表曝氧化溝與底曝生物池工藝設(shè)計對比分析與調(diào)控

趙愛平石香玉

（1.康達(dá)環(huán)保水務(wù)有限公司，河南 焦作 454000；2.焦作大學(xué)，河南 焦作 454003）

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展﹑人口的增長，氮﹑磷等營養(yǎng)物質(zhì)引發(fā)的水體富營養(yǎng)化日趨明顯，因此，城市污水處理廠選擇脫氮除磷污水處理工藝。城市污水處理廠污水處理工藝主要有氧化溝工藝﹑A/A/O生物池工藝﹑CAST工藝等。氧化溝工藝池較淺，池深一般為4.0 m,占地面積大，土建費用高，但后期設(shè)備維修保養(yǎng)方便簡捷，工藝調(diào)整簡單靈活，適用于進(jìn)水水質(zhì)較低,進(jìn)水水量波動大的中小城鎮(zhèn)污水處理廠。A/A/O生物池工藝池深一般為6.5 m,占地小。該工藝的優(yōu)點是厭氧﹑缺氧﹑好氧三段功能明確，界限分明。大中型城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水指標(biāo)高,碳源充足（BOD/TKN≥4）,可達(dá)到比較高的脫氮率，適合選用該工藝。該工藝缺點是生物池底部曝氣管清洗費用高，檢修難度大。

1.工程概況

隨著城市規(guī)模迅速發(fā)展﹑人口逐漸增加及管網(wǎng)逐步完善，原來的污水處理廠已不能滿足本市污水處理需求。因此,市政府決定在第一污水處理廠東5 km處，新建一座第二污水處理廠，主要處理主城區(qū)生活污水。

第二污水處理廠位于市區(qū)東南，占地149.79畝,總投資2.77億,總設(shè)計規(guī)模為15×104m3/d，采用一次性規(guī)劃,分期投資建設(shè)。項目一期規(guī)模10×104m3/d，2007年11月開工建設(shè)，2009年4月通過環(huán)保驗收，采用改良型氧化溝表面曝氣工藝,設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)。2011年12月項目完成深度處理升級改造，排放標(biāo)準(zhǔn)提高到GB18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。隨著水量增加，二期5×104m3/d擴(kuò)建工程于2014年7月開工建設(shè)，2016年8月商業(yè)運行。擴(kuò)建項目工藝采用A/A/O生物池底部曝氣工藝，設(shè)計出水達(dá)到國家一級A標(biāo)，污泥采用板框壓濾脫水,壓濾后污泥含水率約為 50%。

2.工藝設(shè)計

2.1 工藝流程

設(shè)計進(jìn)﹑出水水質(zhì),如表1所示。

表1 設(shè)計進(jìn)﹑出水水質(zhì)

預(yù)處理土建工程按照15×104m3/d規(guī)模一次建成,設(shè)備分期安裝。生物處理及深度處理部分分期建設(shè)，一期工藝采用改良型氧化溝，二期擴(kuò)建工藝選擇了A/A/O生物池。最終第二污水處理廠工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2.2 一期核心構(gòu)筑物氧化溝

一期設(shè)計規(guī)模10×104m3/d,氧化溝2座(見圖2)。氧化溝池容:每座總?cè)莘e29034 m3,其中缺氧池1043 m3﹑厭氧池2482 m3﹑氧化溝25509 m3。單溝設(shè)計流量2087 m3/h,有效水深4.5 m;停留時間:缺氧池停留時間0.5 h,厭氧池停留時間1.19 h，氧化溝停留時間12.25 h;氧化溝工藝參數(shù):污泥負(fù)荷0.06 kgBOD5/kgMLSS;污泥濃度MLSS4000 mg/l;容積負(fù)荷:0.24 kg/m3.d; 污泥回流比50%—100%。

圖2 氧化溝平面圖

氧化溝設(shè)備:每座缺氧池安裝兩臺葉輪直徑325 mm,功率2.5 kW的潛水?dāng)嚢杵鳌捬醭匕惭b6臺同型號潛水?dāng)嚢杵?。每座氧化溝安裝5臺倒傘曝氣機(jī)，其中一臺為變速:直徑3750mm,功率110 kW,充氧量237 kgO2/h。

一期氧化溝2009年3月投運，運行初期污泥灰分比較低(夏季0.3左右,冬季0.4左右),且底部積泥嚴(yán)重，2011年進(jìn)行改造。在好氧區(qū)每個廊道中部及兩端大環(huán)道增加一臺直徑2500 mm，功率5.5 kW的潛水推流器。每座氧化溝增加8臺潛水推流器。改造后氧化溝底部積泥情況明顯好轉(zhuǎn)。

