二○○三年四月
目 录
第一章 氧化沟综述
一、氧化沟的技术特征 ……………………………………………………… 1 ㈠氧化沟简介 ……………………………………………………………… 1 ㈡氧化沟的技术特征 ……………………………………………………… 1 二、氧化沟的曝气设备 ……………………………………………………… 3
1. 水平曝气转刷或转盘 ……………………………………………………3
2. 垂直轴表面曝气机 ………………………………………………………3 三、常用的几种氧化沟系统 ………………………………………………… 4
1. 卡鲁塞尔氧化沟………………………………………………………… 4
2. 交替工作式氧化沟 ………………………………………………………5
3. 奥贝尔型氧化沟 …………………………………………………………6
第二章 氧化沟的设计计算
一、 氧化沟的容积计算……………………………………………………… 8
二、 曝气机功率计算 ……………………………………………………… 8
三、 碱度校核 ……………………………………………………………… 11
四、 污泥回流计算 ………………………………………………………… 11
五、 二沉池计算 …………………………………………………………… 12
第三章 卡鲁塞尔氧化沟在城市污水处理中的应用
一、 污水生物脱氮工艺流程 ……………………………………………… 13
二、 着重于反硝化脱氮作用的卡鲁塞尔氧化沟 ………………………… 14
三、 污水生物除磷工艺流程 ……………………………………………… 16
四、 生物脱氮除磷工艺流程 ……………………………………………… 17
五、 卡鲁塞尔氧化沟系统计算例题 ……………………………………… 23
1
第一章 氧化沟综述
一、氧化沟的技术特征
㈠氧化沟简介
活性污泥法是当前世界各国应用最广的一种历史悠久的二级生物处理流程,具有处理能 力高,出水水质好等优点。但传统的活性污泥法存在基建费、运行费高,能耗大,管理也较 复杂,易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题,且不能去除氮、磷等无机营养物质。
近年,从下列几点改革传统的活性污泥法:
1.简化流程,压缩基建费;
2.节约能耗,降低运行费;
3.增强功能,改善出水水质(在去除 BOD
5
、SS 的同时去除氮、磷等营养物质) ;
4.简化管理,保证稳定运行;
5.减少污泥产量,简化污泥的后处理。
其中氧化沟活性污泥法可以能满足上述各点要求。
氧化沟 (Oxidation Ditch) 是本世纪 50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法, 其曝气池呈封闭的沟渠形,废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动,因此被称为“氧 化沟” 。 实际上它是活性污泥法的一种变型, 因为废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道 中不断循环流动,有人称其为“循环曝气池” 、 “无终端的曝气系统” 。
自 1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来,氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利 亚得到了迅速的推广应用。至 1985年,美国已建有 553座氧化沟污水处理厂,荷兰 216座, 西德 226座,丹麦 300座。其工艺和构造也有了很大的发展和进步,处理能力不断提高,至 今已有规模达 65万 m 3/d的大型氧化沟处理厂;处理范围不断扩大,不仅能处理生活污水, 也能处理工业废水、城市废水,而且在脱氮除磷方面表现了极好的性能。
我国近年来在氧化沟技术的研究及推广应用方面有了很迅速的发展。尤其在城市污水处 理厂中获得应有的推广。
㈡氧化沟的技术特征
氧化沟污水处理技术能在近五十年来取得迅速的发展,主要是由于它出水水质好,运行 稳定,管理方便,并具有区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,现概括如下:
1.采用的技术参数
氧化沟常用的技术参数如下:
有机物容积负荷 0.2~0.4 kgBOD
5
/m3·d
有机物污泥负荷 0.05~0.15 kgBOD
5
/kgVSS·d
水力停留时间 10~24hr
污泥龄 10~30day
活性污泥浓度 2000~6000 mg/L
出水水质 BOD
5
10~15mg/L
1
SS 10~20mg/L
NH
3
-N 1~3mg/L
氧化沟所采用的有机物负荷和水力停留时间与延时曝气法接近,但所取得的出水水质较 好。当然,氧化沟也可采用不同于上列的技术参数。如采用较高的有机物负荷、较短的水力 停留时间,使其运行的特征接近于高负荷活性污泥法或其他类型的活性污泥法。
2.采用的处理流程
以氧化沟处理城市污水时,可不设初次沉淀池,悬浮状有机物可在氧化沟中得到好氧稳 定,这比设初沉池及污泥稳定池要经济。由于氧化沟所采用的污泥龄很长,其剩余污泥量少 于一般活性污泥法,而且已经得到好氧稳定,不需再经污泥消化处理。
为防止无机沉渣在氧化沟中积累,原污水应先经格栅及沉砂池预处理。
一般, 氧化构污水厂的处理流程如图
1-1所示。
流程中的二沉池可与曝气池分建, 也
可与其合建, 称一体化氧化沟, 此时可省
去二沉池与污泥回流系统, 但无法调节污
泥回流量。
由此可见, 氧化沟污水厂的处理流程
比一般活性污泥法简单得多。
3.水流混合特征
从水流混合特征出发,可将活性污泥系统区分为推流式和完全混合式两大类,氧化沟界
于推流式和完全混合式之间,或者说基本上是完全混合式,同时又具有推流式的某些特征。 设水流在曝气沟渠中的流速 v 为 0.3~0.5米/秒, 氧化沟的总长为 L, 则水流完成一个 循环所需时间 t=L/v。当 L=90~600米时,t=5~20分钟。由于废水在氧化沟中的设计水 力停留时间 T 为 10~24小时, 因此可以计算出废水在整个停留时间内要完成的循环数为 30~ 280次不等。
可见,如果着眼于整个氧化沟,即以较长的时间间隔为观察基础,可以认为氧化沟是一 个完全混合池,其中的污水水质几近一致,原水一进入氧化沟,就会被几十倍甚至上百倍的 循环流量所稀释,因此氧化沟和其它完全混合式的活性污泥系统一样,适宜于处理高浓度有 机废水,能够承受水量和水质的冲击负荷。
但如果着眼于氧化沟中的某一段,即以较短的时间间隔为观察基础,就可以发现某些推 流式的特征。因为在氧化沟中曝气装置并不是沿池长均布而是只要装在某几处,在曝气器下 游附近地段,水流搅动激烈,溶解氧浓度较高,但随着与曝气器距离的不断增加,水流搅动 变缓,溶解氧浓度不断减少,还可能出现缺氧区。这种水流搅动情况和溶解氧浓度沿池长变 化的特征,十分有利于活性污泥的生物凝聚作用。且可利用来进行硝化、反硝化,达到生物 脱氮的目的。
2
二、氧化沟的曝气设备
曝气设备的功能有三:⑴曝气充氧;⑵推动水流作不停的循环流动,防止活性污泥沉淀; ⑶搅拌水流,使有机物、微生物及氧三者充分混合、接触。
常用的氧化沟曝气设备有两大类,即⑴曝气转刷或转盘;⑵表面曝气机。
1.水平轴曝气转刷或转盘
3
曝气转刷构造见图 1-2。 它以钢管为转 轴,在轴的外部沿轴长连接有很多钢质叶 片,即为刷子。
曝气转刷国内外早期应用较多。 其产品 的轴长为 4.5m 及 9m,转刷直径为 0.8m~1.5m,转刷充氧能力约为 2kgO 2/kw.h。调 整转速和浸没深度, 可改变其充氧量, 适应 不同的工作条件。 采用曝气转刷时, 曝气沟
渠的水深一般不超过 2.5m,但也有采用至 3.0m
的。 曝气转盘构造见图 1-3。它是在水平轴上带动的一 组转盘,转盘上有小孔及凸出的三角形块,藉以提高充 氧性能。其转速一般为 46~60转/分,其直径可达 1372mm,充氧能力为 1.8~2.0kgO2/kwh。采用转盘时, 曝气沟渠水深可达 3.5m。
