摘要:針對山東某城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水氨氮、TN濃度偏高，季節(jié)性出水氨氮、TN超標(biāo)、反硝化碳源投加量大、能耗高、污泥沉積嚴(yán)重的現(xiàn)狀，將奧貝爾氧化溝改造成AAO工藝，末段設(shè)置好氧2/消氧區(qū)，封堵拆除轉(zhuǎn)碟洞口提高生化池有效容積、將轉(zhuǎn)碟表曝改為微孔曝氣、增設(shè)潛水推流器。改造后實(shí)際運(yùn)行表明，該廠處理出水水質(zhì)各項(xiàng)達(dá)標(biāo)均優(yōu)于城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)，處理噸水電耗下降了25%，反硝化脫氮碳源投加量降低了40%，生化系統(tǒng)剩余污泥產(chǎn)生量減少了15%，達(dá)到了提標(biāo)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

　　關(guān)鍵詞:奧貝爾氧化溝;強(qiáng)化脫氮;提標(biāo)改造;節(jié)能降耗

　　奧貝爾氧化溝污水處理工藝因其工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、具備同步硝化反硝化(SND)功能等優(yōu)點(diǎn)[1]，上世紀(jì)末被國內(nèi)很多污水處理廠采用。然而隨著國家對污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理工藝技術(shù)設(shè)備不斷更新?lián)Q代，實(shí)際運(yùn)行中奧貝爾氧化溝工藝脫氮除磷效率低、能耗高等工藝缺陷是亟需解決的問題。

　　1工程概況

　　山東某市污水處理廠1998年投資建設(shè)，2002年正式投入運(yùn)行，總規(guī)模80000m3/d，采用奧貝爾氧化溝工藝，其處理工藝流程為：進(jìn)水粗格柵+泵房+細(xì)格柵+旋流式沉砂池+奧貝爾氧化溝+二沉池+尾水外排，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)中的二級標(biāo)準(zhǔn)。

　　節(jié)能論文范例：淺析建筑工程技術(shù)管理及節(jié)能減排的實(shí)施

　　2013年進(jìn)行了升級改造，改造工藝流程：進(jìn)水粗格柵+泵房+細(xì)格柵+旋流式沉砂池+厭氧+奧貝爾氧化溝+二沉池+混凝沉淀+V型濾池+接觸消毒池+尾水外排，在奧貝爾氧化溝前端新建厭氧池并與其串聯(lián)，同時(shí)新建混凝沉淀池、V型濾池、接觸消毒池，保持奧貝爾氧化溝轉(zhuǎn)碟曝氣方式不變，增設(shè)將內(nèi)溝硝化液向外溝回流的軸流泵，設(shè)計(jì)回流比200%，改造設(shè)計(jì)處理規(guī)模和進(jìn)水水質(zhì)不變，處理出水執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

　　近幾年隨著城區(qū)污水管網(wǎng)的趨于完善，工業(yè)經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展，該廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)超標(biāo)情況頻發(fā)，特別是氨氮和總氮尤為嚴(yán)重，加之處理工藝曝氣方式的缺陷，嚴(yán)重影響污水處理廠出水氨氮和總氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，且運(yùn)行電耗、投加碳源[2]、設(shè)備維護(hù)等費(fèi)用高，因此實(shí)施節(jié)能降耗和強(qiáng)化脫氮除磷工藝改造迫在眉睫。

　　2現(xiàn)狀運(yùn)行存在問題及原因分析

　　2.1污水處理廠現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)情況2018年污水處理廠實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)。導(dǎo)致出水氨氮、TN指標(biāo)較高的原因可能有：1)實(shí)際進(jìn)水氨氮、總氮超過設(shè)計(jì)濃度，好氧區(qū)水力停留時(shí)間(5.8h)不足，負(fù)荷相對升高，硝化反應(yīng)不完全;2)內(nèi)回流比偏低，現(xiàn)狀內(nèi)回流比為200%理論計(jì)算脫氮效率67%[3]，當(dāng)進(jìn)水總氮超過45mg/L時(shí)，無法保證出水總氮小于15mg/L;3)夏季水溫高時(shí)，其硝化速率是冬季的5.7倍[4]，溫度降至10℃以下，硝化活性接近于停滯，冬季氣溫降低不僅會降低微生物活性，還會對缺氧環(huán)境下PHB的水解、NO2--N的傳遞和反應(yīng)造成影響[5]，該廠冬季氧化溝水溫12～14℃與微孔曝氣相比水溫平均低2℃左右，使得同步硝化反硝化的脫氮效率下降;4)生化系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)碟表曝方式，不僅降低生化系統(tǒng)水溫且溶解轉(zhuǎn)移效率低，實(shí)際運(yùn)行反映該廠中溝、內(nèi)溝最大充氧量時(shí)溶解氧變化范圍分別為0.2～1.0mg/L、0.3～1.5mg/L，曝氣充氧能力相對不足[6]，硝化反應(yīng)不充分是造成冬季出水氨氮、TN超標(biāo)另一因素。