2.3 二期核心構(gòu)筑物生物池

生物池是污水處理廠的核心區(qū)，利用運行設(shè)置的缺氧﹑厭氧﹑好氧的條件去除BOD5﹑COD﹑TN﹑TP等主要污染物。生物池池容:預(yù)缺氧區(qū)975.36 m3，厭氧區(qū)3924.3 m3,缺氧區(qū)12130.5 m3,好氧區(qū)25439.4 m3,總池容42469.62 m3；名義水力停留時間:預(yù)缺氧區(qū)0.39 h,厭氧區(qū)1.57 h,缺氧區(qū)4.85 h,好氧區(qū)10.18 h,總停留時間16.99 h。

生物池水力流向：經(jīng)預(yù)處理后的污水分別進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)﹑厭氧區(qū)，進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)﹑厭氧區(qū)的比例為30%—40%及60%—70%。從二沉池回流的活性污泥進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)，在預(yù)缺氧區(qū)污水與外回流污泥混合，然后依次進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)﹑缺氧區(qū)。為保證缺氧厭氧狀態(tài)混合均勻，又不使污泥沉淀，在缺氧厭氧池內(nèi)設(shè)置了13臺高速潛水?dāng)嚢杵?。?jīng)過缺氧厭氧反應(yīng)的污水混合液推流式進(jìn)入后面的7條好氧區(qū)廊道，在好氧區(qū)進(jìn)行漸減曝氣，最后流出生物池。為保證脫氮效果，增加缺氧區(qū)停留時間，在好氧區(qū)末端（最后一條廊道）安裝3臺穿墻式內(nèi)回流泵，內(nèi)回流泵提升的混合污泥進(jìn)入缺氧區(qū)。

生物池內(nèi)工藝參數(shù):污泥濃度MLSS4000 mg/L;污泥負(fù)荷FW0 .083 kgBOD5/kgMLSSd;泥齡 12 d;水力停留時間16.99 h;外回流比R=100%,內(nèi)回流比r=200%;好氧區(qū)曝氣為微孔曝氣充氧，設(shè)計氣水比為6:1。

生物池設(shè)備：預(yù)缺氧區(qū)安置一臺高速潛水?dāng)嚢杵?功率7.5 kW,葉輪直徑565 mm；缺氧區(qū)及厭氧區(qū)安置12臺低速潛水推流器:功率5.5 kW,葉輪直徑1800 mm;內(nèi)回流泵3臺：流量2500 m3/h,揚程1.0 m,功率18.5.0 kW,2用1備。

生物池充氧設(shè)備:EPDM膜微孔管式曝氣器。設(shè)備參數(shù):曝氣管充氧量7—10 m3/h.根，直徑90 mm,長度1000 mm,氧利用率20%,曝氣器阻力150—300 mm H2O。

鼓風(fēng)機(jī)房提供壓縮空氣設(shè)備：空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)三臺(2用1備),每臺鼓風(fēng)機(jī),風(fēng)量7320 m3/h,設(shè)計風(fēng)壓0.7 bar,功率150 kW,生物池平面圖見圖3。

圖3 生物池平面圖

3.氧化溝、A/A/O對去除廢水中TN的效果分析

生活污水水量變化情況：我市生活污水隨居民生活特點波動較大，對應(yīng)來水水量﹑水質(zhì)差別相應(yīng)也較大,晚間城市居民休息，水量從24:00點至第二天早上8點處于低液位運行，進(jìn)水指標(biāo)低。表2為平均一天水量變化情況。

表2 水量變化表

3.1 一期氧化溝TN工藝調(diào)整及達(dá)標(biāo)情況

根據(jù)水量情況靈活調(diào)整工藝：一期倒傘表面曝氣機(jī)可以根據(jù)氧化溝溶解氧儀表讀數(shù)及在線進(jìn)﹑出水指標(biāo)靈活調(diào)整開啟數(shù)量。水量多﹑指標(biāo)高﹑溶解氧低時，表曝機(jī)開啟數(shù)量較多；夜間水量少，指標(biāo)低時，曝氣機(jī)開啟數(shù)量較少。最低時每座氧化溝可以減少至兩臺。因氧化溝內(nèi)攪拌器及推流器24小時連續(xù)開啟，溝內(nèi)有一定流速，溝底不積泥。

脫氮指標(biāo)控制：隨著環(huán)保形勢的嚴(yán)峻，排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，總氮達(dá)標(biāo)成為污水處理廠最難控制的指標(biāo)。脫氮要求碳源充足﹑長時間缺氧環(huán)境﹑低曝氣量﹑高濃度﹑高泥齡等條件。我廠通過近幾年運行對比分析,同等碳源投加量時，氧化溝出水總氮在10 mg/L左右，生物池在13 mg/L，氧化溝脫氮果明顯好于生物池（見圖4）。

