奥贝尔氧化沟节能降耗强化脱氮工艺改造工程实例

　　摘要:针对山东某城镇污水处理厂进水氨氮、TN浓度偏高，季节性出水氨氮、TN超标、反硝化碳源投加量大、能耗高、污泥沉积严重的现状，将奥贝尔氧化沟改造成AAO工艺，末段设置好氧2/消氧区，封堵拆除转碟洞口提高生化池有效容积、将转碟表曝改为微孔曝气、增设潜水推流器。改造后实际运行表明，该厂处理出水水质各项达标均优于城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)的一级A标准，处理吨水电耗下降了25%，反硝化脱氮碳源投加量降低了40%，生化系统剩余污泥产生量减少了15%，达到了提标节能降耗的目标。

　　关键词:奥贝尔氧化沟;强化脱氮;提标改造;节能降耗

　　奥贝尔氧化沟污水处理工艺因其工艺流程简单、结构紧凑、抗冲击负荷能力强、具备同步硝化反硝化(SND)功能等优点[1]，上世纪末被国内很多污水处理厂采用。然而随着国家对污水处理排放标准的提高，污水处理工艺技术设备不断更新换代，实际运行中奥贝尔氧化沟工艺脱氮除磷效率低、能耗高等工艺缺陷是亟需解决的问题。

　　1工程概况

　　山东某市污水处理厂1998年投资建设，2002年正式投入运行，总规模80000m3/d，采用奥贝尔氧化沟工艺，其处理工艺流程为：进水粗格栅+泵房+细格栅+旋流式沉砂池+奥贝尔氧化沟+二沉池+尾水外排，设计出水水质执行污水综合排放标准(GB8978-1996)中的二级标准。

　　节能论文范例：浅析建筑工程技术管理及节能减排的实施

　　2013年进行了升级改造，改造工艺流程：进水粗格栅+泵房+细格栅+旋流式沉砂池+厌氧+奥贝尔氧化沟+二沉池+混凝沉淀+V型滤池+接触消毒池+尾水外排，在奥贝尔氧化沟前端新建厌氧池并与其串联，同时新建混凝沉淀池、V型滤池、接触消毒池，保持奥贝尔氧化沟转碟曝气方式不变，增设将内沟硝化液向外沟回流的轴流泵，设计回流比200%，改造设计处理规模和进水水质不变，处理出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

　　近几年随着城区污水管网的趋于完善，工业经 济的发展，该厂实际进水水质超标情况频发，特别是氨氮和总氮尤为严重，加之处理工艺曝气方式的缺陷，严重影响污水处理厂出水氨氮和总氮的稳定达标排放，且运行电耗、投加碳源[2]、设备维护等费用高，因此实施节能降耗和强化脱氮除磷工艺改造迫在眉睫。

　　2现状运行存在问题及原因分析

　　2.1污水处理厂现状进出水水质情况2018年污水处理厂实际进、出水水质。导致出水氨氮、TN指标较高的原因可能有：1)实际进水氨氮、总氮超过设计浓度，好氧区水力停留时间(5.8h)不足，负荷相对升高，硝化反应不完全;2)内回流比偏低，现状内回流比为200%理论计算脱氮效率67%[3]，当进水总氮超过45mg/L时，无法保证出水总氮小于15mg/L;3)夏季水温高时，其硝化速率是冬季的5.7倍[4]，温度降至10℃以下，硝化活性接近于停滞，冬季气温降低不仅会降低微生物活性，还会对缺氧环境下PHB的水解、NO2--N的传递和反应造成影响[5]，该厂冬季氧化沟水温12～14℃与微孔曝气相比水温平均低2℃左右，使得同步硝化反硝化的脱氮效率下降;4)生化系统采用转碟表曝方式，不仅降低生化系统水温且溶解转移效率低，实际运行反映该厂中沟、內沟最大充氧量时溶解氧变化范围分别为0.2～1.0mg/L、0.3～1.5mg/L，曝气充氧能力相对不足[6]，硝化反应不充分是造成冬季出水氨氮、TN超标另一因素。

