某污水处理厂1号生化池管式曝气膜大修前后效果对比情况

王波宁

摘要：粤港澳大湾区内某市生活污水处理厂采用的是改良型AAO处理工艺，日处理生活污水12万吨，污水的来源均来自污水管网，水质较好。该污水处理厂生化处理系统运行7年后，出现曝气管堵塞、破裂，曝气不均匀，氧利用率过低等现象，增加了电耗，影响了曝气效果，进而影响了处理效果。该公司研究确定了更换曝气管的维修方案，在保持污泥活性的情况下，8个工作日即完成曝气系统更换作业，使处理系统恢复到建设初水平。

关键词：污水处理；曝气流量；增氧性能

随着我国经济的高速发展及人口大量集聚城镇，一大批污水处理设施相继建成并投入运转，污水处理的理论和应用技术都得到了很大的发展。但是由于曝气设备等都是具有一定的寿命，造成污水处理系统运行若干年后，设备出现老化，更换时需要减产甚至是停产，其难度甚至远大于新建污水处理系统，有时甚至需进行破坏性的改造，并且改造时间长。在改造的过程中，既要保证作业的安全又要加快作业的速度，防止暂时得不到处理的污水外溢，造成环境污染事件，提高曝气管的质量，减少维修、更换的周期，或者不停水能更换曝气管更为理想。类似的案例在国内业界屡见不鲜，急需提高材料性能或发明新的曝气设备。

1、概况

某污水处理厂设计规模为12×104m3/d。生化处理工艺采用改良型A2/O工艺，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准与广东省地方标准《水污染排放限值》（DB44/26-2001）第二时段的一级标准中的较严者。自2010年9月运行至今未进行生化池清淤、维修，生化池的泥砂沉积在曝气管上及周围，现已造成生化池部分曝气管出现堵塞、局部管接头松动及管道破裂等现象。另外，曝气管的使用已经超过了设计的寿命，部分已经破损、破裂，致使曝气不均匀、氧的转移率低，处理吨水电耗较高。同时造成对水下运行设备磨损较大，降低设备的使用寿命等一系列问题。

2、生化池大修情况简述及曝气膜片性能参数

2、1生化池大修情况

针对某污水处理厂生化池好氧段已经出现曝气不均匀，充氧效率不理想，鼓风机出口压力偏大，鼓风机能耗偏高的情况。为改善好氧段曝气情况，通过选用材质优良、弹性较好的曝气膜、降低曝气出口阻力损失，并减少电耗。经对比选用某环保公司代理的美国进口PTFE涂层EPDM橡胶膜片，于2017年9月14日-9月21日对1#生化池进行放空更换前端廊道管式曝气器部分损坏曝气膜进行整根更换，于9月21日17：30恢复生产。

2、2曝气膜片性能参数

2、2、1聚四氟乙烯橡胶（PTFE）

曝气膜片的主要采用聚四氟乙烯橡胶（PTFE）PTEF为特氟龙橡胶，具有很强的耐化学性、有机溶剂、石油类、润滑油等，是一种性能优异的材料，在EPDM的表面进行永久结合，既节约了成本又提高了材料的性能，在使用过程中既不会产生结垢也不会造成材料性能的改变。橡胶膜片采用低塑性EPDM模压生产，表面涂层材料为PTEF材料，能够耐化学性、耐油、有机溶剂、耐结垢等特性，同时具有低塑EPDM的性能，具有弹性高、硬度低、抗撕裂性强、同时确保氧转移率高，水头损失低等特点，可应用于工业废水、生活污水中，使用性能及寿命优于国外挤出产品。可与世界上绝大多数产品进行膜更换。具有价格优势。

2、2、2曝气器膜片主要特点：

（1）形状和大小符合行业标准，可与其他制造商的膜片进行更换；（2）具有多年的实践经验的工程师来帮助你进行曝气系统的设计；（3）对每个曝气膜片进行100%质量控制；

