稳定氧化塘

一、镇海炼化公司曝气塘实例

“九五”期间，随着镇海炼化公司炼油改扩建工程的完成，以及进厂原油品种的多样化和劣质化，厂区污水处理场达到污水排放新标准的稳定性也随之降低。原总容积约为9万m3的厂外氧化塘，开始出现不能适应生产发展和外排废水达标要求的趋势。加之，公司居民区的生活污水也需要得到有效的治理。因此，决定在原氧化塘区域内配套建设一座程控曝气沉淀塘(简称曝气塘)。曝气塘占地面积150m*52m，约为原氧化塘的13%。水深由原氧化塘的1.5-2m提高至4m，有效容积24000m3，处理能力24000m3/h，总投资1177.24万元，1997年3月建成投运。

处理对象、污水水量和水质
(1)生活污水
设计处理量400t/h，目前实际处理量350t/h。COD和NH3-N设计值分别为250mg/L和25mg/L，实际值分别为200mg/L和20mg/L。
(2)厂区污水处理场来水
设计处理量600m3/h，目前实际处理量550m3/h。正常来水时，COD和NH3-N设计值分别为120mg/L和25mg/L，实际值分别为120mg/L和20mg/L；受冲击性负荷时，COD和NH3-N设计最大值分别为300mg/L和50mg/L，实际最大值分别为430mg/L和45mg/L。当曝气塘直接处理1-2m3/h、COD浓度高达40000-80000mg/L的碱渣污水时，来水COD浓度大幅度上升。
(3)总进水
设计处理量1000 m3/h，目前实际处理量900 m3/h。设计总进水水质：COD≤230mg/L， NH3-N≤36mg/L。实际进水水质波动较大。
曝气塘工艺原理及设计
(1)工艺原理和特点
传统曝气式氧化塘是在稳定氧化塘的基础上增加人工曝气，但不设污泥回流装置，曝气塘中活性污泥量很少，因此，其本质上是属于一种长时间曝气但污泥量很少的活性污泥法。
该法的污水停留时间3-8天，曝气方式既有机械式，也有鼓风曝气式。
技术上力求创新而投资上力求节约的曝气塘，在工艺上优化组合，集成了传统曝气式氧化塘、鼓风曝气池、程控间歇式SBR池和氧化沟及膜法反硝化池等技术。该曝气塘分成6池交替工作，其中1#、2#、5#、6#四座曝气池轮流兼作沉淀池，按程序序列间歇进行曝气和静置沉降，依次轮流作为工业污水进水池、曝气池和生物污泥沉淀状态下总出水池，各池的工作状态依次为进水曝气-闷曝(不进出水)，静置预沉淀-沉淀出水、进水曝气。3#和4#池有一半(3#A和4#A)设置了无框架的自由摆动填料，轮流作为生活污水进水池及膜法反硝化池。因此，6池曝气塘整体上是连续进出水，污水的停留时间为24h。该曝气塘的工艺特点和优势有：
①曝气塘的池内平均流速控制在3mm/s或6mm/s以下，以加强生物污泥沉淀状态下总出水池的泥水分离，确保出水不带生物粒子，防止生物污泥的流失，维持曝气塘有足够的生物污泥浓度。
②进水方式采用工业污水和生活污水多点进水，多孔配水渠或穿孔管均匀布水。同时，曝气方式采用池底均布微孔曝气器或软管的鼓风曝气，以提高曝气塘的搅拌和充氧能力，使进水与生物污泥粒子和已净化的废水能够较快地完全混合，迅速地稀释进水污染物浓度，从而使曝气塘具有较强的缓冲和耐冲击能力。
③流程上，程控可变的工业污水进水口与出水口的距离始终保持在130m左右，且总出水池中上部的流态在生物污泥充分沉淀的状态下基本上处于层流态，因此，曝气塘整体上又是处于推流式，使进水口的异常水质在较长一段时间内不会影响到出水口的水质。
④大部分经过厂区污水处理场一段生物处理，与部分未经生物处理的工业污水和生活污水一起进曝气塘处理，且好氧态、缺氧态和厌氧态交替呈现，可提高曝气塘微生物群体的多样性，提高曝气塘出水的净化深度。
⑤生活污水中COD和磷分别作为曝气塘反硝化的碳源和微生物的营养素，可提高反硝化率，减少工业污水生物处理所需的外加碳源和磷盐，降低外排水磷氮的富营养化污染。
⑥不设污泥二次沉淀池和污泥回流泵及滗水器，减少了构筑物和设备。
(2)工艺流程
程控曝气沉淀塘8h为一个循环工作周期，每隔2h自动切换一次流程，即在一个周期内，有以下4种依次切换的工艺流程。
流程一2#、6#池闷曝；6#池提前半小时停止曝气，沉淀污泥，见图4-32。
流程二1#、5#池闷曝；1#池提前半小时停止曝气，沉淀污泥，见图4-33。

