氧化沟达到类IV类标准节能降耗技术研究及应用-北极星水处理网

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今天我汇报的是氧化沟达到类IV类标准节能降耗技术研究及应用，是国家重大专项课题的重要研究内容之一。

刚才我们的同行介绍了达到北京、天津的标准，采用的工艺的方案，在传统的污水处理厂工艺单元后面增加了、高级氧化和BAF等，今天我汇报的是巢湖流域达到类IV类水标准下的污水处理厂升级改造解决方案。今天汇报分为以下几个方面。

首先是背景，地处巢湖的合肥对提标改造有庞大的需求。要想把巢湖治理好，首先要把合肥市的三条河（南淝河、十五里河和派河）治理好，要想把三条河治理好，其中一项就是污水升级改造，这得益于五六年前张悦司长来到合肥对污水处理标准提升提出了更高的要求，同时合肥市建委对达到高标准的污水处理厂采取了奖励政策，政府的要求和对标准提升的奖励促进了合肥市污水处理厂标准的提升。刚才我们同行介绍了北京和天津的标准，COD达到30mg/L，SS达到5mg/L，BOD是6mg/L。当时安徽省制订标准的时候，我们参考了北京和天津市的标准，以及日本琵琶湖流域的地方标准和欧美国家的一些标准，针对安徽省对巢湖流域的需求，巢湖流域主要的污染物不是COD、BOD和SS，而是总氮和总磷，以及氨氮，巢湖流域地方标准COD定为40mg/L，BOD和SS达到一级A标准即可。因为氨氮达到2mg/L以下时，剩余的COD主要是难降解COD，排到水体里不会造成溶解氧的降低，不会对河流产生影响，BOD和SS这时候排到河里也不会对生态环境产生任何影响。如果将BOD和SS控制过低就需要脱氮除磷之后再加高级氧化，加臭氧，加活性炭等等这些措施。而这些工艺流程往往是自来水处理过程中尤其是直饮水需要增加的工艺单元，我们喝的自来水的处理过程尚且没有增加这样的工艺流程，在管网不完善的前提下，污水处理厂增加后续高级氧化等流程对生态环境意义不大。安徽省的地方标准考虑没有进一步对BOD、SS进一步提高要求。本次交流介绍的技术研究和应用就是在这个标准基础上开展的。

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氧化沟工艺在巢湖流域用的比较多，传统氧化沟工艺要想达到类IV类水标准，有以下几个问题：

1、缺乏对氧化沟表面曝气设备的系统研究：对表面曝气设备研究不透彻，尤其是对倒伞叶轮缺乏系统研究，使用过程不了解设备的性能，设备的潜能没有充分发挥。

2、对氧化沟研究的深度和系统性不足：设计研究以经验认识为主，缺乏对氧化沟内部参数特征的精细化研究，特别是供氧量和需氧量两者之间的调节，缺乏严谨且简便的理论指导，应对措施盲目，导致能源浪费严重。

3、缺乏对新技术的应用研究：缺乏针对氧化沟内实现反硝化除磷等新技术应用的机理、条件及其关键控制参数和控制方法的研究。对跌水复氧消耗碳源的认识不足，缺乏针对氧化沟深度处理及全流程跌水复氧引起碳源消耗的研究。

4、缺乏对动态运行控制研究：现有设计和运行均是基于稳态进水条件，缺乏对进水日动态变化对氧化沟运行影响及其控制方法的研究。

针对以上问题，重点研究了以下五个方面。

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1、曝气设备；

2、跌水充氧消除技术；

3、低碳源投加深度脱氮技术；

4、强化生物除磷技术；

5、深度处理精确控制技术。

1.表面曝气技术研究及应用

因为曝气设备占整个氧化沟工艺能耗的60%以上，所以我们要想确保提高标准，同时能耗不至于提高太多，我们首先研究了曝气设备。

这种曝气设备前前后后我们研究了十多年时间，首先是进行模型构建、建模显示、性能分析。最核心的就是我们对一个设备进行了充分的研究，国内外首次找到了竖轴倒伞表面曝气机动力效率与转速和浸没深度之间的变化规律。这个规律来之不易。

