姚 彬 劉至嘉

（上海松江污水處理廠）

　　摘要：在上海松江污水廠一期工程曝氣池改造中，對(duì)各種布?xì)庋b置進(jìn)行了三個(gè)輪次的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。針對(duì)工程具體特點(diǎn)，優(yōu)選了橡膠膜曝氣管作為布?xì)庋b置，并對(duì)布?xì)夤艿臉?gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了不停水拆卸維修曝氣管的要求。

　　經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明，運(yùn)行情況良好，污水中氧利用率16%以上，去除每公斤BOD₅并同時(shí)脫除0.23公斤TN的風(fēng)機(jī)電耗在0.6kw.h左右。輸氣管和布?xì)庀到y(tǒng)的單位處理水量總造價(jià)45元/m³.d，布?xì)庵Ч懿煌Ｋ鹧b方便。本文介紹了三輪比較、構(gòu)造優(yōu)化和實(shí)際運(yùn)行情況。

　　污水處理廠的核心構(gòu)筑物是曝氣池，曝氣裝置的能耗約占污水廠總能耗的60%，總造價(jià)的15%左右。優(yōu)選能耗少、造價(jià)低的曝氣裝置，對(duì)污水廠的運(yùn)行成本和基建造價(jià)具有重要意義。而且，曝氣裝置的可靠性、調(diào)節(jié)的靈活性、以及是否便于維修管理，是污水廠運(yùn)行管理中關(guān)注的重點(diǎn)。

　　上海松江污水處理廠一期工程，原為推流式穿孔管常規(guī)活性污泥法曝氣池，自1985年投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，已歷16年，曝氣裝置和管道都已銹蝕，工藝需改為A/O，其他設(shè)備也需要更新。故于2001年起，著手“松江污水廠一期改造工程”的前期工作。前期工作的重點(diǎn)之一，是曝氣裝置的優(yōu)化。經(jīng)三個(gè)輪次的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇了橡膠膜曝氣管作為布?xì)庋b置，對(duì)布?xì)夤艿臉?gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了不停水拆卸維修曝氣管的要求。2002年6月工程實(shí)施后，經(jīng)運(yùn)行實(shí)踐證明，達(dá)到并優(yōu)于預(yù)期的效果。現(xiàn)將有關(guān)情況簡(jiǎn)述如下：

　　1． 布?xì)庋b置的優(yōu)選

　　布?xì)庋b置是將空氣擴(kuò)散到水中，形成不同粒徑的氣泡，使空氣中的氧溶入水中。輸入水中的空氣中的氧與溶入水中的氧的重量之比（以%計(jì)），即氧利用率，是體現(xiàn)布?xì)庋b置效率的主要指標(biāo)。在確定了曝氣池需氧量的情況下，不同的布?xì)庋b置的氧利用率不同，需要的空氣量不同，鼓風(fēng)機(jī)的能耗也不同。同時(shí)，不同的布?xì)庋b置的價(jià)格、對(duì)空氣凈化的要求、以及相應(yīng)的管道造價(jià)也不同，故需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

　　本次工程的前期工作中，對(duì)布?xì)庋b置進(jìn)行了三輪技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

　　第一輪：是三種不同曝氣形式的比較，分別是以圓盤微孔曝氣器為代表的微氣泡曝氣；以穿孔管為代表的大氣泡曝氣；以曝氣軟管為代表的中微氣泡曝氣。比較的基礎(chǔ)是，曝氣池的日處理污水量2萬(wàn)立方米，根據(jù)松江污水廠進(jìn)水水質(zhì)和脫氮要求計(jì)算，處理過(guò)程中日需氧量為7073公斤。利用現(xiàn)有的可變風(fēng)量高速離心風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量125立方/分，電機(jī)滿負(fù)荷功率185千瓦。比較結(jié)果見(jiàn)表1-1。

　　由表1-1可見(jiàn)，穿孔管大氣泡曝氣，雖構(gòu)造最簡(jiǎn)單，但由于氧利用率低，年電耗高，靜態(tài)五年總費(fèi)用最高。微孔曝氣靜態(tài)五年總費(fèi)用稍高，且曝氣頭必須裝在池底，浸沒(méi)水深6.0米，加上曝氣頭本身的阻力損失，要求的風(fēng)壓超過(guò)現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)壓6.8米水柱，不適應(yīng)本工程。以曝氣軟管為代表的中微孔曝氣，對(duì)空氣除塵的要求不高，造價(jià)適中，供氣電耗與微孔曝氣相差不多，五年總費(fèi)用最小，故確定采用中微孔曝氣形式。

　　第二輪：是三種中微孔曝氣管的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，比較基礎(chǔ)同上。結(jié)果見(jiàn)表1-2。

三種曝氣形式的經(jīng)濟(jì)比較                                                表1-1

三種中微孔曝氣管的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較                                                           表1-2