曝气转盘轴长最大为 6m, 可安装 1~25个曝气转盘。 其推力及混合能力较高,1马力可搅拌 200~900m3 池容 积。
2.垂直轴表面曝气机
氧化沟专用表曝机在荷兰首先应用,后 来在美国和新加坡等地获得进一步发展。氧 化沟专用表曝机如图 1-4
所示。
由图可见,它的主要特点是叶轮高度较 大, 上口呈敞开形, 叶片呈旋转双曲面曲线。 因此它兼顾了充氧、推动和强烈搅拌的作 用。除具有较高的充氧动力效率外,尚具有 较大的提升推动能力,可增加氧化沟水深, 缩小其占地面积, 氧化沟水深达 3.6~5.5m 。
这种表曝机推动氧化沟水流的作用依 靠叶轮外缘的线速度,通常达 6~7m/s。在 适当的沟深与叶轮直径比等条件下,可以使 氧化沟的沟内平均流速达到 0.3~0.5m/s。
因此,为保证氧化沟沟内流速,这类表曝机不必另设推流设备;要注意的是调整表曝机充氧 量宜用调整水位,而不宜调整外缘线速。
强烈搅拌能使活性污泥加速更新,提高生物处理效果。图 1-4叶轮构造可对水流起到强 烈的搅拌作用。水体在叶片的带动下沿叶轮径向运动,引起下部水流补充的轴向流动。因上
口呈敞开形形成水流径、轴向的强烈搅动。 为了说明问题,图 1-5系用于表面曝气池的到 伞型(Simcar)表曝机。
国内生产的曝气机叶轮叶片属直板直线型的。 它适用于表面曝气池,能起到曝气池充氧作用,不 能满足上述氧化沟的三个功能要求。这种表曝机叶 片上口封闭,以避免搅拌水体向上飞溅。 其他曝气设备,诸如射流曝气、鼓风曝气等也 可用于氧化沟,但在应用上比较少见。
三、常用的几种氧化沟系统
1.卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟
4
卡鲁塞尔氧化沟是 60年代末期由荷兰 DHV 公司 研制成功的。其构造特征如图 1-6所示。 由图可见,这是一个多沟串联的系统,进水与 活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流 动。卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气 机,每组沟渠安装一个,均安设在一端,因此形成 了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环 的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚,使活性污泥易 于沉淀,而且创造了良好的生物脱氮的环境。 如前所述,卡鲁塞尔氧化沟由于采用了表面曝 气机, 其水深可采用 3.6~5.5m, 沟内水流速度约为
0.3~0.5m/s。由于表曝机周围的局部地区能量强度比传统活性污泥法曝气池中的强度高得 多,因此氧的转移效率大大提高。当有机负荷较低时,可以停止某些表曝机的运行或降低水
位,在保证水流搅拌混合循环流动的前提下,节约能量消耗。
卡鲁塞尔氧化沟系统的规模小至 200m 3/d,大至 657000m 3/d。其 BOD 5 去除率可达 95~99%,脱氮效率可达 90%,除磷效率约为 70~80%,如配以投加铁盐,除磷效率可达 95%。 主要问题是发现氧化沟中有污泥沉淀现象, 最大积泥高度达 1.0m 以上, 并有污泥成团上 翻。说明推动力尚不能满足需要。此外,实际运行的动力费用也较原设计值为高。
2.交替工作式氧化沟 ⑴三沟交替式氧化沟
这种类型的氧化沟是由 SBR 间歇式氧化沟发展 而来,有二池或三池交替工作的两种系统。 图 1-7是三池交替工作的氧化沟,其运行过程 是两侧的 A、C 二池交替地用作曝气池,中间的 B 池 则一直维持曝气,进水交替地引人 A 池或 C 池,出 水相应地从 C 池或 A 池引出。这样做提高了曝气转 刷(盘)的利用率,达 68%(2/3)左右,还有利于生 物脱氮。
三池的交替工作氧化沟的运行过程可分为 6个 阶段,如图 1-8。
阶段 A,延续 1.5小时。进水引入Ⅰ池, 出水自Ⅲ池引出。三池的工作状态分别为:Ⅰ 池缺氧状态,进行反硝化及有机物的部分降 解;Ⅱ池好氧状态,进行有机物的进一步降解 及氨氮的硝化作用;Ⅲ池则为沉淀池。
5
阶段 B,延续 1.5小时。进水引人Ⅱ池, 出水自Ⅲ池引出。 Ⅰ池和Ⅱ池均在好氧条件下 运行,Ⅲ则保留为沉淀池。
阶段 C,延续 1.0小时。进水引入Ⅲ池, 出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池转变为静置沉淀状态,
Ⅱ池在缺氧条件下运行,以便对阶段 B
中积累的硝酸盐进行反硝化,Ⅲ池仍为沉淀池。 阶段 D,延续 1.5小时。进水引人Ⅲ池,出水自Ⅰ池引出。Ⅰ池与Ⅲ池的工作状态正好 与阶段 A 相反,B 池则与阶段 A 时相同。
阶段 E,延续 1.5小时。Ⅱ池工作状态与阶段 B 相同,Ⅰ池Ⅲ池的情况则与阶段 B 相反。 阶段 F,延续 1.0小时。Ⅱ池工作状态与阶段 C 相同,Ⅰ池Ⅲ池的情况则与阶段 C 相反。 整个工作周期为 8小时。
显然,三池交替工作的氧化沟就是一个 A-O 活性污泥系统,可以完成有机物的降解和硝 化反硝化过程,取得良好的 BOD 5去除效果和脱氮效果。依靠三池工作状态的转换,这种系统 免除了污泥回流。
交替工作的氧化沟必须有自动控制系统,根据预先设定的程序控制进、出水的方向,溢 流堰的启闭以及曝气机的开动和停止。 上述各工作阶段的时间, 也应根据水质情况进行调整。
⑵三沟交替式氧化沟与卡鲁塞尔氧化沟的比较
卡鲁塞尔氧化沟的系统,包括二沉池和污泥回流,表面上看,似乎比三沟交替式氧化沟 复杂。我们从上述的介绍中,可以比较下列各点。
A.三沟交替式氧化沟虽然不设二沉池,但它有三分之一的时间用于静置沉淀。例如设计 总停留时间 18~21小时,其中用于静置沉淀时间 6~7小时,此值大于二沉池设计参数。 卡鲁塞尔氧化沟在同等设计条件下, 例如氧化沟停留时间 12~14小时, 二沉池停留时间 2~4小时,总停留时间仅为 14~18小时,显然要比三沟交替式氧化沟经济。
B.在曝气设备选型上,在同等充氧条件下,三沟交替式氧化沟始终有 1/3设备被闲置。 换句话说,设备选型的装机容量需要增加 1/3。
此外,三沟交替式氧化沟的曝气设备一般采用卧轴式的曝气转碟(刷) 。卧式机械不管是 轴还是轴承均偏心受力。卡鲁塞尔氧化沟则采用立轴式表曝机,其轴和轴承中心受力,在同 等机械制造水平条件下,由于其力学结构合理,使用寿命长,故障少。
C.从生物处理技术角度,卡鲁塞尔氧化沟系统(包括二沉池和污泥回流) ,可以构成不 同的 MLSS 浓度、回流污泥浓度、回流率和固体负荷,以求得最优处理参数组合。调节出流堰 板或表曝机高低可变动叶轮浸没深度而调整充氧量。对于多沟串联沟型,可方便地组合氧化 沟内的好氧、缺氧和厌氧组合而形成 A-O、A 2-O(A2C)工艺流程,其灵活性优于三沟交替式 氧化沟。
D. 从活性污泥动力学理论, 氧化沟处理效率与 MLSS 成正比。 国内卡鲁塞尔氧化沟的 MLSS 已经达到 6000mg/L;国外资料报导则达到 7000mg/L。几乎高出 50%。运行正常的卡鲁塞尔 氧化沟的单位水量能耗比其他类型氧化沟低。
E.在上述介绍的三沟交替式氧化沟的操作过程可知,人工控制操作难度很大,而自动控 制必须可靠。这在试车调试和日常运行管理是复杂的。卡鲁塞尔氧化沟无论是人工或自动控 制比较容易实施,可方便地按污水水质调整运行参数。
3.奥贝尔(Orbal)型氧化沟
这是由多个同心的沟渠组成的氧化沟, 沟渠呈圆形或椭圆形。进水先引入最外的沟 渠,在其中不断循环的同时,依次进入下一 个沟渠,相当于一系列完全混合反应池串联 在一起,最后从中心的沟渠排出。Orbal 型 氧化沟的构造如图 1-9
所示。
奥贝尔型氧化沟的主要特点是:
⑴圆形或椭圆形的平面形状,比渠道较 长的氧化沟更能利用水流惯性,可节省推动
6
水流的能耗;
⑵多渠串联的型式可减少水流短路现象;
⑶曝气设备多采用曝气转盘,水深可采用 2~3.6m,并保持沟底流速为 0.3~ 0.6m/s。 常用的奥贝尔型氧化沟分为三条沟渠,第一渠的容积约为总容积的 60~70%,第二渠约 为总容积的 20~30%,第三渠则仅占总容积的 10%。在运行时,应保持第一、二及三渠的溶 解氧分别为 0、1、及 2mg/L,以达到以下目的:
