氧化溝內(nèi)置缺氧段技術(shù)改造的工程應(yīng)用

朱海敏，劉哲誠(chéng)

(蘇州市相城區(qū)蘇水排水管理有限公司，江蘇 蘇州 215000)

蘇州某污水處理廠主要收集處理周邊地區(qū)的生活污水，采用前置厭氧、內(nèi)置缺氧的改良型氧化溝工藝。該工藝具有同步脫氮除磷的功能，出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行現(xiàn)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，TN執(zhí)行《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要污染物排放限值》(DB32/T1072—2007)的限值標(biāo)準(zhǔn)。改良型氧化溝工藝運(yùn)行示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)狀改良型氧化溝工藝

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

該污水處理廠一期設(shè)計(jì)處理規(guī)模4×104m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及2017年出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及2017年進(jìn)出水水質(zhì) 單位:mg/L

1.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 氧化溝

氧化溝共設(shè)置2組，每組處理能力為2×104m3/d，好氧采用底部管式微孔曝氣，單組平面尺寸72.7 m×42.3 m，池深6.8 m，有效水深6.0 m，設(shè)計(jì)厭氧停留時(shí)間2 h，缺氧停留時(shí)間4 h，好氧停留時(shí)間14 h，設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷0.11 kg BOD5/kg MLSS·d，硝化速率17.2 mg NH3-N /g MLSS·d，反硝化速率22.7 mg NO3-N /g MLSS·d。單組厭氧區(qū)內(nèi)設(shè)2臺(tái)功率4.3 kW(DN2 500 mm)水下推流器，缺氧區(qū)設(shè)4臺(tái)功率5.7kW(DN2 500 mm)水下推流器(好氧末端2臺(tái)，缺氧末端2臺(tái))。

1.2.2 鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)機(jī)房配置有西門子 HV-TURBO公司生產(chǎn)的單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)3臺(tái)(2用1備)，額定功率200 kW，額定風(fēng)量7 660 m3/h，供氣壓力0.7 bar，設(shè)計(jì)氣水比6.6∶1。

1.2.3 污泥回流泵房

污泥回流泵泵房設(shè)置外回流泵4臺(tái)亞太泵業(yè)潛污泵(3用1備)，單臺(tái)額定功率18.5 kW，額定流量560 m3/h，揚(yáng)程6.5 m，設(shè)計(jì)污泥最大回流比為100%，生化池污泥回流點(diǎn)設(shè)計(jì)采用兩處，一個(gè)回流點(diǎn)在進(jìn)水分配井，另一點(diǎn)在缺氧段起點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中外回流比約控制在70%。

2 運(yùn)行情況及存在問(wèn)題

2.1 氧化溝工藝具有較強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷能力

由于本工程中氧化溝工藝段水力停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)14 h，相對(duì)有機(jī)負(fù)荷較低，其本質(zhì)上屬于延時(shí)曝氣系統(tǒng)，能夠較高程度降解污水中的有機(jī)物，因而氧化溝工藝具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)。在氧化溝的前端增設(shè)了一組厭氧池，使池內(nèi)有較充足的溶解性BOD用于釋磷，為除磷的碳源需求創(chuàng)造了有利的條件。該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)一直保持良好，其2015—2017年的運(yùn)行情況見(jiàn)表2。

表2 2015—2017年出水水質(zhì) 單位:mg/L

2.2 內(nèi)置缺氧段氧化溝存在問(wèn)題

2.2.1 缺氧段缺氧環(huán)境差導(dǎo)致脫氮效率低

該改良式氧化溝工藝中缺氧段和好氧段無(wú)明顯分隔，內(nèi)回流的方式采用好氧末端的混合液直接通過(guò)推流器推動(dòng)，轉(zhuǎn)入缺氧區(qū)域，對(duì)缺氧環(huán)境影響非常大。通過(guò)生化池ORP儀表反應(yīng)出缺氧的環(huán)境較差。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行試驗(yàn)，我們選取氧化溝的厭氧池和氧化溝的末端兩個(gè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)ORP值。從結(jié)果看出，厭氧環(huán)境的ORP值平均在-160 mV左右，缺氧末端則高達(dá)+100 mV。反硝化菌作為兼性厭氧微生物，在ORP為+100 mV以上進(jìn)行好氧呼吸，在+100 mV以下進(jìn)行無(wú)氧呼吸。若溶解氧較高，將使反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，抑制反硝化菌體內(nèi)硝酸鹽還原酶的合成，或者氧成為電子受體，阻礙硝酸鹽氮的還原[1-3]。

圖2 兩組氧化溝厭缺氧段ORP監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.2.2 氧化溝內(nèi)流速控制難度大

