MSBR池曝氣系統優化與思考
導讀:：針對南方某污水廠MSBR池曝氣系統在實際運行中存在的諸多問題，如好氧池曝氣不足，SBR池污泥沉積、沉淀階段漏氣等，一一進行了分析，提出優化措施，取得了較好的效果;同時結合實際使用經驗，對可提升式曝氣器的設計和應用等方面進行了分析和思考，提出了相關建議。
關鍵詞：MSBR，曝氣系統，優化
1 MSBR池曝氣系統概況
南方某污水處理廠2002年投入運行，采用MSBR工藝，已建成一期處理能力為12萬m3/d，分三組MSBR池，每組處理規模4萬m3/d，出水水質能穩定達到一級 B排放標準(GB 18918-2002)。
MSBR(改良型序批式活性污泥法)實質是由A2/O工藝與SBR工藝串聯組成的一種新型工藝。MSBR池曝氣系統分布在好氧池(6單元)和SBR池(1或7單元)，具體分布如圖1所示。好氧池池壁兩側對稱布置安裝有18套曝氣器，中間安裝兩臺浮筒攪拌器(18KW)。SBR池布置形式與好氧池相同，安裝有10套曝氣器，中間兩臺浮筒攪拌器(15KW)。
通過調節鼓風機出口壓力和各單元主進氣閥門開度，可以調節各單元的供氣量。曝氣器采用可提升式設計，每個曝氣器由50條橡膠微孔管膜并列平行布置，以不銹鋼氣管為骨架固定組成，利用固定安裝在池壁的起吊支架，通過電動卷揚機牽引固定在曝氣器進氣管上的鋼絲繩起吊，安裝如圖2所示。
圖1 MSBR池曝氣系統布置圖
如圖2 曝氣器安裝示意圖
2、好氧池溶解氧值不足
2.1 存在現象
在污水廠運行初期，由于處理水量較小，不足2萬噸/天，曝氣池曝氣效果還未影響生化系統的運行，隨著進水水量的不斷增長，單池進水量達到3萬噸/天時，即使把鼓風機出口壓力調到最大值0.075Mpa，好氧池溶解氧值也無法上到2mg/L，而此時各項進水指標均在設計范圍內。從圖2可知，只有在凌晨4點到10點之間進水量較小時，溶解氧水平才稍微有所升高，由此導致MSBR池污泥性狀急劇惡化，氨氮等出水指標超標。
圖3 好氧池溶解氧值日曲線圖(綠色線)
2.2原因分析
2.2.1管膜安裝數量與鼓風機出口壓力不匹配
該廠好氧池設計理論供氣量為9000m3/h環境保護，而好氧池僅設計有900條管膜，每條管膜曝氣量需達到10m3/h。不考慮管膜老化造成的曝氣壓力損失的增加，達到設計曝氣量時，壓力損失已達到0.073 Mpa，已接近鼓風機設計的曝氣壓力。具體壓力損失見下表1。
表1曝氣壓力損失表
|
名 稱 |
阻力損失（kPa） |
備注 |
|
管膜理論壓力損失 |
6 |
按管膜廠家提供數據每條管膜曝氣范圍為2-12m3/h.m，阻力損失為3.3-6.7kPa。此處數據未考慮管膜老化造成的壓力損失增加 |
|
水頭損失 |
60 |
水深6米 |
|
曝氣管路壓力損失 |
4 |
實測 |
|
鼓風機出口到主管路壓力損失 |
3 |
實測 |
|
各項壓力損失合計 |
73 |
2.2.2管膜集中布置降低曝氣效率
按曝氣常理理解，在曝氣池中間布置攪拌器，攪拌使混合液形成紊流，曝氣氣泡與混合液接觸時間延長，從而提升曝氣效率。但從實際運行中發現，曝氣效率并未得到提升，反而有下降趨勢。分析認為，曝氣管膜的密集布置，導致曝氣氣泡相互碰撞，微小氣泡結合為大氣泡，導致曝氣效率下降，間接抵消了攪拌器攪拌所提升的曝氣效率。