⑴在第一渠内仅提供将 BOD
5
物质氧化稳定所需的氧,却保持溶解氧为 0或接近 0,既可 节约供氧的能耗,也可为反硝化创造条件;
⑵在第一渠缺氧条件下,微生物可进行磷的释放,以便它们在好氧环境下吸收废水中的 磷,达到除磷效果;
⑶在三条沟渠中形成较大的溶解氧阶梯,有利于提高充氧效率。
在三沟交替式氧化沟与卡鲁塞尔氧化沟比较中可知,奥贝尔型氧化沟的特点卡鲁塞尔氧 化沟都可以实现。而奥贝尔型氧化沟采用的卧轴曝气设备存在的不足,与三沟交替式氧化沟 一样。奥贝尔氧化沟虽然第一渠在污泥回流条件下可作为前置反硝化段,但与第三渠的容积 比,与硝化与反硝化容积比与之相反,与理论计算结果很难吻合。
三沟交替式氧化沟已经比二沟交替式与间歇式氧化沟(SBR)有所发展,在大中型氧化沟 设施中,卡鲁塞尔氧化沟有显著的优点。但对于小型氧化沟而言,二沟交替式氧化沟或 SBR 仍有使用价值。
7
第二章 氧化沟的设计计算
氧化沟系统的设计计算主要包括:确定氧化沟的容积、计算曝气机所需功率、进行碱度 校核、回流污泥量计算及二沉池设计计算。计算依据应根据我国现行规范和规程。规范和规 程主要有两本:
1.《室外排水设计规范》 (GBJ14-87,1997年版) ,简称《规范》 ;
2.《氧化沟设计规程》 (CSCS 112:2000) ,简称《规程》 。
一、氧化沟容积计算
当仅要求去除 BOD
5
及进行硝化作用时,可按活性污泥法动力学公式计算氧化沟容积:
YQ(S 0 -Se)θc
V=———————— (2-1) X(1+K
d
θc)
式中 V—氧化沟有效容积(m3)
Y—污泥产率系数(kgVSS/kgBOD 5 ) ;在 20℃有机物以 BOD
5
计时为 0.4~0.8
kgVSS/kgBOD 5 (《规范》值) ,0.3~0.5 kgVSS/kgBOD
5
(《规程》值)
Q—废水流量(m3/d)
S 0 —进水 BOD
5
浓度(mg/L)
Se—出水 BOD
5
浓度(mg/L)
θc—污泥龄(d);氧化沟采用低负荷数据,θc=10~30d(《规程》值)
K
d
—污泥内源呼吸系数(d-1) ;20℃时的常数值为 0.04~0.075(《规范》值)
对于有脱氮要求的氧化沟系统, 应在上述计算结果之外考虑反硝化所需的容积 V ’ , V ’ 可 按下式计算。
N
T
V’ =───── (2-2) S
DNR
·X’
式中 V'—反硝化所需的氧化沟有效容积(m3)
N
T
—要求去除的硝酸盐氮量(kg/d)
S
DNR
—污泥反硝化率(kgN/kgMLSS·d)
X ’ —可挥发性混合液悬浮固体(mg/L),即 MLVSS
氧化沟所需总有效容积应为上述二者之和:
V
T
=V+V’ (m3) (2-3) 二、曝气机功率计算
曝气机所需功率决定于氧化沟处理废水时所需的氧量,计算时应考虑到以下需氧反应、
8
产氧反应及影响需氧量的过程:
1.降低 BOD
5
的需氧反应;
2.氨氮氧化的需氧反应;
3.反硝化过程的产氧反应,即反硝化过程对有机物的稳定作用;
4.污泥增殖及排放所减少的 BOD 5 ,此部分 BOD
5
并未耗氧,在需氧量计算时应于扣除;
5.污泥增殖及排放所减少的 NH 3 -N,此部分 NH
3
-N 也不耗氧,也应予以扣除。
设计需氧量可按下式计算:
(S
-Se) VSS VSS
AOR=Q[————]-1.42Px——+4.5Q(N 0 -Ne)-0.56Px——— -2.6QΔNO
3
] (2-4)
1-e—kt SS SS
(去除的 BOD 5 ) (剩余污泥的 BOD
5
) (硝化所需的氧) (硝化剩余污泥的 NH
4
-N) (反硝化所得到的氧)
式中 AOR—设计需氧量(kgO 2
/d) Q—污水流量(m3/d)
S 0 —进水 BOD
5
(mg/L)
Se—出水 BOD
5
(mg/L)
k一 BOD
5
速率常数(d-1) ,可采用 0.23d -1
t—BOD 试验天数(d) ,对 BOD
5
,t=5d
Px—剩余污泥排放量(kg/d)
VSS/TSS —污泥中挥发性固体百分数(%) ;MLVSS/MLSS=0.7~0.8(《规程》值)
N 0 —进水氨氮浓度(mgNH
3
-N/L)
Ne—出水氨氮浓度(mgNH
3
-N/L)
ΔNO 3 —还原的硝酸盐氮(mgNO
3
-N/L)
产生的生物污泥量
YQ(S
-Se)
Px=————— (2-5) 1+Kdθc
12.4%Px1000
ΔNO
3
=——————— (2-6) Q
公式(2-6)中的 12.4%系生物污泥用于细胞合成的氮。
确定设计需氧量 AOR 后,应换算成标准需氧量:
AOR
SOR=——————————— (2-7)
(βC*∝ -C L
)
α——————θT-20
C
S
式中 SOR—标准需氧量(kgO
2
/d)
C
L
—氧化沟所需溶解氧(mg/L) ,好氧段设为 2mg/L
C
S
—海平面高度和 20℃时清水中的饱和溶解氧(mg/L),参考表 2-1
α—污水传氧速率与清水传氧速率之比,一般污水约α=0.8~0.95
β—污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧之比,通常采用 0.9~0.97
θ—温度校正系数,通常为 1.024
C*
∝
—长时间曝气后获得的平均溶解氧饱和浓度(mg/L),可用不利水温时(高温) 当地海拔饱和溶解氧(当地大气压强/海平面大气压强),参考表 2-2
所需表曝机总功率
∑N=SOR/N
式中 ∑N—所需表曝机总功率(kw)
N 0 —表曝机的动力效率(kgO
2
/Kw.h),参考表 2-3
一个大气压(101325Pa)下污水中的饱和溶解氧 表 2-1
温度(℃) 饱和溶解氧浓度 (mg/L) 温度(℃) 饱和溶解氧浓度 (mg/L)
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
12.75
12.43
12.12
11.83
11.55
11.27
11.01
10.76
10.52
10.29
10.07
9.85
9.65
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
9.45 9.26 9.07 8.90 8.72 8.56 8.40 8.24 8.09 7.95 7.81 7.67 7.54 与高度对应的大气压 表 2-2
高度 (m)
压强
(Pa)
高度
(m)
压强
(Pa)
高度
(m)
压强 (Pa)
海平面 152 305 457 610 101324.7
99458.2
97738.4
95938.5
94218.7
760
915
1070
1220
1375
92485.5
90792.3
89139.1
87512.6
85886.0
1525
1680
1830
1980
2135
84286.2 82726.3 81206.4 79686.6 78193.4
LSA 型氧化沟慢速表曝机规格表 表 2-3
型 号 功率
(Kw)
充氧量
(KgO2/h)
叶轮直径
(mm)
升降幅度
(mm)
氧化沟宽
(Max m)
氧化沟深 (Max m)
LSA 20HP 15 31.5 1700 170 5.0 2.5 LSA 25HP 18.5 38.9 1800 180 5.5 2.75 LSA 30HP 22 46.2 1900 190 5.5 3.00 LSA 40HP 30 63.0 2000 200 6.0 3.10 LSA 50HP 37 77.7 2100 210 6.0 3.25 LSA 60HP 45 94.5 2250 225 7.0 3.50 LSA 75HP 55 115.5 2500 250 7.0 3.70 LSA 100HP 75 157.5 2750 275 7.5 3.75 LSA 125HP 90 193.5 3000 300 8.0 4.00 LSA 150HP 110 231.0 3500 350 9.0 4.20 LSA 180HP 132 277.0 3750 375 10.0 4.75 LSA 220HP 160 336.0 4000 400 11.0 5.20 LSA 240HP 180 379.0 4100 410 12.0 5.50 注 :①LSA 系列慢速表曝机为新加坡威水工程私人有限公司(Waste Treatment Engineering PTE LTD)产品 ②LSA 系列慢速表曝机动力效率为 2.1 kgO2/Kw.h