流程三2#、6#池闷曝；2#池提前半小时停止曝气，沉淀污泥，见图4-34。

流程四1#、5#池闷曝；5#池提前半小时停止曝气，沉淀污泥，见图4-35.

(3)主要工艺设计参数
①生物可降解性参数
由于设计了缺氧、厌氧处理，且生活污水占总进水的比例为30%-40%，工业污水BOD与COD之比可以小于0.3，但须大于0.1。
②进水污染物负荷
COD负荷，230kg/h；NH3-N负荷，36kg/h。
③出水水质
COD≤100mg/L，NH3-N≤25mg/L。
④生物污泥量
污泥浓度，2~3g/L，挥发性污泥浓度，1.4-2.1g/L。
⑤污染物去除负荷
COD容积去除负荷，0.18kg/m3·d；NH3-N容积去除负荷，0.021kg/m3·d。
按挥发性污泥浓度计算的污泥去除负荷为0.13-0.086kg.COD/kg.MLSS.d和0.015-0.01kg.NH3-N/kg.MLSS.d。
⑥污泥泥龄和污泥产率
泥龄大于20天。按延时曝气法或接近延时曝气法的污泥负荷运转，不包括进水所带入悬浮物的污泥产率接近于零。
⑦需氧量和溶解氧
延时曝气法需氧量选用的经验数据：去除每kgCOD和NH3-N的需氧量分别为1.5吨和4.5kg(扣除反硝化的增氧量)。
出水溶解氧≥1.5mg/L；各池曝气时溶解氧2-4mg/L；3#池和4#池反硝化溶解氧≤0.5mg/L。
⑧曝气沉淀池水平流速
各池平均水平流速3mm/s；沉淀池出水时上层水平流速≤6mm/s。
⑨进出水pH值
进水pH值6-9，但当进水NH3-N浓度较高、硝化作用强烈时，进水pH值可放宽至9.5左右。
出水pH值6-9，夏季为避免下游监护池或氧化塘疯长藻类导致排放口pH值超标，出水pH值应控制在接近低限。
⑩进水温度
一般控制在20-35℃，但冬季生活污水水温会降低到15℃以下，此时工业污水进水水温须控制在25-40%。
(4)曝气沉淀塘的工艺设计
①确定总容积的计算公式
曝气沉淀塘各池在每个工作周期内，不完全处于好氧态，部分时间处于厌氧沉淀状态或缺氧态。塘内生物污泥及生物膜是以好氧菌、厌氧菌、兼性细菌和硝化菌等组成的自养菌的共生体。可以在较短时间内，将水中的污染物附聚在微生物表面，并在交替出现的不同环境条件中，各自发挥不同的净化功能。同时考虑到该曝气沉淀塘是按延时曝气法或接近延时曝气法的污泥负荷运转，曝气或生化反应时间比常规的活性污泥法高出2倍左右，而在这样长的时间内污水碳化和硝化反应都可以是比较完全的。因此，曝气沉淀塘总容积(V)的计算公式可以简化为：V=24·Q△G/Fv·1000
式中 Q--污水设计流量，m3/h；
△G--进出水COD浓度之差，mg/L；
Fv--COD容积去除负荷，kg/m3·d。
②确定需氧量和供风量的计算公式
O2=1.5△COD+4.5△NH3-N/1000 Q
Gs=O2/1.293*0.231·Es
式中 O2--总需氧量，kg/h；
Gs--鼓风供风量，m3/h；
Es--曝气器氧转移效率，%；
△COD--进出水COD浓度之差，mg/L；
