改良型卡魯塞爾氧化溝是一種具有A2O工藝特點(diǎn)的氧化溝工藝，在我國(guó)污水處理項(xiàng)目中應(yīng)用較為廣泛。氧化溝工藝運(yùn)行效果的好壞與設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)有密切關(guān)聯(lián)。規(guī)范上的設(shè)計(jì)參數(shù)參考值較寬泛，設(shè)計(jì)難以精確取值，使得設(shè)計(jì)目標(biāo)與工程結(jié)果產(chǎn)生偏差。結(jié)合已建項(xiàng)目運(yùn)行情況，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)各類技術(shù)參數(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和評(píng)估，提出指導(dǎo)性優(yōu)化建議，提高未來新項(xiàng)目的決策水平。
一、工程概況
河南省鞏義市某污水處理廠設(shè)計(jì)總規(guī)模為5萬m3/d，分2期建設(shè)運(yùn)行，其中一期2萬m3/d，二期3萬m3/d。主體生物處理工藝均采用改良型卡魯塞爾氧化溝，一期深度處理工藝采用機(jī)械反應(yīng)斜板沉淀池+深床反硝化濾池，二期深度處理工藝采用機(jī)械混凝平流沉淀池+V型濾池，出水執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。污泥處理工藝采用重力濃縮+帶式壓濾+石灰穩(wěn)定干化技術(shù)，脫水污泥含水率達(dá)60%后外運(yùn)填埋處置。該廠一期工藝流程如圖1所示。
該廠自2018年下半年以來，污泥產(chǎn)量劇增，污泥處理系統(tǒng)一度超負(fù)荷運(yùn)行。因生化系統(tǒng)污泥膨脹和剩余污泥排放不及時(shí)，導(dǎo)致后續(xù)沉淀、過濾單元出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象。在實(shí)施中期技改前，還存在能耗高、出水TN不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題。針對(duì)上述問題，從水量水質(zhì)、氧化溝運(yùn)行情況、技術(shù)參數(shù)對(duì)比及能耗指標(biāo)等方面分析，評(píng)估氧化溝的技術(shù)合理性，并根據(jù)技改情況驗(yàn)證結(jié)論。
二、實(shí)際運(yùn)行水量、水質(zhì)
2.1 運(yùn)行水量
2017年1月~2019年7月間日平均進(jìn)水量約42000m3/d，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模的84%。該廠小時(shí)進(jìn)水量波動(dòng)較大，最高時(shí)進(jìn)水量是最低時(shí)進(jìn)水量的2.5倍。在高負(fù)荷運(yùn)行情況下，瞬時(shí)水量變化對(duì)該廠污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生較大的負(fù)荷沖擊。
2.2 實(shí)際運(yùn)行進(jìn)、出水水質(zhì)
根據(jù)最近1年的運(yùn)行記錄，該廠實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)結(jié)果如表1所示。
總體上該廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)高于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。進(jìn)水BOD5/COD≥0.45，BOD5/TN≥4，污水可生化性好。從全年各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況看，COD、BOD5、NH3-N等指標(biāo)表現(xiàn)出優(yōu)異的處理效果，TN、TP已基本穩(wěn)定，保持在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。
三、氧化溝運(yùn)行分析
3.1 氧化溝設(shè)計(jì)概況
一期氧化溝共2組，其中一期原氧化溝設(shè)計(jì)規(guī)模為0.75萬m3/d，新建改造氧化溝設(shè)計(jì)規(guī)模1.25萬m3/d。原氧化溝在后期技改中先后實(shí)施表曝改底曝、缺氧池改建、增設(shè)動(dòng)力內(nèi)回流、更換潛水推流器等措施，一期氧化溝具備獨(dú)立缺氧段和功率匹配的潛水推流器，但僅實(shí)施動(dòng)力內(nèi)回流改造。
3.2 運(yùn)行情況分析
3.2.1 氮指標(biāo)沿程分析
一般認(rèn)為，市政污水處理的最大難點(diǎn)是TN去除率。為便于精準(zhǔn)評(píng)估生化池的脫氮性能，本次技改后對(duì)一期原氧化溝各個(gè)功能區(qū)間進(jìn)行沿程跟蹤分析和評(píng)估，結(jié)果如圖2所示。
一期原氧化溝的進(jìn)水氨、氮經(jīng)好氧段后顯著降低，硝酸鹽氮在好氧段逐步提升，說明生化系統(tǒng)硝化作用良好;氧化溝進(jìn)水硝酸鹽氮經(jīng)缺氧段后濃度降低約一半，說明生化系統(tǒng)有一定的反硝化作用;氧化溝出水TN低于15mg/L，滿足出水標(biāo)準(zhǔn)，但進(jìn)、出水TN相差不到一半，總體上系統(tǒng)脫氮效率一般。
