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上海某污水处理厂曝气系统不停产改造技术

2024-12-17 124 上传者：管理员

摘要：本文以上海某污水厂曝气系统改造为例，通过对原曝气系统存在的问题进行分析，确定系统管线的改造范围，同时结合不停运要求制定改造方案，最终实现了水质提升目标。

关键词：
供气管道
微孔曝气
曝气系统
污水厂
生反池
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曝气系统是污水处理的重要环节，是生物处理工艺的核心组成部分，通过鼓风机和曝气器，将氧气输送至污水中，提供活性污泥中好氧细菌所需的氧气，将污水中有机质和氨氮进行氧化分解成气体，经过除臭系统净化处理后排入大气；同时曝气过程中的混合与搅拌，促进水体循环，能使生物反应池内的活性污泥处于悬混状态，增大与氧气的接触面积，提高处理效率[1]。污水经过生物反应池的曝气处理，再经过二沉池的泥水分离和高效沉淀池的沉淀过滤后，达到水质净化的目的。活性污泥系统的净化效果在很大程度上取决于曝气功能是否能够正常发挥，曝气效果直接影响生物处理系统的效率[2]。

1、工程概况

上海松江某一、二期污水厂于2007年投入使用，采用AAO(Anaerobic-Anoxic-Oxic，厌氧—缺氧—好氧）生物处理工艺，全厂出水标准不低于一级A标准，主要处理松江东北部地区（即洞泾、泗泾、九亭、九里亭街道以及中山街道部分区域）居民生活污废水，总服务面积为89.53×106m2，服务人口约55.93万人。

随着投入运行时间的延长，曝气系统管路老化和机械磨损比较严重，设备频繁发生故障，曝气量不足，影响出水水质的稳定性，需要进行曝气设备和工艺升级改造，以实现高效、节能、稳定的污水处理。污水处理厂改造期间不能对居民生活污水排放造成影响，需要进行不停产改造，对工期要求高。通过分析污水处理厂的处理量，并选择处理量小的时间段，关停部分产能，进行不停业改造。污水处理厂效果图见图1。

图1 上海某污水处理厂效果图

2、曝气系统现状及改造的必要性分析

改造前通过现场对系统勘查排摸，生物反应池曝气系统长期运行导致生物池曝气效率显著降低，曝气分布不均，表现为水中絮状物下沉，影响污水处理效果。一期生物反应池外围空气总管因投入使用时间较长，腐蚀严重，出现大面积锈蚀与穿孔，造成空气泄漏，影响供氧稳定。并且曝气管线末端区域曝气量显著不足，进一步加剧曝气不均问题。为了保证污水池能够充分曝气，不得不频繁启用备用离心鼓风机，导致能耗增加，出水水质变差；曝气系统故障导致处理效率下降，出水水质不符合预期标准。

曝气系统问题严重制约污水处理厂的正常运行与处理效能，亟需对其进行升级改造，以解决曝气效率下降、能耗过高、出水水质恶化、管道损坏及供氧不均等问题，保障污水处理厂的高效、稳定和经济运行[3-4]。

3、曝气系统改造方案

3.1 改造范围确定

针对曝气系统出现的问题，经过与运营管理单位、设计单位的沟通，确定以下改造范围。

(1）更换管式曝气器。

一、二期生物反应池好氧区管式曝气器在长时间使用后，膜片弹性减弱，膜片、垫圈或连接部位老化破损、曝气器孔堵塞，曝气器表面及管道内壁积累的生物膜等原因，造成曝气器鼓胀、气体泄漏、气泡释放不均，降低曝气效率。

(2）更换曝气管分配支管。

曝气器和管道长期接触腐蚀性污水环境，腐蚀产生的管道锈屑加剧曝气孔的堵塞。

(3）增设曝气总管环管。

生物反应池曝气总管原设计只有一根，曝气支管为串联式，首、末端的曝气支管压力不同，造成生物反应池内的曝气不均匀，因此通过增设不锈钢空气环管总管，使曝气更加均匀。

3.2 改造顺序安排

3.2.1 改造时间顺序的安排

在改造过程中，必须确保原有设施保持正常运行，对工期的控制提出了极高的要求。

本污水处理厂的污水部分来源老旧小区，存在雨污水混流现象，每逢汛期，生活污水排放量会大幅度增长。在此期间进行改造施工，部分污水处理产能减少，会影响现有设施的稳定运行，无法满足排水高峰期的冲击负荷，增大污水处理的安全隐患。通过对污水处理厂上一年度的污水处理量数据统计分析（见图2），选择在污水处理量较少的11-12月和2-4月份非汛期进行污水系统改造比较合适，有助于保证居民生活污水持续、有效处理的同时，为施工创造相对平稳、可控的工作环境，保证工程进度。