三、碱度校核
应校核氧化沟中混合液的碱度, 以确定其 pH 值是否符合要求, 一般去除 BOD
5
所产生的碱
度(以 CaCO 3 计,下同)约为 0.1mg/mgBOD
5
,氧化氨氮所要求的碱度为 7.14mg/mgNH
3
-N,还
原硝酸盐氮所产生的碱度为 3.0mg/mgNO
3
-N,因此,可根据原水碱度及上述各项数据计算剩
余碱度,当剩余碱度大于或等于 100mgCaCO
3
/L时,即可维持混合液 pH>7.2,符合生物处理 的要求。
四、污泥回流计算
根据悬浮固体平衡公式:
QX 0 +Q
R
X
R
=(Q+Q
R
)X (2-8)
式中 X
—进水悬浮固体(mg/L)
X
R
—回流污泥浓度(mg/L) X—混合液悬浮固体(mg/L)
Q
R
—回流污泥量(m3/d)
五、二沉池设计计算
建议采用以下设计参数:
表面水力负荷 0.5~0.75 m3/m2.h(《规程》值)
固体负荷 20~100 kgSS/m3.d(《 OxidatiOn Ditches in Wastewater Treatment》 ) 出水堰负荷 ≤147 m3/m.d或≤1.7L/s.m(《规范》值)
第三章 卡鲁塞尔氧化沟在城市污水处理中的应用
一、污水生物脱氮工艺流程
在上述生物脱氮基本原理的基础上,可以通过很多不同的工艺流程来实现硝化—反硝化 反应,并与有机物的去除过程相结合,同时达到降低 BOD
5
及脱氮的目的。
常见的生物脱氮流程可以分为三类:(1)多级污泥系统; (2)单级污泥系统; (3)生物 膜系统。其中多级污泥系统常被称为传统的生物脱氮流程。单级污泥系统则可分为前置反硝 化系统和交替工作系统两种。
1.传统的生物脱氮工艺流程
图 3-1所示是三种传统的生
物脱氮工艺流程, 它们都具有多级
污泥系统。
图 3-1(a)所示是有三级活性
污泥系统的生物脱氮流程, 在此流
程中,去除 BOD
5
与氨化、硝化和
反硝化反应分别在三个池子中进
行并各有其独立的回流传泥系统。
第一个曝气池和第二个硝化池均
应维持好氧条件, 第三个反硝化池
则应在缺氧条件下进行,不曝气,采用搅拌机维持污泥呈悬浮状态并与废水良好地混合。反
硝化过程所需的碳源采用外加碳源甲醇。 此流程可以得到相当好的 BOD 5 去除效果和脱氮效果,
其缺点是:
⑴流程长,构筑物多,基建费用很高;
⑵需要外加碳源,运行费贵;
⑶出水中往往残留一定量的甲醇,形成 BOD
5
及 COD。
采用图 3-4(a)所示的流程时,所需的甲醇投加量可按下列公式计算。
C=0.47N D +1.53N
1
+0.87D
式中: C—需要投加的甲醇量(mg/L)
N D —进水的 NO
3
-N 浓度(mg/L)
N 1 —进水的 NO
2
-N 浓度(mg/L)
D—进水的溶解氧浓度(mg/L)
此处的进水系指进入反硝化池的废水。
图 3-1(b)所示的流程是上述流程的改进,它将均为好氧环境的曝气池和硝化池合二为 一,因此使系统中曝气池、沉淀池和回流污泥系统各减少了一个,但仍利用外加碳源。因此, 其优缺点与上述系统很相似。
图 3-1(c) 所示流程改用跨越管将一部分原废水引人反硝化池作碳源, 以省去外加碳源, 节约运行费用。运行经验证明,这样做是可行的,利用原废水作反硝化碳源,还减轻了去除 BOD 的负荷,可谓一举两得。但此流程仍较复杂,出水的有机物浓度也不能保证十分理想。 为了保证出水中的有机物浓度和溶解 氧能满足要求, 还有人提出在反硝化池后 面增添一个曝气池, 如图 3-2所示, 显然, 这种流程可以提高出水水质, 但基建费和
运行费也将相应增加。
2.前置反硝化的生物脱氮流程-A/O流程 图 3-3所示为采用前置反硝化及回流的 生物脱氮流程,通常简称为 A/O流程(其中 A 为 Anoxic—缺氧, O 为 Oxidation—氧化) 。 A/O流程的特点是, 原废水先经缺氧池, 再进好氧池,并将好氧池的混合液和沉淀池
的污泥同时回流至缺氧池,使缺氧池中既从原废水中得到充足的有机物,又从回流的混合液 中得到大量硝酸盐,回流污泥则保证其微生物量,因此可在其中进行反硝化反应,然后再在 好氧池中进行 BOD 5
的进一步降解和硝化作用。
A/O流程只有一个污泥系统,在此系统中同时存在着分解有机物的异养菌群、反硝化菌 群以及硝化细菌群。混合的微生物菌群交替地处于好氧和缺氧的环境中,有机物浓度高和低 的条件下,将分别发挥其不同的作用。
A/O流程中的缺氧池和好氧池可以是两个独立的构筑物,也可以合建在同一构筑物内, 使用隔板将两段分开。
显而易见,与传统的生物脱氮工艺流程相比,A/O工艺流程大大地简化了,A/O工艺的 主要优点是:
⑴流程简单,构筑物少,基建费用可大大节省;
⑵不需要外加碳源,以原废水为碳源,可保证充分的反硝化反应;
⑶好氧池设在缺氧池之后,可使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除,提高出水水 质;
⑷缺氧池在好氧池之前,一方面可减轻好氧池的有机负荷,另一方面也有利于控制污泥 膨胀,反硝化过程中产生的碱度还可补偿硝化过程对碱度的消耗。
二、着重于反硝化脱氮作用的卡鲁塞尔氧化沟 (一)2000型卡鲁塞尔氧化沟
根据 A/O流程脱氮原理,一种前置反硝化池的氧化 沟同样可以符合这个要求。近年来比较新颖的称作 2000型卡鲁塞尔氧化沟的, 实际上就是前置反硝化池的卡鲁塞
尔氧化沟。 图 3-4是荷兰 DHV 公司提出的 2000型 卡鲁塞尔氧化沟的简图。 为便于说明, 我们把 2000型卡鲁塞尔氧化沟按原理简化并绘成氧化沟系统 如图 3-5。图 3-5这种氧化沟系统,在我国已在 城市污水处理和工业废水处理工程中多处应用。
由图 3-5可见, 2000型卡鲁塞尔氧化沟设置 了前置反硝化池后, 与 A/O法原理一致。 故这种 氧化沟系统以可称作具有 A/O功能的氧化沟。
一般认为氧化沟内本身可以形成好氧、缺氧 和厌氧区段。我国《氧化沟设计规程》术语中提
到:好氧区(Oxic zone)位于氧化沟的充氧段,水流搅动激烈,溶解氧浓度不小于 2mg/L, 主要功能是降解有机物和进行硝化反应;缺氧区(Anoxic zone)位于氧化沟的非充氧段,溶 解氧浓度为 0.2~0.5mg/L。当回流污泥中含有大量硝酸盐、亚硝酸盐并能得到充足的有机物 时,便可在该区内进行脱氮反应;厌氧区(Anaerobic zone)常设在氧化沟的进水端部,一 般单独设置,溶解氧小于
0.2mg/L。该区内微生物能吸收有机物并释放磷。
氧化沟设置前置反硝化池,实践证明利用水流的速能可使氧化沟与前置反硝化池达到大 流量回流。设置前置反硝化池将使构造复杂,同时需要增加防止沉淀的搅拌措施。这样会增 加投资和动力消耗,还可能产生沉积和增加运行维护工作量。
卡鲁塞尔氧化沟由于其构造特点及其专用曝气机的充氧、搅拌和推动水流的功能,在氧 化沟内就可形成好氧区段和缺氧区段。
图 3-6系某开发区的 10000m 3
/d的城市污水处理厂氧化沟系统简图。该氧化沟系统是具 有反硝化作用的卡鲁塞尔氧化沟。图中表明,在氧化沟有相应长度时,曝气机下游至混合液 出流堰,溶解氧降低使之保持在不小于 2mg/L。这一区段属于好氧区。混合液在好氧区出流 也有利于保持混合液在二沉池分离后的出水有一定的溶解氧。在出流堰以后布置污水进水管 和污泥回流管,由于进水中有机物浓度高及回流污泥溶解氧浓度低,很快消耗混合液流中的 溶解氧,在某一下游段溶解氧降至 0.5mg/L。
此时即形成了缺氧段。
