摘要:針對山東某城鎮污水處理廠進水氨氮、TN濃度偏高，季節性出水氨氮、TN超標、反硝化碳源投加量大、能耗高、污泥沉積嚴重的現狀，將奧貝爾氧化溝改造成AAO工藝，末段設置好氧2/消氧區，封堵拆除轉碟洞口提高生化池有效容積、將轉碟表曝改為微孔曝氣、增設潛水推流器。改造后實際運行表明，該廠處理出水水質各項達標均優于城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)的一級A標準，處理噸水電耗下降了25%，反硝化脫氮碳源投加量降低了40%，生化系統剩余污泥產生量減少了15%，達到了提標節能降耗的目標。

　　關鍵詞:奧貝爾氧化溝;強化脫氮;提標改造;節能降耗

　　奧貝爾氧化溝污水處理工藝因其工藝流程簡單、結構緊湊、抗沖擊負荷能力強、具備同步硝化反硝化(SND)功能等優點[1]，上世紀末被國內很多污水處理廠采用。然而隨著國家對污水處理排放標準的提高，污水處理工藝技術設備不斷更新換代，實際運行中奧貝爾氧化溝工藝脫氮除磷效率低、能耗高等工藝缺陷是亟需解決的問題。

　　1工程概況

　　山東某市污水處理廠1998年投資建設，2002年正式投入運行，總規模80000m3/d，采用奧貝爾氧化溝工藝，其處理工藝流程為：進水粗格柵+泵房+細格柵+旋流式沉砂池+奧貝爾氧化溝+二沉池+尾水外排，設計出水水質執行污水綜合排放標準(GB8978-1996)中的二級標準。

　　節能論文范例：淺析建筑工程技術管理及節能減排的實施

　　2013年進行了升級改造，改造工藝流程：進水粗格柵+泵房+細格柵+旋流式沉砂池+厭氧+奧貝爾氧化溝+二沉池+混凝沉淀+V型濾池+接觸消毒池+尾水外排，在奧貝爾氧化溝前端新建厭氧池并與其串聯，同時新建混凝沉淀池、V型濾池、接觸消毒池，保持奧貝爾氧化溝轉碟曝氣方式不變，增設將內溝硝化液向外溝回流的軸流泵，設計回流比200%，改造設計處理規模和進水水質不變，處理出水執行城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A標準。

　　近幾年隨著城區污水管網的趨于完善，工業經 濟的發展，該廠實際進水水質超標情況頻發，特別是氨氮和總氮尤為嚴重，加之處理工藝曝氣方式的缺陷，嚴重影響污水處理廠出水氨氮和總氮的穩定達標排放，且運行電耗、投加碳源[2]、設備維護等費用高，因此實施節能降耗和強化脫氮除磷工藝改造迫在眉睫。

　　2現狀運行存在問題及原因分析

　　2.1污水處理廠現狀進出水水質情況2018年污水處理廠實際進、出水水質。導致出水氨氮、TN指標較高的原因可能有：1)實際進水氨氮、總氮超過設計濃度，好氧區水力停留時間(5.8h)不足，負荷相對升高，硝化反應不完全;2)內回流比偏低，現狀內回流比為200%理論計算脫氮效率67%[3]，當進水總氮超過45mg/L時，無法保證出水總氮小于15mg/L;3)夏季水溫高時，其硝化速率是冬季的5.7倍[4]，溫度降至10℃以下，硝化活性接近于停滯，冬季氣溫降低不僅會降低微生物活性，還會對缺氧環境下PHB的水解、NO2--N的傳遞和反應造成影響[5]，該廠冬季氧化溝水溫12～14℃與微孔曝氣相比水溫平均低2℃左右，使得同步硝化反硝化的脫氮效率下降;4)生化系統采用轉碟表曝方式，不僅降低生化系統水溫且溶解轉移效率低，實際運行反映該廠中溝、內溝最大充氧量時溶解氧變化范圍分別為0.2～1.0mg/L、0.3～1.5mg/L，曝氣充氧能力相對不足[6]，硝化反應不充分是造成冬季出水氨氮、TN超標另一因素。

　　2.2反硝化脫氮碳源投加量偏高，外溝污泥沉積嚴重該廠實際運行中，反硝化脫氮碳源投加的氮碳(NO3-N：BOD5)比約為6，遠大于理論值2.86[7]，主要原因是好氧區有效容積小，水力停留時間短，實際運行中需要通過對好氧區全程控制較高的溶解氧濃度，才能實現硝化反應的徹底完全，致使回流硝化液攜帶大量溶解氧進入缺氧區。

　　此時微生物將優先利用混合液中碳源進行生長繁殖產泥量增加，當環境中溶解氧消耗已盡，不存在分子態溶解氧條件下[8]，反硝化細菌才能利用硝酸鹽作為電子受體，這時候才能有效利用有機物作為碳源和電子供體進行反硝化脫氮。另一方面，外溝僅設置轉碟作為曝氣充氧和混合攪拌作用，而控制適合反硝化的低溶解氧環境必然會減少轉碟運行數量或運行時間，造成缺氧區(外溝)混合攪拌能力降低，投加的碳源不能完全用于反硝化脫氮造成浪費，并導致外溝污泥沉積。

　　2.3運行電耗費用偏高研究表明表面曝氣的動力效率比微孔曝氣低，微孔曝氣氧利用效率能達到7%～25%，達到相同的推流攪拌效果，采用轉碟與采用水下推流攪拌設備相比其動力配置更是相差很遠，因此該廠生化系統采用轉碟兼做曝氣充混合攪拌設備是運行電耗偏高的主要原因。