图2 污水厂2021年污水进水量统计

3.2.2 改造空间顺序的安排

本污水处理厂生物反应池的好氧段有4个（见图3）。为了保证污水处理厂的安全可靠运行，通过对本项目污水处理现状进行分析，采用“用3改1”的操作模式，以确保在改造过程中维持整体污水处理功能的连续性和稳定性。

图3 好氧段改造平面图

按照好氧段1至好氧段4的顺序逐个对各组好氧池进行升级改造，更换好氧段的管式曝气器、空气管分配支管等设施，改造期间保持其余3组好氧池正常运行，承担全部污水处理任务，确保污水处理不受影响。改造完毕并经过严格的调试与验收后，恢复正常运行，然后再改造下一个好氧段。

通过采用“用3改1”的分批次施工策略，在确保污水处理厂持续运营、不对居民生活污水排放造成影响的前提下，有序、高效地完成4组好氧池的升级改造工程，最大程度地降低施工期间污水处理的安全风险和对周边环境的影响。

4、工程改造

4.1 好氧池清淤

好氧池的曝气管改造前，需要对池底进行清淤，去除池底累积的淤泥、杂质及可能产生的有毒有害气体，为曝气管道施工提供安全便捷的作业环境。首先清淤作业前关闭污水池进水阀，切断进水水源，避免清淤过程中进入污水。在作业区域进行挂牌警示，保障人员安全。清淤作业时先使用水泵将好氧池内的污水和部分上层污泥排出，尽量降低池内液位。利用高压水枪对池底沉积的污泥进行反复冲刷和稀释，直到大部分污泥被移除（见图4）。将污水抽至泥水分离设备，经过污泥浓缩和污泥调理及压缩后，进行外运处理。

对于机械难以到达的角落或残留物，采用人工进入池内进行细致清理。作业前采用强制通风设备进行持续通风，增加空气流通，降低有害气体浓度，采用便携式多功能气体检测仪进行有毒有害气体的监测，同时采用动物活体试验确认安全后，进行作业。作业过程中，安全监护人员配备穿戴呼吸器、防护服、安全眼镜和手套，必要时进行救援。

图4 好氧段清淤

图5 空气环管示意图

4.2 空气总管改造

为解决曝气总管首、末端的曝气支管压力不同的问题，增设不锈钢空气环管总管，与原空气总管末端形成循环回路（见图5），保证末端单元与前端供气压力一致，使曝气更加均匀。新增曝气总管采用不锈钢管埋地敷设，埋深约1m，采用法兰与原空气总管连接，法兰盘间采用耐高温石棉垫片密封，不锈钢螺栓螺母紧固，为防止不锈钢螺栓螺母与相邻碳钢部件发生电化学腐蚀，螺栓与法兰之间设置橡胶垫片（见图6）。

图6 法兰连接示意图

4.3 微孔曝气器及曝气支管改造

(1）到货检查及贮存。

到货后对微孔曝气器的外部及内部产品进行检查，特别是检查曝气器的橡胶膜片和不锈钢卡箍是否有损坏。曝气器及附件应保存在干燥且通风的室内，防止受冻、过热、阳光直接照射及灰尘、矿物油及碳氢化合物的污染。在工地现场贮存时，需采用涂油防水布覆盖，防止紫外线辐射。

(2）施工准备。

在进行池壁防腐、池底清淤过程中，同时进行水池外部原有曝气管管道的拆除和安装测量。充分利用现场作业窗口，缩短施工周期，提升整体施工效率。依据测量数据和设计图纸，选用经济耐用且易于安装维护的ABS塑料管材替代不锈钢支管，在工厂内采用专用的机器设备进行曝气支管的切割、开孔，确保孔洞对称分布，大小形状完全一致，保证安装质量；开孔直径为φ28mm，孔直径公差为±0.1mm，垂直方向公差为0.5mm。

(3）曝气支管的改造。

池底原有的不锈钢曝气分配支管拆除完成，并完成池底杂物的清理后，安装曝气支管。新增曝气分配管与原不锈钢曝气主管间采用法兰连接。曝气支管应调节水平，由于土建池底地面不平带来的误差，池底曝气分配管上应安装可调高度管道支架。

(4）管道吹扫。

在池底曝气支管管网安装完成后，微孔曝气器安装前，需对管道系统进行彻底吹扫，确保管道系统干净。首先关闭所有支管进气阀门，启动鼓风机向曝气池输送最大流量空气，按曝气单元顺序逐个开启阀门，采用最大气流吹扫管道，清除管道内碎屑杂物，防止堵塞或破坏曝气管。管道吹扫完成后，安装微孔曝气器。