△NH3-N--进出水NH3-N浓度之差，mg/L。
1.5和4.5分别为延时曝气法去除1kg COD和NH3-N(扣除反硝化的增氧量)的需氧量的经验数据。
1.293和0.231分别为空气的体积质量和氧的质量系数。
③自控系统
曝气沉淀塘一般设一套定时自动控制系统，按设定的时间间隔控制进水阀门、进风阀门和出水溢流堰的启闭和切换。在自控系统出故障或受冲击负荷时，可切换到手动遥控系统。对污水水质和水量波动很大的曝气塘，为提高运行的稳定性和降低动力消耗，也可设置曝气供风量的自控系统，根据在线仪表出水溶解氧和COD等指标的变化，调节闷曝池的供风量。为降低投资，本实例未设供风量的自控系统，只设一套PLC定时自控系统。
④曝气塘的工艺设计
a.好氧态时段与厌氧态、缺氧态时段的比率：为保持塘内硝化菌的活性，沉淀厌氧态的时间不超过2.5h，整体上好氧态时段与厌氧态、缺氧态时段的比率大致保持在3左右。
b.进水口与出水口的位置：每座曝气沉淀池的工业污水进水口均布置在前半池，程控可变的工业污水进水口与出水口之间始终隔着串联的3#、4#池和1.5间曝气沉淀池。生活污水的进水口设置在3#A、4#A池。
b.均匀布水设施：各曝气沉淀池的进水处与出水处分别设置配水渠和横向布置的、有多个淹没孔的出水渠，淹没孔的水平位置为水下1m。生活污水进水的均匀布水设施为多根进水支管，各支管出水口均处于3#A和4#A池的池底。
d.水力控制设施：整个曝气塘为重力流，4座曝气沉淀池出水渠的溢流堰各设置2-3个可调式出水溢流堰，堰的调节高度为0.4-0.5m。进水处至出水处的水力坡降应控制在0.3m以下，以避免进水池处于关闭状态的调节堰溢流出水，导致污泥流失。
e.曝气塘的有效尺寸：总有效面积150m*40m；水深4m；长方形6座曝气池每个池的平均有效尺寸40m*25m*4m；总有效容积24000m3。
f.曝气设备和曝气器的布置：鼓风机采用压头为4.9m的离心式鼓风机3台，供风能力120m3/min的2台，60m3/min的1台。
曝气器选用充氧效率较高的微孔曝气软管和膜片微孔曝气器，均布于各曝气池池底。
9.膜法反硝化池：在3#A和4#A池内选用免用支架的TB型白由摆动填料约5000m3。
⑤曝气塘的平面布置流程见图4-36：
主要工艺条件的设计计算
(1)好氧区容积(V0)及其停留时间(t1)
V0=24 Q△COD/1000 Fv=24*1000(230-50)/1000*0.25=17280m3
t1=V0/Q=17280/1000=17.28h
(2)厌氧沉淀区容积(VA1)及其停留时间(t2)
为使生物污泥中硝化菌在厌氧沉淀区停留后能保持活性，取厌氧沉淀停留时间t2为2.5h。
VA1=Qt2=1000*2.5=2500m3
(3)缺氧反硝化区容积(VA2)及其停留时间(t3)
为使悬浮态生物污泥中硝化菌在缺氧反硝化区通过时不降低活性，取反硝化区停留时间t3为2.5h。
VA1=Qt2=1000*2.5=2500m3
(4)曝气塘总容积(V)及总停留时间(t)
V=V0+VA1+VA2=17280+2500+2500=22800m3
