关于盘式刚玉微孔曝气器离线维护方式的探讨

文_徐学军 邓强 黎万全 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

污水处理厂经过长时间运行后，其微孔曝气器的充氧性能会出现下降。而受处理污水中的钙离子、铁离子等金属化合物及微生物附着，气体中粒物、粉尘的影响，曝气器的微孔很容易发生气孔堵塞，从而降低了氧利用率和充氧的搅拌强度，造成鼓风机工作压力增大、能耗增高、污水处理能力下降等弊端，严重时会导致处理水质超标。

本文主要研究以盘式刚玉微孔曝气器为对象，设计一套钢结构材质的离线酸洗装置，测定在实验条件下的离线酸洗效果，为后续指导污水处理厂低成本、批量式、高效率离线维护盘式刚玉微孔曝气器提供参考。

1 污水处理厂基本情况

四川省某污水处理厂于2007年建成投运，时至今日已连续正常稳定运行10余年。该厂采用“曝气沉砂池+水解酸化+CASS池+纤维滤池”的二级生物脱氮除磷工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB/18918-2002）中的一级B标准。2019年底，该污水处理厂将完成提标升级，出水水质达到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）中的“城镇污水处理厂”排放限值。

该污水处理厂运行期间，受曝气器微孔堵塞的影响，曝气池的鼓风机运行时喘振频发，工作压力持续增加，曝气池溶解氧长期不足或偏低，影响水质处理效果。

2 盘式刚玉曝气器性能参数

单组CASS池共有1980个盘式刚玉微孔曝气器，采用底部安装方式。盘式刚玉微孔曝气器采用56/60码刚玉砂高温烧制而成，盘面直径φ178mm，通气量1～3.5m3/h/个，氧利用率≥35%，空气流量2～3m3/h，盘面孔径为100～150µm，确保产生的气泡直径在1～3mm。

3 曝气器维护方式

根据《城市污水处理厂运行控制与维护管理》介绍，可以将维护、清洗刚玉微孔曝气器的方式归纳为2种方法。一种是在线维护、清洗方式，即不拆曝气器也不停止运行进行清洗；另一种是离线维护、清洗方式，即在清洗车间内清洗或不拆曝气器但需停止运行。

在线维护、清洗方式是一种比较理想的维护、清洗方式。但由于在线酸洗效果受较多因素影响，不易固化，曝气池中每个曝气模块的酸洗效果容易出现差异化、不均衡。该方式适用于堵塞不严重、维护量小及定期维护等情况，对于长期运行且堵塞严重的情况则略不适宜。

离线维护、清洗方式包括回炉火化、酸（清洗剂）介质高压冲洗等，适用于批量维护，维护费用很高，一次性维护时间较长，但清洗彻底、堵塞去除率高，清洗完就可以再次利用。

4 离线酸洗方案设计

4.1 离线酸洗的实验器材和装置

4.1.1 主要设备与仪器

刚玉微孔曝气器（φ178mm）；空压机（型号W-0.53/12.5，气量0.53m3/min）；便携式溶氧仪1台（规格型号：YSI 556）；转子流量计（量程10.0m3/h，精度±2%）；压力表（精度±2%）；水温计（精度±0.1℃）。

4.1.2 实验离线酸洗装置

离线酸洗装置采用不锈钢钢材焊制而成（1800mm×1000mm×500mm），箱体装配气管、压力表、阀门、转子流量计及空压机气管接头等附属件。

离线酸洗装置分为3格，第1格为曝气器检测区，底部预留一格曝气器的安装位置，用于检测曝气器的曝气效果和溶解氧测定。第2格、第3格为曝气器酸洗区，每格设有10根不锈钢气管（φ10mm），气管高为500mm/根。每根气管在距离底板10mm处开对孔（φ2mm），再由下至上每间隔35.87mm处依次开对孔（φ2mm），每根气管开对孔共10组。

因为曝气器的盘面厚度是32mm，依照对孔的开设间距，可将10个曝气器依次重叠串放在同一根气管上，通过连接的气管对箱体内的甲酸进行曝气，用“甲酸+曝气”的方式对每个曝气器的表面和内部进行清洗。每格每次能酸洗100个刚玉微孔曝气器，可在第2格和第3格之间进行轮换。当上一个格清洗完成后，把甲酸放至另一格进行清洗，以此轮换清洗，达到不间断清洗的目的，从而提高清洗效率。