昕盛橡膠膜曝氣管

水深3.19米時(shí)充氧能力和曝氣管阻力損失                                     表1-3

水深5米時(shí)充氧能力和曝氣管阻力損失

　　由表1-2可見(jiàn)，橡膠膜曝氣管的氧利用率超過(guò)曝氣軟管，甚至優(yōu)于微孔曝氣，中微氣泡曝氣的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步顯現(xiàn)，而且布?xì)夤艿睦碚撛靸r(jià)最低。烏克蘭曝氣管由于必須安裝在池底，與微孔曝氣一樣，存在與現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不能匹配的問(wèn)題，而且造價(jià)較高。曝氣軟管是用繩子綁在支架上，支架造價(jià)大，且不正規(guī)。橡膠膜曝氣管可設(shè)計(jì)成不停水拆卸和維修，可解決日常維修中的難題。經(jīng)比較，橡膠膜曝氣管的優(yōu)勢(shì)比較明顯。

　　第三輪比較：是對(duì)目前市場(chǎng)上幾種橡膠膜曝氣管產(chǎn)品的比較。通過(guò)清水試驗(yàn)，測(cè)定不同淹沒(méi)水深、每根曝氣管不同出氣量時(shí)的氧利用率、阻力損失等。清水試驗(yàn)在直徑1米、高5.4米的鋼筒中進(jìn)行，用氣壓表測(cè)定曝氣管阻力損失，用YSI-58型溶氧儀連續(xù)測(cè)定DO變化，并計(jì)算氧利用率等參數(shù)。本輪共比較了二種臺(tái)灣產(chǎn)品和一種德國(guó)產(chǎn)品。其中一種臺(tái)灣產(chǎn)品，氧利用率較低而且構(gòu)造存在一些缺陷。昕盛公司經(jīng)銷的臺(tái)灣曝氣管氧利用率較高，構(gòu)造較為合理。德國(guó)產(chǎn)品雖各方面性能都優(yōu)于前二者，但價(jià)格高于臺(tái)灣產(chǎn)品一倍以上。綜合考慮三種曝氣管的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)效應(yīng)，最終選用昕盛經(jīng)銷的曝氣管。其測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1-3。

　　2． 膠膜曝氣管安裝方案的優(yōu)化

　　2.1  每支曝氣管出氣量的確定：由表1-3可見(jiàn)，每根曝氣管的出氣量越低，產(chǎn)生的氣泡直徑越小，氧利用率越高，供氣電耗越少。按污水中氧利用率為清水中氧利用率0.587計(jì)（根據(jù)松江污水廠水質(zhì)情況計(jì)算確定），每根曝氣管在不同出氣量時(shí)，需要的空氣供應(yīng)量、曝氣管理論數(shù)量及造價(jià)，見(jiàn)表2-1。

每根曝氣管不同出氣量的經(jīng)濟(jì)比較     表2-1

　　由表2-1和表1-3可見(jiàn)，當(dāng)每根橡膠膜曝氣管的出氣量大于8立方/小時(shí)，則供氣量將達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)有每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的供氣能力，有啟用二臺(tái)風(fēng)機(jī)的可能，很不經(jīng)濟(jì)，而且曝氣管的阻力損失明顯增加，超過(guò)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓能力，故不宜選用。根據(jù)現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線（附圖2-1），為達(dá)到出風(fēng)壓力6.8米水柱，出風(fēng)量101立方/分和112立方/分時(shí)，相應(yīng)的進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉片角度為30度和22度，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)軸功率為145千瓦和151千瓦。即每根曝氣管的出氣量為6立方/小時(shí)和4立方/小時(shí)，相應(yīng)的供電電耗僅差6千瓦，年電費(fèi)相差2萬(wàn)元左右，而曝氣管的理論造價(jià)相差7.5萬(wàn)元，兩者經(jīng)濟(jì)效益無(wú)明顯差異。但曝氣管數(shù)量過(guò)多，則構(gòu)造上困難較大，維護(hù)工作量增多。故每根曝氣管的出氣量選定為6立方/小時(shí)左右。曝氣管用量約1100根。（考慮缺氧區(qū)預(yù)留曝氣管，實(shí)際安裝的曝氣管數(shù)量1392根）

　　2.2  曝氣管浸沒(méi)深度的確定：為使曝氣管能正常出氣，曝氣管的浸沒(méi)深度、曝氣管的阻力和空氣輸送管的阻力損失三者之和，必須小于現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)的最大出風(fēng)壓力6800毫米水柱。曝氣管的阻力損失，由表1-3可見(jiàn)，在每根曝氣管出風(fēng)量6立方/小時(shí)左右時(shí)實(shí)測(cè)為0.73米。考慮長(zhǎng)期長(zhǎng)期使用后阻力增加，曝氣管的阻力損失按1200毫米水柱計(jì)?？諝廨斔凸艿淖枇p失，經(jīng)計(jì)算，為250毫米水柱。為安全起見(jiàn)預(yù)留100毫米水柱的風(fēng)壓富余量。曝氣管的浸沒(méi)深度應(yīng)為

