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(shè)計(jì)建設(shè)等原因,在前段污水提升及預(yù)處理段中常常存在污水跌落的現(xiàn)象,而跌水會(huì)增加水中的溶氧量,產(chǎn)生跌水復(fù)氧現(xiàn)象。目前對(duì)跌水復(fù)氧的成因還沒有定論,但普遍認(rèn)為跌水區(qū)域底部的空氣交換和水珠表面張力的變化是復(fù)氧的關(guān)鍵。跌水復(fù)氧主要發(fā)生在預(yù)處理單元,會(huì)加快進(jìn)水中快速碳源的消耗,進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的脫氮除磷效率產(chǎn)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(dāng)前,南方很多污水廠的進(jìn)水有機(jī)濃度較低,為確保生物系統(tǒng)正常,水質(zhì)達(dá)標(biāo),尤其是總氮達(dá)標(biāo),需額外投加碳源(乙酸、乙酸鈉等),對(duì)跌水復(fù)氧進(jìn)行分析研究和改造,對(duì)工藝優(yōu)化、成本節(jié)約及更科學(xué)合理的設(shè)計(jì)具有非常重要的指導(dǎo)意義。
該污水廠位于廣東珠海,設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬(wàn)t/d,分兩期建設(shè)運(yùn)行,一期3萬(wàn)t/d,二期5萬(wàn)t/d,主體工藝為改良A2O氧化溝+精密過(guò)濾,出水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行一級(jí)A和廣東省地標(biāo)二者最嚴(yán)值。預(yù)處理單元沿程構(gòu)筑物及主要設(shè)備包括粗格柵、提升泵房、細(xì)格柵、曝氣沉沙池。
經(jīng)分析,跌水主要存在曝氣沉砂池末端,為便于比較,先對(duì)細(xì)格柵前到沉砂池末端跌水底部沿程進(jìn)行溶解氧(DO)分析,測(cè)定采用哈希HQ30d便攜式DO儀,共設(shè)5個(gè)點(diǎn),分別是細(xì)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(yù)處理段沿程DO分析位置
對(duì)上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行12 d的DO含量分析,結(jié)果如圖2所示。分析周期內(nèi),細(xì)格柵前進(jìn)水DO平均值為0.16 mg/L,細(xì)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(qū)域中部DO平均值為2.05 mg/L,跌水區(qū)域底部DO平均值為4.20 mg/L。
通過(guò)圖2變化分析可知,預(yù)處理段DO變化或者說(shuō)躍升主要發(fā)生在兩個(gè)階段,第一個(gè)階段是在曝氣沖刷過(guò)程中;第二階段是從曝氣沉砂池出水口到末端集水區(qū)跌水過(guò)程。進(jìn)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(fù)氧變化是此次研究的重點(diǎn)。
圖2 細(xì)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(qū)域DO變化
首先計(jì)算末端跌水區(qū)域的DO變化差值,根據(jù)圖3可知,從跌水區(qū)底部到中部的DO增加平均值為2.14 mg/L;而跌水區(qū)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(fù)氧增加值在整個(gè)分析周期內(nèi)比較接近,變化趨勢(shì)也很穩(wěn)定。根據(jù)該結(jié)果可知,跌水復(fù)氧主要發(fā)生在跌水底部區(qū)域。
另外,根據(jù)圖4可知,跌水復(fù)氧增加值與進(jìn)水水質(zhì)的濃度變化沒有明顯的直接關(guān)系。進(jìn)一步推測(cè),跌水復(fù)氧可能主要與跌水高度和跌水區(qū)域面積有關(guān)。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,在進(jìn)水水量為2500 m3/h左右時(shí),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(duì)稱兩格組成,兩邊跌水區(qū)域面積相等,單個(gè)約 2.5 m2。
圖4 分析周期內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)情況
該廠此次改造是通過(guò)在沉砂池出水口區(qū)域貼近水面處加裝蓋板,阻斷、改變跌水復(fù)氧區(qū)域的正??諝饨粨Q,以期降低復(fù)氧值。改造的材質(zhì)為普通的廢舊遮陽(yáng)板,四周用玻璃膠密封,同時(shí)在蓋板上開小孔,便于DO儀探頭測(cè)量。另外,該出水口集水坑上部有兩個(gè)閥門(分別是生化池的出水閥和超越閥),施工時(shí)不能停產(chǎn),所以無(wú)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(duì)比
改造完成后,立刻進(jìn)行DO值變化測(cè)定,以確定改造效果。經(jīng)過(guò)20 d的測(cè)定,根據(jù)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(shù)值變化規(guī)律一致。需特別說(shuō)明的是,圖6后半段DO值明顯升高,是因?yàn)橥獠课鬯芫W(wǎng)改造,造成該段時(shí)間進(jìn)水量降低,且進(jìn)水中微小砂礫含量增多,為避免后續(xù)工藝影響,加大了沉砂池的曝氣強(qiáng)度,導(dǎo)致進(jìn)水的DO值明顯升高。同時(shí),該段時(shí)間內(nèi)曝氣沉砂池末端跌水高度也從0.5 m增加至0.9 m。
經(jīng)檢測(cè),該段分析周期內(nèi),細(xì)格柵進(jìn)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(fù)氧增加值從2.29 mg/L降至0.71 mg/L,此次改造直接節(jié)省LCOD約1.58 mg/L。以上測(cè)定結(jié)果基本證明,此次跌水區(qū)域的改造效果達(dá)到了預(yù)期目的。
另外,為深入分析改造后跌水復(fù)氧值降低的原因,又對(duì)蓋板內(nèi)外區(qū)域空氣中的DO值進(jìn)行了測(cè)定。根據(jù)圖7蓋板內(nèi)外的DO值測(cè)定可知,蓋板外的空氣DO平均值為7.83 mg/L,蓋板內(nèi)(跌水區(qū)域上部)的空氣DO平均值為6.61 mg/L,蓋板內(nèi)外的DO值差為1.22 mg/L,且該變化趨勢(shì)比較穩(wěn)定,說(shuō)明加裝蓋板后確實(shí)改變了跌水區(qū)域的空氣交換流動(dòng)性,也間接證明了此次改造方法的有效性,說(shuō)明此次改造是基本成功的。
圖6 改造后跌水區(qū)DO變化
圖7 改造后蓋板內(nèi)外DO值變化
以該廠8萬(wàn)t/d的設(shè)計(jì)規(guī)模計(jì)算,將節(jié)省的LCOD以乙酸計(jì),通過(guò)該方式改造后每年至少可節(jié)省的乙酸費(fèi)用約為40萬(wàn),且理論上可提高系統(tǒng)脫氮量約1.1 mg/L。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,對(duì)南方地區(qū)進(jìn)水有機(jī)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(nèi)部碳源的開發(fā)利用和工藝優(yōu)化指明了新的方向。