污水處理廠氧化溝工藝改造研究

施 毅

（劍閣縣城市供排水管理中心，四川 廣元 628317）

氧化溝工藝具有處理流程簡單、操作管理方便、出水水質好、基建投資省、運行費用低等優點，在城市生活污水處理廠應用較廣。但因特有的溝體設計，氧化溝內無法形成明顯的厭氧、缺氧及好氧環境，脫氮除磷效果差[1]。四川省某污水處理廠采用氧化溝工藝，由于設計及運行存在缺陷，系統存在反硝化效果差、水流短流等問題，出水總氮（TN）無法穩定滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準。為確保出水TN 穩定達標，有必要合理布置生化池分區，增加隔墻將氧化溝工藝改為A2O工藝，優化缺氧區缺氧環境，創造反硝化反應的條件。

1 工程背景

該污水處理廠于2010 年建成投入使用，設計處理能力為10 000 m3/d，實際處理能力為7 500 m3/d，設計出水標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準。處理工藝為組合式氧化溝，主要工藝流程為調節池（粗格柵）→旋流沉砂池（細格柵）→組合式氧化溝（平流沉淀池）→纖維轉盤濾池→紫外線消毒。近年來，在進水水質正常的情況下，除TN 外，該污水處理廠的其余出水指標能夠達到一級A 標準要求。在外加碳源的情況下，TN 大部分時間能夠達標，但不穩定，偶爾會出現超標情況，同時，在碳源投加過程中，碳源利用率低，反硝化效果差，碳源使用量大，不經濟。

2 存在的問題

該污水處理廠氧化溝分為兩組，采用并聯方式運行，單組處理能力為5 000 m3/d，有效容積為3 276 m3，有效水深為3.9 m。經分析，該廠在運行中存在3 個突出問題。

2.1 內回流依靠設備推流，回流比無法調控

改造前，氧化溝生化池為一個整體，好氧區、缺氧區直接聯通，無相關構筑物隔斷，內回流依靠推流器推動泥水混合液在氧化溝內循環，硝化液回流至缺氧區，回流量無法精確控制。

2.2 缺氧區溶解氧濃度高，缺氧環境遭受破壞

單組氧化溝缺氧區設計容積為880 m3，處理水量為5 000 m3/d。經核算，缺氧區水力停留時間為4.2 h，因氧化溝好氧區與缺氧區緊密相連，好氧區末端溶解氧濃度一直較高，硝化液回流會夾雜大量溶解氧進入缺氧區，提高缺氧區溶解氧濃度，使其超過0.5 mg/L，該區域不能形成較好的反硝化反應缺氧環境。因此，反硝化反應難以進行[2]。

2.3 進水濃度偏低，碳氮比失調

近年來，該污水處理廠進水有機物濃度總體偏低，碳氮比不高。2021 年平均進水化學需氧量（CODCr）濃度為143.53 mg/L，五日生化需氧量（BOD5）濃度為42.13 mg/L，TN濃度為34.50 mg/L，碳氮比僅為1.22，難以滿足反硝化反應條件[3]。

2.4 氧化溝內水流短流

改造前，污水進入厭氧區后，水流呈多通路流動，既可沿著厭氧區內隔墻循環流動，也可直接從厭氧區出口進入缺氧區造成短流。因此，生化池內存在多處短流，污泥沉積量越來越大，池內有效污泥濃度逐漸降低，導致池體有效容積減少，處理效率降低。

2.5 沉淀池配水渠布水孔直徑過小

改造前，沉淀池配水渠布水孔直徑為32 mm，單組沉淀池數量為94 個。在運行過程中，由于泥水混合液流動性差，流速較低，過水能力較低，在進水量增加的情況下，沉淀池配水渠存在泥水翻堰的現象。

