設(shè)計案例 | 氧化溝工藝污水處理廠如何實現(xiàn)低成本升級改造

全康環(huán)保:本文介紹三峽庫區(qū)某污水處理廠的氧化溝脫氮工藝的低成本改造案例，和大家探討一下如何在不停水、施工周期短、投資費用低的條件下，對污水廠實施臨時性改造。

氧化溝工藝具有運行成本低、管理方便、污水處理流程簡單、抗沖擊負荷強等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛，在城鎮(zhèn)處理廠中占比約20%。

近年來，各地對污水排放提出了更高要求，污水處理廠出水需要滿足一級A甚至更高標準。然而氧化溝在實際運行過程中，由于采用轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)碟、倒傘曝氣裝置進行表面充氧曝氣，易造成溝內(nèi)污泥淤積、充氧效率低，且氧化溝體內(nèi)沒有獨立的缺氧區(qū)域，導(dǎo)致硝化效果不理想，脫氮效率不穩(wěn)定。

很多早期建設(shè)氧化溝的工藝的污水處理廠，在現(xiàn)狀運行條件下的已經(jīng)無法滿足一級A標準，亟需升級改造。

打破重來或者整體搬遷都會浪費很大的人力物力，如何找到一種低成本、高效、快捷的改造技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。

01 項目概況

該污水處理廠規(guī)劃總設(shè)計處理規(guī)模為3.0×10⁴ m³/d，服務(wù)面積為9.32 km2，服務(wù)人口約14萬人，主要收集服務(wù)范圍內(nèi)居民生活污水、少量類似生活污水水質(zhì)的工業(yè)廢水以及初期雨水。

一期于2003年8月建成投運，建成處理規(guī)模為2.0×10⁴ m³/d，采用改良型氧化溝處理工藝。其中，廠內(nèi)提升泵站、粗格柵、細格柵按3.0×10⁴ m³/d一次建成，改良型氧化溝、二沉池、接觸消毒池按2.0×10⁴ m³/d設(shè)計。出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918―2002）的一級B 標準。污水處理廠尾水經(jīng)管道排入長江，污泥經(jīng)脫水后運輸至當?shù)厮鄰S焚燒處置。

02 改造前氧化溝

氧化溝有2組，單組處理能力為1.0×10⁴ m³/d，池容為6 336 m³，4條溝。單溝寬為6.0 m，深度為4.0 m，長度為70.0 m，水力停留時間為15 h。單組氧化溝配備3臺倒傘式表曝設(shè)備，單機裝機容量為55 kW，充氧能力為71~107 kg O2/h。每組氧化溝配備2臺潛水推流器，單機裝機容量為4.0 kW。

03 水量出現(xiàn)超負荷

由于污水收集采用截留式合流制方式，2017年全年實際處理水量在0.68萬~3.45萬m3/d，進廠水量波動較大。全年平均日處理水量為2.12萬m3/d，平均負荷率為106%，該污水處理廠已處于超負荷運行狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，2017年超負荷運行天數(shù)為209 d。超負荷運行縮短了污水在氧化溝和二沉池的停留時間，出水超標風險增大；同時，進水水量超過設(shè)計處理水量時，易造成配套管網(wǎng)溢流，增加了水體環(huán)境污染的風險。

04 部分指標無法穩(wěn)定達一級A標準

污水廠各項出水指標均能達到一級B排放標準，如果參照一級A標準排放，TN、NH3-N、TP無法穩(wěn)定達標。TP的去除可通過在曝氣池出口增加除磷劑用量保證出水TP達標。因此，TN、NH₃-N的達標問題成為升級的重點。

（1）NH₃-N不達標問題――曝氣量不足

在好氧環(huán)境下，硝化菌將NH₃-N氧化成硝態(tài)氮。但是由于表曝設(shè)備充氧效率較低，在超負荷運行情況下，需要更大的曝氣量確保微生物對污染物的分解。因此，NH3-N不達標主要是因為曝氣量不足。

如每組氧化溝內(nèi)3臺倒傘式表曝設(shè)備全開，增加曝氣量，在一定程度上可提高NH₃-N的去除效果，但在實際運行過程中，表曝設(shè)備全開縮短了缺氧環(huán)境的停留時間，不能保證出水TN達標，同時曝氣過量會導(dǎo)致污泥解絮和過度氧化，易造成其他出水指標波動。

（2）TN不達標問題――脫氮容積不足

氧化溝未設(shè)置獨立的缺氧區(qū)，無法形成反硝化菌適宜的脫氮環(huán)境，導(dǎo)致脫氮效果差。根據(jù)現(xiàn)場溶解氧濃度分析，氧化溝內(nèi)實際運行的工藝流程為“厭氧―好氧―缺氧”，氧化溝大部分區(qū)域為好氧段，僅在氧化溝出水口之后形成小段缺氧段，缺氧段有效容積約960 m3，停留時間約2.3 h，脫氮容積嚴重不足。氧化溝的進水和外回流污泥經(jīng)過厭氧區(qū)后直接進入好氧段，污水在好氧階段降解COD、BOD，同時發(fā)生硝化作用，然后再進入缺氧段，在缺氧段發(fā)生反硝化作用，此時污水中的碳源已經(jīng)較少，滿足不了反硝化作用對碳源的需求。即使通過投加碳源和工藝調(diào)控，TN均無法實現(xiàn)穩(wěn)定達標，再加上該廠處于超負荷運行，污水在生化池的停留時間減小，TN的處理效率進一步降低。