圖4 運行初期氧化溝﹑A/A/O生物處理系統(tǒng)對TN的去除

通過監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)：氧化溝表面曝氣，空氣由水面?zhèn)鬟f至水下，溝內(nèi)溶解氧從上至下呈遞減狀態(tài)分布。溝深4.5 m，在溝中2.5 m以下，活性污泥處于缺氧﹑厭氧狀態(tài)。在碳源充足的情況下，缺氧停留時間接近7 h，表曝機(jī)開少時，缺氧段可能會更長，因此，脫氮效果好于生物池。

目前，該廠氧化溝表面曝氣機(jī)開啟原則是在保證出水達(dá)標(biāo)的前提下，表面曝氣機(jī)開啟數(shù)量越少越好，節(jié)省電耗的同時，也提供了最大化的缺氧環(huán)境,達(dá)到最佳脫氮效果。

檢修方面：設(shè)備處于水面上，保養(yǎng)﹑檢修﹑潤滑巡視檢查都很方便。

缺點：溫度高﹑污泥濃度高時，充氧效果略差。

3.2 二期生物池底部曝氣TN工藝調(diào)整及達(dá)標(biāo)情況

底部曝氣充氧效果好，占地面積小，曝氣均勻，COD﹑NH3等指標(biāo)去除率高。因此，二期擴(kuò)建生物池設(shè)計為底曝。但實際運行三年后，不太適合本市來水特點。

工藝調(diào)整方面：本市水量波動大且進(jìn)水指標(biāo)偏低。來水高峰需氧量大時，風(fēng)機(jī)正常開啟。后夜居民休息，水量小﹑指標(biāo)低時，風(fēng)量不好調(diào)整。風(fēng)量減量較少,溶氧偏高,生物池出水廊道溶解氧在5—6 mg/L，回流污泥溶解氧相應(yīng)偏高，缺氧區(qū)溶氧偏高，脫氮效果不好。按水量﹑水質(zhì)比例減少風(fēng)量，將會出現(xiàn)風(fēng)量減少過多，通氣量過低，曝氣器將因通氣量不足而難以保持曝氣器的清潔，從而形成堵塞，導(dǎo)致池底積泥。曝氣膜要求必須在氣量范圍內(nèi)運行，氣量過小同樣會對膜片造成損壞（管式曝氣器的運行氣量絕對不能低于3 m3/h）。運行初期，根據(jù)工藝需要，部分時間段過低風(fēng)量運行，加上本地水質(zhì)硬度大，曝氣膜表面結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致池底部分積泥，

脫氮指標(biāo)控制：針對我廠現(xiàn)狀,表曝氧化溝與底曝生物池合理調(diào)整，在后夜水量減少較多時，底曝生物池進(jìn)水水量略減,在滿足曝氣膜運行氣量不低于3 m3/h的同時,降低曝氣量，使生物池缺氧區(qū)有5.24 h停留時間，保證脫氮效果。其余水量，無論多少均調(diào)整到表曝氧化溝，表曝機(jī)根據(jù)水量變化來靈活調(diào)減開啟數(shù)量。這樣確保了兩組工藝出水總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運行。

設(shè)備維修方面：本市水質(zhì)硬度較高，曝氣器膜表面粘覆一層鈣質(zhì)，會對膜孔造成一定的堵塞，將造成系統(tǒng)的背壓增加，同時導(dǎo)致能耗增加，氣泡模式變得不均勻。一般背壓增加到80 mbar時需要清洗，如不及時酸洗，曝氣效率降低，電耗高。因此，我廠曝氣膜管路清洗比較頻繁，目前每月清洗1—2次，每月費用3000元，維護(hù)費用偏高。

設(shè)備檢修方面：檢修麻煩且費用偏高。因本市出境斷面壓力大，為避免因斷面超標(biāo)被處罰，環(huán)保部門一般不允許停產(chǎn)檢修。如曝氣膜爆裂，只有雇傭潛水員進(jìn)行水下維修，費用高。另一方面，曝氣膜壽命5年左右，5萬噸曝氣管共2000根,每根200元,更新一遍費用約40萬元。

3.3 運行效果分析

該污水處理廠經(jīng)過三年多的生產(chǎn)運行，通過兩組工藝合理調(diào)整，出水指標(biāo)達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。平均進(jìn)出水水質(zhì)見表3。

表3 平均進(jìn)﹑出水水質(zhì)

從表中可以看出，實際出水水質(zhì)優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了設(shè)計要求，達(dá)到了地表水四類標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)論

根據(jù)我市生活污水水質(zhì)特點，從工藝調(diào)整﹑維護(hù)保養(yǎng)的便捷性以及成本方面，我廠更適合選用氧化溝表面曝氣工藝。目前，兩組工藝適時結(jié)合，合理調(diào)配，直接運行成本處于較低水平，每噸水耗電量0.25 kWh，每噸水直接費用0.50元。近幾年來，出水全因子能穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo),COD﹑NH3—N﹑BOD5等部分指標(biāo)可達(dá)地表水四類標(biāo)準(zhǔn)。