图 3-6的卡鲁塞尔氧化沟采用了两台曝气 机,也可以采用一台或多台曝气机。当只有一 段好氧、缺氧过程时,其生物处理工艺过程与 A/O法一致, 也与设有前置反硝化池的氧化沟 相当。实践证明,存在多段好氧、缺氧时,具 有更良好的硝化(碳化) 、反硝化作用。从图 3-5可见,这种布置的氧化沟系统比前置反硝 化池氧化沟系统还要简化, 免去了前置反硝化 池的水流水力条件差及另设搅拌器的麻烦。 需
要指出,免设推进器的卡鲁塞尔氧化沟要求使用水流推动力大的氧化沟专用曝气机。如果具 有反硝化作用氧化沟的曝气机多于一台,并且在氧化沟的一端装设曝气机,其中中间沟槽的 曝气机上游亦会形成缺氧段。要免除中间沟槽的缺氧段,可以如图 3-4那样,在氧化沟两端 装设曝气机。实际使用检测后表明,不必强调免除中间沟槽的缺氧段。我国西北某城市,有 设计成仅有一端曝气机的 A 2/C的卡鲁塞尔氧化沟。具有中间缺氧段的氧化沟,更有利于难 降解有机物的分解。此外,曝气机装设于氧化沟的一端,能方便设备的操作与维护,也能降 低建筑安装工程造价。
三、污水生物除磷工艺流程
根据上述污水生物除磷原理, 污水生物除磷的工艺流程一般是由厌氧池和好氧池组成的。 以下是两种最常见的生物除磷工艺流程:
(一)污水生物除磷的 A/O流程
污水生物除磷的 A/O流程见
图 3-7。
流程中第一个池子是厌氧池,
回流污泥进入厌氧池后可藉吸收去
除一部份有机物, 并释放出大量磷,
第二个池子是好氧池。 废水中有机物在其中得到氧化分解, 同时污泥将大量摄取污水中的磷。 A/O生物脱磷工艺的主要特点是:
1.工艺流程简单,不需投加化学药品;
2.厌氧池设在好氧池之前,有利于抑制丝状菌的生长,防止活性污泥的膨胀,且能减轻 好氧的有机负荷;
3.一般采用的水力停留时间为,厌氧池 1~2h好氧池 2~3h,污泥龄亦较短;
4.排放的剩余污泥含 P 量高;
5.建设费和运行费均较低。
图 3-8为 A/O生物脱磷流程的工艺特性曲
线。由图可见,BOD
5
在 A 和 O 两段内部有下降,
但在 A 段中,由于磷的厌氧释放,P 的含量有升
高,至 O 段才有大幅度的下降。
A/O生物脱磷工艺的问题是:除磷效果决
定于剩余污泥排放时的溶解氧含量。 如果排放污
泥的溶解氧趋于缺氧、 厌氧状态, 二沉池中难免
有磷的释放。
近年来, 随着生物除磷技术的发展, 为了提
高除磷效果,除了保持二沉池有适当溶解氧外,采用吸刮泥机排泥;同时排泥后采用一体化
脱水机械尽快脱水而从脱水污泥中带走磷,以提高除磷效率。采取这些措施后,城市污水处
理的除磷率可以达到 90%左右,出水含磷≤1mg/L。 (二)卡鲁塞尔氧化沟生物除磷流程
A/O系统的生物除磷工艺, 卡鲁塞尔氧化沟系 统也可实现。 我们只要把图 3-5的 2000型卡鲁塞尔 氧化沟系统工艺流程略加修改,就可实现类似图 3-7的生物除磷的 A/O 流程。 图 3-9系卡鲁塞尔氧 化沟生物除磷流程。
图 3-9的卡鲁塞尔氧化沟生物除磷流程,对于 氧化沟来说,混合液出流堰位置的布置十分重要。 从图中可知,混合液出流处应保持溶解氧不少于
2mg/L。微生物在厌氧区充分释放出水中的磷后,进入氧化沟曝气区迅速充氧。在高溶解氧条 件下微生物能在某一时间内充分吸收磷。混合液进入二沉池固液分离后采用刮吸泥机以较短 的时间排出饱含磷的微生物剩余污泥,输送至一体化脱水机立即脱水。尽量减少磷的释放。 这样的过程,可以充分发挥出生物除磷的特点,一般除磷效率能达到
90%以上。
需要说明,氧化沟的水力停留时间通常大于 10h,好氧区名义水力停留时间远大于 2h。 但氧化沟保持沟内平均流速 0.25~0.3m/s。以 0.25m/s计,1小时时间流动达 900m。故微生 物在好氧区吸取磷实际时间较短,由于卡鲁塞尔氧化沟专用曝气机强大的搅拌混合作用和充 氧能力,能够弥补微生物在好氧区时间短的不足。
四、生物脱氮除磷工艺流程
在开发研究生物脱氮和生物除磷的工艺流程时,不少研究者发现,生物脱氮工艺往往具 有较传统的生物处理流程更好的除磷效果,于是逐步建立了同时进行脱氮和除磷的生物处理 工艺流程,其中较有代表性的有以下三种工艺流程。 (一)常规生物脱氮除磷工艺 1. Bardenpho脱氮除磷工艺
Bardanpho脱氮除磷工艺流程如图 3-10
所示。
由图可见,该工艺由两级 A/O工艺的 4个反应池组成, 各反应区的水力停留时间依次 为 3、7、3和 lh,由于采用了混合液回流,第 一个 A 池中有 NO 3-N,因此不能称为厌氧池, 只能称为缺氧池,第二个 A 池在 O 池之后,也 含有相当量的 NO 3-N,也是缺氧池。
本工艺流程之所以有较好的脱磷效果(达 97%) ,一是在二沉池中会有磷的释放,二是 在第一个缺氧池中会有局部的厌氧条件,也有磷的释放现象。 由于有两级 A/O工艺,本工艺的脱氮效果可以高达 90~95%。
显然,本工艺流程长,构筑物多,这是它的一大缺点。 2. Phoredox脱氮除磷工艺流程
这是前述 Bardenpho 工艺流程的改进, 其
差别仅在于在第一个缺氧池前增加了一个厌
氧池, 以保证磷的释放从而保证在好氧条件下
有更强的吸收磷的能力,提高除磷的效果。
图 3-11为 Phoredox 生物脱氮除磷工艺流
程。
3. A/A/O生物脱氮除磷工艺流程
A/A /O 工 艺 是 英 文 Anaerobic-Anoxic-Oxic 工艺的简称, 前面两个 A 字代表的意义不同,其实质为厌氧—缺氧—好氧 工艺,具有脱氮除磷的功能。A/A/O工艺又称 A 2/O
工艺。
A2/O 工艺的流程如图 3-12所示, 由图可见, 它实质上是对 Phoredox 工艺流程的简化和改进。 A2/O工艺的特性如图 3-13所示。
由图可见, 在厌氧池中, 废水中 BOD
5
和 COD 会有一定下降。
NH
4
-N 也会由于细胞的合成而有一些去除,
但 NO
3
-N 含量没有变化,P 的含量因细胞释放而 上升; 在缺氧池中, 废水中有机物被反硝化菌利
用作碳源,因此 BOD 5 和 COD 会继续减少,NH 4 -N
变化较小,N0 3 -N 会大幅度下降,被还原成 N 2释
放至大气,P 的变化则很小;在好氧池中,有机
物继续减少,NH 4 -N 和 P 也以较快的速率下降,只有 NO
3
-N 将因硝化作用而上升。
厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件及不同功能的微生物菌群的有机配合协作,是 A 2O 工艺流程的主要特点,它可以同时达到去除有机物、脱氮、除磷的目的,而且工艺流程较简 单,基建费用运行费用与传统的活性污泥法相比增加不多,较前两种生物脱氮除磷工艺流程
均节省。
A 2/O工艺的缺点是:除磷效果因污泥龄和回流污泥中挟带的溶解氧和 NO
3
-N 而受到限制, 不可能十分高;脱氮效果则决定于混合液回流比,当回流比较小时,也不可能很理想。 (二)卡鲁塞尔氧化沟生物脱氮除磷工艺
1. A2/C工艺
A2/C 工艺是英文 Anaerobic-Anoxic-Carrousel 工艺的简称,A 2代表厌氧—缺氧,C 代 表卡鲁塞尔氧化沟。具备厌氧、缺氧、好氧 3个基本条件的 A 2/O工艺,但是在实施过程中
由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大,从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。A 2 /C工艺以卡鲁塞尔氧化沟为主将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成,各部分用隔墙分 开自成体系,但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性,把好氧区 和缺氧区有机结合起来, 实现无动力回流, 节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。 A 2/C氧化沟工艺的平
面布置如图 3-14所示。
流经沉砂池的废水与
二沉池回流污泥在 A 2/C氧
化沟内设置的圆形混合井
进行充分混合后进入厌氧
区 Ⅰ 。该区分为 3格,每
格都设有水下搅拌器 以
防止污泥沉淀。经厌氧反