3 改造方案及思路

生化池改造主要分為三部分，包括新增隔墻、新增內回流泵與管路、增大沉淀池布水孔直徑。為盡可能減小改造對周圍環境的影響，本次改造采用2 組氧化溝交替運行的方式，在保證廠內正常運行的情況下對氧化溝進行改造。

3.1 新增隔墻改變水流路徑

在現狀氧化溝厭氧區內、厭氧區與缺氧區之間砌筑混凝土墻體，使三區之間相互獨立，互不干擾，在厭氧區末端墻體位置重新開孔，開孔尺寸為700 cm×700 cm。另外，改變厭氧區與缺氧區之間的隔墻攪拌器安裝位置，調整缺氧區攪拌器設備攪拌方向，避免形成水流盲區導致沉泥。改造后氧化溝水流示意圖如圖1 所示。

圖1 改造后氧化溝水流示意圖

3.2 新增內回流泵及管路

在好氧區末端增加硝化液回流裝置，安裝硝化液回流泵及回流管道，回流泵規格為500 m3/h，揚程為4 m，采用變頻控制。回流管采用Q235A 焊接鋼管材質，型號為D325。

3.3 增大沉淀池布水孔直徑

沉淀池配水渠布水孔重新開鑿，將孔徑由32 mm擴大為100 mm，數量保持不變，增加其過水能力。

4 改造后運行效果

該污水處理廠工藝改造自2022 年4 月1 日開始，6 月15 日結束，隨后進入調試運行。通過調節風機變頻器，可有效控制好氧區溶解氧濃度，同時配合使用硝化液回流泵控制變頻，確保硝化液回流比例及缺氧區溶解氧濃度在合理區間，生化系統產生明顯的溶解氧濃度梯度，為反硝化反應創造最佳條件[4-5]。

經比較，改造前三個月出水TN平均值為13.78 mg/L，最低值為4.23 mg/L，最高值為22.67 mg/L，改造后三個月出水TN 平均值為6.96 mg/L，最低值為3.07 mg/L，最高值為12.75 mg/L。改造前，碳源投加量約為27.78 L/h；改造后，碳源投加量約為18.81 L/h。改造后，各項出水水質指標穩定，優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準，TN 去除率較改造前明顯提高，碳源使用量較改造前降低32.29%。

5 投資及運行成本分析

5.1 工程建設投資

該污水處理廠工藝改造費用共計152.06 萬元，包括土建隔墻、內回流泵、低速推流器、曝氣管更換等工程內容。

5.2 運行成本分析

改造前，大推流器配備4 臺，功率為4 kW；小推流器配備10 臺，功率為2.2 kW；硝化液回流泵配備2 臺，功率為11 kW。改造后，大推流器配備4 臺，功率為7.5 kW；小推流器配備12 臺，功率為1.5 kW；硝化液回流泵配備4 臺，功率為11 kW。本次改造涉及2 組氧化溝，新增硝化液回流泵2 臺，增加小推流器2 臺，更換大小推流器14 臺。改造對污水處理成本的影響僅來自設備的增加與更換、碳源投加量的變化。因此，本研究僅對電費和碳源使用費用進行測算，如表1、表2 所示。經比較，相比改造前，改造后污水處理廠年電費增加42.10 萬元，碳源消耗的年費用減少25.55 萬元，總體來說，運行成本增加16.55 萬元，按7 500 m3/d 處理水量計算，單位運行成本增加量為0.06 元/m3。

表1 改造前后工藝設備電費比較

表2 改造前后藥劑費用比較

6 結論

該污水處理廠在改造過程中充分利用原有池體構筑物，不新建構造設施，減少工程量，降低施工難度，節約建設成本。將氧化溝工藝改造成A2O 工藝，調整生產工藝，可以提升系統的脫氮能力，減少碳源使用量，雖然運行成本較改造前略微有所增加，但是改造后環境效益明顯，TN 去除率大幅提升，出水各項水質指標穩定達標，改造前存在的問題得到有效解決，可為其他類似污水處理廠改造工程提供參考。