南方某污水廠預(yù)處理段跌水復(fù)氧問題分析研究及改造

周亞梁，黃東月

（珠海市城市排水有限公司，廣東 珠海 519000）

污水廠由于設(shè)計(jì)建設(shè)等原因，在前段污水提升及預(yù)處理段中常常存在污水跌落的現(xiàn)象，而跌水會(huì)增加水中的溶氧量，產(chǎn)生跌水復(fù)氧現(xiàn)象。目前對(duì)跌水復(fù)氧的成因還沒有定論，但普遍認(rèn)為跌水區(qū)域底部的空氣交換和水珠表面張力的變化是復(fù)氧的關(guān)鍵。跌水復(fù)氧主要發(fā)生在預(yù)處理單元，會(huì)加快進(jìn)水中快速碳源的消耗，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的脫氮除磷效率產(chǎn)生不利影響。以脫氮為例，基于反硝化理論，不考慮生物同化作用下，去除1 g NO3-N需要消耗2.86 g COD[1]。

當(dāng)前，南方很多污水廠的進(jìn)水有機(jī)濃度較低，為確保生物系統(tǒng)正常，水質(zhì)達(dá)標(biāo)，尤其是總氮達(dá)標(biāo)，需額外投加碳源（乙酸、乙酸鈉等），對(duì)跌水復(fù)氧進(jìn)行分析研究和改造，對(duì)工藝優(yōu)化、成本節(jié)約及更科學(xué)合理的設(shè)計(jì)具有非常重要的指導(dǎo)意義。

1 污水廠概況介紹

該污水廠位于廣東珠海，設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬(wàn)t/d，分兩期建設(shè)運(yùn)行，一期3萬(wàn)t/d，二期5萬(wàn)t/d，主體工藝為改良A2O氧化溝+精密過(guò)濾，出水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行一級(jí)A和廣東省地標(biāo)二者最嚴(yán)值。預(yù)處理單元沿程構(gòu)筑物及主要設(shè)備包括粗格柵、提升泵房、細(xì)格柵、曝氣沉沙池。

2 預(yù)處理段復(fù)氧現(xiàn)象分析

經(jīng)分析，跌水主要存在曝氣沉砂池末端，為便于比較，先對(duì)細(xì)格柵前到沉砂池末端跌水底部沿程進(jìn)行溶解氧（DO）分析，測(cè)定采用哈希HQ30d便攜式DO儀，共設(shè)5個(gè)點(diǎn)，分別是細(xì)格柵前、后、曝氣沉砂池出水口、跌水中部和跌水底部，詳情如圖1所示。

圖1 預(yù)處理段沿程DO分析位置

對(duì)上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行12 d的DO含量分析，結(jié)果如圖2所示。分析周期內(nèi)，細(xì)格柵前進(jìn)水DO平均值為0.16 mg/L，細(xì)格柵后水DO平均值為0.33 mg/L，曝氣沉砂池出水口DO平均值為1.91 mg/L，跌水區(qū)域中部DO平均值為2.05 mg/L，跌水區(qū)域底部DO平均值為4.20 mg/L。

通過(guò)圖2變化分析可知，預(yù)處理段DO變化或者說(shuō)躍升主要發(fā)生在兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是在曝氣沖刷過(guò)程中；第二階段是從曝氣沉砂池出水口到末端集水區(qū)跌水過(guò)程。進(jìn)一步分析可知，第一階段的曝氣屬于工藝流程，不可避免，所以第二階段的跌水復(fù)氧變化是此次研究的重點(diǎn)。

圖2 細(xì)格柵及曝氣沉砂池沿程DO變化

圖3 曝氣沉砂池末端跌水區(qū)域DO變化

首先計(jì)算末端跌水區(qū)域的DO變化差值，根據(jù)圖3可知，從跌水區(qū)底部到中部的DO增加平均值為2.14 mg/L；而跌水區(qū)底部到曝氣沉砂池出水口處的DO增加平均值為2.29 mg/L；跌水復(fù)氧增加值在整個(gè)分析周期內(nèi)比較接近，變化趨勢(shì)也很穩(wěn)定。根據(jù)該結(jié)果可知，跌水復(fù)氧主要發(fā)生在跌水底部區(qū)域。

