高排放標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水廠曝氣系統(tǒng)技術(shù)改造研究與應(yīng)用

張 海

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

巢湖是我國(guó)五大淡水湖之一，，近年來(lái)巢湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，水污染問(wèn)題卻日益凸顯。為了加強(qiáng)巢湖流域水污染防治，2017年1月1日，安徽省頒布實(shí)施了最新地方標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn)在《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的基礎(chǔ)上，再次對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提升。在高標(biāo)準(zhǔn)出水的要求下，巢湖流域某污水處理廠一期工程必須進(jìn)行提標(biāo)改造。筆者研究了氧化溝曝氣系統(tǒng)性能，針對(duì)該污水處理廠實(shí)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(shí)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

1　概況

1.1　工程概況

該廠一期設(shè)計(jì)為5萬(wàn)t/d，共2條氧化溝，單溝處理能力2.5萬(wàn)t/d，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。二期新建及一期提標(biāo)改造工程將出水標(biāo)準(zhǔn)提升到類IV類水標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)械濃縮脫水。

1.3　設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

由于該廠二期擴(kuò)建及提標(biāo)改造后出水標(biāo)準(zhǔn)提高至類四類水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)較高，筆者在設(shè)計(jì)時(shí)提高了二期設(shè)施的處理效率，二期項(xiàng)目建成后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1　設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.4　存在問(wèn)題

1.4.1進(jìn)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(jìn)水水質(zhì)較復(fù)雜，進(jìn)水濃度高，尤其在進(jìn)入冬季后，進(jìn)水水質(zhì)變化較大，大部分時(shí)間均超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)2015年瞬時(shí)進(jìn)水氨氮（2 h數(shù)據(jù)）進(jìn)行分析，全年進(jìn)水氨氮超過(guò)原設(shè)計(jì)指標(biāo)28 mg/L天數(shù)達(dá)到197 d，全年占比為54%；進(jìn)水COD（化學(xué)需氧量）超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)420 mg/L的全年占比為5%。在原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)濃度下已經(jīng)存在充氧不足的情況，進(jìn)水濃度遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度，會(huì)對(duì)工藝的穩(wěn)定運(yùn)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(lái)的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析，在進(jìn)水氨氮濃度超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，平均處理水量約下降10%。按照設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度對(duì)需氧量及倒傘功率進(jìn)行復(fù)核，單組氧化溝倒傘曝氣需氧量為591.5 kg/h。曝氣機(jī)的動(dòng)力效率取值為2.3（kg O2/kW·h），需要的總功率為257 kW，則原來(lái)倒傘功率270 kW勉強(qiáng)滿足充氧需求。由于一期已運(yùn)行近10年，設(shè)備充氧性能下降明顯，根據(jù)對(duì)倒傘充氧性能復(fù)測(cè)，計(jì)算出曝氣機(jī)動(dòng)力實(shí)際效率Es=1.77kg/（kW·h），實(shí)際倒傘設(shè)備曝氣工況的充氧能力不能滿足生產(chǎn)需求，當(dāng)進(jìn)水濃度超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，充氧能力不足。

同時(shí)，該廠一期設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。二期擴(kuò)容及一期提標(biāo)改造工程將出水標(biāo)準(zhǔn)提升到類IV類水標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，工藝控制要求也不斷提高，有必要對(duì)氧化溝曝氣系統(tǒng)進(jìn)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(jí)處理生物段能耗占整個(gè)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(shí)，優(yōu)先將底部曝氣作為首選方案；同時(shí)考慮到該廠已正式投入運(yùn)行，如果停產(chǎn)改造對(duì)社會(huì)環(huán)境影響較大，采用不放空的改造方案將更有利于實(shí)施。

2.1　一期氧化溝流場(chǎng)現(xiàn)狀研究

一期氧化溝單溝好氧區(qū)設(shè)計(jì)5.5 kW潛水推流器3臺(tái)，推流器全開(kāi)時(shí)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(chǎng)圖如圖1所示。將倒傘開(kāi)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(chǎng)圖

根據(jù)氧化溝流場(chǎng)現(xiàn)狀評(píng)估和流速實(shí)測(cè)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(shí)底部曝氣帶來(lái)的水流擾動(dòng)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(tái)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(chǎng)模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)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(duì)比

氧化溝曝氣系統(tǒng)技術(shù)改造后，在相同工況下對(duì)氧化溝的污染物去除率進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖3所示。曝氣系統(tǒng)改造前后，氧化溝對(duì)TN的去除率差別不大，對(duì)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(duì)比

3.2　改造前后能耗對(duì)比

通過(guò)在相同工況下分別開(kāi)啟倒傘曝氣和可提升式底曝系統(tǒng)兩種方式進(jìn)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(guò)30%，節(jié)能效果明顯。

4　可提升底部曝氣系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

可提升式底部曝氣系統(tǒng)較倒傘表曝機(jī)，有以下優(yōu)點(diǎn)：一是曝氣系統(tǒng)采用可提升安裝方式，在安裝和檢修時(shí)，曝氣池不需要放空停產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)影響較小；二是可提升式底部曝氣系統(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(guò)30%；三是工藝調(diào)控靈活，可及時(shí)根據(jù)水質(zhì)水量對(duì)曝氣量進(jìn)行調(diào)整，靈活控制氧化溝內(nèi)硝化和反硝化過(guò)程條件，實(shí)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(dāng)池內(nèi)污泥濃度過(guò)高或局部污泥沉積，出現(xiàn)曝氣效果不佳時(shí)，可單獨(dú)對(duì)一組曝氣集中供氣，實(shí)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(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音大，倒傘葉輪攪拌會(huì)導(dǎo)致污泥四濺，感官較差。可提升式曝氣對(duì)噪音和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境均有所改善。

缺點(diǎn)是氧化溝內(nèi)流速降低。倒傘表曝機(jī)在充氧的同時(shí)，兼有推流的功能，而可提升式底部曝氣無(wú)推流功能，改造后溝內(nèi)流速明顯降低，需通過(guò)新增推流設(shè)備來(lái)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。