　　6800-1200-250-100=5250毫米?，F(xiàn)有曝氣池水深為6000毫米，按浸沒(méi)水深計(jì)算，橡膠膜曝氣管應(yīng)設(shè)置在距池底750毫米的高度上。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量曝氣管安裝高度的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，距池底750毫米尚不會(huì)發(fā)生曝氣池底部污泥沉積的問(wèn)題。

　　2.3  曝氣管安裝方法的優(yōu)化：曝氣池原有空氣支管的間距為2米，砼管廊上留有相應(yīng)的缺口。現(xiàn)橡膠膜曝氣管每根長(zhǎng)度為0.6米，曝氣支管兩邊各接一根橡膠膜曝氣管，長(zhǎng)度為1350毫米左右。故支管間距仍選用2米。根據(jù)支管總數(shù)116根和確定的橡膠膜氣管1392根，每根支管上安裝橡膠膜曝氣管12根（6對(duì)）。

　　 污水廠曝氣池運(yùn)行中，曝氣頭的損壞或堵塞是難免的，需要修理或更換時(shí)，一般要把曝氣池放空。修復(fù)后要重新培養(yǎng)活性污泥，不但工作量巨大，而且停產(chǎn)時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)十天以上。國(guó)外雖有專用的可折疊式的曝氣支管裝置，可將支管從池內(nèi)提出進(jìn)行維修，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)鮮有應(yīng)用。本工程為解決此難題，經(jīng)精心構(gòu)思，將每個(gè)曝氣支管（帶12個(gè)橡膠膜曝氣管）由三個(gè)可拆卸的支撐點(diǎn)固定，立管上端為一法蘭連接的橡膠軟接頭，既補(bǔ)償立管熱脹冷縮的變形，又便于拆卸；立管下端為一插入式杯形套筒，固定立管的左右位置，使立管靠自重站在池底上；水平管一端與立管結(jié)成整體，另一端為一個(gè)橫向的插入式搭扣，可水平向插入或撥出。因曝氣管在曝氣時(shí)只有垂直方向的抖動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生水平向位移,故可以作為水平管的支點(diǎn)。須要維修時(shí)，先卸開(kāi)支管上端軟接頭，再用一根小管子作杠桿，水平向撥出水平搭扣，即可取出整套支管。安裝時(shí)先把立管插入杯形套筒，把水平管撥入水平搭扣，安好軟接頭即可。實(shí)現(xiàn)了不停水不停氣維修曝氣管的要求。有關(guān)構(gòu)造見(jiàn)附圖。

3．實(shí)際運(yùn)行結(jié)果

    2002年6月，松江污水廠一期改造工程完成，經(jīng)調(diào)試測(cè)定，在設(shè)計(jì)處理水量2萬(wàn)立方/日情況下，出水水質(zhì)達(dá)到并優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行穩(wěn)定，管理方便。

在調(diào)試過(guò)程中，曾出現(xiàn)二次橡膠膜曝氣管接口破損，實(shí)施了不停水取出曝氣支管的辦法進(jìn)行維修，拆裝都順利方便，證明優(yōu)化后的安裝方法是成功的。

    曝氣池運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，在只開(kāi)一臺(tái)風(fēng)機(jī)，并調(diào)到最小風(fēng)量，實(shí)際電機(jī)功率130千瓦左右時(shí)，曝氣池內(nèi)實(shí)測(cè)溶解氧3–6毫克/升，高于一般要求的2毫克/升。證明橡膠膜曝氣管的氧利用率和整個(gè)計(jì)算，是可靠并留有余地的，污水中氧利用率應(yīng)大于16%。折算處理每公斤BOD并同時(shí)脫除0.23公斤TN的鼓風(fēng)機(jī)電耗在0.6千瓦時(shí)左右。較原穿孔管曝氣年電耗可節(jié)省100萬(wàn)左右。

    曝氣池供氣系統(tǒng)改造的決算造價(jià)（包括輸氣管、管道支架、閥門、軟接頭、橡膠膜曝氣管等全部裝置），不足90萬(wàn)元，折合單位處理水量單價(jià)45元/立方米水/日。這在曝氣池的供氣系統(tǒng)中，是很低很經(jīng)濟(jì)的。

   總之，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的比較篩選，認(rèn)真的構(gòu)造優(yōu)化，詳細(xì)的測(cè)定和計(jì)算。為曝氣池曝氣裝置的優(yōu)化，探索得到了較經(jīng)濟(jì)高效的一種設(shè)施和構(gòu)造。實(shí)際運(yùn)行證明，達(dá)到并優(yōu)于預(yù)期的目標(biāo)。

    附曝氣支管構(gòu)造圖