施 毅

（劍閣縣城市供排水管理中心，四川 廣元 628317）

氧化溝工藝具有處理流程簡(jiǎn)單、操作管理方便、出水水質(zhì)好、基建投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在城市生活污水處理廠應(yīng)用較廣。但因特有的溝體設(shè)計(jì)，氧化溝內(nèi)無(wú)法形成明顯的厭氧、缺氧及好氧環(huán)境，脫氮除磷效果差[1]。四川省某污水處理廠采用氧化溝工藝，由于設(shè)計(jì)及運(yùn)行存在缺陷，系統(tǒng)存在反硝化效果差、水流短流等問(wèn)題，出水總氮（TN）無(wú)法穩(wěn)定滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。為確保出水TN 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，有必要合理布置生化池分區(qū)，增加隔墻將氧化溝工藝改為A2O工藝，優(yōu)化缺氧區(qū)缺氧環(huán)境，創(chuàng)造反硝化反應(yīng)的條件。

1 工程背景

該污水處理廠于2010 年建成投入使用，設(shè)計(jì)處理能力為10 000 m3/d，實(shí)際處理能力為7 500 m3/d，設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。處理工藝為組合式氧化溝，主要工藝流程為調(diào)節(jié)池（粗格柵）→旋流沉砂池（細(xì)格柵）→組合式氧化溝（平流沉淀池）→纖維轉(zhuǎn)盤(pán)濾池→紫外線(xiàn)消毒。近年來(lái)，在進(jìn)水水質(zhì)正常的情況下，除TN 外，該污水處理廠的其余出水指標(biāo)能夠達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)要求。在外加碳源的情況下，TN 大部分時(shí)間能夠達(dá)標(biāo)，但不穩(wěn)定，偶爾會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)情況，同時(shí)，在碳源投加過(guò)程中，碳源利用率低，反硝化效果差，碳源使用量大，不經(jīng)濟(jì)。

2 存在的問(wèn)題

該污水處理廠氧化溝分為兩組，采用并聯(lián)方式運(yùn)行，單組處理能力為5 000 m3/d，有效容積為3 276 m3，有效水深為3.9 m。經(jīng)分析，該廠在運(yùn)行中存在3 個(gè)突出問(wèn)題。

2.1 內(nèi)回流依靠設(shè)備推流，回流比無(wú)法調(diào)控

改造前，氧化溝生化池為一個(gè)整體，好氧區(qū)、缺氧區(qū)直接聯(lián)通，無(wú)相關(guān)構(gòu)筑物隔斷，內(nèi)回流依靠推流器推動(dòng)泥水混合液在氧化溝內(nèi)循環(huán)，硝化液回流至缺氧區(qū)，回流量無(wú)法精確控制。

2.2 缺氧區(qū)溶解氧濃度高，缺氧環(huán)境遭受破壞

單組氧化溝缺氧區(qū)設(shè)計(jì)容積為880 m3，處理水量為5 000 m3/d。經(jīng)核算，缺氧區(qū)水力停留時(shí)間為4.2 h，因氧化溝好氧區(qū)與缺氧區(qū)緊密相連，好氧區(qū)末端溶解氧濃度一直較高，硝化液回流會(huì)夾雜大量溶解氧進(jìn)入缺氧區(qū)，提高缺氧區(qū)溶解氧濃度，使其超過(guò)0.5 mg/L，該區(qū)域不能形成較好的反硝化反應(yīng)缺氧環(huán)境。因此，反硝化反應(yīng)難以進(jìn)行[2]。

2.3 進(jìn)水濃度偏低，碳氮比失調(diào)

近年來(lái)，該污水處理廠進(jìn)水有機(jī)物濃度總體偏低，碳氮比不高。2021 年平均進(jìn)水化學(xué)需氧量（CODCr）濃度為143.53 mg/L，五日生化需氧量（BOD5）濃度為42.13 mg/L，TN濃度為34.50 mg/L，碳氮比僅為1.22，難以滿(mǎn)足反硝化反應(yīng)條件[3]。

2.4 氧化溝內(nèi)水流短流

改造前，污水進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)后，水流呈多通路流動(dòng)，既可沿著厭氧區(qū)內(nèi)隔墻循環(huán)流動(dòng)，也可直接從厭氧區(qū)出口進(jìn)入缺氧區(qū)造成短流。因此，生化池內(nèi)存在多處短流，污泥沉積量越來(lái)越大，池內(nèi)有效污泥濃度逐漸降低，導(dǎo)致池體有效容積減少，處理效率降低。

2.5 沉淀池配水渠布水孔直徑過(guò)小

改造前，沉淀池配水渠布水孔直徑為32 mm，單組沉淀池?cái)?shù)量為94 個(gè)。在運(yùn)行過(guò)程中，由于泥水混合液流動(dòng)性差，流速較低，過(guò)水能力較低，在進(jìn)水量增加的情況下，沉淀池配水渠存在泥水翻堰的現(xiàn)象。

