曝氣沉砂池的預處理對COD去除效果的影響

柯浪文，夏耿東，馮 珊，徐嘉琪，林婧舒

（廣州市污水治理有限責任公司石井分公司，廣東廣州 510450）

1 曝氣沉砂池的基本介紹

曝氣沉砂池是一長形渠道，沿渠壁一側的整個長度方向上設有曝氣裝置，在其下部設有集砂斗，池底有i=0.1～0.5的坡度，以保證砂粒滑入。污水在曝氣沉砂池中存在著兩種運動方式，其一為水平流動。同時，由于在池的一側有曝氣作用，因而在池的橫斷面上產生旋轉運動，整個池內水流產生螺旋狀前進的流動形式。由于曝氣以及水流的螺旋旋轉作用，污水中懸浮顆粒相互碰撞、摩擦，并受到氣泡上升時的沖刷作用，使粘附在砂粒上的有機污染物得以去除，沉于池底的砂粒較為純凈[1]。

圖1 曝氣沉砂池螺旋形流態圖Fig.1 Spiral Flow in Aerated Grit Chamber

2 分析項目及方法

項目實施時間是2012年3月至7月，分別按20、25、30、35、40 Hz調節羅茨風機變頻器的頻率，得出以下三部分的數據并進行分析：

①分析比較此頻率下SS、COD的去除效果；②分析其產砂量以及測量其頻率下分離出砂粒的純凈度；③研究此頻率下對生物反應池DO、ORP以及進出水硝氮的影響。

3 結果與討論

3.1 比較2012年3月至7月曝氣沉砂池出水SS、COD的去除效果

（1）2012年3月調整羅茨鼓風機頻率為20 Hz，沉砂池SS、COD的去除情況如圖2、圖3所示。

如圖2所示，3月出現19天沉砂池出水SS含量大于進水SS的情況，可能是由于曝氣以及水流的螺旋旋轉作用，并帶動沉于池底的顆粒物質，從而使SS含量增加。除去出現19天的異常情況，SS去除率呈較明顯的波動趨勢，波動范圍15.20%～66.9%，但總體均值為負數。因該月數據出現超過一半數據的沉砂池出水SS大于進水，導致沉砂池除砂效果未能得到發揮，推斷該頻率無法滿足工藝生產需求。

圖2 3月曝氣沉砂池SS的去除率Fig.2 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in March

如圖3所示，3月出現17天進水CODCr的濃度高于沉砂池出水CODCr的情況，可能是由于曝氣量不足，水流沖刷作用不夠充分，粘附在砂粒上的有機污染物去除效果不佳。正常數據應是進水CODCr的濃度略低于沉砂池出水CODCr，由于曝氣沉砂池能提高污泥有機物組分的含量。剔除異常數據后，本月沉砂池出水COD去除率波動范圍在3.9%～24.7%，平均去除率12.49%。去除率偏低且波動范圍大。該月數據異常情況較為明顯，推斷該頻率無法滿足工藝生產需求。

圖3 3月曝氣沉砂池COD的去除率Fig.3 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in March

（2）2012年4月調整羅茨鼓風機頻率為25 Hz，沉砂池SS、COD的去除情況如圖4、圖5所示。

如圖4所示，4月SS去除率的波動較大，波動范圍3.37%～57.78%，剔除異常數據后，平均去除率為17%。與3月份情況類似，該月數據出現近半數據的沉砂池出水SS大于進水，導致沉砂池除砂效果未能得到發揮，剔除部分數據后SS去除率雖達29%，但效果穩定性太低。出現12天進水SS含量小于沉砂池出水SS的情況，可能是由于曝氣以及水流的螺旋旋轉作用，并帶動沉于池底的顆粒物質，從而使SS含量有一定增加。與頻率為20 Hz的情況相比較，增大曝氣量后，SS的去除率未有所提高，雖除砂效果有所改善，但該頻率下無法滿足工藝生產需求。

圖4 4月曝氣沉砂池SS的去除率Fig.4 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in April

