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，對各種布氣裝置進行了三個輪次的技術(shù)經(jīng)濟比較。針對工程具體特點，優(yōu)選了橡膠膜曝氣管作為布氣裝置，并對布氣管的構(gòu)造進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了不停水拆卸維修曝氣管的要求。

　　經(jīng)實際運行證明，運行情況良好，污水中氧利用率16%以上，去除每公斤BOD₅并同時脫除0.23公斤TN的風(fēng)機電耗在0.6kw.h左右。輸氣管和布氣系統(tǒng)的單位處理水量總造價45元/m³.d，布氣支管不停水拆裝方便。本文介紹了三輪比較、構(gòu)造優(yōu)化和實際運行情況。

　　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%，總造價的15%左右。優(yōu)選能耗少、造價低的曝氣裝置，對污水廠的運行成本和基建造價具有重要意義。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，是污水廠運行管理中關(guān)注的重點。

　　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)運行以來，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。前期工作的重點之一，是曝氣裝置的優(yōu)化。經(jīng)三個輪次的技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇了橡膠膜曝氣管作為布氣裝置，對布氣管的構(gòu)造進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了不停水拆卸維修曝氣管的要求。2002年6月工程實施后，經(jīng)運行實踐證明，達到并優(yōu)于預(yù)期的效果。現(xiàn)將有關(guān)情況簡述如下：

　　1． 布氣裝置的優(yōu)選

　　布氣裝置是將空氣擴散到水中，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），即氧利用率，是體現(xiàn)布氣裝置效率的主要指標。在確定了曝氣池需氧量的情況下，不同的布氣裝置的氧利用率不同，需要的空氣量不同，鼓風(fēng)機的能耗也不同。同時，不同的布氣裝置的價格、對空氣凈化的要求、以及相應(yīng)的管道造價也不同，故需進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

　　本次工程的前期工作中，對布氣裝置進行了三輪技術(shù)經(jīng)濟比較：

　　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2萬立方米，根據(jù)松江污水廠進水水質(zhì)和脫氮要求計算，處理過程中日需氧量為7073公斤。利用現(xiàn)有的可變風(fēng)量高速離心風(fēng)機，每臺風(fēng)機最大風(fēng)量125立方/分，電機滿負荷功率185千瓦。比較結(jié)果見表1-1。

　　由表1-1可見，穿孔管大氣泡曝氣，雖構(gòu)造最簡單，但由于氧利用率低，年電耗高，靜態(tài)五年總費用最高。微孔曝氣靜態(tài)五年總費用稍高，且曝氣頭必須裝在池底，浸沒水深6.0米，加上曝氣頭本身的阻力損失，要求的風(fēng)壓超過現(xiàn)有鼓風(fēng)機的最大風(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，對空氣除塵的要求不高，造價適中，供氣電耗與微孔曝氣相差不多，五年總費用最小，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)濟比較，比較基礎(chǔ)同上。結(jié)果見表1-2。

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

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

昕盛橡膠膜曝氣管

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

水深5米時充氧能力和曝氣管阻力損失

　　由表1-2可見，橡膠膜曝氣管的氧利用率超過曝氣軟管，甚至優(yōu)于微孔曝氣，中微氣泡曝氣的優(yōu)勢進一步顯現(xiàn)，而且布氣管的理論造價最低。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)機風(fēng)壓不能匹配的問題，而且造價較高。曝氣軟管是用繩子綁在支架上，支架造價大，且不正規(guī)。橡膠膜曝氣管可設(shè)計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)勢比較明顯。

　　第三輪比較：是對目前市場上幾種橡膠膜曝氣管產(chǎn)品的比較。通過清水試驗，測定不同淹沒水深、每根曝氣管不同出氣量時的氧利用率、阻力損失等。清水試驗在直徑1米、高5.4米的鋼筒中進行，用氣壓表測定曝氣管阻力損失，用YSI-58型溶氧儀連續(xù)測定DO變化，并計算氧利用率等參數(shù)。本輪共比較了二種臺灣產(chǎn)品和一種德國產(chǎn)品。其中一種臺灣產(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)銷的臺灣曝氣管氧利用率較高，構(gòu)造較為合理。德國產(chǎn)品雖各方面性能都優(yōu)于前二者，但價格高于臺灣產(chǎn)品一倍以上。綜合考慮三種曝氣管的經(jīng)濟與技術(shù)效應(yīng)，最終選用昕盛經(jīng)銷的曝氣管。其測定結(jié)果見表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，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（根據(jù)松江污水廠水質(zhì)情況計算確定），每根曝氣管在不同出氣量時，需要的空氣供應(yīng)量、曝氣管理論數(shù)量及造價，見表2-1。