每一个工况都要把池子里的清水中的氧消掉，然后把曝气机开启，测氧气上升过程与时间变化规律，得到动力效率和转速和浸没深度的关系的一个点。通过几十个不同工况点的检测，然后通过大数据分析和模拟，才能把整个曲面做出来。

这个性能曲面对氧化沟工艺的污水处理厂有重要价值。首先每个叶轮有一个最佳性能点。这个最佳性能点对我们污水处理厂的节能降耗具有非常大的作用。

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根据该规律来指导污水厂运营。首先指导设备的安装，安装时就要根据设备的规律使浸没深度在最佳浸没深度附近。同时在运营时，根据进水量和回流污泥量的大小计算氧化沟曝气池出水堰堰上水头的高度，根据高度和安装高度反推出出水堰需要调整的高度。水量大时降低出水堰堰高，水量小时抬高出水堰高度，将设备的实际浸没深度控制在最近浸没深度附近，使设备在最佳工况下运行，到达节能的目的。

另外转速也比较关键，转速太高和太低设备的充氧效率都比较低，图中设备最佳工况下的转速在32转，因此为该设备配置的减速机就应该在28-35转范围内。确保设备能够在最佳工况下运行。

在提升性能的基础上，我们编制了国家标准，竖轴表面曝气机（GB/T35183-2017）。该标准中将竖轴倒伞表面曝气机动力效率设置为2.2kgO2/kWh。该标准刚刚颁布实施。

2.工艺节能技术创新研究及应用

下图是硝化过程与溶解氧和硝态氮之间的关系。

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通过这个规律发现：溶解氧越高硝化效率也越高，氨氮浓度越低，硝化速度越慢；氨氮太低的时候，整个系统的硝化效率相对是低的。针对这样的规律，我们根据不同的负荷控制不同的氨氮浓度，这样可以提高生化效率。

3.高效反硝化技术基础研究及应

反硝化过程有在碳源充足的条件下，主要影响因素有两个，DO和硝态氮。根据研究发现，当NO3大于1mg/L时，其浓度对反硝化的影响较小。而DO高于0.1mg/L，反硝化速率就会降低一半，因此反硝化过程的主要限制因素是DO。根据溶解氧对反硝化影响特别大的现象，在污水处理系统上就要将DO对反硝化的影响降低到最低。整个污水处理厂在提升系统，污泥分配井和污水分配井以及有的污水处理厂的进水口都有不同高度的跌水，每个地方的跌水都会导致溶解氧的进入，这些溶解氧都会直接到厌氧区和缺氧区，而这两个区都要要避免DO的进入，因此污水处理厂这些地方都需要进行打磨，将不需要的跌水高度去除掉，主要目的是为了防止跌水曝气。在防止曝气的同时，减少了水泵提升的扬程水头损失，从而也能够节能污水处理的能耗。

4.强化生物除磷及化学除磷技术及应用

由于时间关系，该部分略。

5.总结及致谢

总体来说，我们采用了多种技术结合，达到了合肥市比较高的标准要求，同时成本增加不高。

氧化沟工艺达到类IV水标准节能技术在2017年获得中国环境保护产业协会技术鉴定证书，结果认为该技术达到了国内领先水平，如果同行感兴趣可以到国祯环保相关污水处理厂参观。

感谢安徽国祯环保节能技术有限公司的技术的高度重视；感谢国家环保部对本项目的资助；感谢我们的运营团队，为我们提供技术应用场所；感谢北京工业大学国家重点实验室，为我们提供技术的源头活水；感谢国祯研发团队。

最后感谢国家环保部对《重点区域分散型点源处理及小流域综合整治长效机制研究与产业化示范》项目的资助，有了这些资助使的产业化技术不断提升。

感谢各位的耐心倾听，谢谢。

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