高排放標準城鎮(zhèn)污水廠曝氣系統(tǒng)技術(shù)改造研究與應用

張 海

（安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司，合肥 230088）

巢湖是我國五大淡水湖之一，，近年來巢湖流域經(jīng)濟發(fā)展迅速，水污染問題卻日益凸顯。為了加強巢湖流域水污染防治，2017年1月1日，安徽省頒布實施了最新地方標準《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB34/2710-2016），該標準在《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的基礎上，再次對城鎮(zhèn)污水處理廠出水標準進行提升。在高標準出水的要求下，巢湖流域某污水處理廠一期工程必須進行提標改造。筆者研究了氧化溝曝氣系統(tǒng)性能，針對該污水處理廠實際情況，提出了可行的曝氣系統(tǒng)改造方案（可提升式底部曝氣）。改造方案實施后，在不影響生產(chǎn)的前提下，該污水處理廠完成了氧化溝曝氣系統(tǒng)改造，出水穩(wěn)定達到標準要求。

1　概況

1.1　工程概況

該廠一期設計為5萬t/d，共2條氧化溝，單溝處理能力2.5萬t/d，排放標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。二期新建及一期提標改造工程將出水標準提升到類IV類水標準。該廠處于工業(yè)園區(qū)。

1.2　工藝流程

一期核心處理工藝為卡魯賽爾氧化溝工藝，曝氣方式為倒傘曝氣，深度處理采用斜板沉淀+深床濾池+二氧化氯消毒工藝。二期核心工藝為A2O氧化溝工藝，曝氣方式為底曝，深度處理采用斜板沉淀+深床濾池+二氧化氯消毒工藝，污泥處理方式為機械濃縮脫水。

1.3　設計進出水水質(zhì)

由于該廠二期擴建及提標改造后出水標準提高至類四類水標準，同時考慮實際進水水質(zhì)較高，筆者在設計時提高了二期設施的處理效率，二期項目建成后設計進出水水質(zhì)如表1所示。

表1　設計進出水水質(zhì)

1.4　存在問題

1.4.1進水水質(zhì)變化大，工藝控制難度大

由于該廠處于工業(yè)園區(qū)，進水水質(zhì)較復雜，進水濃度高，尤其在進入冬季后，進水水質(zhì)變化較大，大部分時間均超過設計標準。通過對2015年瞬時進水氨氮（2 h數(shù)據(jù)）進行分析，全年進水氨氮超過原設計指標28 mg/L天數(shù)達到197 d，全年占比為54%；進水COD（化學需氧量）超過設計指標420 mg/L的全年占比為5%。在原設計進水水質(zhì)濃度下已經(jīng)存在充氧不足的情況，進水濃度遠超設計進水濃度，會對工藝的穩(wěn)定運行造成影響。

1.4.2一期氧化溝倒傘曝氣充氧量不足

根據(jù)該廠近年來的運營數(shù)據(jù)分析，在進水氨氮濃度超過設計標準時，平均處理水量約下降10%。按照設計進水濃度對需氧量及倒傘功率進行復核，單組氧化溝倒傘曝氣需氧量為591.5 kg/h。曝氣機的動力效率取值為2.3（kg O2/kW·h），需要的總功率為257 kW，則原來倒傘功率270 kW勉強滿足充氧需求。由于一期已運行近10年，設備充氧性能下降明顯，根據(jù)對倒傘充氧性能復測，計算出曝氣機動力實際效率Es=1.77kg/（kW·h），實際倒傘設備曝氣工況的充氧能力不能滿足生產(chǎn)需求，當進水濃度超過設計標準時，充氧能力不足。

同時，該廠一期設計排放標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。二期擴容及一期提標改造工程將出水標準提升到類IV類水標準，出水總氮（TN）由15 mg/L降到10 mg/L，出水氨氮由5 mg/L降到2.5 mg/L。隨著水質(zhì)標準的不斷提高，工藝控制要求也不斷提高，有必要對氧化溝曝氣系統(tǒng)進行技術(shù)改造。