如圖5所示，4月CODCr去除率波動范圍1.83%～22.03%，其中平均去除率只有3.33%，出現18天進水CODCr的濃度高于沉砂池出水CODCr的情況，且差值比較大，說明其有機物與砂子分離效果不佳。可能是由于曝氣量不足，水流沖刷作用不夠充分而導致粘附在砂粒上的有機污染物去除率較低。推斷該頻率無法滿足工藝生產需求。

圖5 4月曝氣沉砂池COD去除率Fig.5 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in April

（3）2012年5月調整羅茨鼓風機頻率為30 Hz，沉砂池SS、COD的去除情況如圖6、圖7所示。

如圖6所示，在5月中上旬進出水波動比較平穩，沉砂池出水SS隨著進水SS變化而波動，但在5月19日出現最高值，這說明SS的變化對曝氣沉砂池的SS去除效果有一定程度的影響。5月曝氣沉砂池的SS去除率在13.79%～62.50%之間，波動起伏比較大。5月SS平均去除率為28.60%。

圖6 5月曝氣沉砂池SS的去除率Fig.6 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in May

如圖7所示，在5月中上旬進出水波動比較平穩，沉砂池出水CODCr隨著進水CODCr變化而波動，但在5月19日出現最高值，這說明CODCr的變化對曝氣沉砂池的COD去除效果有一定程度的影響。5月曝氣沉砂池的COD去除率在2.24%～78.27%之間，波動起伏比較大。5月COD平均去除率為17.28%。

圖7 5月曝氣沉砂池COD去除率Fig.7 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in May

（4）2012年6月調整羅茨鼓風機的頻率為35Hz，沉砂池SS、COD的去除情況如圖8、圖9所示。

圖8 6月曝氣沉砂池SS的去除率Fig.8 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in June

如圖8所示，6月曝氣沉砂池的SS去除率在12.50%～66.16%之間，波動起伏比較大。6月SS平均去除率為33.64%。

圖9 6月曝氣沉砂池COD去除率Fig.9 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in June

如圖9所示，6月曝氣沉砂池的COD去除率在7.48%～46.80%之間，波動起伏比較平穩。6月COD平均去除率為18.53%。

（5）2012年7月調整羅茨鼓風機的頻率為40 Hz，沉砂池SS、COD的去除情況如圖10、圖11所示。

如圖10所示，7月曝氣沉砂池的SS去除率在3.57%～53.16%之間，波動起伏比較大。7月SS平均去除率為21.66%。

如圖11所示，7月曝氣沉砂池的COD去除率在2.68%～45.83%之間，波動起伏比較大。7月COD平均去除率為13.25%。

以上5個月的數據，匯總如表1。

圖10 7月曝氣沉砂池SS的去除率Fig.10 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in July

圖11 7月曝氣沉砂池COD去除率Fig.11 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in July

表1 不同風機頻率下各月SS、COD去除率Tab.1 Removal Rate of SS and COD with Different Fan Frequency in Each Month

如表1所示，6月SS平均去除率最高為33.64%，同時，CODCr的去除效果最佳，平均值為18.53%。羅茨鼓風機的頻率為35 Hz時，沉砂池SS與COD的去除效果最佳。

3.2 產砂量和分離出砂粒的純凈度

沉砂池去除垃圾與大量無機物的途徑主要是通過沉砂池桁車上的吸砂泵將池底沉積的砂粒垃圾抽到砂水分離器處分離，從而從污水系統中除去。因系統砂水分離器工作原理是重力沉砂后再通過螺桿輸送到垃圾斗，對這次試驗影響不大，這次試驗不討論砂水分離器作用。主要從不同頻率下的羅茨風機運行時，研究沉砂池砂泵的產砂量與產生的砂粒的純凈度，從而比較得出該頻率下沉砂池砂泵的處理效果。通過檢測砂粒中無機物的含量來判斷砂粒的純凈度如表2所示。

相比之下，風機頻率為30與35 Hz時，沉砂池出砂的效率最好，且純凈度較高，砂泵的堵塞次數也在接受的范圍內，檢測出的純凈度變化范圍最穩定應為35 Hz時，能發揮沉砂池最高最穩定的處理效果。

