張偌?jí)m

(東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620)

曝氣池的曝氣是在污水處理廠(chǎng)好氧生物處理工藝中極其關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，主要作用一是提供污泥中好氧菌所需要的氧氣，同時(shí)使水中有毒有害易揮發(fā)性的氣體排入大氣中；二是進(jìn)行混合與攪拌，使得池內(nèi)活性污泥呈懸浮狀態(tài)，增大其與氧氣、污水接觸面積，增強(qiáng)處理效率，在二沉池最終實(shí)現(xiàn)泥水分離，達(dá)到凈水的目的[1]。曝氣一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是機(jī)械曝氣，一類(lèi)是鼓風(fēng)曝氣。通過(guò)曝氣實(shí)現(xiàn)對(duì)水中的大部分有機(jī)物的生物處理，對(duì)傳統(tǒng)的曝氣工藝進(jìn)行改造，研究其對(duì)污水處理效果改善的影響有重大意義。

1 工程概況

浙江某污水處理廠(chǎng)采用CAST(循環(huán)式活性污泥法)生物處理工藝，工程于2012年建成投入使用，污水處理規(guī)模為6×104m3/d，出水符合《中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，2018年污水廠(chǎng)出現(xiàn)生物池曝氣效率下降、曝氣不均等故障，導(dǎo)致了水中絮體下沉、能耗增加、出水水質(zhì)變差、效率變低，維修成本高，曝氣系統(tǒng)曝氣量的多少直接和出水效果相關(guān)[1]。因此，需對(duì)污水處理廠(chǎng)的曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 改造方案

2.1 原有機(jī)械曝氣設(shè)備

污水廠(chǎng)曝氣池設(shè)有4個(gè)曝氣池(每個(gè)尺寸22.8 m×16 m×10 m,每個(gè)分別設(shè)有6臺(tái)表面曝氣機(jī))，表面曝氣機(jī)單價(jià)為1.8萬(wàn)元/臺(tái)，其設(shè)備造價(jià)為1.8萬(wàn)×24=43.2萬(wàn)元，據(jù)污水廠(chǎng)歷年維修檢查記錄，平均每年維修1次，每次費(fèi)用為0.2萬(wàn)元，總費(fèi)用為0.2萬(wàn)×24×1=4.8萬(wàn)元，曝氣機(jī)管道、閥門(mén)、法蘭、等附件約計(jì)0.4萬(wàn)元每臺(tái)，表面曝氣機(jī)功率為4.8 kW,每天運(yùn)行12 h，每年運(yùn)行時(shí)間為12個(gè)月，曝氣機(jī)總耗電為4.8 kW×12 h×30×12×24×0.6元=29.8萬(wàn)元，每年總費(fèi)用為：77.8萬(wàn)元。

2.2 生物倍增工藝微孔曝氣改造

生物倍增工藝(BDP)是集合曝氣、沉淀、污泥分離、污泥回流于一體的先進(jìn)活性污泥循環(huán)流態(tài)法。集生物反應(yīng)池和澄清池于一體，采用BDP微孔氣泡曝氣可以更均勻曝氣，增大氣泡的比表面積，更好地向污水充氧。在建設(shè)綠色環(huán)保型社會(huì)的今天，BDP工藝可以在較低的溶解氧的條件下，更高效、穩(wěn)定、低能耗進(jìn)行生化處理[4-5]。BDP工藝示意圖如圖1所示。

圖1 BDP工藝平面示意圖Fig.1 BDP process plan sketch

2.3 微孔曝氣設(shè)備造價(jià)

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查和工程預(yù)算，更換原有的曝氣風(fēng)機(jī)和管道附件，新增5臺(tái)55 kW低噪音羅茨風(fēng)機(jī)(4用1備，Q=35 m3/min)，河北興港環(huán)保設(shè)備有限公司，新增曝氣管和曝氣管膜片及曝氣管頭共計(jì)2500個(gè)，共計(jì)65萬(wàn)元，為配合BDP新工藝，需新設(shè)鼓風(fēng)機(jī)房和輸送厭氧段產(chǎn)出廢氣的兩臺(tái)耐腐蝕鼓風(fēng)機(jī)(1用1備)及輸氣管，管道膜片和管頭等附件，共計(jì)12萬(wàn)元，曝氣池清洗和新建改建費(fèi)用共計(jì)10萬(wàn)元，每年管道維護(hù)折舊費(fèi)用12×104×50%×1.52(系數(shù))=9.5萬(wàn)元，曝氣管頭，曝氣膜每年更換維護(hù)費(fèi)用約共計(jì)8萬(wàn)元，每年風(fēng)機(jī)維修檢查費(fèi)用共計(jì)2.5萬(wàn)元，每年曝氣機(jī)耗電費(fèi)用為：55 kW×4×10 h×30×12×0.6=46.8萬(wàn)元，每年總費(fèi)用為：143.8萬(wàn)元，考慮到曝氣機(jī)功率變高，實(shí)際使用BDP新工藝處理污水，需要相對(duì)更少的曝氣量，每天曝氣機(jī)運(yùn)行時(shí)間變更為10 h，可減少相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)用。

3 工程改造

把污水廠(chǎng)原有的循環(huán)式活性污泥處理工藝改造為生物倍增工藝，BDP工藝可以快速澄清，進(jìn)行一體化，極大的簡(jiǎn)化了工藝流程[6-8]。改造期間污水廠(chǎng)四座曝氣池分批次進(jìn)行整改，2用2改，施工順序如下：