应后的混合液进入缺氧区 Ⅱ ,并与由氧化沟 Ⅲ 经回流 通道 Ⅳ 进入缺氧区的回流液充分混合, 进行反硝化脱氮和除磷反应。 缺氧区 Ⅱ 的中间部位设导流隔墙, 并在适当位置安装水下搅拌器, 使该区具有良好的混合与循环条件。经厌氧、缺氧反应后的混合液流入氧化沟 Ⅲ 进行氧化、 硝化、反硝化反应,氧化沟 Ⅲ 的充氧机械采用倒伞形曝气叶轮,可根据池内 DO 测定仪控制调 节堰出水、 改变曝气叶轮浸水深度以达到调节供氧的目的。 处理后的水经排出口 Ⅴ 进入二沉池 沉淀,其出水中氨氮含量<15>15><1.0>1.0><0.5 mg/l,="">0.5>
2. 前置厌氧池卡鲁塞尔氧化沟
图 3-6的实例说明,有目的地组织卡鲁塞尔氧化
沟各段的溶解氧,可具有 A/O法脱氮功能。对于中等
以上规模的氧化沟, 尚可采用多段 A-O-A-O…布置, 使
之具有更优良的硝化(碳化)-反硝化过程,从而提高
碳水化合物和含氮化合物的处理效果。
由图 3-4简化的图 3-5的 2000型卡鲁塞尔氧化沟,
把前置缺氧池改作成前置厌氧池就可形成具有脱氮除
磷功能的氧化沟了。 图 3-15表示了此种改动。 同图 3-11
的 Phoredox 生物脱氮除磷工艺流程比较,前置厌氧池卡鲁塞尔氧化沟具有类似的工艺原理, 只不过把前置反硝化池控制成厌氧状态。如果处理量较大,采用多沟型卡鲁塞尔氧化沟,则 与 Phoredox 生物脱氮除磷工艺更加相似。根据这一原理,我们在山东省某城市污水处理厂某 市城市污水处理厂采用了前置厌氧池卡鲁塞尔氧化沟。该厂规模为 50000m 3/d。进水水质为:
BOD 5 ≤260mg/L; CODcr≤480mg/L; SS≤280mg/L; NH
3
-N≤45mg/L; TP≤4mg/L。
出水水质达到:
BOD 5 ≤10mg/L;CODcr≤60mg/L;SS≤10mg/L;NH
3
-N≤5mg/L;TP≤1mg/L。预计提高氧化沟操
作管理水平后,处理效果尚可进一步提高。前置厌氧池卡鲁塞尔氧化沟为六沟两组。每组装
设氧化沟专用慢速曝气机 3台。其中一组氧化沟布置如 图 3-16
所示。
与图 3-14的 A 2/O工艺
比较,前置厌氧池工艺显然
简化得多。 图 3-15那种前置
厌氧池卡鲁塞尔氧化沟能否
达到 A 2/O工艺的各种功能,
关键在于工艺布置和控制。
我们把图 3-16改绘成图 3-17
予以说明。
从工艺布置看,进水管与回流污泥管布置在左上角。进入后辅以搅拌推进器搅拌、推进。 通过搅拌使进入的废水和回流污泥与原厌氧池水充分混合;同时推进厌氧池内流动,提高厌 氧池容积效率和防止沉淀。由于进水管与回流污泥管入流方向与流动方向一致,可充分利用 入流时的流速水头,可节省推流动力减少推进器功率。
当厌氧池回流入氧化沟,进入 1#曝气机下游富氧区(图中①处) 。该处的溶解氧一般大 于 4mg/L,然而控制点在厌氧池回流入口处②。控制点②的溶解氧应控制在 0.2mg/L左右。 对于具有推流作用的曝气机
来说, 对动力主要来自叶轮外
缘线速度, 故不能应用改变转
速的办法来调整充氧量, 须用
改变叶轮浸没深度调整充氧
量。 控制点①的溶解氧是由控
制 点 ② 溶 解 氧 近 似 等 于
0.2mg/L决定的。在氧化沟控
制点①的溶解氧大于 2mg/L的
好氧段至控制点②的趋向溶
解氧近似于 0.2mg/L的厌氧段, 其间存在溶解氧大于 0.5mg/L的好氧段和溶解氧 0.5~0.2mg/L
的缺氧段。这就形成了氧化沟第一曝气区段活性污泥的碳化、硝化和反硝化过程。
接着,氧化沟水流除回流入厌氧池(3~5Q)外,大部分在氧化沟内循环流动。为了形成
第二曝气区的缺氧段,2#曝气机的充氧量由 3#曝气机上游控制点④溶解氧不少于 0.2mg/L来 控制。
由图 3-17可见,氧化沟的出流堰巧妙地布置在位于 3#曝气机下游的另一端的沟内三角 形盲区。 考虑到除磷的需要, 这种布置是氧化沟最后一段曝气区可取得溶解氧大于等于 2mg/L的区段,同时也是经过三段曝气区的好氧、缺氧处理的区段,是整个氧化沟处理最完整之处。 此外,这种布置也充分利用的氧化沟的三角盲区,节省占地面积。由此可见,第三曝气区的 控制点是出水堰处的⑤。
第二曝气区系氧化沟的的内环, 它的的好氧、 缺氧区段比位于外环的第一曝气区历程短, 按废水水质和氧化沟构造的不同。第三曝气区由出水堰处控制点⑤溶解氧≥2mg/L来控制。 一般说来,各曝气机的充氧量是不相同的。为此,前置厌氧池氧化沟要求各台曝气机具有不 同的充氧量。出流堰只能调节全部曝气机的充氧量,要分别调节各台曝气机的充氧量,需要 有各曝气机的叶轮淹没深度的调节机构。
从上述分析, 前置厌氧池氧化沟可以达到 A 2/O工艺或 A 2/C工艺的要求, 对于除磷的厌 氧段与这两种工艺一致且有更好的水利特性。但反硝化部分正如前述脱氮氧化沟的特性,在 名义停留时间能达到缺氧容积的要求,实际上因为氧化沟沟内流速达 0.25m/s以上,整个氧 化沟循环一周停留时间约 30分钟左右。 除磷要求在好氧状况排除剩余污泥, 不但要求氧化沟 混合液出流溶解氧应≥2mg/L,而且要求泥水分离后尽速在好氧条件下排除剩余污泥脱水除 磷,故二沉池多采用刮吸泥机配合。从图 3-19观察,能形成溶解氧 0.5~0.2mg/L的缺氧段 只有第一和第二曝气区可以控制。氧化沟内要形成两个区段以上的缺氧区,氧化沟需三沟以 上串联。
关于氧化沟几何尺寸,对于具有碳化、硝化和反硝化的氧化沟单沟迂回长度,建议不少 于 120m。 根据所需氧化沟的容积和装机容量,需要选定三台以上曝气机,由曝气机型号确定 氧化沟断面尺寸,计算出长度。如果迂回长度超过 200m,不必顾虑水流推动力问题。因为氧 化沟水流速度慢,沟型又趋近于最优水力断面,流动水头损失很小;同时氧化沟的弯道水头 损失占 90%以上。为减少弯道的阻力,设置薄壁导流墙可降低弯道阻力系数。文献资料报道 阻力系数可降至原来的四分之一。弯道可以平衡转向水流减少局部损失是存在的, 氧化沟布 局中,尤其是 180度的折转,布置薄壁导流墙是必要的。
根 据 上 述 原 理, 我们在浙江某 城市 80000m 3/d的 城市污水处理厂 采用了图 3-18那 种型式的前置厌 氧池卡鲁塞尔氧 化沟。 该处的城市 污水水质, 据 《环 境影响报告书》 :进水水质为:BOD 5≤280mg/L; CODcr
≤500mg/L;SS≤
300mg/L;NH 3 -N≤25mg/L;TP≤5mg/L。出水水质达到:BOD
5
≤10mg/L;CODcr≤60mg/L;SS
≤10mg/L;NH
3
-N≤5mg/L;TP≤1mg/L。氧化沟的设计数据是总容积 V=27680m3。其中卡鲁塞
尔氧化沟 V 1 =23180m3,前置厌氧池 V
2
=4500m3。名义水力停留时间分别为:t=16.6h、t 1 =
13.9h、t 2 =2.7h。污泥负荷 Fw=0.08kgBOD
5
/kgMLVSS·d。容积负荷 Fv=0.04kgBOD
5
/m3·d。
混合液悬浮固体浓度 Nw=4000mg/L。污泥龄θc=28d。污泥产率 Y=0.3kgMLVSS/kgBOD 5
。每
公斤 BOD 5 充氧量 Ow=2.13kgO
2
/kgBOD 5
。
图 3-18的前置厌氧池氧化沟与图 3-16的原理是一直的,但布置上更有灵活性。例如把 出流堰可能地向上游移动至曝气机下游的水流稳定区段,在保证混合液出流的溶解氧含量≥
2mg/L的条件下,在出流堰下游,可以形成更长的缺氧甚至厌氧的沟段。
3.具有脱氮除磷功能的卡鲁塞尔氧化沟
在分析了前置厌氧池卡鲁塞尔氧化沟的工艺布置和各沟段溶解氧控制后,在特定的工艺布置 和操作控制下, 卡鲁塞尔氧化沟本身也能形成厌氧-缺氧-好氧…缺氧-好氧过程。 应用这个原 理,我们考虑某 80000m 3/d城市污水处理厂的脱氮除磷卡鲁塞尔氧化沟。处理厂的进水主要 水质:BOD
5
≤150mg/L;CODcr=300mg/L;SS=160mg/L;TN=30mg/L;TP=4mg/L。 在工 艺布置中,除了因脱氮除磷需要周密设置氧化沟进水、回流污泥入口和混合液出流口外,充 分利用氧化沟专用曝气机的强烈搅拌性能,在曝气区内,加深池深。加深曝气区段池深后, 可以增加氧化沟搅拌区段容积,促进活性污泥活化。在加深区设排空管亦有利于氧化沟的排 空。一组脱氮除磷卡鲁塞尔氧化沟的主要数据如图 3-19所示(40000m3/d)。