　　3提標改造解決的主要問題及改造工藝設計要點

　　3.1本次改造主要解決的問題本次改造主要解決該廠處理出水TN、氨氮超標，運行費用偏高，外溝污泥沉積等問題。解決上述問題需增加奧貝爾氧化溝有效容積、改變曝氣方式、對好氧區和缺氧區有效容積的合理分割、增加內回流量等實施改造即可，其他處理單元保持不變。

　　3.2改造內容及工藝設計

　　1)現狀奧貝爾氧化溝4組，每組處理規模為20000t/d，每組長67m、寬44m、池深5m，轉碟曝氣的有效水深4.2m，有效容積水力停留時間11.5h，封堵轉碟拆除后的洞口，改造后將運行有效水深提高至4.7m，有效容積水力停留時間提高至12.5h，以提高生化系統抗沖擊負荷能力。

　　4運行效果及分析

　　1)鼓風機選型采用風量可調范圍寬的磁懸浮風機，風機房分散就近設計，每座風機房并聯安裝3臺風機，管線設計考慮外側2臺分別向對應的氧化溝供氣，中間1臺為2組氧化溝共有的備用風機，運行中實現每組生化系統由獨立鼓風機供氣，便于對DO的精確靈活控制，創造有利的硝化和反硝化環境，確保出水氨氮、總氮穩定達標，更好的實現運行電耗和碳源投加的節省。

　　2)改造后奧貝爾氧化溝與原厭氧區(HRT=2h)串聯，該污水廠生化系統將變為AAO工藝，奧貝爾氧化溝所具備的同步硝化反硝化將不再是脫氮的主流，缺氧區主要功能是反硝化脫氮，好氧區1主要功能是硝化反應將氨氮轉化為硝態氮，設計正常情況下僅靠好氧區1就能滿足氨氮完全硝化負荷要求，好氧區2只開推流攪拌無需好氧曝氣，作為消氧段使用，以減少內回流攜帶溶解氧對反硝化的影響。

　　3)改造后進水順序如圖3所示，厭氧區來水和來自好氧區2/消氧區的硝化液分別從底部進入缺氧區(該區段水流方向為逆時針)然后混合液從上部進入好氧區1(該區段水流方向為順時針)之后再從底部進入好氧區2(該區段水流方向為逆時針)最后混合液翻過出水堰板流向二沉池。好氧區2的內回流點設置要遠離好氧區1至好氧區2的入口，硝化液回流至缺氧區的點位設置要遠離缺氧區至好氧區1的入口，并緊靠厭氧區至缺氧區入口水流的下方向，上述設置主要是避免各區段產生短流。4)推流器安裝、曝氣干管支管的布設充分利用奧貝爾氧化溝現有的現有走道板和原轉碟安裝平臺，對池體建筑結構的拆除構建要充分考慮氧化溝整體結構安全。改造工程于2019年7月正式投入運行后，出水水質各項達標均優于GB18918-2002的一級A標準。

　　5經濟效益分析

　　節能降耗效果方面，通過將轉碟表面曝氣改為底曝提高氧的轉移和利用效率，大大降低了生化曝氣耗電量，提標改造前、后單位污水處理綜合電耗分別約為0.27、0.2kWh/m3，改造后，每天節約電耗約5600kWh，按照0.65元/kw.h綜合電價計算，每年節省電費130余萬元。反硝化脫氮碳源投加量，提標改造前(2017年1月-2019年1月)平均每天投加乙酸鈉(有效含量20%)2～4.5t，提標改造后反硝化脫氮碳源投加大大減少，2019年8月-2020年8月共計投加乙酸鈉65t，與提標改造前相比，每年節約乙酸鈉約1000噸，按照1000元/t價格計算，每年節約費用100余萬元。

　　提標改造前平均日產剩余污泥(含水率80%)約為76t，改造后，2019年8月-2020年8月共產剩余污泥(含水率80%)23730(t平均65t/d)，與提標改造前相比，每年減少剩余污泥量4000余噸，按照150元/t污泥處置單價計算，每年節約費60余萬元。提標改造后每年合計可節約運行費用約290萬元。

　　6結論

　　1)運行實踐證明將生化處理工藝改造為AAO，好氧硝化、缺氧反硝化等各段空間結構功能劃分明確，便于DO、回流量等工藝參數的控制，提高了生化處理系統硝化反硝化效果，確保了出水水質穩定達標。2)充分利用現奧貝爾氧化溝容積，對現有奧貝爾氧化溝，通過封堵轉碟拆除后的洞口提高運行有效水深生化系統有效容積，解決了生化系統對提高設計進水氨氮、TN濃度的抗沖擊負荷能力。

　　3)將轉碟表面曝氣改為底曝提高氧的轉移和利用效率，冬季氧化溝水溫保持在13.5℃以上，與改造前相比升高了1.5℃，保證了微生物硝化活性，提高了脫氮效果，增設推流器保持了奧貝爾氧化溝具有完全混合和推流兩種流態的優點，有效降低運行電耗，提標改造后處理噸水電耗下降了25%。4)實踐證明，將奧貝爾氧化溝內溝改造為好氧2/消氧池，正常運行時僅需將其作為消氧池使用，有效降低內回流混合液溶解氧濃度，缺氧區溶解氧基本為0，反硝化脫氮碳源投加的氮碳(NO3-N：BOD5)比從約6降至3.5左右，生化系統剩余污泥產生量減少了15%。

　　參考文獻：

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　　[6]高守有,劉森彥,黃鷗,等.城市污水處理廠表曝氧化溝脫氮改造工程設計[J].給水排水,2014,40(2):45-48.

　　作者：柴春省，張偉