(1)拆除原有的曝氣管主管及廢舊曝氣機(jī)，對(duì)曝氣池池底、墻壁的污泥進(jìn)行清洗，新建裝有耐腐蝕鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)房，采用鋼板樁圍堰建出相應(yīng)的進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)、曝氣區(qū)、厭氧區(qū)、澄清區(qū)、稀氣區(qū)等。在施工安裝前，應(yīng)對(duì)新引進(jìn)的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)；進(jìn)行清水充氣實(shí)驗(yàn)，觀察其是否存在漏氣，管膜脫落等現(xiàn)象；觀察產(chǎn)生微氣泡大小，氣泡是否均勻。

(2)考慮到污水廠(chǎng)處理的污水種類(lèi)，采用比較合適的三元乙丙膜(低增塑性橡膠)材質(zhì)的曝氣膜片，這種膜片在傳氧效率、耐腐蝕性、耐壓性、耐熱度、耐水蒸氣、耐酸堿等方面更好適用于市政污水、屠宰廢水、造紙廢水等。每個(gè)曝氣池約更換700個(gè)曝氣膜片。

(3)增設(shè)曝氣管，保留曝氣池原有的430型不銹鋼曝氣主管，新增懸掛鏈曝氣器，規(guī)格Ф70 mm，長(zhǎng)度40 m/盤(pán)，孔密度3500個(gè)/米，氧利用率16%～22%，耐壓強(qiáng)度4 kg/cm2，曝氣量 5 m3/h·m，撕裂強(qiáng)度60～68 kN/m，軟管一般距池底300～600 mm，軟管間距一般為300 mm，一般多根軟管(不超過(guò)10根)和一根曝氣分配支管相連，由同一閥門(mén)控制，軟管被鋼架支座固定在池底，每個(gè)曝氣池新增約400根曝氣管。曝氣池液面上方與風(fēng)機(jī)連接處采用不銹鋼管，做防腐處理。

4 系統(tǒng)改造效果

完成生物曝氣池曝氣系統(tǒng)改造后，在2019年連續(xù)12個(gè)月對(duì)曝氣池進(jìn)水出水水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，考察工程改造效果，包括：CODCr、BOD5、NH3-N等。

4.1 進(jìn)出水水質(zhì)

圖2 CODCr檢測(cè)結(jié)果Fig.2 The picture of CODCr removing

圖3 BOD5檢測(cè)結(jié)果Fig.3 The picture of BOD5 removing

圖4 氨氮檢測(cè)結(jié)果Fig.4 The picture of ammonia nitrogen removing

與2018年的同期各個(gè)指標(biāo)的出水水質(zhì)相比較，在對(duì)曝氣池曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造后，各污染物去除效果都有較大的提高。由圖2～圖4可見(jiàn)，CODCr出水約在20 mg/L左右，去除率在85%以上，最高可達(dá)94%，BOD5出水穩(wěn)定在10 mg/L以下，去除率在86%以上，氨氮出水在5 mg/L以下，去除率可在82%以上。

4.2 系統(tǒng)改造后活性污泥性狀

曝氣系統(tǒng)改造前池內(nèi)由于曝氣充氧不充分，活性污泥發(fā)黑，池內(nèi)水體微微發(fā)臭，上清液渾濁，污泥層較高，出水水質(zhì)比較差。完成曝氣系統(tǒng)改造后，曝氣池上清液清澈，污泥呈黃褐色、棉絮狀，臭味消失，漂浮泡沫大大減少，污泥性狀大為改觀，出水水質(zhì)良好，達(dá)到了曝氣系統(tǒng)改造的目的[9-10]。

5 曝氣系統(tǒng)維護(hù)與管理

對(duì)于生物倍增工藝的日常維護(hù)與管理事項(xiàng)，主要包括：

(1)檢查曝氣鼓風(fēng)機(jī)口是否堵塞，如：大塊污泥、銹繡、脫落的膜片，改造后二次施工遺留的建筑垃圾，微生物黏性物質(zhì)等；

(2)二是檢查曝氣軟管是否有曝氣不均、管道開(kāi)裂、曝氣軟管是否有脫落；

(3)檢查配有耐腐蝕鼓風(fēng)機(jī)的供氣管是否被腐蝕、相應(yīng)的管口連接處是夠有松動(dòng)、漏氣等問(wèn)題。

對(duì)于需要清洗的曝氣管或曝氣頭，有兩種清洗方式[11]，一是進(jìn)行拆卸，用酸堿洗，后用泡沫清洗劑洗，最后用清水洗去多余的清洗劑；二是不拆卸，在工作狀態(tài)下，向管內(nèi)加入清洗劑，后用氣沖、水沖、汽水反沖、超聲波清洗等；對(duì)于腐蝕或損壞嚴(yán)重的曝氣管和曝氣管頭及時(shí)進(jìn)行更換；日常檢查死角是否有堆塊；在工藝運(yùn)行時(shí)，曝氣機(jī)曝氣量不宜太大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致耗電增加、成本變高、曝氣膜片磨損過(guò)快、阻礙活性絮體的凝聚。

6 結(jié) 論

本文采用新的BDP工藝對(duì)曝氣池曝氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，CODCr、BOD5、NH3-N的處理效率較改造前均有明顯提升，同時(shí)可以減少電能消耗，對(duì)污水廠(chǎng)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。曝氣系統(tǒng)在污水處理方面仍然有較深的發(fā)展空間和良好的前景，研究具有更高效率、低能耗、易清洗的曝氣系統(tǒng)具有重要意義，本文可為類(lèi)似工程提供借鑒與參考。