每根曝氣管不同出氣量的經(jīng)濟比較     表2-1

　　由表2-1和表1-3可見，當每根橡膠膜曝氣管的出氣量大于8立方/小時，則供氣量將達到或超過現(xiàn)有每臺鼓風(fēng)機的供氣能力，有啟用二臺風(fēng)機的可能，很不經(jīng)濟，而且曝氣管的阻力損失明顯增加，超過現(xiàn)有風(fēng)機的風(fēng)壓能力，故不宜選用。根據(jù)現(xiàn)有鼓風(fēng)機的特性曲線（附圖2-1），為達到出風(fēng)壓力6.8米水柱，出風(fēng)量101立方/分和112立方/分時，相應(yīng)的進風(fēng)導(dǎo)葉片角度為30度和22度，相應(yīng)的風(fēng)機軸功率為145千瓦和151千瓦。即每根曝氣管的出氣量為6立方/小時和4立方/小時，相應(yīng)的供電電耗僅差6千瓦，年電費相差2萬元左右，而曝氣管的理論造價相差7.5萬元，兩者經(jīng)濟效益無明顯差異。但曝氣管數(shù)量過多，則構(gòu)造上困難較大，維護工作量增多。故每根曝氣管的出氣量選定為6立方/小時左右。曝氣管用量約1100根。（考慮缺氧區(qū)預(yù)留曝氣管，實際安裝的曝氣管數(shù)量1392根）

　　2.2  曝氣管浸沒深度的確定：為使曝氣管能正常出氣，曝氣管的浸沒深度、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，在每根曝氣管出風(fēng)量6立方/小時左右時實測為0.73米?？紤]長期長期使用后阻力增加，曝氣管的阻力損失按1200毫米水柱計?？諝廨斔凸艿淖枇p失，經(jīng)計算，為250毫米水柱。為安全起見預(yù)留100毫米水柱的風(fēng)壓富余量。曝氣管的浸沒深度應(yīng)為

　　6800-1200-250-100=5250毫米?，F(xiàn)有曝氣池水深為6000毫米，按浸沒水深計算，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)國內(nèi)外大量曝氣管安裝高度的運轉(zhuǎn)情況，距池底750毫米尚不會發(fā)生曝氣池底部污泥沉積的問題。

　　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?，F(xiàn)橡膠膜曝氣管每根長度為0.6米，曝氣支管兩邊各接一根橡膠膜曝氣管，長度為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）。

　　 污水廠曝氣池運行中，曝氣頭的損壞或堵塞是難免的，需要修理或更換時，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)時間要長達十天以上。國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)提出進行維修，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，國內(nèi)鮮有應(yīng)用。本工程為解決此難題，經(jīng)精心構(gòu)思，將每個曝氣支管（帶12個橡膠膜曝氣管）由三個可拆卸的支撐點固定，立管上端為一法蘭連接的橡膠軟接頭，既補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。因曝氣管在曝氣時只有垂直方向的抖動，不會產(chǎn)生水平向位移,故可以作為水平管的支點。須要維修時，先卸開支管上端軟接頭，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。實現(xiàn)了不停水不停氣維修曝氣管的要求。有關(guān)構(gòu)造見附圖。

3．實際運行結(jié)果

    2002年6月，松江污水廠一期改造工程完成，經(jīng)調(diào)試測定，在設(shè)計處理水量2萬立方/日情況下，出水水質(zhì)達到并優(yōu)于排放標準。運行穩(wěn)定，管理方便。

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

    曝氣池運行中發(fā)現(xiàn)，在只開一臺風(fēng)機，并調(diào)到最小風(fēng)量，實際電機功率130千瓦左右時，曝氣池內(nèi)實測溶解氧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計算，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并同時脫除0.23公斤TN的鼓風(fēng)機電耗在0.6千瓦時左右。較原穿孔管曝氣年電耗可節(jié)省100萬左右。

    曝氣池供氣系統(tǒng)改造的決算造價（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90萬元，折合單位處理水量單價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)濟的。

   總之，經(jīng)過仔細的比較篩選，認真的構(gòu)造優(yōu)化，詳細的測定和計算。為曝氣池曝氣裝置的優(yōu)化，探索得到了較經(jīng)濟高效的一種設(shè)施和構(gòu)造。實際運行證明，達到并優(yōu)于預(yù)期的目標。

    附曝氣支管構(gòu)造圖