取设计总容积为24000m3，为简化各池容积分配的构筑物设计及强化泥水分离效果，将厌氧沉淀区容积扩大到4000m3，使4个曝气沉淀池总容积为16000m3；膜法A/O池容积为2*2000m3；泥法O池容积为2*2000m3。但各曝气沉淀池程控厌氧时间仍控制在2.5h。其中，预沉淀时间为0. 5h，出水沉淀时间为2.5h。
t=V/Q=24h(平均值)
(5)有效水深(H)和有效的总平面面积(S)
H=4m；S=V/H=24000/4=6000m3
(6)曝气塘总需氧量(O2)
O2=Q(1.5△COD+4.5△NH3-N)/1000
=1000*[1.5*(230-50)+4.5*(36-15)]/1000
=364.5kg/h
(7)曝气塘总供风量(Gs)
Es取0.15，为微孔曝气软管和膜片微孔曝气器中档的充氧效率。
Gs=O2/1.293*0.231 Es=364.5/1.293*0.231*0.15
=8136m3/h=136m3/min
(8)曝气设备的确定和布置
离心式鼓风机选用压头为4.9m水柱的D120-1.5型2台，D60-1.5型1台。2开1备，实际供风能力180-240m3/min。
均布于1#、2#和3#O池池底的曝气器选用微孔曝气软管，合计3000m，二根软管之间距离为0. 5m，供气量2m3/h·m，服务面积0.5m3/m；均布于5#、6#和4#O池池底的曝气器选用膜片微孔曝气器共2000个，供气量2-3m3/h·个，服务面积1.25m3/个。两种曝气器均能满足间歇曝气、搅动提升池底污泥，使气、水、泥三相均匀混合和曝气充氧等要求。
(9)基本水力条件
①从工业污水进水口至生活污水进水口(膜法A池)为流程的第一大段。Q=600m3/h的污水流经过水截面积约为100m3的泥法曝气池的距离约40m，膜法O池的距离约20m，水流转弯有4次，经过1-2个淹没过水洞和1根连通管(阀)及1道挡水墙的水流断面突然缩小和放大，合计有8-10次。
②从生活污水进水口(膜法A池)至总出水口为流程的第二大段。Q=1000m3/h的污水流经过水截面积约为100m3的膜法A池的距离约20m，泥法曝气池的距离约60m，水流转弯有2次，经过1-2个淹没过水洞和1道挡水墙及多个淹没孔出水渠的水流断面突然缩小和放大，合计有6-8次，最后流经2个并联的出水溢流堰。
③第一大段池内水平流速平均值V1=Q/S=600/100=6m/h=0.0017m/s
第二大段池内水平流速平均值V2=Q/S=1000/100=10m/h=0.0028m/s
④连通管、过水洞的过水流速和出水渠的孔口流速0.5--0.72m/s。
(10)水头损失
曝气塘总的水头损失(1h)主要包括泥法和膜法曝气池池内的水平流沿程摩擦损失h1和水流转弯和断面突变等局部水头损失h2。由于池内的水平流流速很低，接近于层流态运行，而水流运动条件局部改变的有近30处，且流速相对较高，因此，局部水头损失是主要的。
处理水量为900m3/h时，总的水头损失实测值即进水池与出水池的水位差为0.25m。

