黄石市青山湖污水处理厂曝气系统的改造与优化

卢 恕，李 平

(黄石市环投污水处理有限责任公司，湖北 黄石 435002)

0 引言

处理费用高、能耗大是污水处理厂正常运营过程中面临的突出问题[1]。高能耗直接导致污水处理成本上升，极大地影响了污水处理效率。在常见的污水处理工艺中，曝气系统普遍存在高能耗、滞后长、溶解氧波动大、易受人为因素影响等问题[2-3]。氧化沟属于活性污泥法中的延时曝气工艺，存在低污泥负荷和长污泥龄的特点，且运行能耗具有较为明显的规模效应。据调查，我国的城镇污水处理厂以中小型(设计规模小于5×104m3/d)为主。周鑫等[4]认为，设计规模小于5×104m3/d时，污水处理厂的单位水量电耗受规模的影响较大。根据杨凌波等[5]对我国559 座运行污水厂的调研结果，氧化沟工艺在城镇污水处理规模和处理能力方面具有明显的优势，但其平均能耗为0.302 kW·h/m3，高于A2/O (0.267 kW·h/m3)和A/O(0.283 kW·h/m3)工艺，也高于我国污水处理行业的平均能耗(0.290 kW·h/m3)。因此，氧化沟工艺具有较大的节能潜力。

黄石市青山湖污水处理厂位于黄石市黄石港区，占地3.67×104m2，于1982年动工兴建，1984年12月建成投产。其采用表面曝气活性污泥工艺，进水管网总长4.22 km，出水管网总长2.8 km，主要接纳青山湖北片黄石港城区企事业单位的生活污水。2005年，青山湖污水处理厂启动改扩建工程，主要包括沿青山湖新建6.38 km污水收集干管，实施环青山湖污水截流，于2007年建成投产。青山湖污水处理厂氧化沟工艺采用转碟表面曝气，运行时存在噪声大、能耗高、故障率高、维修成本高等问题，已经严重影响周边居民生活。为提高企业经济效益和改善周边居民生活环境，对其进行改造和优化十分必要。

1 黄石市青山湖污水处理厂概况

1.1 工艺简介

为落实国务院“水十条”及黄石市委“五水共治”决策部署，彻底改善青山湖水质，2017年启动了青山湖污水处理厂提标升级改造工程，主要包括新建高效沉淀池、精密过滤器等处理设施。新扩建部分的设计处理规模为2.5×104m3/d，采用改良A2/O型氧化沟工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准要求；尾水直排长江，出水水质将达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准要求。

1.2 工艺流程及运行情况

青山湖污水处理厂的平均处理水量为2.1×104m3/d，全年进出水水质较为稳定，均低于原设计进水值。采用二级生化处理+深度处理工艺和污泥处理系统，其中生化处理核心单元为改良A2/O型氧化沟，对有机物进行吸附降解，同时脱氮除磷，处理出水达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准；出水经高效沉淀池、精密过滤器等进一步处理后达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

1.3 改造前氧化沟曝气系统运行情况及存在的问题

改造前，青山湖污水处理厂的氧化沟曝气装置分别分布在好氧区两侧，转动轴与水面平行，由电机驱动，碟片淹没深度为转刷直径的1/3～1/4。转动时，转碟把大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧溶解；同时，推动混合液池内的流动，促进曝气器附近混合液更新，便于溶解氧的扩散。目前青山湖污水处理厂改良型氧化沟转碟曝气的运行，主要存在以下问题。

1)工艺控制具有一定的局限性，受限较大。目前，青山湖污水处理厂有8台转碟分布在氧化沟好氧区两边。由于好氧区没有推流器，平时运行时最少需要开启4台转碟，且4台转碟间隔，好氧区两侧各2台，否则无法起到有效推流作用，易导致污泥下沉。因受到推流限制，不能减少转碟台数，夜间溶解氧上涨时，只能稍调小转碟的运行频率，但有时好氧区末端溶解氧会高于3 mg/L，易导致工艺波动。溶解氧较低时，需要增加转碟运行数量，但也加快了好氧区水流速度，从而减少了水力停留时间，对后续工艺产生一定的影响。

