DE 氧化沟及其提标改造效果研究

2022-03-16李贝

科技创新与应用 2022年5期

李贝

（武汉市城市排水发展有限公司北湖污水处理厂，湖北武汉 430070）

针对DE 氧化沟工艺，国内外的学者从事了大量相关方面的研究，主要集中在对DE 氧化沟工艺的机理研究[1]、DE 氧化沟的应用研究[2]以及DE 氧化沟运行问题的提出及改善[3-4]。武汉汤逊湖污水处理厂是武汉市目前唯一一座以DE 氧化沟作为生物处理单元的城市污水处理厂，本文基于汤逊湖污水处理厂近10 年的进出水水质数据，并结合该厂的运行管理经验及升级改造工程进行研究，旨在运用一定的手段，对DE 氧化沟工艺的运行效果进行客观评价，并就挖掘DE 工艺的潜力进行探讨，为同类污水处理厂提供相关经验。

1 项目概况

1.1 工艺流程

武汉汤逊湖污水厂主要承担处理排向汤逊湖的污水，服务面积为32 km2。该污水处理厂分两期建设，其中一期的规模为5 万m3/d，采购DE 氧化沟工艺，于2006年3 月正式运行使用。

汤逊湖污水处理厂设计出水水质为GB 18918-2002一级B 标准，具体初设水质指标见表1。

表1 汤逊湖厂一期DE 氧化沟水质初设值

汤逊湖污水处理厂采用DE 氧化沟工艺，污泥处理采用离心脱水方式，其具体处理工艺流程如图1 所示。

图1 DE 氧化沟工艺流程图

1.2 DE 氧化沟技术参数

一期设两座DE 氧化沟，单座池规模为2.5 万m3/d，单座池总容积9 480 m3，每座由一个厌氧区和2 个单沟组成。单座厌氧池的有效容积为1 450 m3，总停留时间9.1 h，其中厌氧区的停留时间1.4 h。有效水深4.0 m，每一座厌氧池内都设置了2 台潜水推进器，其中每条单沟内还设置了4 台单速转碟表面曝气机、4 台潜水搅拌器，单沟进出水采用可调堰板控制，具体设备参数见表2。

表2 DE 氧化沟设备参数

2 DE 氧化沟运行效果分析

2.1 DE 氧化沟运行工况

运行期间生物池MLSS 维持在2 700～2 800 mg/L，污泥的回流比约为70%，通过剩余污泥排放控制污泥龄7～12 d。设定好氧段DO 控制1.5～3.5 mg/L，现场DO 信号接入PLC 系统，PLC 根据DO 值自动增减转碟曝气机运行，控制DO 在设定范围内，具体DE 氧化沟的运行时序设定为：阶段A，1 h；阶段B，1.5 h；阶段C，1 h；阶段D，1.5 h。

2.2 DE 氧化沟运行效果

在设定工况条件下，对DE 氧化沟工艺进行试运行，对运行期间进出水的COD、氨氮、TN 和TP 的进出水水质进行测定比较，得到其各自的去除率。

结果表明：（1）该DE 氧化沟工艺对COD 有较好的处理效果，出水COD 基本维持在20～30 mg/L 之间，平均去除率在88%以上。即使当进水COD 浓度高达350 mg/L，超过设计值40%时，出水COD 仍稳定达到一级B 排放标准，抗COD 冲击能力较强。进水TP 浓度在1.4～3.6 mg/L，TP 去除率在49%左右，出水TP 值均满足一级B 排放标准要求。（2）调试运行期间，氨氮的去除率均基本保持在90%以上，但第5、6、7、17 天因进水氨氮较高，出水氨氮分别出现了较大波动，无法稳定达到一级B 排放标准。出水中TN 的浓度随进水TN浓度波动，TN 去除率在40%左右，出水TN 不够稳定，当进水TN 较高时，出水TN 无法满足一级B 排放标准要求。

2.3 DE 氧化沟运行存在问题分析

2.3.1 低碳源运行问题

2009 年1 月起，进水COD 浓度陡然下降平均值约为112 mg/L，同时期进水TN 达到29 mg/L，C/N 严重偏低。一方面，碳源不足导致DE 氧化沟的A、C 时序的进水沟DO 超过0.5 mg/L，根本无法实现好氧与缺氧的交替，丧失生物脱氮效果。同时，出水沟仅两台对角转碟运行，但DO 仍高达5 mg/L，大量的分子氧通过回流系统进入厌氧池后又对厌氧释磷造成干扰。另一方面，通过核算F/M 仅为0.07 kgBOD/kgMLVSS·d，生物池污泥急剧老化呈现内源衰减。通过运行发现，在低碳源条件下，工艺C/N比失衡，出水中TN 的浓度偏高。