4.2 批量连续离线酸洗的流程和方法

该污水处理厂选用棕刚玉微孔曝气器，随着污水处理厂运行时间的不断延长，曝气系统的背压逐渐上升，峰值背压可超0.075MPa。为解决该问题，污水处理尝试多次在线维护、清洗，虽然在线维护能够在一定程度上缓解曝气器上的堵塞问题，但由于该厂运行时间较长、曝气器堵塞严重、曝气支管破损、气管内有冷凝水等诸多问题的影响，导致每次在线维护完的2～3个月后，曝气系统的背压又会逐渐上升，曝气器的曝气效果逐渐变差，无法维持。为提高酸洗的成效，稳定酸洗后曝气器的曝气效果，我们以一座CASS池做实验，拆除了部分曝气器进行离线维护、清洗。

将表面冲洗干净的曝气器以10个/组串放在离线酸洗装置的第2格酸洗区中，每批次可放100个曝气器；将配制好浓度为88%的甲酸液注入；开启空压机供气，进行“曝气+酸洗”；连续酸洗一定时间后，取出曝气器放置第3格，注入清水浸泡脱酸；将酸洗完毕的曝气器安装在第1格检测区，进行酸洗效果检测，测量溶解氧值。在进行清水浸泡脱酸时，可同步在酸洗区放入下一批次需酸洗的曝气器，按该方法依次逐批量离线维护、清洗。

4.3 注意事项

在进行离线维护、清洗时，需注意以下几点：

①甲酸浓度88%是一个经验值，通过该厂实验室小试和历年在线酸洗维护经验而得。

②曝气量的大小控制、酸洗的时长控制会曝气器的微孔、曝气器的酸洗效果产生影响。

③“曝气+酸洗”时，甲酸雾化、挥发现象较明显，操作时需做好相应的实验防护。

5 实验实施和数据

为评价该离线维护、清洗方式的效果，在检测区气管进气量恒定（2.8m3/h）的情况下对新刚玉微孔曝气器、酸洗前、不同酸洗时长下的单个刚玉微孔曝气器进行曝气实验，曝气总时长40min，对三者之间的曝气效果进行对照（以溶解氧、压力做对照）。如表1所示。

表1 不同酸洗时长下的DO实验数据

从表1可以看出，与酸洗前比较，离线酸洗后的效果十分明显。酸洗2h左右的刚玉微孔曝气器，其曝气时的溶解氧已有效果呈现，但与新曝气器比较，其检测的溶解氧未达到预期；酸洗4h、6h、8h的刚玉曝气器，其曝气时的溶解氧已接近新曝气器的效果，基本达到预期。

通过自制离线酸洗装置，采用4h的最佳酸洗时长，该污水处理厂完成了单组CASS池内全部刚玉微孔曝气器的离线维护工作。本组CASS池好氧区的溶解氧从酸洗前的0.7mg/L左右恢复至3.3mg/L左右。通过比照，本组CASS池好氧区的溶解氧基本能够达到初期运行时的3.5mg/L，有效提高了曝气系统的曝气效果，大大提高了旧刚玉微孔曝气器的重复使用率，延长了其使用寿命。

6 结语

以浓度88%的甲酸浸泡并辅助曝气冲洗，对甲酸和刚玉微孔曝气器内、外表面进行扰流浸泡，不仅能清除曝气器表面的结垢，更可以有效地分解渗透进微孔里面的污泥和堵塞物，通过数小时的酸洗，其充氧性能基本达到新曝气器的水平。

通过试验和生产实践证明，采用以浓度88%的甲酸浸泡并辅以曝气冲洗能够有效解决刚玉微孔曝气器的堵塞问题，使其实际使用寿命得以延长，也达到了预期重复利用、节约运行成本的目的。

采用自制离线酸洗装置和酸洗参数，以浓度88%的甲酸浸泡并辅助曝气冲洗，最佳的离线酸洗时长为4h左右。