有了前置厌氧池氧化沟图 3-17的工艺布置和溶解氧控制的说明,图 3-19的说明比较容
易。在 1#曝气机下游的水流稳定段①设置出流堰 ,此处为除磷的需要,此处的溶解氧应≥ 2mg/L。 紧接
着 出 流 堰
后,设置污
水进水管和
回 流 污 泥
管。氧化沟
内环流混合
液与进入污
水与回流污
泥混后,因
污水在缺氧
状态,回流
污泥趋近缺
氧,到达某
一沟段②时,溶解氧降至 0.5mg/L/,进入缺氧状态。混合液继续流动至某一控制点③,溶解 氧降至 0.2mg/L,则控制点③至 2#曝气机曝气区这一段,系溶解氧小于 0.2mg/L的厌氧段。 2#曝气机曝气区出口的溶解氧由 3#曝气机上游形成的控制点④至⑤的缺氧段来控制的。同理 控制 3#曝气机曝气区出口的溶解氧。
定义了名义水力停留时间后,厌氧段和缺氧段的控制点位置可由常用的方法计算确定。 针对图 3-19的脱氮除磷卡鲁塞尔氧化沟例子,列出计算例题。
五、 卡鲁塞尔氧化沟系统计算例题
1. 计算前提
我们把上述介绍的脱氮除磷卡鲁塞尔氧化沟的设计计算作为例题。需要说明的是氧化沟 作为一个系统必须考虑相适应的二沉池及污泥回流设施。本例题对整个氧化沟系统的主要数 据进行计算;计算中遵照我国现行的《氧化沟设计规程》(CSCS 112:2000),并参照 1997年 版的《室外排水设计规范》 ;少量的计算所需数据据实际情况作了适当的设定。
单组污水进水平均流量 Q=40000m3/d, 因氧化沟属于水力停留时间较长的延时曝气, 混 合稀释性能好,可不考虑时变化系数。我们把已知水质指标和严于《污水综合排放标准》 (GB8978-1996)一级排放标准相关指标列于表 3-1。
污水进水及出水的水质指标 表 3-1
水质指标 进水 (mg/L)
出水
(mg/L)
水质指标 进水
(mg/L)
出水 (mg/L)
BOD 5 150 ≤20 TKN 30 ≤10(NH
4
-N≤2)
SS 160 ≤20 TP 4 ≤0.5
2. 设计参数
⑴氧化沟设计参数
碱度≥210mg/L(以 CaCO
3
计)。
设计温度 15℃,最高温度 25℃;泥得到稳定。
为确保污泥稳定,采用的最小污泥龄为 30d。选取 MLSS=4500mg/L,并设定其 75%是 挥发性的。即 MLVSS/MLSS=0.75。
好氧沟段溶解氧: 1.5mg/L(平均)
硝化所需氧: 4.6mgO 2 /mgNH 4
-N
反硝化可得到氧: 2.6mgO 2 /mgNO 3
-N
污泥产率系数: Y=0.50mgVSS/mgBOD 5
衰减系数 Kd=0.05d-1
20℃时 NO 3 -N 去除速率 (q
dn
)
20
=0.026kgNO
3
-N/(kgMLVSS.d)
k=0.23d-1
Ko=1.3mg/L
剩余碱度: 100mg/L(保持 pH≥7.2)
所需碱度: 7.14mg碱度/mgNH
4
-N 氧化
产出碱度: 3.0mg碱度/mgNO
3
-N 还原
硝化安全系数: 2.5
反硝化温度校正系数; 1.08
曝气装置: 低速竖轴涡轮曝气器[动力效率 1.86kgO
2
/(kw.h)]
α: 0.90
β: 0.98
处理厂海平面高度 152m
⑵二沉池设计参数:
表面负荷率: q’ =0.6m3/m2.h(《氧化沟设计规程》建议 0.5~0.75 m2.h) 固体负荷: q=98kg/m2.d
(《 Oxidation Ditches Wastewater Treatment》 q=19.6~98 kg/m 2. d)
二沉池类型: 中心进水;带刮吸泥机
回流污泥浓度: 10000mg/L(污泥含水率 99%)
3.氧化沟几何尺寸计算
⑴用活性污泥动力学公式计算好氧沟段容积
求出水中溶解性 BOD
5
。
∵VSS/SS≈MLVSS/MLSS=0.75,为:
∴出水的 SS 含可降解有机物为 20×0.75=15mg/L
转化为:BODu为 15×1.42=21.3mg/L
又 BOD
5
=BODu(1-e-kt )=21.3×(1-e-0.23×5)=21.3×(1-e-1.15)=14.5mg/L
出水中溶解性 Se=BOD
5
=20mg/L-14.5mg/L=5.5mg/L
为了保证污泥稳定,选择泥龄为θc =30d,由公式(1-)好氧区容积为:
YQ(S
-Se)θc 0.5×40000(150-5.5)×30
V
1
=————————=—————————————=10276m3 X(1+Kdθc) 0.75×4500×(1+0.05×30)
水力停留时间 t 1 =V
1
/Q=10276/40000=0.55d=6.17h
⑵用硝化动力学公式计算好氧沟段容积
由于泥龄θc=30d,即可计算出生物污泥的产量 Px:
YQ(S
-Se) 0.5×40000×(150-5.5)
Px=—————=———————————=1156kg/d
1+Kdθc 1000×(1+0.05×30)
若 生 物 污 泥 中 约 含 12.4%的 用 于 细 胞 合 成 的 那 部 分 的 总 氮 为 0.124×1156kg/d=134.3kg/d,则总氮 TKN 中的用于部分的氮,
134.3×1000
TKN’ =———————=3.4mg/L
40000
故需氧化的氮 NH
4
-N=30-3.4-2=24.6mg/L
需还原(反硝化)的氮 NO
3
-N=24.6-10=14.6mg/L
碱度平衡计算:
实测表明硝化 NH 4 -N 消耗碱度是 1:7.14,;反硝化 NO3-O 产生碱度系 1:3;碳化 BOD 5
产生碱度为 1:0.1。则
剩余碱度=210-7.14×24.6+3.0×19.6+0.1×(150-5.5)=107.7mg/L(以 CaCO
3
计)。 一
般认为氧化沟中残余碱度大于 100mg/L(以 CaCO
3
计),可满足 pH≥7.2的要求。这也说明,进
入氧化沟的污水,碱度不宜小于 210mg/L(以 CaCO
3
计)。
确定硝化速率μ
N
,公式(1-13)中 1-0.833(7.2-pH),当 pH=7.2时,此项为 1,
N DO
μ
N
=[0.47e0.098(T-15)][————————][————]
N+100.051T-1.158 1.3+DO
2 2
=[0.47e0.098(T-15)]×[————————]×[—————]
2+10(0.05×15-1.158) 1.5+1.3
=0.47×0.84×0.71=0.28d-1 因此,
θc m =1/μN =1/0.28=3.57d
采用安全系数为 2.5,故设计污泥停留时间=2.5×3.57=8.93d。选用污泥龄 30d 来计 算硝化速率μn 。
μn =μh =1/30=0.033d-1 (μh 为异养生物的生长率) 计算单位基质利用率 U
μn +Kd 0.033+0.05
U=— — — — — =— — — — — — — =0.166kg (被 除 去 的BOD 5)/kgMLVSS·d Y 0.5
MLVSS=0.75MLSS=0.75×4500=3375mg/L
在充分硝化条件下,出水的溶解性 Se=BOD5≤5mg/L,则需要去除的总 BOD 5 总 BOD 5=Q(S0-Se)/1000=40000×(150-5)/1000=5800kgBOD5/d
硝化所需的总 MLVSS 为
总 MLVSS=总 BOD 5/U=5800/0.166=34939.8kgMLVSS 好氧沟段容积
V1’ =1000总 MLVSS/MLVSS=1000×34939.8/3375=10356m3 ∵ V1=10276 m3 V1’ >V1
∴ 氧化沟好氧沟段容积取:V1’ = 10356m3,此时水力停留时间 t2’ = V1’ /Q=10356/40000=0.26d=6.24h ⑶计算反硝化缺氧沟段容积
反硝化需去除的硝酸盐(NO3-N)氮量,上述计算为:NT =NO3-N=24.6-10=14.6mg/L。