2.2.3管膜保養不到位導致曝氣效率下降
該廠也檢查了管膜的老化情況，管膜在使用了3年后發生了較為明顯的收縮，老化嚴重。根據現場調查環境保護，判斷為管膜安裝和調試期間，長時間的太陽暴曬，導致管膜提早老化，影響曝氣效率。
2.3改進措施
針對此種情況，該廠對好氧池曝氣系統進行了改造，在好氧池中間布置了1600套盤式曝氣器，同時取消了中間兩臺浮筒攪拌器(如圖4)。改造后，好氧池溶解氧值上升，而將改造后曝氣系統切換到改造前曝氣系統時，在鼓風機曝氣壓力設定不變的情況下，溶解氧立即從高于2mg/L下降到不足1mg/L，見圖5。改造后試運行一段時間，MSBR池污泥性能好轉，氨氮等出水指標得到有效的降低。
圖4 改造后好氧池曝氣系統示意圖
圖5 改造前后溶解氧曲線變化圖(綠色線)
從經濟效益對比，改造前后所需曝氣量大體相當，而改造后由于減少了兩臺攪拌器運行能耗，年節電量達到了30萬kW·h ，同時由于曝氣膜數量的增加，好氧池整體曝氣壓力下降明顯環境保護，鼓風機運行在較合理工況，也相應的提升了鼓風機運行的穩定性，降低了鼓風機運行的能耗。
3 SBR池曝氣系統存在問題及優化措施
3.1 SBR池曝氣系統布置不合理導致污泥沉積
3.1.1污泥沉積現象
SBR池末端平行布置有3座空氣出水堰(如圖6)，每座空氣出水堰由四條混泥土立柱支撐，空氣出水堰區域占整個SBR池面積的1/4。在運行中發現，該處污泥沉積嚴重，污泥在此反硝化產生大量氣泡，導致沉積污泥上浮，嚴重的影響了出水水質。
圖6 空氣堰處示意圖
3.1.2原因分析及改進措施
經觀察，認為發生污泥沉積主要原因為該處未設曝氣器，而支撐空氣堰的12條混泥土立柱又使得空氣出水堰區域攪拌效果大幅下降，從而導致污泥沉積。為有效避免此種情況，該廠在此區域加裝了3套可提升式曝氣器。改造后，污泥沉積現象得到有效控制，但增加曝氣器對空氣出水堰運行有一定的影響，應盡可能的調低曝氣器的曝氣量，能保持污泥不沉積即可。
3.1.3 SBR池攪拌器選型建議
從SBR池污泥沉積的情況可看出，由于SBR池存在空氣出水堰區域，使得池型較為復雜環境保護，在此選用浮筒攪拌器顯然會造成功率的浪費，且達不到效果。按一般經驗設計，保持現有攪拌器功率不變，選用多臺小功率潛水攪拌器的配合，應該能更有效的提升SBR池的攪拌效果，同時潛水攪拌器比浮筒攪拌器更適合于與池底曝氣器配合。
3.2 SBR池曝氣系統沉淀階段漏氣
3.2.1漏氣現象
SBR池運行周期分為四個階段,分別為缺氧\好氧\沉淀\出水階段,當從好氧階段轉入沉淀階段時，發現SBR池池面仍有氣泡持續不斷冒出，而且能維持20分鐘以上，嚴重影響了沉淀效果。
3.2.2原因分析
從氣泡冒出的頻率和速率，首先可以排除反硝化氣泡;同時檢查空氣進氣閥的密封情況，密封良好，也可以排除。經分析判斷，原因是曝氣結束關閉進氣閥門后，曝氣管路環網內空氣壓力仍比較高，空氣從阻力最小的曝氣器漏出，由于管網容積較大，該部分空氣量較多，故漏氣維持時間較長，影響了沉淀效果。對于池型較小的SBR池環境保護，由于環網容積也相應較小，此種現象可能不明顯。