(5）微孔曝气器安装。

安装前，检查曝气器型号、规格及合格证，确保质量合格，符合设计和施工要求。进行严格的清水充气试验，检查曝气膜片是否存在漏气，曝气器管膜附着是否牢固，曝气器产生气泡均匀性。安装时将两根曝气管按管道对称开孔位置直接对接，曝气管头部两个卡位会定位并卡紧，用不锈钢螺栓和螺母上下固定安装，用扭力扳手以15N·m的扭力拧紧，螺丝拧紧的过程中鞍座的上下部分应受力均匀。严格控制所有曝气管上表面的水平误差在±5mm范围内，保证曝气系统的气流分布均匀、防止局部负荷过大、保障设备运行的稳定性。

4.4 曝气系统的调试

曝气系统安装完成后，在无水状态下对池底空气总管做100kg集中载荷试验，池底空气总管无弯曲变形，模拟实际运行中可能出现的重压情况，检验空气总管的承压性能及结构稳定性。载荷试验合格后开启鼓风机，逐个打开支管阀门，在管道接口处喷涂肥皂水进行检查。检查合格后往池内注入清水，放水过程中观察并调整曝气器表面高度在一个水平面上，误差不大于±5mm。当水位高于曝气管中心200mm，停止进水，开始通气5～10min，检査所有管道接口处是否存在漏气现象，若局部区域出现较大的空气流量，则可能是管道泄漏或曝气管损坏，最后采用中等气量运行曝气管，检査曝气器是否曝气均匀（见图7）。

图7 现场曝气试验图

5、改造效果

完成生物反应池曝气系统改造后，连续12个月对池内污水中COD、氨氮的含量进行监测，评估改造效果。

5.1 进出水水质

曝气池改造后，经过处理后的污水COD在16.41mg/L左右，去除率在93%以上（见图8）。氨氮（NH3-N）在0.5mg/L以下，平均可达到0.16mg/L，去除率基本达到99%以上（见图9）。与改造前同时期各个指标的出水水质相比，均有较大的提高，对各类污染物的去除成效显著提升。

图8 进出水COD监测结果

图9 进出水氨氮监测结果

5.2 改造后活性污泥现状

曝气系统改造前，由于曝气充氧不充分导致活性污泥缺氧，引起污泥发黑、水体发臭、上清液浑浊以及出水水质差等问题。通过增设曝气环管和更改微孔曝气器及支管等措施，使得氧气供应充足，活性污泥中的好氧微生物接触充分的氧气，能够有效地分解有机物，提高了污水处理效率。曝气池内的上清液变得清澈，污泥颜色变为健康的黄褐色，臭味显著减少，漂浮泡沫也大大减少，表明曝气系统改造取得了预期效果。

6、结语

本文对污水处理厂曝气系统不停运改造技术进行研究，重点分析了曝气系统不停运改造的方案制定及施工调试技术。

(1）在改造前需针对曝气系统出现的问题及现状进行分析，制定针对性的改造方案，并结合当地的排水量特性，通过查阅历史数据、实时监测或与相关部门沟通，精确掌握排水量的高峰、低谷时段，尽量将改造工作安排在排水量较小的时期进行，最大限度减少对污水处理的影响，保证污水处理厂的平稳安全运行。

(2）对曝气系统改造过程中的清淤、布气支管及微孔曝气器改造和调试的技术难点进行分析和总结。污水池内曝气系统改造前，需仔细清除池底的淤泥，为后续施工提供便利条件的同时避免产生有害气体。

(3）对于微孔曝气器及其支管的施工，需要从材料的选择、存储、安装、施工、调试等各个环节进行策划和控制，确保实现均匀曝气，保证污泥的活性。

对于类似曝气系统改造项目，应密切关注当地排水量动态，科学制定改造施工时间点；在施工及检验方案设计中，既要确保实现系统功能，也要注重经济性，选择最符合项目整体效益的实施方案。

参考文献:

[1]严俊泉,张颖,杨益军,等.汤汪污水处理厂二期工程曝气系统的改造[J].中国给水排水,2014,30(14):103-105.

[2]林尤赫,柴常筠.白沙门污水厂曝气池供气管道改造及施工要求[J].机电信息,2013(15):71-73.

[3]张偌尘.浙江某污水处理厂曝气系统改造研究[J].广州化工,2020,48(10):138-140.

[4]夏文辉,刘芬,周雹.污水处理厂曝气控制研究[J].给水排水,2009,35(1):121-125.

文章来源:沈慧华.上海某污水处理厂曝气系统不停产改造技术[J].安装,2024,(12):46-49+67.