污水处理厂氧化沟工艺改造研究

施 毅

（剑阁县城市供排水管理中心，四川 广元 628317）

氧化沟工艺具有处理流程简单、操作管理方便、出水水质好、基建投资省、运行费用低等优点，在城市生活污水处理厂应用较广。但因特有的沟体设计，氧化沟内无法形成明显的厌氧、缺氧及好氧环境，脱氮除磷效果差[1]。四川省某污水处理厂采用氧化沟工艺，由于设计及运行存在缺陷，系统存在反硝化效果差、水流短流等问题，出水总氮（TN）无法稳定满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。为确保出水TN 稳定达标，有必要合理布置生化池分区，增加隔墙将氧化沟工艺改为A2O工艺，优化缺氧区缺氧环境，创造反硝化反应的条件。

1 工程背景

该污水处理厂于2010 年建成投入使用，设计处理能力为10 000 m3/d，实际处理能力为7 500 m3/d，设计出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。处理工艺为组合式氧化沟，主要工艺流程为调节池（粗格栅）→旋流沉砂池（细格栅）→组合式氧化沟（平流沉淀池）→纤维转盘滤池→紫外线消毒。近年来，在进水水质正常的情况下，除TN 外，该污水处理厂的其余出水指标能够达到一级A 标准要求。在外加碳源的情况下，TN 大部分时间能够达标，但不稳定，偶尔会出现超标情况，同时，在碳源投加过程中，碳源利用率低，反硝化效果差，碳源使用量大，不经济。

2 存在的问题

该污水处理厂氧化沟分为两组，采用并联方式运行，单组处理能力为5 000 m3/d，有效容积为3 276 m3，有效水深为3.9 m。经分析，该厂在运行中存在3 个突出问题。

2.1 内回流依靠设备推流，回流比无法调控

改造前，氧化沟生化池为一个整体，好氧区、缺氧区直接联通，无相关构筑物隔断，内回流依靠推流器推动泥水混合液在氧化沟内循环，硝化液回流至缺氧区，回流量无法精确控制。

2.2 缺氧区溶解氧浓度高，缺氧环境遭受破坏

单组氧化沟缺氧区设计容积为880 m3，处理水量为5 000 m3/d。经核算，缺氧区水力停留时间为4.2 h，因氧化沟好氧区与缺氧区紧密相连，好氧区末端溶解氧浓度一直较高，硝化液回流会夹杂大量溶解氧进入缺氧区，提高缺氧区溶解氧浓度，使其超过0.5 mg/L，该区域不能形成较好的反硝化反应缺氧环境。因此，反硝化反应难以进行[2]。

2.3 进水浓度偏低，碳氮比失调

近年来，该污水处理厂进水有机物浓度总体偏低，碳氮比不高。2021 年平均进水化学需氧量（CODCr）浓度为143.53 mg/L，五日生化需氧量（BOD5）浓度为42.13 mg/L，TN浓度为34.50 mg/L，碳氮比仅为1.22，难以满足反硝化反应条件[3]。

2.4 氧化沟内水流短流

改造前，污水进入厌氧区后，水流呈多通路流动，既可沿着厌氧区内隔墙循环流动，也可直接从厌氧区出口进入缺氧区造成短流。因此，生化池内存在多处短流，污泥沉积量越来越大，池内有效污泥浓度逐渐降低，导致池体有效容积减少，处理效率降低。

2.5 沉淀池配水渠布水孔直径过小

改造前，沉淀池配水渠布水孔直径为32 mm，单组沉淀池数量为94 个。在运行过程中，由于泥水混合液流动性差，流速较低，过水能力较低，在进水量增加的情况下，沉淀池配水渠存在泥水翻堰的现象。

3 改造方案及思路

生化池改造主要分为三部分，包括新增隔墙、新增内回流泵与管路、增大沉淀池布水孔直径。为尽可能减小改造对周围环境的影响，本次改造采用2 组氧化沟交替运行的方式，在保证厂内正常运行的情况下对氧化沟进行改造。

3.1 新增隔墙改变水流路径

在现状氧化沟厌氧区内、厌氧区与缺氧区之间砌筑混凝土墙体，使三区之间相互独立，互不干扰，在厌氧区末端墙体位置重新开孔，开孔尺寸为700 cm×700 cm。另外，改变厌氧区与缺氧区之间的隔墙搅拌器安装位置，调整缺氧区搅拌器设备搅拌方向，避免形成水流盲区导致沉泥。改造后氧化沟水流示意图如图1 所示。

图1 改造后氧化沟水流示意图

3.2 新增内回流泵及管路

在好氧区末端增加硝化液回流装置，安装硝化液回流泵及回流管道，回流泵规格为500 m3/h，扬程为4 m，采用变频控制。回流管采用Q235A 焊接钢管材质，型号为D325。

3.3 增大沉淀池布水孔直径

沉淀池配水渠布水孔重新开凿，将孔径由32 mm扩大为100 mm，数量保持不变，增加其过水能力。

4 改造后运行效果

该污水处理厂工艺改造自2022 年4 月1 日开始，6 月15 日结束，随后进入调试运行。通过调节风机变频器，可有效控制好氧区溶解氧浓度，同时配合使用硝化液回流泵控制变频，确保硝化液回流比例及缺氧区溶解氧浓度在合理区间，生化系统产生明显的溶解氧浓度梯度，为反硝化反应创造最佳条件[4-5]。

经比较，改造前三个月出水TN平均值为13.78 mg/L，最低值为4.23 mg/L，最高值为22.67 mg/L，改造后三个月出水TN 平均值为6.96 mg/L，最低值为3.07 mg/L，最高值为12.75 mg/L。改造前，碳源投加量约为27.78 L/h；改造后，碳源投加量约为18.81 L/h。改造后，各项出水水质指标稳定，优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准，TN 去除率较改造前明显提高，碳源使用量较改造前降低32.29%。

5 投资及运行成本分析

5.1 工程建设投资

该污水处理厂工艺改造费用共计152.06 万元，包括土建隔墙、内回流泵、低速推流器、曝气管更换等工程内容。

5.2 运行成本分析

改造前，大推流器配备4 台，功率为4 kW；小推流器配备10 台，功率为2.2 kW；硝化液回流泵配备2 台，功率为11 kW。改造后，大推流器配备4 台，功率为7.5 kW；小推流器配备12 台，功率为1.5 kW；硝化液回流泵配备4 台，功率为11 kW。本次改造涉及2 组氧化沟，新增硝化液回流泵2 台，增加小推流器2 台，更换大小推流器14 台。改造对污水处理成本的影响仅来自设备的增加与更换、碳源投加量的变化。因此，本研究仅对电费和碳源使用费用进行测算，如表1、表2 所示。经比较，相比改造前，改造后污水处理厂年电费增加42.10 万元，碳源消耗的年费用减少25.55 万元，总体来说，运行成本增加16.55 万元，按7 500 m3/d 处理水量计算，单位运行成本增加量为0.06 元/m3。

表1 改造前后工艺设备电费比较

表2 改造前后药剂费用比较

6 结论

该污水处理厂在改造过程中充分利用原有池体构筑物，不新建构造设施，减少工程量，降低施工难度，节约建设成本。将氧化沟工艺改造成A2O 工艺，调整生产工艺，可以提升系统的脱氮能力，减少碳源使用量，虽然运行成本较改造前略微有所增加，但是改造后环境效益明显，TN 去除率大幅提升，出水各项水质指标稳定达标，改造前存在的问题得到有效解决，可为其他类似污水处理厂改造工程提供参考。