　　2.2反硝化脫氮碳源投加量偏高，外溝污泥沉積嚴(yán)重該廠實(shí)際運(yùn)行中，反硝化脫氮碳源投加的氮碳(NO3-N：BOD5)比約為6，遠(yuǎn)大于理論值2.86[7]，主要原因是好氧區(qū)有效容積小，水力停留時(shí)間短，實(shí)際運(yùn)行中需要通過對好氧區(qū)全程控制較高的溶解氧濃度，才能實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)的徹底完全，致使回流硝化液攜帶大量溶解氧進(jìn)入缺氧區(qū)。

　　此時(shí)微生物將優(yōu)先利用混合液中碳源進(jìn)行生長繁殖產(chǎn)泥量增加，當(dāng)環(huán)境中溶解氧消耗已盡，不存在分子態(tài)溶解氧條件下[8]，反硝化細(xì)菌才能利用硝酸鹽作為電子受體，這時(shí)候才能有效利用有機(jī)物作為碳源和電子供體進(jìn)行反硝化脫氮。另一方面，外溝僅設(shè)置轉(zhuǎn)碟作為曝氣充氧和混合攪拌作用，而控制適合反硝化的低溶解氧環(huán)境必然會減少轉(zhuǎn)碟運(yùn)行數(shù)量或運(yùn)行時(shí)間，造成缺氧區(qū)(外溝)混合攪拌能力降低，投加的碳源不能完全用于反硝化脫氮造成浪費(fèi)，并導(dǎo)致外溝污泥沉積。

　　2.3運(yùn)行電耗費(fèi)用偏高研究表明表面曝氣的動力效率比微孔曝氣低，微孔曝氣氧利用效率能達(dá)到7%～25%，達(dá)到相同的推流攪拌效果，采用轉(zhuǎn)碟與采用水下推流攪拌設(shè)備相比其動力配置更是相差很遠(yuǎn)，因此該廠生化系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)碟兼做曝氣充混合攪拌設(shè)備是運(yùn)行電耗偏高的主要原因。

　　3提標(biāo)改造解決的主要問題及改造工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　3.1本次改造主要解決的問題本次改造主要解決該廠處理出水TN、氨氮超標(biāo)，運(yùn)行費(fèi)用偏高，外溝污泥沉積等問題。解決上述問題需增加奧貝爾氧化溝有效容積、改變曝氣方式、對好氧區(qū)和缺氧區(qū)有效容積的合理分割、增加內(nèi)回流量等實(shí)施改造即可，其他處理單元保持不變。

　　3.2改造內(nèi)容及工藝設(shè)計(jì)

　　1)現(xiàn)狀奧貝爾氧化溝4組，每組處理規(guī)模為20000t/d，每組長67m、寬44m、池深5m，轉(zhuǎn)碟曝氣的有效水深4.2m，有效容積水力停留時(shí)間11.5h，封堵轉(zhuǎn)碟拆除后的洞口，改造后將運(yùn)行有效水深提高至4.7m，有效容積水力停留時(shí)間提高至12.5h，以提高生化系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力。

　　4運(yùn)行效果及分析

　　1)鼓風(fēng)機(jī)選型采用風(fēng)量可調(diào)范圍寬的磁懸浮風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)房分散就近設(shè)計(jì)，每座風(fēng)機(jī)房并聯(lián)安裝3臺風(fēng)機(jī)，管線設(shè)計(jì)考慮外側(cè)2臺分別向?qū)��?yīng)的氧化溝供氣，中間1臺為2組氧化溝共有的備用風(fēng)機(jī)，運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)每組生化系統(tǒng)由獨(dú)立鼓風(fēng)機(jī)供氣，便于對DO的精確靈活控制，創(chuàng)造有利的硝化和反硝化環(huán)境，確保出水氨氮、總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，更好的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電耗和碳源投加的節(jié)省。

　　2)改造后奧貝爾氧化溝與原厭氧區(qū)(HRT=2h)串聯(lián)，該污水廠生化系統(tǒng)將變?yōu)锳AO工藝，奧貝爾氧化溝所具備的同步硝化反硝化將不再是脫氮的主流，缺氧區(qū)主要功能是反硝化脫氮，好氧區(qū)1主要功能是硝化反應(yīng)將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，設(shè)計(jì)正常情況下僅靠好氧區(qū)1就能滿足氨氮完全硝化負(fù)荷要求，好氧區(qū)2只開推流攪拌無需好氧曝氣，作為消氧段使用，以減少內(nèi)回流攜帶溶解氧對反硝化的影響。