3 改造方案及思路

生化池改造主要分為三部分，包括新增隔墻、新增內(nèi)回流泵與管路、增大沉淀池布水孔直徑。為盡可能減小改造對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，本次改造采用2 組氧化溝交替運(yùn)行的方式，在保證廠內(nèi)正常運(yùn)行的情況下對(duì)氧化溝進(jìn)行改造。

3.1 新增隔墻改變水流路徑

在現(xiàn)狀氧化溝厭氧區(qū)內(nèi)、厭氧區(qū)與缺氧區(qū)之間砌筑混凝土墻體，使三區(qū)之間相互獨(dú)立，互不干擾，在厭氧區(qū)末端墻體位置重新開(kāi)孔，開(kāi)孔尺寸為700 cm×700 cm。另外，改變厭氧區(qū)與缺氧區(qū)之間的隔墻攪拌器安裝位置，調(diào)整缺氧區(qū)攪拌器設(shè)備攪拌方向，避免形成水流盲區(qū)導(dǎo)致沉泥。改造后氧化溝水流示意圖如圖1 所示。

圖1 改造后氧化溝水流示意圖

3.2 新增內(nèi)回流泵及管路

在好氧區(qū)末端增加硝化液回流裝置，安裝硝化液回流泵及回流管道，回流泵規(guī)格為500 m3/h，揚(yáng)程為4 m，采用變頻控制。回流管采用Q235A 焊接鋼管材質(zhì)，型號(hào)為D325。

3.3 增大沉淀池布水孔直徑

沉淀池配水渠布水孔重新開(kāi)鑿，將孔徑由32 mm擴(kuò)大為100 mm，數(shù)量保持不變，增加其過(guò)水能力。

4 改造后運(yùn)行效果

該污水處理廠工藝改造自2022 年4 月1 日開(kāi)始，6 月15 日結(jié)束，隨后進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行。通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器，可有效控制好氧區(qū)溶解氧濃度，同時(shí)配合使用硝化液回流泵控制變頻，確保硝化液回流比例及缺氧區(qū)溶解氧濃度在合理區(qū)間，生化系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的溶解氧濃度梯度，為反硝化反應(yīng)創(chuàng)造最佳條件[4-5]。

經(jīng)比較，改造前三個(gè)月出水TN平均值為13.78 mg/L，最低值為4.23 mg/L，最高值為22.67 mg/L，改造后三個(gè)月出水TN 平均值為6.96 mg/L，最低值為3.07 mg/L，最高值為12.75 mg/L。改造前，碳源投加量約為27.78 L/h；改造后，碳源投加量約為18.81 L/h。改造后，各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定，優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，TN 去除率較改造前明顯提高，碳源使用量較改造前降低32.29%。

5 投資及運(yùn)行成本分析

5.1 工程建設(shè)投資

該污水處理廠工藝改造費(fèi)用共計(jì)152.06 萬(wàn)元，包括土建隔墻、內(nèi)回流泵、低速推流器、曝氣管更換等工程內(nèi)容。

5.2 運(yùn)行成本分析

改造前，大推流器配備4 臺(tái)，功率為4 kW；小推流器配備10 臺(tái)，功率為2.2 kW；硝化液回流泵配備2 臺(tái)，功率為11 kW。改造后，大推流器配備4 臺(tái)，功率為7.5 kW；小推流器配備12 臺(tái)，功率為1.5 kW；硝化液回流泵配備4 臺(tái)，功率為11 kW。本次改造涉及2 組氧化溝，新增硝化液回流泵2 臺(tái)，增加小推流器2 臺(tái)，更換大小推流器14 臺(tái)。改造對(duì)污水處理成本的影響僅來(lái)自設(shè)備的增加與更換、碳源投加量的變化。因此，本研究?jī)H對(duì)電費(fèi)和碳源使用費(fèi)用進(jìn)行測(cè)算，如表1、表2 所示。經(jīng)比較，相比改造前，改造后污水處理廠年電費(fèi)增加42.10 萬(wàn)元，碳源消耗的年費(fèi)用減少25.55 萬(wàn)元，總體來(lái)說(shuō)，運(yùn)行成本增加16.55 萬(wàn)元，按7 500 m3/d 處理水量計(jì)算，單位運(yùn)行成本增加量為0.06 元/m3。

表1 改造前后工藝設(shè)備電費(fèi)比較

表2 改造前后藥劑費(fèi)用比較

6 結(jié)論

該污水處理廠在改造過(guò)程中充分利用原有池體構(gòu)筑物，不新建構(gòu)造設(shè)施，減少工程量，降低施工難度，節(jié)約建設(shè)成本。將氧化溝工藝改造成A2O 工藝，調(diào)整生產(chǎn)工藝，可以提升系統(tǒng)的脫氮能力，減少碳源使用量，雖然運(yùn)行成本較改造前略微有所增加，但是改造后環(huán)境效益明顯，TN 去除率大幅提升，出水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，改造前存在的問(wèn)題得到有效解決，可為其他類(lèi)似污水處理廠改造工程提供參考。