南方某污水厂预处理段跌水复氧问题分析研究及改造

周亚梁，黄东月

（珠海市城市排水有限公司，广东 珠海 519000）

污水厂由于设计建设等原因，在前段污水提升及预处理段中常常存在污水跌落的现象，而跌水会增加水中的溶氧量，产生跌水复氧现象。目前对跌水复氧的成因还没有定论，但普遍认为跌水区域底部的空气交换和水珠表面张力的变化是复氧的关键。跌水复氧主要发生在预处理单元，会加快进水中快速碳源的消耗，进而对系统的脱氮除磷效率产生不利影响。以脱氮为例，基于反硝化理论，不考虑生物同化作用下，去除1 g NO3-N需要消耗2.86 g COD[1]。

当前，南方很多污水厂的进水有机浓度较低，为确保生物系统正常，水质达标，尤其是总氮达标，需额外投加碳源（乙酸、乙酸钠等），对跌水复氧进行分析研究和改造，对工艺优化、成本节约及更科学合理的设计具有非常重要的指导意义。

1 污水厂概况介绍

该污水厂位于广东珠海，设计规模为8万t/d，分两期建设运行，一期3万t/d，二期5万t/d，主体工艺为改良A2O氧化沟+精密过滤，出水排放标准执行一级A和广东省地标二者最严值。预处理单元沿程构筑物及主要设备包括粗格栅、提升泵房、细格栅、曝气沉沙池。

2 预处理段复氧现象分析

经分析，跌水主要存在曝气沉砂池末端，为便于比较，先对细格栅前到沉砂池末端跌水底部沿程进行溶解氧（DO）分析，测定采用哈希HQ30d便携式DO仪，共设5个点，分别是细格栅前、后、曝气沉砂池出水口、跌水中部和跌水底部，详情如图1所示。

图1 预处理段沿程DO分析位置

对上述监测点连续进行12 d的DO含量分析，结果如图2所示。分析周期内，细格栅前进水DO平均值为0.16 mg/L，细格栅后水DO平均值为0.33 mg/L，曝气沉砂池出水口DO平均值为1.91 mg/L，跌水区域中部DO平均值为2.05 mg/L，跌水区域底部DO平均值为4.20 mg/L。

通过图2变化分析可知，预处理段DO变化或者说跃升主要发生在两个阶段，第一个阶段是在曝气冲刷过程中；第二阶段是从曝气沉砂池出水口到末端集水区跌水过程。进一步分析可知，第一阶段的曝气属于工艺流程，不可避免，所以第二阶段的跌水复氧变化是此次研究的重点。

图2 细格栅及曝气沉砂池沿程DO变化

图3 曝气沉砂池末端跌水区域DO变化

首先计算末端跌水区域的DO变化差值，根据图3可知，从跌水区底部到中部的DO增加平均值为2.14 mg/L；而跌水区底部到曝气沉砂池出水口处的DO增加平均值为2.29 mg/L；跌水复氧增加值在整个分析周期内比较接近，变化趋势也很稳定。根据该结果可知，跌水复氧主要发生在跌水底部区域。

另外，根据图4可知，跌水复氧增加值与进水水质的浓度变化没有明显的直接关系。进一步推测，跌水复氧可能主要与跌水高度和跌水区域面积有关。

经现场测试，在进水水量为2500 m3/h左右时，曝气沉砂池出水口处的跌水高度为0.5 m左右，曝气沉砂池由对称两格组成，两边跌水区域面积相等，单个约 2.5 m2。

图4 分析周期内进水水质情况

3 曝气沉砂池跌水区域改造及效果评价

该厂此次改造是通过在沉砂池出水口区域贴近水面处加装盖板，阻断、改变跌水复氧区域的正常空气交换，以期降低复氧值。改造的材质为普通的废旧遮阳板，四周用玻璃胶密封，同时在盖板上开小孔，便于DO仪探头测量。另外，该出水口集水坑上部有两个阀门（分别是生化池的出水阀和超越阀），施工时不能停产，所以无法做到完全密封，有明显的缺口，详情如图5所示。

图5 改造前后对比

改造完成后，立刻进行DO值变化测定，以确定改造效果。经过20 d的测定，根据图6可知，改造后曝气沉砂池出水口和跌水底部的DO差值明显减小，且数值变化规律一致。需特别说明的是，图6后半段DO值明显升高，是因为外部污水管网改造，造成该段时间进水量降低，且进水中微小砂砾含量增多，为避免后续工艺影响，加大了沉砂池的曝气强度，导致进水的DO值明显升高。同时，该段时间内曝气沉砂池末端跌水高度也从0.5 m增加至0.9 m。

经检测，该段分析周期内，细格栅进水DO平均值为1.04 mg/L，曝气沉砂池出水DO值为3.61 mg/L，跌水底部DO平均值为4.32 mg/L，增加约0.71 mg/L，跌水复氧增加值从2.29 mg/L降至0.71 mg/L，此次改造直接节省LCOD约1.58 mg/L。以上测定结果基本证明，此次跌水区域的改造效果达到了预期目的。

另外，为深入分析改造后跌水复氧值降低的原因，又对盖板内外区域空气中的DO值进行了测定。根据图7盖板内外的DO值测定可知，盖板外的空气DO平均值为7.83 mg/L，盖板内（跌水区域上部）的空气DO平均值为6.61 mg/L，盖板内外的DO值差为1.22 mg/L，且该变化趋势比较稳定，说明加装盖板后确实改变了跌水区域的空气交换流动性，也间接证明了此次改造方法的有效性，说明此次改造是基本成功的。

图6 改造后跌水区DO变化

图7 改造后盖板内外DO值变化

4 经济性分析

以该厂8万t/d的设计规模计算，将节省的LCOD以乙酸计，通过该方式改造后每年至少可节省的乙酸费用约为40万，且理论上可提高系统脱氮量约1.1 mg/L。该方法简单实用，对南方地区进水有机浓度较低、碳源明显不足污水厂的类似改造具有明显的借鉴意义，也为污水厂内部碳源的开发利用和工艺优化指明了新的方向。