浙江某污水处理厂曝气系统改造研究

张偌尘

(东华大学环境科学与工程学院，上海 201620)

曝气池的曝气是在污水处理厂好氧生物处理工艺中极其关键的一个环节，主要作用一是提供污泥中好氧菌所需要的氧气，同时使水中有毒有害易挥发性的气体排入大气中；二是进行混合与搅拌，使得池内活性污泥呈悬浮状态，增大其与氧气、污水接触面积，增强处理效率，在二沉池最终实现泥水分离，达到净水的目的[1]。曝气一般分为两类，一类是机械曝气，一类是鼓风曝气。通过曝气实现对水中的大部分有机物的生物处理，对传统的曝气工艺进行改造，研究其对污水处理效果改善的影响有重大意义。

1 工程概况

浙江某污水处理厂采用CAST(循环式活性污泥法)生物处理工艺，工程于2012年建成投入使用，污水处理规模为6×104m3/d，出水符合《中华人民共和国城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准，2018年污水厂出现生物池曝气效率下降、曝气不均等故障，导致了水中絮体下沉、能耗增加、出水水质变差、效率变低，维修成本高，曝气系统曝气量的多少直接和出水效果相关[1]。因此，需对污水处理厂的曝气系统进行改造。

2 改造方案

2.1 原有机械曝气设备

污水厂曝气池设有4个曝气池(每个尺寸22.8 m×16 m×10 m,每个分别设有6台表面曝气机)，表面曝气机单价为1.8万元/台，其设备造价为1.8万×24=43.2万元，据污水厂历年维修检查记录，平均每年维修1次，每次费用为0.2万元，总费用为0.2万×24×1=4.8万元，曝气机管道、阀门、法兰、等附件约计0.4万元每台，表面曝气机功率为4.8 kW,每天运行12 h，每年运行时间为12个月，曝气机总耗电为4.8 kW×12 h×30×12×24×0.6元=29.8万元，每年总费用为：77.8万元。

2.2 生物倍增工艺微孔曝气改造

生物倍增工艺(BDP)是集合曝气、沉淀、污泥分离、污泥回流于一体的先进活性污泥循环流态法。集生物反应池和澄清池于一体，采用BDP微孔气泡曝气可以更均匀曝气，增大气泡的比表面积，更好地向污水充氧。在建设绿色环保型社会的今天，BDP工艺可以在较低的溶解氧的条件下，更高效、稳定、低能耗进行生化处理[4-5]。BDP工艺示意图如图1所示。

图1 BDP工艺平面示意图Fig.1 BDP process plan sketch

2.3 微孔曝气设备造价

通过市场调查和工程预算，更换原有的曝气风机和管道附件，新增5台55 kW低噪音罗茨风机(4用1备，Q=35 m3/min)，河北兴港环保设备有限公司，新增曝气管和曝气管膜片及曝气管头共计2500个，共计65万元，为配合BDP新工艺，需新设鼓风机房和输送厌氧段产出废气的两台耐腐蚀鼓风机(1用1备)及输气管，管道膜片和管头等附件，共计12万元，曝气池清洗和新建改建费用共计10万元，每年管道维护折旧费用12×104×50%×1.52(系数)=9.5万元，曝气管头，曝气膜每年更换维护费用约共计8万元，每年风机维修检查费用共计2.5万元，每年曝气机耗电费用为：55 kW×4×10 h×30×12×0.6=46.8万元，每年总费用为：143.8万元，考虑到曝气机功率变高，实际使用BDP新工艺处理污水，需要相对更少的曝气量，每天曝气机运行时间变更为10 h，可减少相应的运行费用。

3 工程改造

把污水厂原有的循环式活性污泥处理工艺改造为生物倍增工艺，BDP工艺可以快速澄清，进行一体化，极大的简化了工艺流程[6-8]。改造期间污水厂四座曝气池分批次进行整改，2用2改，施工顺序如下：