2　一期氧化溝曝氣系統(tǒng)技術(shù)改造方案

城鎮(zhèn)污水處理廠二級處理生物段能耗占整個污水處理廠能耗60%左右。由于采用底部曝氣比采用表面曝氣的效率高，現(xiàn)多數(shù)新建污水處理廠采用底部曝氣技術(shù)[1-2]。因此，該廠在考慮曝氣系統(tǒng)改造時，優(yōu)先將底部曝氣作為首選方案；同時考慮到該廠已正式投入運行，如果停產(chǎn)改造對社會環(huán)境影響較大，采用不放空的改造方案將更有利于實施。

2.1　一期氧化溝流場現(xiàn)狀研究

一期氧化溝單溝好氧區(qū)設計5.5 kW潛水推流器3臺，推流器全開時氧化溝好氧段的平均流速約為0.33 m/s，能滿足氧化溝內(nèi)好氧段流速的需要，而且流速分布比較均勻。但在氧化溝彎道處底部存在明顯的低速區(qū)，污泥容易在此沉積，流場圖如圖1所示。將倒傘開啟后，氧化溝內(nèi)好氧段的平均流速約為0.49 m/s，能滿足氧化溝內(nèi)好氧段流速的需要，而且流速分布比較均勻。

圖1　氧化溝流場圖

根據(jù)氧化溝流場現(xiàn)狀評估和流速實測結(jié)果，現(xiàn)有氧化溝的流速基本可以滿足要求，在氧化溝彎道區(qū)域可能存在積泥現(xiàn)象，同時底部曝氣帶來的水流擾動將降低溝內(nèi)流速，加劇氧化溝彎道處的污泥沉積。為提高氧化溝流速，氧化溝流速較低的直流段需增加兩臺推流器，如圖2所示。

2.2　一期氧化溝曝氣系統(tǒng)布置

根據(jù)流場模擬、現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場工藝實際情況，筆者確定了管式曝氣器總平面布置方案，如圖2所示。

圖2　一期氧化溝底曝系統(tǒng)改造平面布置圖

3　結(jié)果與分析

3.1　改造前后水質(zhì)對比

氧化溝曝氣系統(tǒng)技術(shù)改造后，在相同工況下對氧化溝的污染物去除率進行數(shù)據(jù)對比，如圖3所示。曝氣系統(tǒng)改造前后，氧化溝對TN的去除率差別不大，對COD、氨氮和TP（總磷）的去除率都略有提升。

圖3　氧化溝改造前后污染物去除率對比

3.2　改造前后能耗對比

通過在相同工況下分別開啟倒傘曝氣和可提升式底曝系統(tǒng)兩種方式進行比較，平均電單耗分別為0.33 kW·h/t水和0.23 kW·h/t水，下降幅度超過30%，節(jié)能效果明顯。

4　可提升底部曝氣系統(tǒng)優(yōu)缺點

可提升式底部曝氣系統(tǒng)較倒傘表曝機，有以下優(yōu)點：一是曝氣系統(tǒng)采用可提升安裝方式，在安裝和檢修時，曝氣池不需要放空停產(chǎn)，對生產(chǎn)影響較?。欢强商嵘降撞科貧庀到y(tǒng)充氧效率高，與倒傘曝氣相比，能耗下降明顯，全廠電單耗下降超過30%；三是工藝調(diào)控靈活，可及時根據(jù)水質(zhì)水量對曝氣量進行調(diào)整，靈活控制氧化溝內(nèi)硝化和反硝化過程條件，實現(xiàn)最優(yōu)的脫氮和節(jié)能降耗；四是曝氣管不易堵塞，改善污泥活性。當池內(nèi)污泥濃度過高或局部污泥沉積，出現(xiàn)曝氣效果不佳時，可單獨對一組曝氣集中供氣，實現(xiàn)曝氣管反沖洗和改善污泥沉積現(xiàn)象，避免倒傘表面曝氣局部污泥沉積厭氧釋磷及污泥老化上浮現(xiàn)象；五是可提升式曝氣系統(tǒng)環(huán)境效益明顯。表曝機運行時產(chǎn)生的噪音大，倒傘葉輪攪拌會導致污泥四濺，感官較差?？商嵘狡貧鈱υ胍艉同F(xiàn)場環(huán)境均有所改善。

缺點是氧化溝內(nèi)流速降低。倒傘表曝機在充氧的同時，兼有推流的功能，而可提升式底部曝氣無推流功能，改造后溝內(nèi)流速明顯降低，需通過新增推流設備來提高溝內(nèi)流速，避免因流速不足造成污泥分層和沉積現(xiàn)象。