一期提標(biāo)改造氧化溝的進(jìn)水氨氮經(jīng)缺氧段、好氧段后顯著降低，說明生化系統(tǒng)硝化作用良好;氧化溝進(jìn)水中硝酸鹽氮經(jīng)缺氧段后略有降低，好氧段略有提升。前者說明低濃度硝酸鹽氮情況下的反硝化作用不明顯，后者說明好氧段的氨、氮含量較低;氧化溝出水TN低于15mg/L滿足出水標(biāo)準(zhǔn)，但進(jìn)、出水TN相差過半，總體上系統(tǒng)脫氮效率優(yōu)于一期原氧化溝(見圖3)。
3.2.2 氧化溝技術(shù)參數(shù)評(píng)估
為便于準(zhǔn)確評(píng)估生化池的技術(shù)性能，在實(shí)際工況條件下，對(duì)氧化溝技術(shù)參數(shù)進(jìn)行核算，并測(cè)算進(jìn)、出水水質(zhì)、水溫情況下氧化溝技術(shù)參數(shù)理論值，兩者進(jìn)行對(duì)比，如表2、表3所示。
根據(jù)測(cè)算結(jié)果，一期氧化溝實(shí)際水力停留時(shí)間和污泥齡均不能滿足設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)實(shí)際反硝化速率不到測(cè)算設(shè)計(jì)值的一半，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)缺氧池DO為0.15~0.20mg/L，分析有以下幾方面的原因。
1)受環(huán)境條件影響，反硝化菌未成為優(yōu)勢(shì)菌群。
2)BOD中的VFAs比例較低，降低系統(tǒng)的反硝化速率。
3)池內(nèi)攪拌混合不充分。
3.2.3 產(chǎn)泥量和污泥指標(biāo)分析
系統(tǒng)的實(shí)際污泥濃度為5~6g/L，高于設(shè)計(jì)推薦值。分析認(rèn)為，本項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)水碳氮磷指標(biāo)明顯高于設(shè)計(jì)值，且該廠瞬時(shí)進(jìn)水量變化大，為適應(yīng)較高有機(jī)負(fù)荷，生化系統(tǒng)的污泥濃度偏高。為避免引發(fā)污泥膨脹或死泥較多導(dǎo)致的二沉池跑泥問題，必須加大剩余污泥排放量，也是該廠污泥產(chǎn)量居高不下的主要原因。
3.3 能耗分析
氧化溝供氧系統(tǒng)是污水處理廠能耗較大的環(huán)節(jié)。一期原氧化溝采用空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)，綜合能耗約1500kWh，噸水電耗0.268kWh/m3;一期提標(biāo)新建氧化溝采用倒傘型曝氣機(jī)，綜合能耗約3116kWh，水電能耗0.335kWh/m3。由此表明，傳統(tǒng)表面曝氣在節(jié)能方面明顯不及新型離心風(fēng)機(jī)。
四、技術(shù)評(píng)估
鞏義某廠改良型卡魯塞爾氧化溝工藝以城鎮(zhèn)生活污水為處理對(duì)象時(shí)，對(duì)于COD、BOD、氨氮等具有良好處理效果，TN、TP雖然較接近限值，但基本能滿足一級(jí)A處理標(biāo)準(zhǔn)?？傮w評(píng)價(jià)為良。該廠生化池設(shè)計(jì)存在以下問題。
1)氧化溝設(shè)計(jì)池容量偏小，停留時(shí)間不足，主要原因是設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)的進(jìn)水水質(zhì)與實(shí)際情況有較大偏差。
2)氧化溝技改后的外回流、內(nèi)回流改造點(diǎn)不在最佳位置，影響了回流效果。
3)供氧方式仍采用表面曝氣，導(dǎo)致運(yùn)行能耗偏高。
五、結(jié)語
對(duì)于改良型卡魯塞爾氧化溝設(shè)計(jì)參數(shù)，建議污泥負(fù)荷取0.05~0.08kgBOD5/(kgMLSS?d)，反硝化速率如無試驗(yàn)條件，建議取0.02~0.03kgNO3-N/(kgMLSS?d)，設(shè)計(jì)泥齡應(yīng)不低于15d。理論計(jì)算的系統(tǒng)需氧量往往大于實(shí)際運(yùn)行需氧量，對(duì)于生活污水為主的污水處理廠項(xiàng)目，若計(jì)算氣水比大于5，建議風(fēng)機(jī)按5∶1氣水比配置，并設(shè)置變頻，一般能滿足運(yùn)行要求。
對(duì)于氧化溝改造項(xiàng)目，應(yīng)明確幾點(diǎn)改造思路。
1)將表面曝氣改為底部曝氣。
2)改造生化池應(yīng)劃分獨(dú)立生物選擇區(qū)、厭氧段和缺氧段，缺氧段應(yīng)采用內(nèi)循環(huán)溝道，確?；旌暇鶆颍苊舛塘?。
3)增設(shè)內(nèi)回流泵和多點(diǎn)進(jìn)水功能，并確保內(nèi)回流、外回流和生化池總進(jìn)水口在同一位置。
4)厭氧段和缺氧段改為完全混合或內(nèi)部循環(huán)的混合方式，確保污水和活性污泥充分接觸混合。
5)內(nèi)回流泵出水口應(yīng)設(shè)于水面以下，多點(diǎn)進(jìn)水應(yīng)采用閘門底部進(jìn)水，避免跌水充氧。( >
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