MSBR池曝气系统优化与思考
导读:：针对南方某污水厂MSBR池曝气系统在实际运行中存在的诸多问题，如好氧池曝气不足，SBR池污泥沉积、沉淀阶段漏气等，一一进行了分析，提出优化措施，取得了较好的效果;同时结合实际使用经验，对可提升式曝气器的设计和应用等方面进行了分析和思考，提出了相关建议。
关键词：MSBR，曝气系统，优化
1 MSBR池曝气系统概况
南方某污水处理厂2002年投入运行，采用MSBR工艺，已建成一期处理能力为12万m3/d，分三组MSBR池，每组处理规模4万m3/d，出水水质能稳定达到一级 B排放标准(GB 18918-2002)。
MSBR(改良型序批式活性污泥法)实质是由A2/O工艺与SBR工艺串联组成的一种新型工艺。MSBR池曝气系统分布在好氧池(6单元)和SBR池(1或7单元)，具体分布如图1所示。好氧池池壁两侧对称布置安装有18套曝气器，中间安装两台浮筒搅拌器(18KW)。SBR池布置形式与好氧池相同，安装有10套曝气器，中间两台浮筒搅拌器(15KW)。
通过调节鼓风机出口压力和各单元主进气阀门开度，可以调节各单元的供气量。曝气器采用可提升式设计，每个曝气器由50条橡胶微孔管膜并列平行布置，以不锈钢气管为骨架固定组成，利用固定安装在池壁的起吊支架，通过电动卷扬机牵引固定在曝气器进气管上的钢丝绳起吊，安装如图2所示。
图1 MSBR池曝气系统布置图
如图2 曝气器安装示意图
2、好氧池溶解氧值不足
2.1 存在现象
在污水厂运行初期，由于处理水量较小，不足2万吨/天，曝气池曝气效果还未影响生化系统的运行，随着进水水量的不断增长，单池进水量达到3万吨/天时，即使把鼓风机出口压力调到最大值0.075Mpa，好氧池溶解氧值也无法上到2mg/L，而此时各项进水指标均在设计范围内。从图2可知，只有在凌晨4点到10点之间进水量较小时，溶解氧水平才稍微有所升高，由此导致MSBR池污泥性状急剧恶化，氨氮等出水指标超标。
图3 好氧池溶解氧值日曲线图(绿色线)
2.2原因分析
2.2.1管膜安装数量与鼓风机出口压力不匹配
该厂好氧池设计理论供气量为9000m3/h环境保护，而好氧池仅设计有900条管膜，每条管膜曝气量需达到10m3/h。不考虑管膜老化造成的曝气压力损失的增加，达到设计曝气量时，压力损失已达到0.073 Mpa，已接近鼓风机设计的曝气压力。具体压力损失见下表1。
表1曝气压力损失表
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名 称 |
阻力损失（kPa） |
备注 |
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管膜理论压力损失 |
6 |
按管膜厂家提供数据每条管膜曝气范围为2-12m3/h.m，阻力损失为3.3-6.7kPa。此处数据未考虑管膜老化造成的压力损失增加 |
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水头损失 |
60 |
水深6米 |
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曝气管路压力损失 |
4 |
实测 |
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鼓风机出口到主管路压力损失 |
3 |
实测 |
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各项压力损失合计 |
73 |
2.2.2管膜集中布置降低曝气效率
按曝气常理理解，在曝气池中间布置搅拌器，搅拌使混合液形成紊流，曝气气泡与混合液接触时间延长，从而提升曝气效率。但从实际运行中发现，曝气效率并未得到提升，反而有下降趋势。分析认为，曝气管膜的密集布置，导致曝气气泡相互碰撞，微小气泡结合为大气泡，导致曝气效率下降，间接抵消了搅拌器搅拌所提升的曝气效率。
2.2.3管膜保养不到位导致曝气效率下降
该厂也检查了管膜的老化情况，管膜在使用了3年后发生了较为明显的收缩，老化严重。根据现场调查环境保护，判断为管膜安装和调试期间，长时间的太阳暴晒，导致管膜提早老化，影响曝气效率。
2.3改进措施
针对此种情况，该厂对好氧池曝气系统进行了改造，在好氧池中间布置了1600套盘式曝气器，同时取消了中间两台浮筒搅拌器(如图4)。改造后，好氧池溶解氧值上升，而将改造后曝气系统切换到改造前曝气系统时，在鼓风机曝气压力设定不变的情况下，溶解氧立即从高于2mg/L下降到不足1mg/L，见图5。改造后试运行一段时间，MSBR池污泥性能好转，氨氮等出水指标得到有效的降低。
图4 改造后好氧池曝气系统示意图
图5 改造前后溶解氧曲线变化图(绿色线)
从经济效益对比，改造前后所需曝气量大体相当，而改造后由于减少了两台搅拌器运行能耗，年节电量达到了30万kW·h ，同时由于曝气膜数量的增加，好氧池整体曝气压力下降明显环境保护，鼓风机运行在较合理工况，也相应的提升了鼓风机运行的稳定性，降低了鼓风机运行的能耗。