05 改造方案

鑒于該廠氧化溝無獨立缺氧區(qū)，在應(yīng)對超負荷運行時，即使通過優(yōu)化工藝控制方式也不能滿足TN和NH3-N同時達標排放。5年內(nèi)該廠將面臨拆遷，如實施提標改造工程，建設(shè)周期長、投資成本高，后期拆遷后會造成資產(chǎn)浪費。同時，當?shù)卣阎贫ㄏ鄳?yīng)方案對該廠多余污水進行分流，但短期內(nèi)超負荷運行情況不會得到解決。為此，本著改造周期短、投資省、運行成本低、管理難度小的原則，在充分利用原廠構(gòu)建筑物和設(shè)施，以及確保施工期間不影響污水處理廠正常運行的基礎(chǔ)上，選擇切實可行的改造方案。本次改造的重點為新增缺氧池、在氧化溝內(nèi)新增曝氣裝置，同時加大除磷劑用量并優(yōu)化運行參數(shù)，確保出水達標排放。

（1）新增缺氧池

該廠二期預(yù)留用地現(xiàn)有約3 000 m3的廢水池，廢水池工藝尺寸：L×B×H=39.0 m×29.0 m×3.0 m，為增大缺氧區(qū)停留時間，將該廢水池改造為缺氧池，可增加3.6 h缺氧停留時間。同時，改造原有污泥泵房，將污泥泵房剩余污泥混合液以自流方式進入缺氧池，高濃度污泥混合液在缺氧池中進行反硝化脫氮后，最終采用提升泵將脫氮后的混合液泵送至生化系統(tǒng)，補充生化系統(tǒng)污泥濃度。為確保混合液在缺氧池內(nèi)均勻混合，防止沉淀，新增潛水推流器4個，單機裝機容量為4.0 kW，提升泵2臺，N=30 kW，H=15 m，Q=400 m3/h。

（2）新增曝氣裝置

鑒于超負荷運行導(dǎo)致充氧不足，影響出水NH3-N指標，擬在每組氧化溝3#表曝機所在溝渠內(nèi)，安裝管式曝氣裝置，增加好氧段容積，增大系統(tǒng)充氧能力。每組氧化溝配備MS70型號薄膜管式微孔曝氣器30個，曝氣管間距為1.0 m，羅茨鼓風機2臺（每組氧化溝1臺），N=22 kW，Q=13.23 m3/min。曝氣管安裝方法：將2塊角鋼用膨脹螺絲固定在氧化溝池壁作為支架（2塊角鋼之間預(yù)留縫隙），曝氣管兩端采用DN15不銹鋼管連接成U型管，U型管沿著氧化溝池壁角鋼支架縫隙插入池底，這種曝氣管安裝方法可實現(xiàn)不停水安裝，具有安裝方便、維修便利等特點。

06 改造后運行效果

該廠通過新增缺氧池和曝氣裝置改造后，優(yōu)化了運行模式，氧化溝內(nèi)開啟曝氣機2#、曝氣機3#和底部曝氣裝置進行曝氣，氧化溝內(nèi)形成了厭氧―缺氧―好氧的運行模式，同時針對進水水質(zhì)水量波動情況，靈活調(diào)整曝氣機1#設(shè)備的運行時間，保證好氧段末端溶解氧在2.0 mg/L以上以提高硝化效果。

污泥泵房的高濃度剩余污泥流入缺氧池，反硝化進一步脫氮，脫氮后的污泥提升至氧化溝以補充生化池所需污泥，在保證處理效果和降低能耗的同時，回流污泥量控制在50%~80%。根據(jù)季節(jié)性變化，將氧化溝污泥濃度控制在3 500~6 000 mg/L，控制泥齡為18~22 d，冬季污泥活性較差，可適當提高活性污泥濃度和泥齡。

改造前，氧化溝出口硝態(tài)氮和NH3-N的濃度分別為8.68、2.69 mg/L。新增曝氣裝置提高系統(tǒng)的充氧能力后，氧化溝出水NH3-N大幅度降低，氧化溝出口NH3-N平均濃度為0.78 mg/L。新增缺氧池后，污泥泵房的高濃度剩余污泥流入缺氧池，由于污泥泵房的溶解氧較低，流入缺氧池后能形成良好的缺氧環(huán)境，在未額外投加碳源的缺氧環(huán)境下，高濃度的微生物利用內(nèi)源反硝化進一步脫氮，缺氧池出口硝態(tài)氮濃度降低至0.8 mg/L，脫氮較徹底。脫氮后的污泥提升至氧化溝厭氧區(qū)，一方面，補充了生化池中的污泥濃度；另一方面，饑餓狀態(tài)的污泥進入氧化溝后，能快速吸附進水中的污染物，提高了污染物的處理效果。改造后的氧化溝出口硝態(tài)氮平均濃度為7.28 mg/L，較改造前降幅為16.13%。

改造后，硝態(tài)氮和NH3-N濃度均有不同程度的降低，出水TN由原來的12.44 mg/L降低至9.66 mg/L。

07 改造效益

本次改造在充分利舊的基礎(chǔ)上，新增提升泵2臺、羅茨風機2臺、潛水推流器4臺、MS70曝氣管60根、管道等，改造污泥泵房及外回流管道。改造總費用為80.1萬元（其中，設(shè)備及管道改造費用為72.08萬元，其他費用為8.02萬元），比整個工程提標改造可節(jié)約投資約1 400萬元，與同類改造項目相比節(jié)約投資593.46萬元。同時本次改造可在未停水條件下進行施工，施工周期短（約30 d），對廠內(nèi)生產(chǎn)無影響。