曝气沉砂池的预处理对COD去除效果的影响

柯浪文，夏耿东，冯 珊，徐嘉琪，林婧舒

（广州市污水治理有限责任公司石井分公司，广东广州 510450）

1 曝气沉砂池的基本介绍

曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向上设有曝气装置，在其下部设有集砂斗，池底有i=0.1～0.5的坡度，以保证砂粒滑入。污水在曝气沉砂池中存在着两种运动方式，其一为水平流动。同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的横断面上产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净[1]。

图1 曝气沉砂池螺旋形流态图Fig.1 Spiral Flow in Aerated Grit Chamber

2 分析项目及方法

项目实施时间是2012年3月至7月，分别按20、25、30、35、40 Hz调节罗茨风机变频器的频率，得出以下三部分的数据并进行分析：

①分析比较此频率下SS、COD的去除效果；②分析其产砂量以及测量其频率下分离出砂粒的纯净度；③研究此频率下对生物反应池DO、ORP以及进出水硝氮的影响。

3 结果与讨论

3.1 比较2012年3月至7月曝气沉砂池出水SS、COD的去除效果

（1）2012年3月调整罗茨鼓风机频率为20 Hz，沉砂池SS、COD的去除情况如图2、图3所示。

如图2所示，3月出现19天沉砂池出水SS含量大于进水SS的情况，可能是由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，并带动沉于池底的颗粒物质，从而使SS含量增加。除去出现19天的异常情况，SS去除率呈较明显的波动趋势，波动范围15.20%～66.9%，但总体均值为负数。因该月数据出现超过一半数据的沉砂池出水SS大于进水，导致沉砂池除砂效果未能得到发挥，推断该频率无法满足工艺生产需求。

图2 3月曝气沉砂池SS的去除率Fig.2 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in March

如图3所示，3月出现17天进水CODCr的浓度高于沉砂池出水CODCr的情况，可能是由于曝气量不足，水流冲刷作用不够充分，粘附在砂粒上的有机污染物去除效果不佳。正常数据应是进水CODCr的浓度略低于沉砂池出水CODCr，由于曝气沉砂池能提高污泥有机物组分的含量。剔除异常数据后，本月沉砂池出水COD去除率波动范围在3.9%～24.7%，平均去除率12.49%。去除率偏低且波动范围大。该月数据异常情况较为明显，推断该频率无法满足工艺生产需求。

图3 3月曝气沉砂池COD的去除率Fig.3 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in March

（2）2012年4月调整罗茨鼓风机频率为25 Hz，沉砂池SS、COD的去除情况如图4、图5所示。

如图4所示，4月SS去除率的波动较大，波动范围3.37%～57.78%，剔除异常数据后，平均去除率为17%。与3月份情况类似，该月数据出现近半数据的沉砂池出水SS大于进水，导致沉砂池除砂效果未能得到发挥，剔除部分数据后SS去除率虽达29%，但效果稳定性太低。出现12天进水SS含量小于沉砂池出水SS的情况，可能是由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，并带动沉于池底的颗粒物质，从而使SS含量有一定增加。与频率为20 Hz的情况相比较，增大曝气量后，SS的去除率未有所提高，虽除砂效果有所改善，但该频率下无法满足工艺生产需求。

图4 4月曝气沉砂池SS的去除率Fig.4 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in April

如图5所示，4月CODCr去除率波动范围1.83%～22.03%，其中平均去除率只有3.33%，出现18天进水CODCr的浓度高于沉砂池出水CODCr的情况，且差值比较大，说明其有机物与砂子分离效果不佳。可能是由于曝气量不足，水流冲刷作用不够充分而导致粘附在砂粒上的有机污染物去除率较低。推断该频率无法满足工艺生产需求。

图5 4月曝气沉砂池COD去除率Fig.5 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in April

（3）2012年5月调整罗茨鼓风机频率为30 Hz，沉砂池SS、COD的去除情况如图6、图7所示。

如图6所示，在5月中上旬进出水波动比较平稳，沉砂池出水SS随着进水SS变化而波动，但在5月19日出现最高值，这说明SS的变化对曝气沉砂池的SS去除效果有一定程度的影响。5月曝气沉砂池的SS去除率在13.79%～62.50%之间，波动起伏比较大。5月SS平均去除率为28.60%。

图6 5月曝气沉砂池SS的去除率Fig.6 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in May

如图7所示，在5月中上旬进出水波动比较平稳，沉砂池出水CODCr随着进水CODCr变化而波动，但在5月19日出现最高值，这说明CODCr的变化对曝气沉砂池的COD去除效果有一定程度的影响。5月曝气沉砂池的COD去除率在2.24%～78.27%之间，波动起伏比较大。5月COD平均去除率为17.28%。

图7 5月曝气沉砂池COD去除率Fig.7 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in May

（4）2012年6月调整罗茨鼓风机的频率为35Hz，沉砂池SS、COD的去除情况如图8、图9所示。

图8 6月曝气沉砂池SS的去除率Fig.8 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in June

如图8所示，6月曝气沉砂池的SS去除率在12.50%～66.16%之间，波动起伏比较大。6月SS平均去除率为33.64%。

图9 6月曝气沉砂池COD去除率Fig.9 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in June

