底曝单元在卡鲁塞尔氧化沟中的设计应用

底曝单元在卡鲁塞尔氧化沟中的设计应用

凌薇薇，聂波，谢明焕

株洲首创水务有限责任公司   412007

摘要：针对某污水处理厂的工艺现状，实施并探索了已用倒伞形表曝机作为充氧设备的改良型卡鲁塞尔氧化沟增加可提升式底部曝气单元提升池内DO值的问题，使得现有氧化沟氨氮去除效率提高、除磷效果加强，一定程度上实现了设备资源的优化配置。

关键词：卡鲁塞尔氧化沟、可提升式底曝单元、氨氮去除、除磷、资源优化配置

从二十世纪我国第一座污水处理厂建成以来，我国污水处理技术提升较快并日渐成熟。根据不同地域不同污水处理厂水质、工艺等情况而摸索出来的变形工艺也在逐步投入于工程应用中，底曝氧化沟工艺就是其中一种结合变形工艺。

1、工程概况

此次研究的某生活污水处理厂处理能力为15×104m3/d,分为一期及二期，其中二期为7×104m3/d，二级处理阶段采用“A/A/O生物池-二沉池”工艺，运用空气悬浮鼓风机对生物池底曝系统充氧；二期为8×104m3/d，二级处理阶段采用“厌氧池+改良型卡鲁塞尔氧化沟+二沉池”工艺，未提标改造前出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，提标改造后增加了三级深度处理单元，出水由原一级B标准提至一级A标准。

2、工艺设计

2.1设计背景

随着厂外收集管网完善、进水浓度及水量逐年增加、出水水质排放标准提高，河西厂一期卡鲁塞尔氧化沟的四台倒伞形表曝设备常年满负荷运转，供氧能力逐渐不能满足生产需要，导致氧化沟内溶解氧浓度偏低，高负荷时段出水氨氮指标存在超标风险，如遇表曝机检修，为保证出水水质则需减产运行。基于此种情况，污水处理厂在一期氧化沟自主设计、加工安装了可提升式底曝装置单元，并将二期空悬浮风机多余的放空风量引入一期底曝，增加氧化沟的供氧能力，既可为出水水质达标排放加装一道“保险”，又可提高设备的资源利用率，整体上实现节能降耗。

2.1 溶解氧对脱氮除磷的影响

污水中氨氮的去除主要通过硝化作用，该过程需要消耗大量的氧，氧化沟中溶解氧的高低必将影响硝化反应的进程，因此，氨氮的去除需要保证充足的氧气供应。Ruiza等人[1]的研究表明，当DO<0.5mg/L时，则发生氨氮累积；DO=0.7mg/L时，有65%的氨氮以亚硝酸盐的形式累积，且氨氮转化率大于98%；而当DO>1.7mg/L时，则全部硝化生成硝酸盐。

硝化过程与反硝化过程是污水脱氮的关键，氨氮去除的硝化过程中需要足够的溶氧，而反硝化过程需要在缺氧条件下进行。改良型卡鲁塞尔氧化沟呈封闭的环形沟渠，包含缺氧区和好氧区，活性污泥和污水在曝气渠道中不断循环流动，且有明显的溶解氧梯度，提高氧化沟好氧区溶解氧浓度利于氨氮的硝化反应过程，但溶解氧过高,一是会使得氧的穿透能力增强,导致污泥絮体内难以形成缺氧区，二是使得异养好氧菌活性增强,有机物的氧化速率提高,造成反硝化能力因无碳源或碳源不足而下降[2]。因此，提高沟内溶氧的同时应考虑曝气区域的布置以及溶解氧浓度的控制对反硝化过程的影响。

污水中磷的去除，通过聚磷菌在厌氧释磷一好氧吸磷过程中实现污水中磷的体内储藏，然后通过剩余污泥排放系统的外排最终达到除磷目的。因此，氧化沟好氧区水中溶氧的浓度也是影响生物除磷效果的一个重要因素。

2.2 氧化沟加装底曝装置工艺特点及适应性

某城市污水处理11℃-28℃范围内水温变化的运行经验显示，温度对硝化的影响较大,20℃以内随着水温的下降，硝化速率下降，但其对TP与CODcr的去除影响不大 [3]。氧化沟采用机械曝气设备，在寒冷时段将低温空气作为充氧气体使用，某种程度上会导致水温下降。而底部微孔曝气器可合理利用压缩空气的余热，可防止水温下降，对冬季污水处理的生物处理效率的提高具有一定意义[4]。

此次研究的污水处理厂改良型卡鲁塞尔氧化沟单池有效容积19000m3/d，单池设计流量1563 m3/h，池体水深4.5m，单池各两台132KW倒伞形表曝机,6台推流器。

