改良型卡魯塞爾氧化溝是一種具有A2O工藝特點的氧化溝工藝，在我國污水處理項目中應用較為廣泛。氧化溝工藝運行效果的好壞與設計、運營有密切關(guān)聯(lián)。規(guī)范上的設計參數(shù)參考值較寬泛，設計難以精確取值，使得設計目標與工程結(jié)果產(chǎn)生偏差。結(jié)合已建項目運行情況，根據(jù)實際運行參數(shù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對各類技術(shù)參數(shù)進行全面系統(tǒng)的分析和評估，提出指導性優(yōu)化建議，提高未來新項目的決策水平。
一、工程概況
河南省鞏義市某污水處理廠設計總規(guī)模為5萬m3/d，分2期建設運行，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械反應斜板沉淀池+深床反硝化濾池，二期深度處理工藝采用機械混凝平流沉淀池+V型濾池，出水執(zhí)行一級A排放標準。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60%后外運填埋處置。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)一度超負荷運行。因生化系統(tǒng)污泥膨脹和剩余污泥排放不及時，導致后續(xù)沉淀、過濾單元出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象。在實施中期技改前，還存在能耗高、出水TN不能穩(wěn)定達標的問題。針對上述問題，從水量水質(zhì)、氧化溝運行情況、技術(shù)參數(shù)對比及能耗指標等方面分析，評估氧化溝的技術(shù)合理性，并根據(jù)技改情況驗證結(jié)論。
二、實際運行水量、水質(zhì)
2.1 運行水量
2017年1月~2019年7月間日平均進水量約42000m3/d，達到設計規(guī)模的84%。該廠小時進水量波動較大，最高時進水量是最低時進水量的2.5倍。在高負荷運行情況下，瞬時水量變化對該廠污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生較大的負荷沖擊。
2.2 實際運行進、出水水質(zhì)
根據(jù)最近1年的運行記錄，該廠實際進、出水水質(zhì)結(jié)果如表1所示。
總體上該廠實際進水水質(zhì)高于設計進水水質(zhì)。進水BOD5/COD≥0.45，BOD5/TN≥4，污水可生化性好。從全年各項水質(zhì)指標統(tǒng)計情況看，COD、BOD5、NH3-N等指標表現(xiàn)出優(yōu)異的處理效果，TN、TP已基本穩(wěn)定，保持在一級A標準內(nèi)。
三、氧化溝運行分析
3.1 氧化溝設計概況
一期氧化溝共2組，其中一期原氧化溝設計規(guī)模為0.75萬m3/d，新建改造氧化溝設計規(guī)模1.25萬m3/d。原氧化溝在后期技改中先后實施表曝改底曝、缺氧池改建、增設動力內(nèi)回流、更換潛水推流器等措施，一期氧化溝具備獨立缺氧段和功率匹配的潛水推流器，但僅實施動力內(nèi)回流改造。
3.2 運行情況分析
3.2.1 氮指標沿程分析
一般認為，市政污水處理的最大難點是TN去除率。為便于精準評估生化池的脫氮性能，本次技改后對一期原氧化溝各個功能區(qū)間進行沿程跟蹤分析和評估，結(jié)果如圖2所示。
一期原氧化溝的進水氨、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，滿足出水標準，但進、出水TN相差不到一半，總體上系統(tǒng)脫氮效率一般。
一期提標改造氧化溝的進水氨氮經(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滿足出水標準，但進、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)評估
為便于準確評估生化池的技術(shù)性能，在實際工況條件下，對氧化溝技術(shù)參數(shù)進行核算，并測算進、出水水質(zhì)、水溫情況下氧化溝技術(shù)參數(shù)理論值，兩者進行對比，如表2、表3所示。
根據(jù)測算結(jié)果，一期氧化溝實際水力停留時間和污泥齡均不能滿足設計要求。系統(tǒng)實際反硝化速率不到測算設計值的一半，檢測現(xiàn)場缺氧池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)泥量和污泥指標分析
系統(tǒng)的實際污泥濃度為5~6g/L，高于設計推薦值。分析認為，本項目實際進水碳氮磷指標明顯高于設計值，且該廠瞬時進水量變化大，為適應較高有機負荷，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機，綜合能耗約1500kWh，噸水電耗0.268kWh/m3;一期提標新建氧化溝采用倒傘型曝氣機，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機。
四、技術(shù)評估
鞏義某廠改良型卡魯塞爾氧化溝工藝以城鎮(zhèn)生活污水為處理對象時，對于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A處理標準?？傮w評價為良。該廠生化池設計存在以下問題。
1)氧化溝設計池容量偏小，停留時間不足，主要原因是設計階段預測的進水水質(zhì)與實際情況有較大偏差。
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，導致運行能耗偏高。
五、結(jié)語
對于改良型卡魯塞爾氧化溝設計參數(shù)，建議污泥負荷取0.05~0.08kgBOD5/(kgMLSS?d)，反硝化速率如無試驗條件，建議取0.02~0.03kgNO3-N/(kgMLSS?d)，設計泥齡應不低于15d。理論計算的系統(tǒng)需氧量往往大于實際運行需氧量，對于生活污水為主的污水處理廠項目，若計算氣水比大于5，建議風機按5∶1氣水比配置，并設置變頻，一般能滿足運行要求。
對于氧化溝改造項目，應明確幾點改造思路。
1)將表面曝氣改為底部曝氣。
2)改造生化池應劃分獨立生物選擇區(qū)、厭氧段和缺氧段，缺氧段應采用內(nèi)循環(huán)溝道，確?；旌暇鶆?，避免短流。
3)增設內(nèi)回流泵和多點進水功能，并確保內(nèi)回流、外回流和生化池總進水口在同一位置。
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)回流泵出水口應設于水面以下，多點進水應采用閘門底部進水，避免跌水充氧。( >
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