另外，根據(jù)圖4可知，跌水復(fù)氧增加值與進(jìn)水水質(zhì)的濃度變化沒有明顯的直接關(guān)系。進(jìn)一步推測(cè)，跌水復(fù)氧可能主要與跌水高度和跌水區(qū)域面積有關(guān)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在進(jìn)水水量為2500 m3/h左右時(shí)，曝氣沉砂池出水口處的跌水高度為0.5 m左右，曝氣沉砂池由對(duì)稱兩格組成，兩邊跌水區(qū)域面積相等，單個(gè)約 2.5 m2。

圖4 分析周期內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)情況

3 曝氣沉砂池跌水區(qū)域改造及效果評(píng)價(jià)

該廠此次改造是通過(guò)在沉砂池出水口區(qū)域貼近水面處加裝蓋板，阻斷、改變跌水復(fù)氧區(qū)域的正?？諝饨粨Q，以期降低復(fù)氧值。改造的材質(zhì)為普通的廢舊遮陽(yáng)板，四周用玻璃膠密封，同時(shí)在蓋板上開小孔，便于DO儀探頭測(cè)量。另外，該出水口集水坑上部有兩個(gè)閥門（分別是生化池的出水閥和超越閥），施工時(shí)不能停產(chǎn)，所以無(wú)法做到完全密封，有明顯的缺口，詳情如圖5所示。

圖5 改造前后對(duì)比

改造完成后，立刻進(jìn)行DO值變化測(cè)定，以確定改造效果。經(jīng)過(guò)20 d的測(cè)定，根據(jù)圖6可知，改造后曝氣沉砂池出水口和跌水底部的DO差值明顯減小，且數(shù)值變化規(guī)律一致。需特別說(shuō)明的是，圖6后半段DO值明顯升高，是因?yàn)橥獠课鬯芫W(wǎng)改造，造成該段時(shí)間進(jìn)水量降低，且進(jìn)水中微小砂礫含量增多，為避免后續(xù)工藝影響，加大了沉砂池的曝氣強(qiáng)度，導(dǎo)致進(jìn)水的DO值明顯升高。同時(shí)，該段時(shí)間內(nèi)曝氣沉砂池末端跌水高度也從0.5 m增加至0.9 m。

經(jīng)檢測(cè)，該段分析周期內(nèi)，細(xì)格柵進(jìn)水DO平均值為1.04 mg/L，曝氣沉砂池出水DO值為3.61 mg/L，跌水底部DO平均值為4.32 mg/L，增加約0.71 mg/L，跌水復(fù)氧增加值從2.29 mg/L降至0.71 mg/L，此次改造直接節(jié)省LCOD約1.58 mg/L。以上測(cè)定結(jié)果基本證明，此次跌水區(qū)域的改造效果達(dá)到了預(yù)期目的。

另外，為深入分析改造后跌水復(fù)氧值降低的原因，又對(duì)蓋板內(nèi)外區(qū)域空氣中的DO值進(jìn)行了測(cè)定。根據(jù)圖7蓋板內(nèi)外的DO值測(cè)定可知，蓋板外的空氣DO平均值為7.83 mg/L，蓋板內(nèi)（跌水區(qū)域上部）的空氣DO平均值為6.61 mg/L，蓋板內(nèi)外的DO值差為1.22 mg/L，且該變化趨勢(shì)比較穩(wěn)定，說(shuō)明加裝蓋板后確實(shí)改變了跌水區(qū)域的空氣交換流動(dòng)性，也間接證明了此次改造方法的有效性，說(shuō)明此次改造是基本成功的。

圖6 改造后跌水區(qū)DO變化

圖7 改造后蓋板內(nèi)外DO值變化

4 經(jīng)濟(jì)性分析

以該廠8萬(wàn)t/d的設(shè)計(jì)規(guī)模計(jì)算，將節(jié)省的LCOD以乙酸計(jì)，通過(guò)該方式改造后每年至少可節(jié)省的乙酸費(fèi)用約為40萬(wàn)，且理論上可提高系統(tǒng)脫氮量約1.1 mg/L。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)南方地區(qū)進(jìn)水有機(jī)濃度較低、碳源明顯不足污水廠的類似改造具有明顯的借鑒意義，也為污水廠內(nèi)部碳源的開發(fā)利用和工藝優(yōu)化指明了新的方向。