　　3)改造后進(jìn)水順序如圖3所示，厭氧區(qū)來水和來自好氧區(qū)2/消氧區(qū)的硝化液分別從底部進(jìn)入缺氧區(qū)(該區(qū)段水流方向?yàn)槟鏁r(shí)針)然后混合液從上部進(jìn)入好氧區(qū)1(該區(qū)段水流方向?yàn)轫槙r(shí)針)之后再從底部進(jìn)入好氧區(qū)2(該區(qū)段水流方向?yàn)槟鏁r(shí)針)最后混合液翻過出水堰板流向二沉池。好氧區(qū)2的內(nèi)回流點(diǎn)設(shè)置要遠(yuǎn)離好氧區(qū)1至好氧區(qū)2的入口，硝化液回流至缺氧區(qū)的點(diǎn)位設(shè)置要遠(yuǎn)離缺氧區(qū)至好氧區(qū)1的入口，并緊靠厭氧區(qū)至缺氧區(qū)入口水流的下方向，上述設(shè)置主要是避免各區(qū)段產(chǎn)生短流。4)推流器安裝、曝氣干管支管的布設(shè)充分利用奧貝爾氧化溝現(xiàn)有的現(xiàn)有走道板和原轉(zhuǎn)碟安裝平臺，對池體建筑結(jié)構(gòu)的拆除構(gòu)建要充分考慮氧化溝整體結(jié)構(gòu)安全。改造工程于2019年7月正式投入運(yùn)行后，出水水質(zhì)各項(xiàng)達(dá)標(biāo)均優(yōu)于GB18918-2002的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

　　5經(jīng)濟(jì)效益分析

　　節(jié)能降耗效果方面，通過將轉(zhuǎn)碟表面曝氣改為底曝提高氧的轉(zhuǎn)移和利用效率，大大降低了生化曝氣耗電量，提標(biāo)改造前、后單位污水處理綜合電耗分別約為0.27、0.2kWh/m3，改造后，每天節(jié)約電耗約5600kWh，按照0.65元/kw.h綜合電價(jià)計(jì)算，每年節(jié)省電費(fèi)130余萬元。反硝化脫氮碳源投加量，提標(biāo)改造前(2017年1月-2019年1月)平均每天投加乙酸鈉(有效含量20%)2～4.5t，提標(biāo)改造后反硝化脫氮碳源投加大大減少，2019年8月-2020年8月共計(jì)投加乙酸鈉65t，與提標(biāo)改造前相比，每年節(jié)約乙酸鈉約1000噸，按照1000元/t價(jià)格計(jì)算，每年節(jié)約費(fèi)用100余萬元。

　　提標(biāo)改造前平均日產(chǎn)剩余污泥(含水率80%)約為76t，改造后，2019年8月-2020年8月共產(chǎn)剩余污泥(含水率80%)23730(t平均65t/d)，與提標(biāo)改造前相比，每年減少剩余污泥量4000余噸，按照150元/t污泥處置單價(jià)計(jì)算，每年節(jié)約費(fèi)60余萬元。提標(biāo)改造后每年合計(jì)可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約290萬元。

　　6結(jié)論

　　1)運(yùn)行實(shí)踐證明將生化處理工藝改造為AAO，好氧硝化、缺氧反硝化等各段空間結(jié)構(gòu)功能劃分明確，便于DO、回流量等工藝參數(shù)的控制，提高了生化處理系統(tǒng)硝化反硝化效果，確保了出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。2)充分利用現(xiàn)奧貝爾氧化溝容積，對現(xiàn)有奧貝爾氧化溝，通過封堵轉(zhuǎn)碟拆除后的洞口提高運(yùn)行有效水深生化系統(tǒng)有效容積，解決了生化系統(tǒng)對提高設(shè)計(jì)進(jìn)水氨氮、TN濃度的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　3)將轉(zhuǎn)碟表面曝氣改為底曝提高氧的轉(zhuǎn)移和利用效率，冬季氧化溝水溫保持在13.5℃以上，與改造前相比升高了1.5℃，保證了微生物硝化活性，提高了脫氮效果，增設(shè)推流器保持了奧貝爾氧化溝具有完全混合和推流兩種流態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，有效降低運(yùn)行電耗，提標(biāo)改造后處理噸水電耗下降了25%。4)實(shí)踐證明，將奧貝爾氧化溝內(nèi)溝改造為好氧2/消氧池，正常運(yùn)行時(shí)僅需將其作為消氧池使用，有效降低內(nèi)回流混合液溶解氧濃度，缺氧區(qū)溶解氧基本為0，反硝化脫氮碳源投加的氮碳(NO3-N：BOD5)比從約6降至3.5左右，生化系統(tǒng)剩余污泥產(chǎn)生量減少了15%。

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　　作者：柴春省，張偉