曝气塘主要设备和构筑物
主要设备和构筑物见表。

曝气塘主要设备及构筑物
序号	设备和构筑物名称	规格	数量	备注
1	曝气沉淀出水池	26m40m4m	4	1#、2#5#、6#池
2	间歇曝气池	23m20m4m	2	3#O、4#O池
3	间歇膜法反硝化池	23m20m4m	2	3#A、4#A池
4	离心风机	D120-61 175kW	2
5	离心风机	D60-81 75kW	1
6	工业污水进水电动阀	DN600	4	D1、D2、D5、D6
7	生活污水进水电动阀	DN400	2	D3、D4
8	供风系统电动阀	DN300	10	DK(1-10)
9	可调节出水溢流堰	KTY 5m	8	E(11-41、12-42)

曝气塘运行程序控制表
曝气塘六池交替运行程序控制方式见表。

曝气塘运行程序控制表
控制点\状态\时间		0-2h	2-4h	4-6h	6-8h	工作点
进水阀	D1工业污水	开+30s				1#池
	D2工业污水		开+30s			2#池
	D5工业污水			开+30s		5#池
	D6工业污水				开+30s	6#池
	D3生活污水			开	开+30s	3#池
	D4生活污水	开	开+30s			4#池
调节堰	E11、E12			开		1#池
	E21、E22				开	2#池
	E31、E32	开				5#池
	E41、E42		开			6#池
供风阀	DK1、DK2	开	开-30min			1#池
	DK3、DK4	开	开	开-30min	开	2#池
	DK5、DK6		开	开	开-30min	5#池
	DK7、DK8	开-30min		开	开	6#池
	DK9	开	开			3#O池
	DK10			开	开	4#O池

①表中电动程控的有16个进水阀、8个可调节出水堰和12个供风阀，状态栏内是空白的，表示阀门或调节堰处于关闭状态，所对应的工作点(池)不进水、不溢流出水或不进风曝气。
②状态栏内"开"表示阀门或调节堰处于开启状态；“开+30s"表示阀门程控开启状态时间延长30。再关闭；“开-30min"表示进风阀程控开启状态时间提前30min关闭，所对应的工作点(池)在无进出水的状态下进入预沉淀程序。

处理效果
曝气塘投运6年来，运行技术日趋成熟，在处理生活污水和提高工业污水净化深度及稳定性方面发挥了重要作用。近几年，曝气塘出水已可以稳定地达到GB 8978-1996国家《污水综合排放标准》一级标准，CODcr小于60mg/L，年平均值在45mg/L左右；NH3-N小于15mg/L，年平均值在8mg/L左右。

工程投资分析
曝气塘的工程投资费用见表。

曝气塘的工程投资费用表
序号	工程项目和费用名称	建筑工程费	设备购置费	安装工程费	其它基建费	合计
序号	建设投资	433.51	157.96	454.68	131.09	1177.24
1	固定资产费用	433.51	157.96	454.68		1046.15
1.1	工程	433.51	157.96	454.68		1046.15
1.1.1	建筑费	10.07				10.07
1.1.2	构筑物	423.44				423.44
1.1.3	电气及自控		33.92	36.47		70.39
1.1.4	供风系统		60.95	160.02		220.97
1.1.5	污水系统		63.09	258.19		321.28
2	无形资产				64.45	64.45
2.1	设计费				35	35
2.2	施工管理监理费				29.45	29.45
3	预备费				66.64	66.64

该曝气塘工程污水处理单位投资费用为490.5元/d·m3，大大低于目前城市生活污水处理工程单位投资费用1000-2000元/d·m3。该曝气塘工程之所以能够大幅度降低投资费用，除了曝气塘土建工程外围堤坝利用了原氧化塘的三道围堤以外，主要原因是工程设计上充分利用和发挥了曝气塘上述的工艺特点和优势。例如，该工艺曝气池池宽可以由传统的人工强化生物处理构筑物的4-8m提高到25m，减少了隔墙混凝土的用量。

运行成本指标
(1)基本条件
①固定资产年限：15年；②残值率：5%；③折旧率：6.33%；④修理费率：5%；⑤无形资产按10年摊销；⑥定员：操作工8人，人工成本按3万元/年·人计；管理者2人，人工成本按5万元/年·人计；⑦电价：0.50元/度；⑧药剂：基本上无消耗。
(2)运行成本指标详见表

曝气塘运行成本指标
序号	项目	单价	年用量/工	金额/(万元/年)
1	动力成本	0.5元/度	3000000度	150