氧化沟内推流器前端混合液水平流速的均匀性对其安全运行有重要意义。氧化沟内底部曝气产生的阻力对推流流速有一定影响，搅拌器产生的混合力输入动力若不足则易在氧化沟转弯区域内侧形成污泥沉积，而转弯处的导流墙对水流的作用一定程度上能解决此问题。根据采用底曝氧化沟工艺的东莞市市区污水处理厂一、二期工程实例中对推流器在氧化沟转弯后直道上的安装位置的距离要求[5]，以及中山市污水处理有限公司净水一厂基于其底曝氧化沟系统，对在氧化沟调整曝气头分布位置从而形成一定程度溶解氧梯度，有缺氧段提高总氮去除率的工程分析[6]，结合此次研究的污水处理厂推流器及表曝机现有安装位置，此次可提升式底曝单元装置安装在氧化沟中间沟道转弯处的导流墙前后，每组氧化沟安装2个单元。此次设计有别于其他底曝氧化沟工程案例，最大不同在于氧化沟内依旧启用表曝系统。基于管式曝气器可以实现360°全方位的充氧，并且可对工艺池体底部的污泥起到搅拌作用，以及便于安装及后期维护的特点，此次底曝装置采用了可提升式管式底部曝器单元，每组单元40根曝气管。

3、运行效果及分析

3.1检测方案设计

一期有两组平行氧化沟，每组进水水量、水质、污泥浓度等运行情况基本相同，污泥回流比约50%，内回流闸门全开，每组效果检测试验时，试验沟内底曝装置开启，对比沟内底曝关闭，两氧化沟表曝机运行频率一致。在每组氧化沟的相同位置平行设置5个溶解氧监测位点（图1），同时测各点位的DO值，并同时取两沟的出水水样检测各项水质指标，评估底曝安装后对溶解氧及水质的贡献程度。

图1 氧化沟DO监测位点

3.2结果分析

在各工艺调控指数不变的情况分时间段分批次关闭一条沟底曝单元，开启一条沟底曝单元。根据检测数据及其规律，底曝装置效果试验过程中各监测位点DO变化均值如下：

图2 底曝装置开启前后氧化沟各位点DO变化趋势

如图2所示，1号、2号氧化沟在底曝关闭的状态下，靠近表曝机下游位置的DO最高，再往下游方向随着距离的增加DO迅速递减；底曝开启曝气后，3、4、5号点位的DO值明显高于底曝关闭时，且3、4号底曝区域下游附近的DO值基本同靠近表曝机下游位置的2号点位DO持平，使氧化沟中的好氧区段空间增加，有利于氨氮的去除。

底曝装置效果试验过程中两条氧化沟出水的氨氮及总磷指标汇总如下：

图3 底曝装置效果试验中的两条氧化沟出水氨氮及总磷变化趋势

如图3所示，同一时间点，开启底曝装置的氧化沟的出水氨氮及总磷指标，明显低于未开启底曝装置的氧化沟；同一条氧化沟在开启底曝装置前、后（11月28日为分割点），出水氨氮和总磷也有明显的升、降变化。

表1  底曝装置安装后氧化沟出水氨氮、总磷变化情况统计表

表1所示，同一时间段内（11月13日-11月27日），当1号氧化沟底部曝气装置开启，2号氧化沟底部曝气装置关闭时，1号沟出水氨氮及总磷平均去除率比2号沟分别高15.93%、7.79%；同一时间段内（11月28日-12月12日），当2号氧化沟底部曝气装置开启，1号氧化沟底部曝气装置关闭时，2号沟出水氨氮及总磷平均去除率比1号沟高13%、7.26%。

  4、结语

在现有改良型卡鲁塞尔氧化沟表曝工艺的基础上加装底部曝气单元，氧化沟供氧能力得到提升，提高了氨氮去除率的同时一定程度上增强了总磷去除率；另一方面提高了设备利用效率，实现了节能降耗及资源的优化配置。其探索结果可为其他污水处理厂现有工艺改造提供参考经验。

参考文献：

[1] G Ruiza, D Jeisonb, R Chamya. Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of wastewater with high ammonia concentratior[J]. Water Research,2003, 37:1371-1377.

[2]夏岚.卡鲁塞尔氧化沟同步脱氮除磷研究[D].中国矿业大学，2010.

[3]王静，刘建，王凤伶.底曝式氧化沟脱氮除磷的运行控制[J]. 山西建筑，2011,37（16）：148-149.

[4]王海梅.底部曝气设备应用于氧化沟的技术研究[J]. 工业科技，2008,37（1）：58.

[5]任向锋，杭世珺.底曝氧化沟工艺在污水处理工程中的设计应用[J].给水排水，2010,36（3）：43-45.

[6]叶从容，李先晶.氧化沟采用微孔曝气和表面曝气方式对脱氮的影响[J].环境，2009（S1）:102-103.