南方某污水廠預處理段跌水復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）

污水廠由于設計建設等原因，在前段污水提升及預處理段中常常存在污水跌落的現象，而跌水會增加水中的溶氧量，產生跌水復氧現象。目前對跌水復氧的成因還沒有定論，但普遍認為跌水區域底部的空氣交換和水珠表面張力的變化是復氧的關鍵。跌水復氧主要發生在預處理單元，會加快進水中快速碳源的消耗，進而對系統的脫氮除磷效率產生不利影響。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]。

當前，南方很多污水廠的進水有機濃度較低，為確保生物系統正常，水質達標，尤其是總氮達標，需額外投加碳源（乙酸、乙酸鈉等），對跌水復氧進行分析研究和改造，對工藝優化、成本節約及更科學合理的設計具有非常重要的指導意義。

1 污水廠概況介紹

該污水廠位于廣東珠海，設計規模為8萬t/d，分兩期建設運行，一期3萬t/d，二期5萬t/d，主體工藝為改良A2O氧化溝+精密過濾，出水排放標準執行一級A和廣東省地標二者最嚴值。預處理單元沿程構筑物及主要設備包括粗格柵、提升泵房、細格柵、曝氣沉沙池。

2 預處理段復氧現象分析

經分析，跌水主要存在曝氣沉砂池末端，為便于比較，先對細格柵前到沉砂池末端跌水底部沿程進行溶解氧（DO）分析，測定采用哈希HQ30d便攜式DO儀，共設5個點，分別是細格柵前、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 預處理段沿程DO分析位置

對上述監測點連續進行12 d的DO含量分析，結果如圖2所示。分析周期內，細格柵前進水DO平均值為0.16 mg/L，細格柵后水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，跌水區域中部DO平均值為2.05 mg/L，跌水區域底部DO平均值為4.20 mg/L。

通過圖2變化分析可知，預處理段DO變化或者說躍升主要發生在兩個階段，第一個階段是在曝氣沖刷過程中；第二階段是從曝氣沉砂池出水口到末端集水區跌水過程。進一步分析可知，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氧變化是此次研究的重點。

圖2 細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域DO變化

首先計算末端跌水區域的DO變化差值，根據圖3可知，從跌水區底部到中部的DO增加平均值為2.14 mg/L；而跌水區底部到曝氣沉砂池出水口處的DO增加平均值為2.29 mg/L；跌水復氧增加值在整個分析周期內比較接近，變化趨勢也很穩定。根據該結果可知，跌水復氧主要發生在跌水底部區域。

另外，根據圖4可知，跌水復氧增加值與進水水質的濃度變化沒有明顯的直接關系。進一步推測，跌水復氧可能主要與跌水高度和跌水區域面積有關。

經現場測試，在進水水量為2500 m3/h左右時，曝氣沉砂池出水口處的跌水高度為0.5 m左右，曝氣沉砂池由對稱兩格組成，兩邊跌水區域面積相等，單個約 2.5 m2。

圖4 分析周期內進水水質情況

3 曝氣沉砂池跌水區域改造及效果評價

該廠此次改造是通過在沉砂池出水口區域貼近水面處加裝蓋板，阻斷、改變跌水復氧區域的正常空氣交換，以期降低復氧值。改造的材質為普通的廢舊遮陽板，四周用玻璃膠密封，同時在蓋板上開小孔，便于DO儀探頭測量。另外，該出水口集水坑上部有兩個閥門（分別是生化池的出水閥和超越閥），施工時不能停產，所以無法做到完全密封，有明顯的缺口，詳情如圖5所示。

圖5 改造前后對比

改造完成后，立刻進行DO值變化測定，以確定改造效果。經過20 d的測定，根據圖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，且數值變化規律一致。需特別說明的是，圖6后半段DO值明顯升高，是因為外部污水管網改造，造成該段時間進水量降低，且進水中微小砂礫含量增多，為避免后續工藝影響，加大了沉砂池的曝氣強度，導致進水的DO值明顯升高。同時，該段時間內曝氣沉砂池末端跌水高度也從0.5 m增加至0.9 m。

經檢測，該段分析周期內，細格柵進水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，跌水復氧增加值從2.29 mg/L降至0.71 mg/L，此次改造直接節省LCOD約1.58 mg/L。以上測定結果基本證明，此次跌水區域的改造效果達到了預期目的。

另外，為深入分析改造后跌水復氧值降低的原因，又對蓋板內外區域空氣中的DO值進行了測定。根據圖7蓋板內外的DO值測定可知，蓋板外的空氣DO平均值為7.83 mg/L，蓋板內（跌水區域上部）的空氣DO平均值為6.61 mg/L，蓋板內外的DO值差為1.22 mg/L，且該變化趨勢比較穩定，說明加裝蓋板后確實改變了跌水區域的空氣交換流動性，也間接證明了此次改造方法的有效性，說明此次改造是基本成功的。

圖6 改造后跌水區DO變化

圖7 改造后蓋板內外DO值變化

4 經濟性分析

以該廠8萬t/d的設計規模計算，將節省的LCOD以乙酸計，通過該方式改造后每年至少可節省的乙酸費用約為40萬，且理論上可提高系統脫氮量約1.1 mg/L。該方法簡單實用，對南方地區進水有機濃度較低、碳源明顯不足污水廠的類似改造具有明顯的借鑒意義，也為污水廠內部碳源的開發利用和工藝優化指明了新的方向。