關于盤式剛玉微孔曝氣器離線維護方式的探討

文_徐學軍 鄧強 黎萬全 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司

污水處理廠經過長時間運行后，其微孔曝氣器的充氧性能會出現下降。而受處理污水中的鈣離子、鐵離子等金屬化合物及微生物附著，氣體中粒物、粉塵的影響，曝氣器的微孔很容易發生氣孔堵塞，從而降低了氧利用率和充氧的攪拌強度，造成鼓風機工作壓力增大、能耗增高、污水處理能力下降等弊端，嚴重時會導致處理水質超標。

本文主要研究以盤式剛玉微孔曝氣器為對象，設計一套鋼結構材質的離線酸洗裝置，測定在實驗條件下的離線酸洗效果，為后續指導污水處理廠低成本、批量式、高效率離線維護盤式剛玉微孔曝氣器提供參考。

1 污水處理廠基本情況

四川省某污水處理廠于2007年建成投運，時至今日已連續正常穩定運行10余年。該廠采用“曝氣沉砂池+水解酸化+CASS池+纖維濾池”的二級生物脫氮除磷工藝，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB/18918-2002）中的一級B標準。2019年底，該污水處理廠將完成提標升級，出水水質達到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）中的“城鎮污水處理廠”排放限值。

該污水處理廠運行期間，受曝氣器微孔堵塞的影響，曝氣池的鼓風機運行時喘振頻發，工作壓力持續增加，曝氣池溶解氧長期不足或偏低，影響水質處理效果。

2 盤式剛玉曝氣器性能參數

單組CASS池共有1980個盤式剛玉微孔曝氣器，采用底部安裝方式。盤式剛玉微孔曝氣器采用56/60碼剛玉砂高溫燒制而成，盤面直徑φ178mm，通氣量1～3.5m3/h/個，氧利用率≥35%，空氣流量2～3m3/h，盤面孔徑為100～150μm，確保產生的氣泡直徑在1～3mm。

3 曝氣器維護方式

根據《城市污水處理廠運行控制與維護管理》介紹，可以將維護、清洗剛玉微孔曝氣器的方式歸納為2種方法。一種是在線維護、清洗方式，即不拆曝氣器也不停止運行進行清洗；另一種是離線維護、清洗方式，即在清洗車間內清洗或不拆曝氣器但需停止運行。

在線維護、清洗方式是一種比較理想的維護、清洗方式。但由于在線酸洗效果受較多因素影響，不易固化，曝氣池中每個曝氣模塊的酸洗效果容易出現差異化、不均衡。該方式適用于堵塞不嚴重、維護量小及定期維護等情況，對于長期運行且堵塞嚴重的情況則略不適宜。

離線維護、清洗方式包括回爐火化、酸（清洗劑）介質高壓沖洗等，適用于批量維護，維護費用很高，一次性維護時間較長，但清洗徹底、堵塞去除率高，清洗完就可以再次利用。

4 離線酸洗方案設計

4.1 離線酸洗的實驗器材和裝置

4.1.1 主要設備與儀器

剛玉微孔曝氣器（φ178mm）；空壓機（型號W-0.53/12.5，氣量0.53m3/min）；便攜式溶氧儀1臺（規格型號：YSI 556）；轉子流量計（量程10.0m3/h，精度±2%）；壓力表（精度±2%）；水溫計（精度±0.1℃）。

4.1.2 實驗離線酸洗裝置

離線酸洗裝置采用不銹鋼鋼材焊制而成（1800mm×1000mm×500mm），箱體裝配氣管、壓力表、閥門、轉子流量計及空壓機氣管接頭等附屬件。

離線酸洗裝置分為3格，第1格為曝氣器檢測區，底部預留一格曝氣器的安裝位置，用于檢測曝氣器的曝氣效果和溶解氧測定。第2格、第3格為曝氣器酸洗區，每格設有10根不銹鋼氣管（φ10mm），氣管高為500mm/根。每根氣管在距離底板10mm處開對孔（φ2mm），再由下至上每間隔35.87mm處依次開對孔（φ2mm），每根氣管開對孔共10組。

因為曝氣器的盤面厚度是32mm，依照對孔的開設間距，可將10個曝氣器依次重疊串放在同一根氣管上，通過連接的氣管對箱體內的甲酸進行曝氣，用“甲酸+曝氣”的方式對每個曝氣器的表面和內部進行清洗。每格每次能酸洗100個剛玉微孔曝氣器，可在第2格和第3格之間進行輪換。當上一個格清洗完成后，把甲酸放至另一格進行清洗，以此輪換清洗，達到不間斷清洗的目的，從而提高清洗效率。