3 SBR池曝气系统存在问题及优化措施
3.1 SBR池曝气系统布置不合理导致污泥沉积
3.1.1污泥沉积现象
SBR池末端平行布置有3座空气出水堰(如图6)，每座空气出水堰由四条混泥土立柱支撑，空气出水堰区域占整个SBR池面积的1/4。在运行中发现，该处污泥沉积严重，污泥在此反硝化产生大量气泡，导致沉积污泥上浮，严重的影响了出水水质。
图6 空气堰处示意图
3.1.2原因分析及改进措施
经观察，认为发生污泥沉积主要原因为该处未设曝气器，而支撑空气堰的12条混泥土立柱又使得空气出水堰区域搅拌效果大幅下降，从而导致污泥沉积。为有效避免此种情况，该厂在此区域加装了3套可提升式曝气器。改造后，污泥沉积现象得到有效控制，但增加曝气器对空气出水堰运行有一定的影响，应尽可能的调低曝气器的曝气量，能保持污泥不沉积即可。
3.1.3 SBR池搅拌器选型建议
从SBR池污泥沉积的情况可看出，由于SBR池存在空气出水堰区域，使得池型较为复杂环境保护，在此选用浮筒搅拌器显然会造成功率的浪费，且达不到效果。按一般经验设计，保持现有搅拌器功率不变，选用多台小功率潜水搅拌器的配合，应该能更有效的提升SBR池的搅拌效果，同时潜水搅拌器比浮筒搅拌器更适合于与池底曝气器配合。
3.2 SBR池曝气系统沉淀阶段漏气
3.2.1漏气现象
SBR池运行周期分为四个阶段,分别为缺氧\好氧\沉淀\出水阶段,当从好氧阶段转入沉淀阶段时，发现SBR池池面仍有气泡持续不断冒出，而且能维持20分钟以上，严重影响了沉淀效果。
3.2.2原因分析
从气泡冒出的频率和速率，首先可以排除反硝化气泡;同时检查空气进气阀的密封情况，密封良好，也可以排除。经分析判断，原因是曝气结束关闭进气阀门后，曝气管路环网内空气压力仍比较高，空气从阻力最小的曝气器漏出，由于管网容积较大，该部分空气量较多，故漏气维持时间较长，影响了沉淀效果。对于池型较小的SBR池环境保护，由于环网容积也相应较小，此种现象可能不明显。
另外，由于密封橡胶的老化，特别是空气介质比较干燥、携带较多灰尘，进气阀门(蝶阀)泄漏量随之增加，也会产生此种现象，而为阀门有少许泄漏就更换是非常不经济的。
3.2.3改进措施
经试验，该厂在SBR池空气环网管路(进气阀门后)上，加装了一套电磁阀泄气系统。当曝气结束进气阀关闭后，程序立即触发开启电磁阀泄压，当管路气压降到0.055MPA时，关闭电磁阀，从而又使曝气系统保持了一定的背压，避免污水从曝气器破损处压入曝气系统，期间若存在阀门泄漏使得环网压力又升高到0.06MPA以上时，通过压力变送器送出信号，可以使泄压电磁阀再次开启，从而保持环网管路气压保持在0.06MPA以下，防止空气从曝气器漏出。
4 可提升式曝气系统设计存在的问题及思考
4.1池面检修平台空间不足环境保护，影响维护检修
为方便管膜的维护和维修，MSBR池曝气器采用可提升式设计。但由于MSBR池面廊道设计过窄，仅有1.3米，导致吊出池面的曝气器，检修空间不足，拆卸相当困难，使得该设计的优点难以有效体现。
4.2 曝气器吊起后，无法进气检查，也降低了维护检修的便利性
可提升式曝气器受限于起吊架和进气管的设计，在曝气器吊离池底后就需拆除进气软管后，才能继续起吊，无法进气。而曝气器在低于池面1-2米处，开大气量曝气，是曝气膜较佳的维护方法之一;在低于水面10-20cm处开少量曝气，是检查曝气膜堵塞、破损等情况的最佳方法。设计中未能考虑这些情况，也大大降低了可提升式曝气器的优越性。
4.3 可提升式与不可提升式曝气系统的使用选择
选择可提升式曝气器主要基于两个前提：(1)曝气系统故障率高;(2)放空曝气池检修难度很大。
从该厂的实际运行情况看，只要选择质量较好的管材和曝气膜，曝气器破损率很低，该厂在曝气膜由于寿命到期更换之前环境保护，未曾利用提升系统更换过曝气膜;同时一般污水厂的处理水量都会随季节产生较大的变化，完全可以安排处理水量小的时间放空检修曝气系统。因此，这两个前提也不是一定必要的。
不可提升曝气系统通过多个分区的设置，也可避免由于曝气器的严重损坏需要马上放空曝气池检修的弊端。而可提升式曝气系统的投资造价比不可提升曝气系统高很多，在曝气系统的选型中，需要慎重权衡。
5 结论
(1)池底布满曝气器的布置方式显然优于两侧可提升式曝气器加搅拌器的设计，且能耗更低。
(2)曝气系统设计时，需注意曝气压力与鼓风机供气压力相匹配，鼓风机供气压力要有一定的余量，以应对曝气膜老化造成的阻力损失增加。
(3)浮筒搅拌器不适用于复杂结构的池型，此时选用多个潜水搅拌器的灵活布置应该更有效。
(4)在可提升式曝气器设计中，应着重考虑曝气器检修和维护的便利性，否则无法发挥可提升式设计的优点。
参考文献：
1黄慎勇，赵忠富，刘波，等.深圳盐田污水处理厂的设计及运行.西南给排水，2007，29(3)：1-4。
2杜英豪.MSBR工艺的运行管理实践.中国给水排水，2006，22(2)：90-92。
3杨殿海,顾国维.改进型MSBR工艺特点与运行效果.中国给水排水, 2004, 20 (1)：62 - 65.
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