污水处理厂曝气优化助力水质提升与节能降耗

摘要：本研究聚焦上海石洞口污水处理厂，针对其曝气系统运行中出现的问题，如鼓风机背压上升、出水水质波动等，实施一系列优化方案。通过增加曝气管和曝气支管、降低曝气管阻力损失等措施，显著提升了曝气系统性能，实现了水质改善与节能降耗的双重目标，为污水处理厂的高效稳定运行提供了有益参考。

关键词：污水处理厂；曝气优化；水质提升；节能降耗

引言

随着城市的发展，污水处理厂在保障水环境质量方面的作用日益凸显。上海石洞口污水处理厂的曝气系统在运行多年后面临诸多挑战。为解决这些问题，该厂实施了曝气系统优化方案。经实践验证，优化后的曝气系统在曝气均匀性、出水水质和能耗控制等方面均取得了显著成效。污水处理厂作为排水系统的组成部分，对于保护环境、促进资源利用和经济发展具有不可替代的重要作用[1]。未来，应持续关注曝气系统的运行状况，进一步探索优化策略，以实现污水处理行业的可持续发展。

一、石洞口污水处理厂曝气系统现状及问题分析

（一）运行背景

上海城投污水处理有限公司旗下的石洞口污水处理厂，肩负着区域污水净化、维护水生态环境的重任。其反应池曝气系统于2016年10月开启改造，2017年11月顺利完工并投入使用。在投入运行的初期，曝气系统性能卓越，整体曝气效果稳定可靠。但运行5年后，曝气系统出现诸多问题。在后续运营中，问题愈发严重，影响处理效果与成本，亟待解决。

（二）存在问题

1. 曝气管数量不足

原曝气器数量以开启4台鼓风机为设计基准，单根设计风量12m³/h。实际运行时，开启5台风机，单根运行气量达14.4m³/h，开启6台时更高达18m³/h。长期超设计负荷运行，不仅使氧转效率低于设计值，还增大了阻力。频繁的高负荷运转加速了曝气管橡胶的老化，缩短其使用寿命，增加维护和更换成本。

2. 进水水质变化

进水模式由高水位变为低水位运行后，进水含砂率和无机物含量上升。同时，沉砂池去除率降低，砂子外运受阻，污水含砂率进一步升高。砂粒和无机物附着在曝气管表面，堵塞曝气微孔，影响气体释放，降低曝气效率，干扰曝气系统正常运行。

3. 曝气管布置不合理

石洞口污水处理厂采用Unitank工艺，曝气池工作时污水处于静止状态。曝气管支管间距为4.3米，间距较大导致部分区域易积泥。积泥使曝气池有效容积减小，污水与曝气气体接触不充分，曝气效率大幅降低，无法满足污水处理的需氧要求，影响处理效果。

4.精确曝气改造的负面影响

为实现精准曝气控制，污水处理厂进行精确曝气设备改造，将曝气蝶阀前支管横管由DN700更换为DN400。虽适应了精确曝气需求，但管道截面大幅减小，过流截面突变导致管压急剧上升。这增加了风机运行负荷，消耗更多电能，还可能造成曝气不均匀，进一步影响污水处理效果。

二、曝气系统的优化策略

（一）增加曝气管

在1#反应池进行优化，共3组。原单组曝气管数量为1278根，优化后增加到1764根，具体分布为：EDI FlexAir Magnum微孔曝气管（91*1000）在2边格，原每组2格，每格428根，共856根，优化后每格增加到590根，共1180根；在中间格，原每组1格，每格422根，共422根，优化后每格增加到584根，共584根。总计增加486根，1#反应池3组共增加1458根，优化后曝气管总数达到5292根。

（二）增加曝气支管

单路曝气器新增3组空气管道，由原来的8组增加到11组，曝气器支管间距由4.3米减小至3.015米。这一调整使曝气分布更加均匀，有效改善了曝气效果。

（三）降低曝气管单根阻力损失

曝气管增加后，在现有风机风量下，单根曝气管通气量由18m³/h下降至12m³/h，单根曝气管阻力损失从4.3kPa降低至3.7kPa，缓解了鼓风机背压，减少了风机能耗。如下图所示：

（四）提高氧气转移效率

通过优化措施，氧转效率由33%提升至37%，提高了4%。这使得曝气系统能够更高效地为污水中的微生物提供氧气，促进有机物的分解，提升污水处理效果。

（五）增加布置密度

单组曝气管数量增加38.0%，曝气器组数增加37.5%，总的布置密度增加约38%。更高的布置密度增强了曝气系统的混合效果，提高了曝气池的有效容积利用率。

三、曝气系统优化改造的实施进程

2022年6月，随着上海疫情封控的解除，石洞口污水处理厂迅速行动，即刻开启第一池第一条廊道的改造工作，7月便顺利完成改造与调试并投入运行。从实际运行效果来看，曝气气泡变得微小且均匀，系统阻力明显下降，出水水质得到有效改善。随后在2022年年底，完成了第一池剩余两条廊道以及第1组曝气池的改造，此时整体改造进度达到1/4。2023年初，第二组及第三组曝气池的改造工作有序开展，到年底顺利完工，整体改造完成3/4。按照规划，2024年四组曝气池改造工程完美收官 。

四、曝气系统优化后的阶段性成果呈现

（一）直观效果

在污水处理[2]过程中，曝气均匀性和出水效果是衡量曝气系统性能的重要直观指标。改造前，石洞口污水处理厂曝气系统曝气效果欠佳，曝气不均匀导致部分区域供氧不足，影响微生物的活性和污水处理效率。改造后，情况得到极大改善，曝气气泡变得微小且均匀分布在曝气池中。从出水效果来看，改造后的水质明显改善，出水变得更加清澈，减少了对环境的污染风险，对保护周边水体生态环境具有重要意义。

（二）数据改善

1. 阀门开度

阀门开度的变化是反映系统阻力的关键数据。改造前，阀门开度高达95%，而1/4改造后，阀门开度降至30%。不仅降低了风机的能耗，延长了风机的使用寿命，还提高了整个曝气系统的稳定性和可靠性。

2. 气水比

气水比是衡量曝气系统能耗和处理效果的重要指标。改造前，气水比为8.2：1，1/4改造后，气水比降至8.0：1，降低了气量消耗。这一变化不仅节约了能源，还减少了因大量曝气带来的设备磨损和维护成本。

3. NH3-N

氨氮（NH3-N）含量是衡量污水水质的重要指标之一。改造前，氨氮含量在2 - 3mg/L波动，1/4改造后，氨氮含量≤0.2mg/L，水质得到显著提升，提高了污水处理的质量，减少了对周边水体的污染风险。

4.鼓风机压力

鼓风机压力是反映曝气系统运行状态的重要参数。改造前，鼓风机压力为75Kpa，1/4改造后，鼓风机压力≤74Kpa，且随着改造的推进，压力有望进一步降低。这不仅实现了节能降耗的目标，还减少了设备的磨损和维护成本，提高了曝气系统的运行效率和稳定性。

参考文献

[1]王杨力.基于判断矩阵与内梅罗指数的污水处理厂工程项目后评价体系研究[J].轻工科技，2025，41（02）：129-132+143.

[2]赵航飞.污水处理池施工中的水化热控制及防渗漏技术研究[J].建筑技术开发，2025，52（03）：153-155.