另外，由于密封橡膠的老化，特別是空氣介質比較干燥、攜帶較多灰塵，進氣閥門(蝶閥)泄漏量隨之增加，也會產生此種現象，而為閥門有少許泄漏就更換是非常不經濟的。
3.2.3改進措施
經試驗，該廠在SBR池空氣環網管路(進氣閥門后)上，加裝了一套電磁閥泄氣系統。當曝氣結束進氣閥關閉后，程序立即觸發開啟電磁閥泄壓，當管路氣壓降到0.055MPA時，關閉電磁閥，從而又使曝氣系統保持了一定的背壓，避免污水從曝氣器破損處壓入曝氣系統，期間若存在閥門泄漏使得環網壓力又升高到0.06MPA以上時，通過壓力變送器送出信號，可以使泄壓電磁閥再次開啟，從而保持環網管路氣壓保持在0.06MPA以下，防止空氣從曝氣器漏出。
4 可提升式曝氣系統設計存在的問題及思考
4.1池面檢修平臺空間不足環境保護，影響維護檢修
為方便管膜的維護和維修，MSBR池曝氣器采用可提升式設計。但由于MSBR池面廊道設計過窄，僅有1.3米，導致吊出池面的曝氣器，檢修空間不足，拆卸相當困難，使得該設計的優點難以有效體現。
4.2 曝氣器吊起后，無法進氣檢查，也降低了維護檢修的便利性
可提升式曝氣器受限于起吊架和進氣管的設計，在曝氣器吊離池底后就需拆除進氣軟管后，才能繼續起吊，無法進氣。而曝氣器在低于池面1-2米處，開大氣量曝氣，是曝氣膜較佳的維護方法之一;在低于水面10-20cm處開少量曝氣，是檢查曝氣膜堵塞、破損等情況的最佳方法。設計中未能考慮這些情況，也大大降低了可提升式曝氣器的優越性。
4.3 可提升式與不可提升式曝氣系統的使用選擇
選擇可提升式曝氣器主要基于兩個前提：(1)曝氣系統故障率高;(2)放空曝氣池檢修難度很大。
從該廠的實際運行情況看，只要選擇質量較好的管材和曝氣膜，曝氣器破損率很低，該廠在曝氣膜由于壽命到期更換之前環境保護，未曾利用提升系統更換過曝氣膜;同時一般污水廠的處理水量都會隨季節產生較大的變化，完全可以安排處理水量小的時間放空檢修曝氣系統。因此，這兩個前提也不是一定必要的。
不可提升曝氣系統通過多個分區的設置，也可避免由于曝氣器的嚴重損壞需要馬上放空曝氣池檢修的弊端。而可提升式曝氣系統的投資造價比不可提升曝氣系統高很多，在曝氣系統的選型中，需要慎重權衡。
5 結論
(1)池底布滿曝氣器的布置方式顯然優于兩側可提升式曝氣器加攪拌器的設計，且能耗更低。
(2)曝氣系統設計時，需注意曝氣壓力與鼓風機供氣壓力相匹配，鼓風機供氣壓力要有一定的余量，以應對曝氣膜老化造成的阻力損失增加。
(3)浮筒攪拌器不適用于復雜結構的池型，此時選用多個潛水攪拌器的靈活布置應該更有效。
(4)在可提升式曝氣器設計中，應著重考慮曝氣器檢修和維護的便利性，否則無法發揮可提升式設計的優點。
參考文獻：
1黃慎勇，趙忠富，劉波，等.深圳鹽田污水處理廠的設計及運行.西南給排水，2007，29(3)：1-4。
2杜英豪.MSBR工藝的運行管理實踐.中國給水排水，2006，22(2)：90-92。
3楊殿海,顧國維.改進型MSBR工藝特點與運行效果.中國給水排水, 2004, 20 (1)：62 - 65.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