（4）检查膜片的穿孔深度确保气泡的统一；

（5）增塑剂含量比较低，寿命长，阻力小。

图2：更换后试曝气

在较小流量下，存在一临界曝气管长度，使得氧利用率随着曝气管长度的增大而有所提高。然而，随着曝气流量的增大，如当曝气流量约为0.54m3/h时，氧利用率表现为随着管长的增大而降低，这与曝气流量对氧利用率的影响一致，即成反比关系，且不再存在一临界曝气管长度。这表明了在曝气流量与曝气管长度作用下，氧利用率对曝气流量要比曝气管长度敏感得多。

图3：1号大修前图4：1号大修后

经过近2个多月的观察，生化系统更换曝气膜后系统运行正常。从上图看1#大修前曝气段，明显有曝气膜损坏漏气出现液面翻腾及堵塞无气泡的情况，部分位置破损严重，得不到有效均匀的曝气。大修后1#生化系统，池内整个池面的曝气较为均匀，难见翻腾现象；从1#生化池的整体表观曝气效果上看，曝气效果明显优于未改造前。

3.2溶解氧（DO）对比

3.2.1用先修好的1#生化池与未修好的2#生化池进行充氧效果比较。于2017年10月11日及10月12日对二组生化系统进行试验。11日2号与3号风机开度都为85%，先把1号生化系统进空气阀门全打开，把2号生化系统进风阀门全关的情况下，让1号曝气池充氧稳定曝气30分钟，溶解氧在一个稳定值。2号池重复1号池操作稳定操作30分钟，溶解氧在稳定值。具体数字如下表：

表1，1#2#号生化池充氧效率对比

从表2可看出在曝气膜大修前DO在污泥浓度较低的情况下风机开度相同情况下DO不稳定，波动幅度较大，需要较大才能达到工艺要求，大修后在污泥浓度基本相似的情况下能达到工艺要求。说明大修后生化池的充氧效果明显优于未大修前。但是从出风压力以及电流情况看，与更换前基本相同。

3.3风压变化情况

大修完成后，从大部分运行情况看鼓风机风管风压比大修前下降。改造前，好氧进风管压力长期处于0.068Mpa左右，长期高压运行会缩短风机的使用寿命；曝气膜维修后风压稳定在0.065Mpa左右，保证了风机的稳定运行；减少风机的故障。

4.曝气运行能耗对比

表3大修前后连续3天数据比较

从表3可看出生化大修后近一周的运行效果上看，大修后两组生化池污泥浓度在相似的情况下风机吨水电耗为0.0728kW•h/T，9月份未大修前风机吨水电耗0.0542kW•h/T。鼓风机单耗相比大修前上升，其主要原因有二，一水量处理相比7月8月月份要少，日均少了月0.9万吨/天。进水浓度高（10月-11月的进水COD222mg/L，比7月-8月的进水COD135mg/L升高了87mg/L）；二1号生化池大修后曝气工况与2号生化池曝气工况有较大差别，部分气管阀门已损坏无法调节，两边溶解氧难以调整平衡，下一步需要进行气阀的更换。表4可看出生化池大修运行二月后平均风机电耗0.06421kW•h/T比7、8月平均0.0520kW•h/T上升0.0122kW•h/T。比2016年全年风机单耗平均0.05403kW•h/T上升0.01018kW•h/T。从运行的用电情况看，生化大修完成后由于水量减少进水浓度等原因没有降低电耗。

5.结论

从运行效果上，此次更换某环保公司的曝气膜虽然是能达到曝气效果，提升了生化池的曝气效率，DO值明显上升较之前要快，同时也提升生化池生化处理效果；从风机的运行压力看明显下降，从而提升风机的使用寿命。从大修改造成本上看，原生化池用的乌克兰管式曝气器单价为588元/米，某环保公司代理的曝气膜片单价为380元/米，单独更换曝气膜片可节约成本208元/米。此外由于不需要对原有的曝气管道进行改造，可以缩短改造周期，降低大修改造对处理水量的影响。但是大修后的生化池DO值与2号池相比波动幅度大，阀门调控不容易达到效果，容易出现两池DO值相差较大的情况。

项目施工完成后，顺利地接收污水进行有效的处理，没有产生任何处理效果波动，出水水质优于尚未更换前的出水水质，实现了改造的无缝对接。新的曝气系统可靠性和耐久性都有提升，同时也较之前更方便维修和管理，安全性得到极大保证。