2)能耗高，曝气不均匀。单台转碟额定功率为30 kW，长时间4台以上运行导致生产成本高。由于表面曝气，无法进行深层曝气，氧利用率低。

3)使用年限已久，故障频出，维修成本高。自2007年改扩建以来，转碟已使用12 a，减速机轴承、齿轮易消耗磨损，平时需定期加齿轮油进行保养，拆解工作量较大，需吊车起重。青山湖污水处理厂每年要投入大量资金对转碟进行维修保养，从而增加了生产成本。

4)噪声较大，影响周边居民生活。由于转碟使用年限较长，很多部件磨损老化严重，运行时声音较大。特别是春夏温度上升时，溶解氧需求量升高，开启6～7台转碟时噪声扰民尤为突出。

5)不利于疫情防控。生物池中的病毒粒子可以吸附在活性污泥表面，且水力跌落大、湍动剧烈的污水处理单元形成的气溶胶多。转碟运行时，会将大量氧化沟液滴抛向空中，易造成病毒通过气溶胶传播，存在疫情防控隐患。

2 曝气系统的改造及运行优化

2.1 基本情况

1)工作原理

微孔曝气器是将带有微小自闭孔的膜片包裹在支撑管上并通过两头的卡箍箍紧，工作时利用鼓风机将空气通过输气管道送到设在池底的曝气器中，压缩空气进入支撑管与膜片之间，膜片膨胀同时表面的微孔在空气压力下会自动张开，空气以气泡形式弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中，对水进行充氧。如果空气压力消失，膜片自行收缩并包紧在支撑管上，膜片上的微孔就会自动闭合，防止倒灌流入微孔与输气管道中。

2)新设电气设备

空气悬浮鼓风机3台(2用1备)，型号：AB 75-06，单台额定功率64 kW，额定电压380 V，流量46 m3/min，压强50 kPa，转速500 r/min。氧化沟好氧区共安装推流器4台，在好氧区两端各2台。

2.2 改造后曝气系统运行情况及优势

1)充氧量平均稳定，可调节性强。由于输气管支管分布在好氧区的各个区域，且每根支管都有单独的气阀，可根据需求量自行开关调节。风机开启后，支管充氧非常均匀，因此在支管全开的情况下，好氧区溶解氧从前端至末端呈上涨趋势。为了使后续反硝化脱氮及剩余污泥回流至前端不影响其在厌氧区的释磷效果，应控制末端溶解氧不宜过高，从而关闭末端支管调节溶解氧[6]。

2)能耗低，运行维护成本低。根据实际运行调试结果，冬季气温0～15 ℃时使用1台空气悬浮鼓风机已满足青山湖污水处理厂的正常生产需求。空气悬浮鼓风机基本是免维护，日常只需更换挡灰滤片。

3)噪声小，解决了扰民问题。空气悬浮鼓风机声音较小，在风机房外基本听不到其声音，氧化沟工艺区运行声音基本可以忽略，提高了周边居民生活环境质量。

4)降低了病毒传播风险。池底微孔曝气器系统避免了将水体溅起与空气接触，降低了病毒传播的可能性。

3 运行效果

曝气系统改造前后进出水水质见表1。通过对比曝气系统改造前后的进出水水质可知，改造后出水水质稳定，曝气单位耗电量降低50%左右，节能效果明显。

表1 曝气系统改造前后进出水水质

4 经济效益测算

青山湖污水处理厂曝气系统的实际运行成本测算见表2。改造前，青山湖污水处理厂的电费为399 653.04 元/a；改造后，青山湖污水处理厂的电费为192 235.44 元/a，电费成本约节省207 417.6 元/a，节能效果明显。

表2 青山湖污水处理厂曝气系统的实际运行成本测算

5 结论

通过对黄石市青山湖污水处理厂的氧化沟曝气系统进行改造，将转碟曝气改造成池底微孔曝气器系统，并新增推流器和空气悬浮鼓风机，延长了气泡与水体的接触时间，加速了微生物对气泡中氧气的直接利用，大大提高了曝气系统动力效率。在出水水质较改造前变化不大的情况下，曝气单位耗电量降低50%左右，改造后年电费成本约节省207 417.6元，节能效果明显。