2.3.2 DE 程序问题

DE 程序是整个运行周期的灵魂，在进水浓度较为稳定时，可以根据预测的COD、总氮浓度精确控制A、B、C、D 四个阶段的时序。然而目前国内的污水处理厂一般没有设置均质调节池或水解酸化池，一旦出现工业偷排造成进水COD、总氮冲击，固定的DE 运行程序将会因为缺氧时间较短造成反硝化不彻底，影响总氮去除，或者因为好氧不充分，影响氨氮去除。

2.3.3 原设计问题

按照推进设备与曝气设备常规设置位置的经验总结，曝气设备距离推进器上游的距离一般不应小于池宽（9 m），距离推进器下游一般不应小于池深（4 m），而现状的设置位置均小于此临界值，如图2 所示。

图2 转碟、推进器安装位置图

除推进器与转碟相对位置不合理外，推进器选型偏大是导致积泥的另一原因。根据调查，厌氧区单沟直线段长为39 m、宽为5 m，氧化沟单沟直线段长为30 m、宽为9 m，而现有1 800 mm 推进器0.3 m/s 流速的理论范围为长42 m、宽18 m，如图3 所示。

图3 推进器推流范围图

推进器推流范围大于氧化沟尺寸，导致水流撞击侧壁后形成反射流，扰乱正常推进效果，推进线路下游实测流速不足0.2 m/s，特别是在好氧水沟的过弯处容易形成集泥，一定程度上减小了好氧沟的有效容积，也影响了曝气混合效果。

3 基于DE 氧化沟工艺提标改造及运行结果分析

3.1 DE 氧化沟提标改造背景

2014 年汤逊湖污水处理厂出水水质要求由一级B标准提标为一级A 标准，汤逊湖厂启动二期扩建及一期改造工程，一期校核规模为4 万m3/d，设计水质指标见表3。

表3 改造后设计水质指标

提标改造后，日均处理水量4 万m3，生物池MLSS约2 400 mg/L，污泥回流比R 约为120%，污泥龄10～16 d，控制厌/缺氧段ORP＜-150 mV，控制好氧池末端Do1.5～3.5 mg/L，污泥食微比F/M 约为0.14 kgBOD/kgMLVSS·d。厌/缺氧段的停留时间为1.7 h，好氧段的停留时间为9.6 h。

3.2 工艺改造措施

3.2.1 完善工艺流程

提标改造后，将一期原兼备脱氮除磷功能的DE 氧化沟工艺改为单纯脱氮功能的A/O 工艺，通过在深度处理单元投加PAC，结合高效澄清池、R 型精密滤池，保证出水TP 稳定达标，其工艺流程如图4 所示。

图4 改造后工艺流程图

3.2.2 氧化沟工艺增设底部曝气装置改造研究

汤逊湖污水处理厂二期于2015 年5 月完成，采用鼓风微孔曝气方式，在连续运行半年后，二期处理系统电耗率仅为160 kWh/kt，鼓风机机房设备有约40%的富余能力，而一期运行电耗高达320 kWh/kt。为了降低一期电耗，于2015 年年底在一期一组氧化沟内增设了微孔曝气系统，风源由二期鼓风机房提供。

（1）增设底部曝气系统改造方式

由二期A/A/O 生物池DN500 空气管道上接出DN300 空气管道至一期化沟，管道全长80 m，并设置空气减压阀、空气流量计。在一期氧化沟池顶布置DN150～DN200 空气管道，DN150 空气管道全长100 m，DN200空气管道全长90 m。每个过水廊道内布置一组微孔曝气器，共布置4 组，每组曝气器最大曝气量为9.25 m3/min（555 m3/h），具体布置如图5 所示。

图5 曝气器布置图

（2）改底部曝气效果

一期增设底部曝气系统后，增加了一台90 kW 鼓风机运行，增设底曝的氧化沟内转碟全部关停，仅开启推进器维持推流，氧化沟内曝气混合均匀，证明微孔曝气系统同样适用于4 m 水深的氧化沟工艺。

微孔曝气系统动力效率高达4.5～5.5 kgO2/kWh，转碟曝气动力效率仅为1.8～2.0 kgO2/kWh，改造后一期消耗功率降低160 kW，一期实际运行电耗降至约220 kWh/kt，氧化沟工艺改底部曝气体现了优秀的节电效果。值得一提的是，一期仅对一组氧化沟进行了底部曝气改造，一旦另一组氧化沟也进行了改造，整个一期运行电耗将进一步降低。