠一期工程處理規(guī)模為6×104m3/d，分別于1999年、2002年進(jìn)行建設(shè)，于2003年投產(chǎn)運(yùn)行，尾水最終排入裕溪河，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造后處理總規(guī)模達(dá)到9×104m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)以一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)為約束性指標(biāo)，并滿足高品質(zhì)水質(zhì)要求（COD≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，SS≤10mg/L，NH+4-N≤1.5mg/L，TN≤10mg/L，TP≤0.3mg/L）。污水處理廠一期采用氧化溝工藝，主要處理構(gòu)筑物包括：粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、旋流沉砂池、厭氧池、氧化溝、沉淀池、尾水泵房、脫水機(jī)房等。提標(biāo)改造工程總體技術(shù)路線如下：充分利用現(xiàn)況生物池，處理能力調(diào)整為4×104m3/d，新建A/A/O工藝，處理能力為5×104m3/d，沿用一期的沉淀池，深度處理采用高效沉淀池+深床濾池，并投加碳源和除磷藥劑，強(qiáng)化脫氮除磷效果[1]。

3 新建生物池曝氣系統(tǒng)

曝氣系統(tǒng)是污水處理廠中最大的耗電單元，為有效降低全廠能耗，必須合理設(shè)置曝氣系統(tǒng)。本工程從進(jìn)水水質(zhì)分析、需氣量計(jì)算、數(shù)學(xué)模型校核、曝氣管道設(shè)置、曝氣器選擇、控制系統(tǒng)等多個(gè)方面對曝氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[2]。

3.1 進(jìn)水水質(zhì)分析

污水處理廠新建生物池曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)參考現(xiàn)有一期的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)。因此，采集一期2015年1月—12月的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)（COD、SS、NH+4-N、TN和TP濃度），統(tǒng)計(jì)其相應(yīng)濃度出現(xiàn)的頻率和累積頻率。分析可知，設(shè)計(jì)進(jìn)水累積頻率為92%的COD、SS、NH+4-N、TN、TP濃度分別為245、195、25.5、38、3.5mg/L，并將此工況設(shè)定為高負(fù)荷工況；累積頻率為50%的COD、SS、NH+4-N、TN、TP分別為175、155、15.8、25、2.4mg/L，此為平均負(fù)荷工況；同樣，累積頻率為8%的COD、NH+4-N、SS、TN、TP濃度分別為135、13.51、105、20、1.6mg/L，此為低負(fù)荷工況。因缺乏2012年的進(jìn)水BOD5濃度，采用2011年11月—12月進(jìn)水BOD5數(shù)據(jù)作為參考，統(tǒng)計(jì)得到累積頻率為92%、50%、8%的進(jìn)水BOD5濃度分別為126、94、62mg/L。同時(shí)，設(shè)定崗嶺污水廠二期高、平均、低負(fù)荷工況下進(jìn)水量分別為40000、35000、30000m3/d。

3.2 生物池需氣量計(jì)算

需氧量計(jì)算公式如下：

V=24×Q×（Li-Le）/（1000×Fw×Nw） （1）

O2=24×Q×（Li-Le）×a'+V×Nw×b' （2）

其中，O2為曝氣池污水需氧量，kgO2/d；Q為曝氣池的設(shè)計(jì)流量m3/h；Li為曝氣池進(jìn)水BOD5濃度mg/L；Le為曝氣池出水BOD5濃度mg/L；V為曝氣池容積m3；Nw為曝氣池MLSS濃度，本文取3.5g/L；Fw為污泥負(fù)荷，本文取0.125kgBOD5/kgMLSS；a'為BOD5降解需氧量，范圍為0.42～0.53kgO2/kgBOD5，本文取0.48kgO2/kgBOD5；b'為活性污泥內(nèi)源呼吸耗氧量，范圍為0.11～0.188kgO2/（kgMLSS·d），本文取0.15kgO2/（kgMLSS·d）。空氣量計(jì)算公式需設(shè)定一些參數(shù)。傳氧系數(shù)是曝氣頭將空氣擴(kuò)散到水體的能力，直接決定設(shè)計(jì)空氣量和管徑的大小，污水廠二期工程采用板式曝氣器，傳氧系數(shù)設(shè)定為28%；α值表征水體內(nèi)污染物對轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響，不同進(jìn)水負(fù)荷工況下，α取值不一樣，污染物濃度越高，α值越低，因此高、平均、低負(fù)荷條件下α值分別取0.6、0.7、0.8；β為0.96；水深為7.0m；設(shè)計(jì)水溫為14℃。最終計(jì)算結(jié)果，最高需氣量為9189m3/h，最低需氣量為3216m3/h。