　　2.2反硝化脱氮碳源投加量偏高，外沟污泥沉积严重该厂实际运行中，反硝化脱氮碳源投加的氮碳(NO3-N：BOD5)比约为6，远大于理论值2.86[7]，主要原因是好氧区有效容积小，水力停留时间短，实际运行中需要通过对好氧区全程控制较高的溶解氧浓度，才能实现硝化反应的彻底完全，致使回流硝化液携带大量溶解氧进入缺氧区。

　　此时微生物将优先利用混合液中碳源进行生长繁殖产泥量增加，当环境中溶解氧消耗已尽，不存在分子态溶解氧条件下[8]，反硝化细菌才能利用硝酸盐作为电子受体，这时候才能有效利用有机物作为碳源和电子供体进行反硝化脱氮。另一方面，外沟仅设置转碟作为曝气充氧和混合搅拌作用，而控制适合反硝化的低溶解氧环境必然会减少转碟运行数量或运行时间，造成缺氧区(外沟)混合搅拌能力降低，投加的碳源不能完全用于反硝化脱氮造成浪费，并导致外沟污泥沉积。

　　2.3运行电耗费用偏高研究表明表面曝气的动力效率比微孔曝气低，微孔曝气氧利用效率能达到7%～25%，达到相同的推流搅拌效果，采用转碟与采用水下推流搅拌设备相比其动力配置更是相差很远，因此该厂生化系统采用转碟兼做曝气充混合搅拌设备是运行电耗偏高的主要原因。

　　3提标改造解决的主要问题及改造工艺设计要点

　　3.1本次改造主要解决的问题本次改造主要解决该厂处理出水TN、氨氮超标，运行费用偏高，外沟污泥沉积等问题。解决上述问题需增加奥贝尔氧化沟有效容积、改变曝气方式、对好氧区和缺氧区有效容积的合理分割、增加内回流量等实施改造即可，其他处理单元保持不变。

　　3.2改造内容及工艺设计

　　1)现状奥贝尔氧化沟4组，每组处理规模为20000t/d，每组长67m、宽44m、池深5m，转碟曝气的有效水深4.2m，有效容积水力停留时间11.5h，封堵转碟拆除后的洞口，改造后将运行有效水深提高至4.7m，有效容积水力停留时间提高至12.5h，以提高生化系统抗冲击负荷能力。

　　4运行效果及分析

　　1)鼓风机选型采用风量可调范围宽的磁悬浮风机，风机房分散就近设计，每座风机房并联安装3台风机，管线设计考虑外侧2台分别向对应的氧化沟供气，中间1台为2组氧化沟共有的备用风机，运行中实现每组生化系统由独立鼓风机供气，便于对DO的精确灵活控制，创造有利的硝化和反硝化环境，确保出水氨氮、总氮稳定达标，更好的实现运行电耗和碳源投加的节省。

　　2)改造后奥贝尔氧化沟与原厌氧区(HRT=2h)串联，该污水厂生化系统将变为AAO工艺，奥贝尔氧化沟所具备的同步硝化反硝化将不再是脱氮的主流，缺氧区主要功能是反硝化脱氮，好氧区1主要功能是硝化反应将氨氮转化为硝态氮，设计正常情况下仅靠好氧区1就能满足氨氮完全硝化负荷要求，好氧区2只开推流搅拌无需好氧曝气，作为消氧段使用，以减少内回流携带溶解氧对反硝化的影响。