4.2 批量連續離線酸洗的流程和方法

該污水處理廠選用棕剛玉微孔曝氣器，隨著污水處理廠運行時間的不斷延長，曝氣系統的背壓逐漸上升，峰值背壓可超0.075MPa。為解決該問題，污水處理嘗試多次在線維護、清洗，雖然在線維護能夠在一定程度上緩解曝氣器上的堵塞問題，但由于該廠運行時間較長、曝氣器堵塞嚴重、曝氣支管破損、氣管內有冷凝水等諸多問題的影響，導致每次在線維護完的2～3個月后，曝氣系統的背壓又會逐漸上升，曝氣器的曝氣效果逐漸變差，無法維持。為提高酸洗的成效，穩定酸洗后曝氣器的曝氣效果，我們以一座CASS池做實驗，拆除了部分曝氣器進行離線維護、清洗。

將表面沖洗干凈的曝氣器以10個/組串放在離線酸洗裝置的第2格酸洗區中，每批次可放100個曝氣器；將配制好濃度為88%的甲酸液注入；開啟空壓機供氣，進行“曝氣+酸洗”；連續酸洗一定時間后，取出曝氣器放置第3格，注入清水浸泡脫酸；將酸洗完畢的曝氣器安裝在第1格檢測區，進行酸洗效果檢測，測量溶解氧值。在進行清水浸泡脫酸時，可同步在酸洗區放入下一批次需酸洗的曝氣器，按該方法依次逐批量離線維護、清洗。

4.3 注意事項

在進行離線維護、清洗時，需注意以下幾點：

①甲酸濃度88%是一個經驗值，通過該廠實驗室小試和歷年在線酸洗維護經驗而得。

②曝氣量的大小控制、酸洗的時長控制會曝氣器的微孔、曝氣器的酸洗效果產生影響。

③“曝氣+酸洗”時，甲酸霧化、揮發現象較明顯，操作時需做好相應的實驗防護。

5 實驗實施和數據

為評價該離線維護、清洗方式的效果，在檢測區氣管進氣量恒定（2.8m3/h）的情況下對新剛玉微孔曝氣器、酸洗前、不同酸洗時長下的單個剛玉微孔曝氣器進行曝氣實驗，曝氣總時長40min，對三者之間的曝氣效果進行對照（以溶解氧、壓力做對照）。如表1所示。

表1 不同酸洗時長下的DO實驗數據

從表1可以看出，與酸洗前比較，離線酸洗后的效果十分明顯。酸洗2h左右的剛玉微孔曝氣器，其曝氣時的溶解氧已有效果呈現，但與新曝氣器比較，其檢測的溶解氧未達到預期；酸洗4h、6h、8h的剛玉曝氣器，其曝氣時的溶解氧已接近新曝氣器的效果，基本達到預期。

通過自制離線酸洗裝置，采用4h的最佳酸洗時長，該污水處理廠完成了單組CASS池內全部剛玉微孔曝氣器的離線維護工作。本組CASS池好氧區的溶解氧從酸洗前的0.7mg/L左右恢復至3.3mg/L左右。通過比照，本組CASS池好氧區的溶解氧基本能夠達到初期運行時的3.5mg/L，有效提高了曝氣系統的曝氣效果，大大提高了舊剛玉微孔曝氣器的重復使用率，延長了其使用壽命。

6 結語

以濃度88%的甲酸浸泡并輔助曝氣沖洗，對甲酸和剛玉微孔曝氣器內、外表面進行擾流浸泡，不僅能清除曝氣器表面的結垢，更可以有效地分解滲透進微孔里面的污泥和堵塞物，通過數小時的酸洗，其充氧性能基本達到新曝氣器的水平。

通過試驗和生產實踐證明，采用以濃度88%的甲酸浸泡并輔以曝氣沖洗能夠有效解決剛玉微孔曝氣器的堵塞問題，使其實際使用壽命得以延長，也達到了預期重復利用、節約運行成本的目的。

采用自制離線酸洗裝置和酸洗參數，以濃度88%的甲酸浸泡并輔助曝氣沖洗，最佳的離線酸洗時長為4h左右。