3.3 空氣管及曝氣器設(shè)計(jì)

對于空氣管道，國內(nèi)一般采用環(huán)狀管道布置，主要是安全考慮，以確保能提供充足的氧氣和穩(wěn)定的壓力。但從實(shí)際使用效果分析，由于推流式生物池污染物負(fù)荷沿程遞減分布，環(huán)狀管路分布會(huì)導(dǎo)致好氧區(qū)前端DO濃度較低，末端偏高。這不僅不利于污染物降解，而且造成能源浪費(fèi)。為了提高工藝處理效果和降低運(yùn)行成本，污水廠采用空氣管道枝狀布置，每個(gè)控制區(qū)域分別由一根支管控制，實(shí)行單獨(dú)供氣，并由一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制，從而確保能夠提供精確、穩(wěn)定的氣量。

4 曝氣控制系統(tǒng)

此次改造工程設(shè)置了生物處理曝氣控制系統(tǒng)（BACS），該系統(tǒng)是一套完整的污水處理廠生物池曝氣控制系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定維持生物池的溶解氧水平，而不受實(shí)際進(jìn)水量及水質(zhì)變化的影響，通過對鼓風(fēng)機(jī)總風(fēng)量的調(diào)節(jié)及與流量調(diào)節(jié)閥門的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)準(zhǔn)確地分配與控制生物反應(yīng)池的氣量，以達(dá)到溶解氧穩(wěn)定控制的需求，使生物池各反應(yīng)段不因進(jìn)水水量、水質(zhì)的變化而影響其高效穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。本系統(tǒng)涵蓋了以模型運(yùn)算為基礎(chǔ)的支管空氣量計(jì)算模塊、空氣調(diào)節(jié)閥計(jì)算模塊、鼓風(fēng)機(jī)總風(fēng)量計(jì)算模塊、后備邏輯安全模塊、生物池在線水質(zhì)監(jiān)測儀表（包括溶解氧儀表、污泥濃度儀表）、電動(dòng)閥門以及熱式空氣流量計(jì)，共同協(xié)作完成生物池的全自動(dòng)曝氣控制。

5 結(jié)語

通過傳統(tǒng)計(jì)算方法和數(shù)學(xué)模型，計(jì)算不同工況下的需氧量和需氣量，兩種方法相互驗(yàn)證比對，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水溫為14℃時(shí)，模型計(jì)算的需氣量比傳統(tǒng)方法的低426～743m3/h，同時(shí)25℃條件下最高總風(fēng)量可達(dá)9042m3/h。鑒于傳統(tǒng)計(jì)算過程相對粗放、無法做到分區(qū)分溫度計(jì)算等缺點(diǎn)，最終以數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)?；谛铓饬坑?jì)算，設(shè)計(jì)空氣管路管徑、空間布置、曝氣器選型和鼓風(fēng)機(jī)選型，最終通過生物工藝曝氣控制系統(tǒng)BACS，實(shí)現(xiàn)溶解氧穩(wěn)定控制的需求，起到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]錢國平，高寶祥.粘膠纖維污水處理曝氣系統(tǒng)的節(jié)能改進(jìn)[J].人造纖維，2015，（6）：20-23.

[2]程香菊，鄺韻琪，林雯昕，等.文丘里曝氣器布置對循環(huán)水體增氧效率的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，（3）：121-129.endprint