　　3)改造后进水顺序如图3所示，厌氧区来水和来自好氧区2/消氧区的硝化液分别从底部进入缺氧区(该区段水流方向为逆时针)然后混合液从上部进入好氧区1(该区段水流方向为顺时针)之后再从底部进入好氧区2(该区段水流方向为逆时针)最后混合液翻过出水堰板流向二沉池。好氧区2的内回流点设置要远离好氧区1至好氧区2的入口，硝化液回流至缺氧区的点位设置要远离缺氧区至好氧区1的入口，并紧靠厌氧区至缺氧区入口水流的下方向，上述设置主要是避免各区段产生短流。4)推流器安装、曝气干管支管的布设充分利用奥贝尔氧化沟现有的现有走道板和原转碟安装平台，对池体建筑结构的拆除构建要充分考虑氧化沟整体结构安全。改造工程于2019年7月正式投入运行后，出水水质各项达标均优于GB18918-2002的一级A标准。

　　5经济效益分析

　　节能降耗效果方面，通过将转碟表面曝气改为底曝提高氧的转移和利用效率，大大降低了生化曝气耗电量，提标改造前、后单位污水处理综合电耗分别约为0.27、0.2kWh/m3，改造后，每天节约电耗约5600kWh，按照0.65元/kw.h综合电价计算，每年节省电费130余万元。反硝化脱氮碳源投加量，提标改造前(2017年1月-2019年1月)平均每天投加乙酸钠(有效含量20%)2～4.5t，提标改造后反硝化脱氮碳源投加大大减少，2019年8月-2020年8月共计投加乙酸钠65t，与提标改造前相比，每年节约乙酸钠约1000吨，按照1000元/t价格计算，每年节约费用100余万元。

　　提标改造前平均日产剩余污泥(含水率80%)约为76t，改造后，2019年8月-2020年8月共产剩余污泥(含水率80%)23730(t平均65t/d)，与提标改造前相比，每年减少剩余污泥量4000余吨，按照150元/t污泥处置单价计算，每年节约费60余万元。提标改造后每年合计可节约运行费用约290万元。

　　6结论

　　1)运行实践证明将生化处理工艺改造为AAO，好氧硝化、缺氧反硝化等各段空间结构功能划分明确，便于DO、回流量等工艺参数的控制，提高了生化处理系统硝化反硝化效果，确保了出水水质稳定达标。2)充分利用现奥贝尔氧化沟容积，对现有奥贝尔氧化沟，通过封堵转碟拆除后的洞口提高运行有效水深生化系统有效容积，解决了生化系统对提高设计进水氨氮、TN浓度的抗冲击负荷能力。

　　3)将转碟表面曝气改为底曝提高氧的转移和利用效率，冬季氧化沟水温保持在13.5℃以上，与改造前相比升高了1.5℃，保证了微生物硝化活性，提高了脱氮效果，增设推流器保持了奥贝尔氧化沟具有完全混合和推流两种流态的优点，有效降低运行电耗，提标改造后处理吨水电耗下降了25%。4)实践证明，将奥贝尔氧化沟内沟改造为好氧2/消氧池，正常运行时仅需将其作为消氧池使用，有效降低内回流混合液溶解氧浓度，缺氧区溶解氧基本为0，反硝化脱氮碳源投加的氮碳(NO3-N：BOD5)比从约6降至3.5左右，生化系统剩余污泥产生量减少了15%。

　　参考文献：

　　[1]高守有,彭永臻,王淑莹,等.Orbal氧化沟生物脱单的中试研究[J].中国给水排水,2005,21(8):5-9.

　　[2]孙慧,郑兴灿,孙永利,等.外加碳源对改良A2/O工艺反硝化除磷的影响[J].中国给水排水,2010,26(13):82-85.

　　[3]李军,杨秀山,彭永臻.生物与水处理工程[M].北京:化学工业出版社,2002.

　　[4]巩有奎,彭永臻.温度变化对短程生物脱氮及N2O释放影响[J].水处理技术,2020,46(8):110-115.

　　[5]李微,高明杰,曾飞,等.温度和碳源对短程反硝化除磷效果的影响[J].水处理技术,2020,46(8):55-59.

　　[6]高守有,刘森彦,黄鸥,等.城市污水处理厂表曝氧化沟脱氮改造工程设计[J].给水排水,2014,40(2):45-48.

　　作者：柴春省，张伟