表2 2012年3月至7月砂粒純凈度試驗數據Tab.2 Experimental Data of Sand Purity from March to July in 2012

3.3 各頻率下的曝氣量對生物反應池DO、ORP以及進出水硝氮(NO3-N)的影響

如圖12所示，5月生物反應池厭氧段ORP在-408～-156，總體比上月穩定，硝氮未檢出。

檢測值中DO范圍為：厭氧段DO與上月比較明顯下降，數值穩定下降。在工藝控制范圍，沒有對反應池DO造成影響。分配井影響DO因素：分配井DO未檢出較多，檢出值波動較大，范圍較大，縱觀3～5月，分配井DO暫時與羅茨鼓風機開啟頻率無關。

圖12 5月風機頻率30 Hz下的ORP數據圖Fig.12 Value of ORP under the Fan Frequency of 30 Hz in May

圖13 5月風機頻率30 Hz下的DO數據圖Fig.13 Value of DO under the Fan Frequency of 30 Hz in May

圖14 6月風機頻率35 Hz下的ORP數據圖Fig.14 Value of ORP under the Fan Frequency of 35 Hz in June

如圖14所示，6月生物反應池厭氧段ORP在-420～109，除6月28日換池外總體比上月穩定。厭氧段DO與上月比較明顯下降，DO數據較好。

如圖15所示，7月生物反應池厭氧段ORP在-348～-34，總體較穩定。硝氮全部未檢出，難以對硝氮進行分析。DO基本未檢出，難以對DO進行分析。

圖15 7月風機頻率40 Hz下的ORP數據圖Fig.15 Value of ORP under the Fan Frequency of 40 Hz in July

4 能耗分析

該廠一共3臺羅茨風機對沉砂池進行供氣，一期使用1臺運行可滿足單池曝氣，設備采用變頻調節，可遠程或就地控制，設備主要參數如下：

流量（在 1.013×105Pa，相對濕度80%條件下）：100%—2 418 Nm3/h，45%—1 088 Nm3/h；電機電壓等級：AC380V；電機功率：45 kW；功率因素cos∮：0.85

通過不同頻率，現場用鉗表測得相關運行電流數據，粗略可以估算出風機的能耗情況，如表3所示。

表3 不同頻率下風機的耗能情況Tab.3 Energy Dissipation of Fan under Different Frequency

設備能耗是隨著變頻的頻率增加而增加的，在保證沉砂池曝氣充足的前提下，降低頻率，可有效減小電流，從而達到降低能耗的目的，選擇去除效果最好的6月數據，同比工頻情況下，電機運行功率可減5.3 kW,由于設備是24 h不間斷運行，折算全天可節約127.2度電，效果非常明顯，一旦二期投產，投入2臺設備運行，節能效果將翻倍，這將給該廠在節能降耗，變動成本控制帶來極大的益處。

5 結論

（1）從以上數據分析可得出，在羅茨鼓風機頻率調節為35 Hz的情況下，曝氣沉砂池的SS去除率比較穩定，平均值為33.64%。同時，COD的去除效果最佳，平均值為18.53%。

（2）羅茨風機在頻率35 Hz時沉砂除砂能發揮最好的效果，且在35 Hz頻率時最穩定，單機可節約用電127.2 kW·h/d，節能效果尤其顯著。

（3）2012 年 3 月份開始，研究了 20 Hz、25 Hz、30 Hz、35 Hz、40 Hz風機頻率下的曝氣量對生物反應池DO、ORP以及進出水硝氮（NO3-N）的影響，通過5個月的研究測試和大量數據的分析，當羅氏風機頻率控制在35 Hz時處于最佳工況點。ORP氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱。當羅氏風機頻率控制在35 Hz時生物反應池厭氧段ORP在0～400 mV，證明還原性較好，營造良好的厭缺氧環境，在含氧量不高的情況下，反硝化效果好，有助于更好地厭氧釋磷，提高污水處理效果。

［1］李濤,沉砂池的設計及不同池型的選擇 [J].中國給水排水,2001,17(9):37-42.