(1)拆除原有的曝气管主管及废旧曝气机，对曝气池池底、墙壁的污泥进行清洗，新建装有耐腐蚀鼓风机的鼓风机房，采用钢板桩围堰建出相应的进水区、出水区、曝气区、厌氧区、澄清区、稀气区等。在施工安装前，应对新引进的产品进行质量检测；进行清水充气实验，观察其是否存在漏气，管膜脱落等现象；观察产生微气泡大小，气泡是否均匀。

(2)考虑到污水厂处理的污水种类，采用比较合适的三元乙丙膜(低增塑性橡胶)材质的曝气膜片，这种膜片在传氧效率、耐腐蚀性、耐压性、耐热度、耐水蒸气、耐酸碱等方面更好适用于市政污水、屠宰废水、造纸废水等。每个曝气池约更换700个曝气膜片。

(3)增设曝气管，保留曝气池原有的430型不锈钢曝气主管，新增悬挂链曝气器，规格Ф70 mm，长度40 m/盘，孔密度3500个/米，氧利用率16%～22%，耐压强度4 kg/cm2，曝气量 5 m3/h·m，撕裂强度60～68 kN/m，软管一般距池底300～600 mm，软管间距一般为300 mm，一般多根软管(不超过10根)和一根曝气分配支管相连，由同一阀门控制，软管被钢架支座固定在池底，每个曝气池新增约400根曝气管。曝气池液面上方与风机连接处采用不锈钢管，做防腐处理。

4 系统改造效果

完成生物曝气池曝气系统改造后，在2019年连续12个月对曝气池进水出水水质进行了监测，考察工程改造效果，包括：CODCr、BOD5、NH3-N等。

4.1 进出水水质

图2 CODCr检测结果Fig.2 The picture of CODCr removing

图3 BOD5检测结果Fig.3 The picture of BOD5 removing

图4 氨氮检测结果Fig.4 The picture of ammonia nitrogen removing

与2018年的同期各个指标的出水水质相比较，在对曝气池曝气系统进行改造后，各污染物去除效果都有较大的提高。由图2～图4可见，CODCr出水约在20 mg/L左右，去除率在85%以上，最高可达94%，BOD5出水稳定在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 系统改造后活性污泥性状

曝气系统改造前池内由于曝气充氧不充分，活性污泥发黑，池内水体微微发臭，上清液浑浊，污泥层较高，出水水质比较差。完成曝气系统改造后，曝气池上清液清澈，污泥呈黄褐色、棉絮状，臭味消失，漂浮泡沫大大减少，污泥性状大为改观，出水水质良好，达到了曝气系统改造的目的[9-10]。

5 曝气系统维护与管理

对于生物倍增工艺的日常维护与管理事项，主要包括：

(1)检查曝气鼓风机口是否堵塞，如：大块污泥、锈绣、脱落的膜片，改造后二次施工遗留的建筑垃圾，微生物黏性物质等；

(2)二是检查曝气软管是否有曝气不均、管道开裂、曝气软管是否有脱落；

(3)检查配有耐腐蚀鼓风机的供气管是否被腐蚀、相应的管口连接处是够有松动、漏气等问题。

对于需要清洗的曝气管或曝气头，有两种清洗方式[11]，一是进行拆卸，用酸碱洗，后用泡沫清洗剂洗，最后用清水洗去多余的清洗剂；二是不拆卸，在工作状态下，向管内加入清洗剂，后用气冲、水冲、汽水反冲、超声波清洗等；对于腐蚀或损坏严重的曝气管和曝气管头及时进行更换；日常检查死角是否有堆块；在工艺运行时，曝气机曝气量不宜太大，过大会导致耗电增加、成本变高、曝气膜片磨损过快、阻碍活性絮体的凝聚。

6 结 论

本文采用新的BDP工艺对曝气池曝气系统进行了改造，监测结果表明，CODCr、BOD5、NH3-N的处理效率较改造前均有明显提升，同时可以减少电能消耗，对污水厂具有很好的经济效益。曝气系统在污水处理方面仍然有较深的发展空间和良好的前景，研究具有更高效率、低能耗、易清洗的曝气系统具有重要意义，本文可为类似工程提供借鉴与参考。