改良型卡魯塞爾氧化溝是一種具有A2O工藝特點(diǎn)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(yíng)有密切關(guān)聯(lián)。規范上的設計參數參考值較寬泛，設計難以精確取值，使得設計目標與工程結果產(chǎn)生偏差。結合已建項目運行情況，根據實(shí)際運行參數和基礎數據，對各類(lèi)技術(shù)參數進(jìn)行全面系統的分析和評估，提出指導性?xún)?yōu)化建議，提高未來(lái)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(chǎng)設計總規模為5萬(wàn)m3/d，分2期建設運行，其中一期2萬(wàn)m3/d，二期3萬(wàn)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+石灰穩定干化技術(shù)，脫水污泥含水率達60%后外運填埋處置。該廠(chǎng)一期工藝流程如圖1所示。

　　該廠(chǎng)自2018年下半年以來(lái)，污泥產(chǎn)量劇增，污泥處理系統一度超負荷運行。因生化系統污泥膨脹和剩余污泥排放不及時(shí)，導致后續沉淀、過(guò)濾單元出現跑泥現象。在實(shí)施中期技改前，還存在能耗高、出水TN不能穩定達標的問(wèn)題。針對上述問(wèn)題，從水量水質(zhì)、氧化溝運行情況、技術(shù)參數對比及能耗指標等方面分析，評估氧化溝的技術(shù)合理性，并根據技改情況驗證結論。

　　二、實(shí)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(jìn)水量約42000m3/d，達到設計規模的84%。該廠(chǎng)小時(shí)進(jìn)水量波動(dòng)較大，最高時(shí)進(jìn)水量是最低時(shí)進(jìn)水量的2.5倍。在高負荷運行情況下，瞬時(shí)水量變化對該廠(chǎng)污水處理系統產(chǎn)生較大的負荷沖擊。

　　2.2 實(shí)際運行進(jìn)、出水水質(zhì)

　　根據最近1年的運行記錄，該廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)結果如表1所示。

　　總體上該廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)高于設計進(jìn)水水質(zhì)。進(jìn)水BOD5/COD≥0.45，BOD5/TN≥4，污水可生化性好。從全年各項水質(zhì)指標統計情況看，COD、BOD5、NH3-N等指標表現出優(yōu)異的處理效果，TN、TP已基本穩定，保持在一級A標準內。

　　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模為0.75萬(wàn)m3/d，新建改造氧化溝設計規模1.25萬(wàn)m3/d。原氧化溝在后期技改中先后實(shí)施表曝改底曝、缺氧池改建、增設動(dòng)力內回流、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(shí)施動(dòng)力內回流改造。

　　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(diǎn)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(gè)功能區間進(jìn)行沿程跟蹤分析和評估，結果如圖2所示。

　　一期原氧化溝的進(jìn)水氨、氮經(jīng)好氧段后顯著(zhù)降低，硝酸鹽氮在好氧段逐步提升，說(shuō)明生化系統硝化作用良好;氧化溝進(jìn)水硝酸鹽氮經(jīng)缺氧段后濃度降低約一半，說(shuō)明生化系統有一定的反硝化作用;氧化溝出水TN低于15mg/L，滿(mǎn)足出水標準，但進(jìn)、出水TN相差不到一半，總體上系統脫氮效率一般。

　　一期提標改造氧化溝的進(jìn)水氨氮經(jīng)缺氧段、好氧段后顯著(zhù)降低，說(shuō)明生化系統硝化作用良好;氧化溝進(jìn)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(shuō)明低濃度硝酸鹽氮情況下的反硝化作用不明顯，后者說(shuō)明好氧段的氨、氮含量較低;氧化溝出水TN低于15mg/L滿(mǎn)足出水標準，但進(jìn)、出水TN相差過(guò)半，總體上系統脫氮效率優(yōu)于一期原氧化溝(見(jiàn)圖3)。

　　3.2.2 氧化溝技術(shù)參數評估

　　為便于準確評估生化池的技術(shù)性能，在實(shí)際工況條件下，對氧化溝技術(shù)參數進(jìn)行核算，并測算進(jìn)、出水水質(zhì)、水溫情況下氧化溝技術(shù)參數理論值，兩者進(jìn)行對比，如表2、表3所示。

　　根據測算結果，一期氧化溝實(shí)際水力停留時(shí)間和污泥齡均不能滿(mǎn)足設計要求。系統實(shí)際反硝化速率不到測算設計值的一半，檢測現場(chǎng)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，降低系統的反硝化速率。

　　3)池內攪拌混合不充分。

　　3.2.3 產(chǎn)泥量和污泥指標分析

　　系統的實(shí)際污泥濃度為5~6g/L，高于設計推薦值。分析認為，本項目實(shí)際進(jìn)水碳氮磷指標明顯高于設計值，且該廠(chǎng)瞬時(shí)進(jìn)水量變化大，為適應較高有機負荷，生化系統的污泥濃度偏高。為避免引發(fā)污泥膨脹或死泥較多導致的二沉池跑泥問(wèn)題，必須加大剩余污泥排放量，也是該廠(chǎng)污泥產(chǎn)量居高不下的主要原因。

　　3.3 能耗分析

　　氧化溝供氧系統是污水處理廠(chǎng)能耗較大的環(huán)節。一期原氧化溝采用空氣懸浮離心風(fēng)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，傳統表面曝氣在節能方面明顯不及新型離心風(fēng)機。

　　四、技術(shù)評估

　　鞏義某廠(chǎng)改良型卡魯塞爾氧化溝工藝以城鎮生活污水為處理對象時(shí)，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(mǎn)足一級A處理標準?？傮w評價(jià)為良。該廠(chǎng)生化池設計存在以下問(wèn)題。

　　1)氧化溝設計池容量偏小，停留時(shí)間不足，主要原因是設計階段預測的進(jìn)水水質(zhì)與實(shí)際情況有較大偏差。

　　2)氧化溝技改后的外回流、內回流改造點(diǎn)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、結語(yǔ)

　　對于改良型卡魯塞爾氧化溝設計參數，建議污泥負荷取0.05~0.08kgBOD5/(kgMLSS?d)，反硝化速率如無(wú)試驗條件，建議取0.02~0.03kgNO3-N/(kgMLSS?d)，設計泥齡應不低于15d。理論計算的系統需氧量往往大于實(shí)際運行需氧量，對于生活污水為主的污水處理廠(chǎng)項目，若計算氣水比大于5，建議風(fēng)機按5∶1氣水比配置，并設置變頻，一般能滿(mǎn)足運行要求。

　　對于氧化溝改造項目，應明確幾點(diǎn)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、厭氧段和缺氧段，缺氧段應采用內循環(huán)溝道，確?；旌暇鶆?，避免短流。

　　3)增設內回流泵和多點(diǎn)進(jìn)水功能，并確保內回流、外回流和生化池總進(jìn)水口在同一位置。

　　4)厭氧段和缺氧段改為完全混合或內部循環(huán)的混合方式，確保污水和活性污泥充分接觸混合。

　　5)內回流泵出水口應設于水面以下，多點(diǎn)進(jìn)水應采用閘門(mén)底部進(jìn)水，避免跌水充氧。(來(lái)源：北控(杭州)生態(tài)環(huán)境投資有限公司;鞏義北控水務(wù)有限公司)