缺氧區(qū)前后設(shè)置的4臺(tái)水下推流器是控制氧化溝溝內(nèi)流速的關(guān)鍵，是控制氧化溝內(nèi)回流比的唯一手段。嘗試通過(guò)減少推流器開(kāi)啟臺(tái)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)減少內(nèi)回流液過(guò)多影響缺氧環(huán)境，但實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)缺氧段存在泥水分層現(xiàn)象且缺氧段ORP降幅不大，TN去除效果提升不明顯。

3 技術(shù)改造方案

鑒于上述存在問(wèn)題，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料[4]以及從脫氮除磷原理上進(jìn)行系統(tǒng)分析，在苑丹丹等[5]的研究表明，氧化溝工藝中設(shè)置緩流板，降低氧化溝廊道內(nèi)混合液的循環(huán)比，延長(zhǎng)混合液在好氧區(qū)和缺氧區(qū)循環(huán)流動(dòng)，系統(tǒng)去除的氮量明顯提高。嘗試在好氧末端即內(nèi)置缺氧前端設(shè)置鋼制擋墻，從空間上隔斷好氧和缺氧環(huán)境，同時(shí)在擋墻底部開(kāi)孔設(shè)置可啟閉的方閘門實(shí)現(xiàn)控制氧化溝溝內(nèi)流速及內(nèi)回流液的大小。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院復(fù)核擋墻結(jié)構(gòu)，確定設(shè)置尺寸為(L:10.0 m，H:6.2 m)厚度為8 mm的碳鋼材質(zhì)鋼板墻，背水側(cè)采用方鋼管斜撐，墻體底部設(shè)有3個(gè)尺寸為(L:10.0 m，H:6.2 m)的內(nèi)回流孔，單孔理論計(jì)算內(nèi)回流量為100%Q進(jìn)，其中2個(gè)回流孔設(shè)置手動(dòng)閘門用以調(diào)節(jié)內(nèi)回流量大小，最大理論內(nèi)回流量達(dá)到300%Q進(jìn)。

圖3 氧化溝改造擋墻示意圖

實(shí)施過(guò)程中，利用處理負(fù)荷降低的間隙，首先在A組氧化溝進(jìn)行改造施工。擋墻焊接組裝完成后，利用B組氧化溝進(jìn)行接種培菌。待培菌調(diào)試穩(wěn)定，2周后，對(duì)生化池缺氧段前后DO及ORP參數(shù)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

通過(guò)2組氧化溝同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，從連續(xù)的溶解氧監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比看出A組在擋墻的前后，溶解氧出現(xiàn)明顯的差別，擋墻前DO質(zhì)量濃度在4.5～5.5 mg/L，擋墻后缺氧段DO質(zhì)量濃度在0.15～0.38 mg/L，擋墻對(duì)富含溶解氧的回流液起到有效的隔斷作用，減少內(nèi)回流液中溶解氧影響缺氧段的反硝化效果。未改造的B池則在缺氧依然保持一定量的溶解氧，質(zhì)量濃度范圍在1.50～2.20 mg/L。未改造的B組缺氧段中后部分溶解氧水平以及末端的ORP值(+100 mV左右)明顯未滿足反硝化的條件；而改造的A組在缺氧段中后部分，溶解氧水平已低于0.2 mg/L，ORP值在-50 mV左右，利于反硝化的進(jìn)行。

4 改造后運(yùn)行效果

2018年4月A、B組氧化溝末端擋墻改造完成，系統(tǒng)脫氮效率得到明顯提升，從2018年冬季及2019年全年運(yùn)行狀況來(lái)看，出水TN指標(biāo)能穩(wěn)定在15 mg/L以下，其中2019年日均TN小于10 mg/L的天數(shù)為351 d，改造效果明顯優(yōu)于預(yù)期目標(biāo)。

表3 2017—2019年出水水質(zhì) 單位:mg/L

5 結(jié) 論

國(guó)內(nèi)采用內(nèi)置缺氧段氧化溝工藝的污水處理廠，由于設(shè)計(jì)較早，TN去除要求較低，未充分考慮工藝的脫氮效率，內(nèi)回流液回流比無(wú)法通過(guò)有效手段進(jìn)行控制，致使缺氧環(huán)境較差，系統(tǒng)脫氮能力受限。本項(xiàng)目通過(guò)在氧化溝缺氧前段設(shè)置底部開(kāi)孔擋墻的工藝技改，很好的控制回流液回流量，保證了缺氧段的反硝化效果。結(jié)合改造后近2年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，此次實(shí)踐取得了較好效果，為今后同類工藝的污水處理廠提標(biāo)改造提供了借鑒。