如图9所示，6月曝气沉砂池的COD去除率在7.48%～46.80%之间，波动起伏比较平稳。6月COD平均去除率为18.53%。

（5）2012年7月调整罗茨鼓风机的频率为40 Hz，沉砂池SS、COD的去除情况如图10、图11所示。

如图10所示，7月曝气沉砂池的SS去除率在3.57%～53.16%之间，波动起伏比较大。7月SS平均去除率为21.66%。

如图11所示，7月曝气沉砂池的COD去除率在2.68%～45.83%之间，波动起伏比较大。7月COD平均去除率为13.25%。

以上5个月的数据，汇总如表1。

图10 7月曝气沉砂池SS的去除率Fig.10 Removal Rate of SS in Aerated Grit Chamber in July

图11 7月曝气沉砂池COD去除率Fig.11 Removal Rate of COD in Aerated Grit Chamber in July

表1 不同风机频率下各月SS、COD去除率Tab.1 Removal Rate of SS and COD with Different Fan Frequency in Each Month

如表1所示，6月SS平均去除率最高为33.64%，同时，CODCr的去除效果最佳，平均值为18.53%。罗茨鼓风机的频率为35 Hz时，沉砂池SS与COD的去除效果最佳。

3.2 产砂量和分离出砂粒的纯净度

沉砂池去除垃圾与大量无机物的途径主要是通过沉砂池桁车上的吸砂泵将池底沉积的砂粒垃圾抽到砂水分离器处分离，从而从污水系统中除去。因系统砂水分离器工作原理是重力沉砂后再通过螺杆输送到垃圾斗，对这次试验影响不大，这次试验不讨论砂水分离器作用。主要从不同频率下的罗茨风机运行时，研究沉砂池砂泵的产砂量与产生的砂粒的纯净度，从而比较得出该频率下沉砂池砂泵的处理效果。通过检测砂粒中无机物的含量来判断砂粒的纯净度如表2所示。

相比之下，风机频率为30与35 Hz时，沉砂池出砂的效率最好，且纯净度较高，砂泵的堵塞次数也在接受的范围内，检测出的纯净度变化范围最稳定应为35 Hz时，能发挥沉砂池最高最稳定的处理效果。

表2 2012年3月至7月砂粒纯净度试验数据Tab.2 Experimental Data of Sand Purity from March to July in 2012

3.3 各频率下的曝气量对生物反应池DO、ORP以及进出水硝氮(NO3-N)的影响

如图12所示，5月生物反应池厌氧段ORP在-408～-156，总体比上月稳定，硝氮未检出。

检测值中DO范围为：厌氧段DO与上月比较明显下降，数值稳定下降。在工艺控制范围，没有对反应池DO造成影响。分配井影响DO因素：分配井DO未检出较多，检出值波动较大，范围较大，纵观3～5月，分配井DO暂时与罗茨鼓风机开启频率无关。

图12 5月风机频率30 Hz下的ORP数据图Fig.12 Value of ORP under the Fan Frequency of 30 Hz in May

图13 5月风机频率30 Hz下的DO数据图Fig.13 Value of DO under the Fan Frequency of 30 Hz in May

图14 6月风机频率35 Hz下的ORP数据图Fig.14 Value of ORP under the Fan Frequency of 35 Hz in June

如图14所示，6月生物反应池厌氧段ORP在-420～109，除6月28日换池外总体比上月稳定。厌氧段DO与上月比较明显下降，DO数据较好。

如图15所示，7月生物反应池厌氧段ORP在-348～-34，总体较稳定。硝氮全部未检出，难以对硝氮进行分析。DO基本未检出，难以对DO进行分析。

图15 7月风机频率40 Hz下的ORP数据图Fig.15 Value of ORP under the Fan Frequency of 40 Hz in July

4 能耗分析

该厂一共3台罗茨风机对沉砂池进行供气，一期使用1台运行可满足单池曝气，设备采用变频调节，可远程或就地控制，设备主要参数如下：

流量（在 1.013×105Pa，相对湿度80%条件下）：100%—2 418 Nm3/h，45%—1 088 Nm3/h；电机电压等级：AC380V；电机功率：45 kW；功率因素cos∮：0.85

通过不同频率，现场用钳表测得相关运行电流数据，粗略可以估算出风机的能耗情况，如表3所示。

表3 不同频率下风机的耗能情况Tab.3 Energy Dissipation of Fan under Different Frequency

设备能耗是随着变频的频率增加而增加的，在保证沉砂池曝气充足的前提下，降低频率，可有效减小电流，从而达到降低能耗的目的，选择去除效果最好的6月数据，同比工频情况下，电机运行功率可减5.3 kW,由于设备是24 h不间断运行，折算全天可节约127.2度电，效果非常明显，一旦二期投产，投入2台设备运行，节能效果将翻倍，这将给该厂在节能降耗，变动成本控制带来极大的益处。

5 结论

（1）从以上数据分析可得出，在罗茨鼓风机频率调节为35 Hz的情况下，曝气沉砂池的SS去除率比较稳定，平均值为33.64%。同时，COD的去除效果最佳，平均值为18.53%。

（2）罗茨风机在频率35 Hz时沉砂除砂能发挥最好的效果，且在35 Hz频率时最稳定，单机可节约用电127.2 kW·h/d，节能效果尤其显著。

（3）2012 年 3 月份开始，研究了 20 Hz、25 Hz、30 Hz、35 Hz、40 Hz风机频率下的曝气量对生物反应池DO、ORP以及进出水硝氮（NO3-N）的影响，通过5个月的研究测试和大量数据的分析，当罗氏风机频率控制在35 Hz时处于最佳工况点。ORP氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱。当罗氏风机频率控制在35 Hz时生物反应池厌氧段ORP在0～400 mV，证明还原性较好，营造良好的厌缺氧环境，在含氧量不高的情况下，反硝化效果好，有助于更好地厌氧释磷，提高污水处理效果。

［1］李涛,沉砂池的设计及不同池型的选择 [J].中国给水排水,2001,17(9):37-42.