反硝化速率由公式:S DNR =(qdn ) T =(qdn ) 20θT-20。 已知设计温度 T=15℃; 取城市污水的 (qdn ) 20
=0.026gNO3-N/gMLVSS·d;常数θ=1.08,则:
SDNR =(qdn ) 15=(qdn ) 20θT-20=0.026×1.0815-20=0.026×0.681=0.018 gNO3-N/gMLVSS·d 则缺氧区容积为,
NT 14.6×40000
V2=——————=———————=9613m3
SDNR ·X 0.018×3375
缺氧沟段水力停留时间 t 2=9613/40000=0.24d=5.76h ⑷除磷厌氧沟段容积计算
按经验数据,厌氧沟段水力停留时间采用 t 3=1h。则厌氧沟段容积, V3=Q·t3=40000×1/24=1667 m3
⑸氧化沟沟型计算
氧化沟总容积:V=V’ 1+V2+V3=10356+9613+1667=21636m3
总水力停留时间 t=t’ 1+t2+t3=6.24+5.76+1=14h
设采用曝气机叶轮直径 D=3.75m,的氧化沟的深度度 H 0=1.2D=1.2×3.75=4.50m。按 水力最优断面构成,宽度为深度的一倍,即 B=2 H0=2×4.5=9.00m。于是沟总长:
V 21636 534
L=— — — =— — — =534m, 取6个 沟 槽 , 长 向L 0>— — m; 宽 向B 0=9×6m B·H0 9×4.5 6
V1’ 10356
L1=———=————=256m,分 3沟段,每段 l 1=256/3=85.3m B·H0 9×4.5
V 9613
L2=———=————=237m,分 3沟段,每段 l 1=237/3=79m B·H0 9×4.5
V 1667
L3=———=————=41m,为 1沟段 B·H0 9×4.5 4.曝气器计算
实际需氧量
(S0-Se) VSS VSS
AOR=Q[— — — ]-1.42Px— — +4.5Q(N0-Ne)-0.56Px— — — -2.6QΔNO 3] 1-e k t SS SS
(去 除 的BOD 5) (剩 余 污 泥 的BOD 5) (硝 化 所 需 的 氧 ) (硝 化 剩 余 污 泥 的NH 4-N) (反 硝 化 所 得 到 的 氧 )
40000 (150-5.5) =— — — [— — — — ]-1.42×1156×0.75+4.5×40×24.6-0.56×1156×0.75-2.6×40×14.6]
1000 1-e -0. 23×5
=8458-1231+4428-486-1518=9651kg/d
把实际需氧量折合成标准需氧量。按设定条件,α=0.9;β=0.98;查表得海平面 20℃时的饱和溶解氧 Cs=9.07mg/L;取温度校正系数θ=1.024;所需的溶解氧 C L =2mg/L;氧 化沟溶解氧饱和度, 按不利温度 25℃及海拔 152m 考虑, 则 C *∝ =8.24×(99458.2/101324.7)=8.088mg/L。代入下式:
AOR 9651
SOR=─────────—─=——————————————— (βC*∝ -C L ) (0.98×8.088-2)
α──—───θT-20 0.9×————————1.02425-20 CS 9.07 9651×9.07
SOR=──────────=14640kgO2/d=610kgO2/h 0.9×5.9×1.126
当曝气机的动力效率为 N 0=1.86kg/kw.h时,所需曝气机功率 ∑N=SOR/N0=610/1.86=328kw。
选用功率 132kw 的氧化沟专用慢速曝气机 3台,满足要求。 5.计算回流污泥量及剩余污泥总量
根据悬浮固体平衡公式,QX 0+QR X R =(Q+QR )X。因:Q=40000m3/d;X 0=进水悬浮固体=160mg/L;X R =回流污泥浓度=10000mg/L;X=混合液悬浮固体=4500mg/L,可得
40000×160mg/L+×QR 10000mg/L=(40000+Q R )m 3/d×4500mg/L, 解 得 40000×4500-40000×160
QR =————————————=31564m3/d 10000-4500
则回流率 R=QR /Q=79%
MLSS MLVSS Q
剩余活性污泥量=Px————+SS(1- ———)——— MLVSS MLSS 1000 1 40000
=1156×— — — +160×(1-0.75)— — — =3141kg(干 污 泥 )/d 0.75 1000
如果污泥是以 90%含水量从回流活性污泥管道中排除(浓度 10000mg/L),则剩余污泥的 体积为 3141/10=314.1m3/d。 6.计算二沉池大小
⑴按表面负荷率计算
Q 40000
A1=———=—————=2778m2 24q’ 24×0.6
采用辐流式圆形二沉池,为除磷选用刮吸泥机。 4A1 4×2778
D1=√———=√—————=59.5m π π
取 D=60m
⑵按固体负荷计算
(Q+QR )X (40000+31564)×4500
A2=—————=——————————=3286 m2 4A 2 4×3286
D 2=√ — — — =√ — — — — — =64.7m。 取D=65m, 则 二 沉 池 实 际 面 积 , π π
πD22 π652
A2=———=———=3318 m2
4 4
⑶二沉池直径选用
二沉池直径,从上述⑴、⑵计算,采用 D 2=65m。此时反算二沉池的水力负荷: Q 40000
q’ =———=————=12 m3/m2.d=0.5 m3/m2.H(符合规程低值) A2 3318 7. 计算结果的讨论
从上述例题的计算结果,可以讨论以下各点:
⑴氧化沟的设计计算,应从整个系统考虑。即,需考虑二沉池和污泥回流的配套。如果 氧化沟设计计算符合活性污泥动力学或硝化动力学原理,而二沉池和污泥回流设计计算不匹 配,会导致整个系统效率的降低。例如,二沉池负荷太大(大于表面水力负荷 q ’ 或固体负荷
29q),虽然氧化沟符合活性污泥或硝化动力学原理,二沉池却无法达到固液分离目的,反过来 影响氧化沟的运行。
YQ(S0-Se)θc N T
⑵ 我 们 从 活 性 污 泥 动 力 学 原 理 :V 1=— — — — — — 或 是 反 硝 化 原 理 :V 2=— — — — —
X(1+Kdθc) S D N R ·X
在其他参数不变的情况下,氧化沟的混合液悬浮固体浓度 X 越高,所需的氧化沟容积越小, 即氧化沟的效率越高。故提高混合液悬浮固体浓度可提高氧化沟效率。我国规程规定混合液 悬浮固体浓度为 2500~4500mg/L。欧美国家是氧化沟技术发展较早的地区,这些国家对氧化 沟混合液悬浮固体浓度的规定高达 6000~8000mg/L。此值接近高浓度活性污泥法参数。关于 提高混合液悬浮固体浓度,将第二节讨论。
⑶从二沉池的计算中发现,用固体负荷计算结果,比用表面水力负荷计算结果大。而表 面水力负荷计算只与通过流量有关,而与混合液悬浮固体浓度无关。对于浓度较高的混合液 悬浮固体显然不够合理。
⑷氧化沟的污泥回流比, 《氧化沟设计规程》规定为 60%~200%,本例计算值是 79%。 实际上回流比与混合液悬浮固体的浓度有关,一般规律是混合液悬浮固体浓度越高,回流比 应相应增加。以后的章节将讨论这一问题。
卡鲁塞尔氧化沟
卡鲁塞尔氧化沟实验
实验指导书
城乡建设学院
市政与环境工程系
卡鲁塞尔氧化沟实验
一、设备简介:
氧化沟是一种改良的活性污泥法,其曝气池呈封闭的沟渠形,污水和活性污泥混合液在其中循环流动,因此被称为氧化沟,又称环形曝气池。目前氧化沟工艺被广泛应用于污水处理中,氧化沟有多种不同的类型。
二、实验目的
Carrousel氧化沟是当前最有代表性的氧化沟水处理工艺之一。主要流程包括表面曝气、曝气沉沙、厌氧区、缺氧区、好氧区、污泥沉淀。通过实验希望达到以下目的:
1、了解卡鲁塞尔氧化沟的内部构造和主要组成;
2、掌握卡鲁塞尔氧化沟各工序的运行操作要点;
3、就某种污水进行动态试验,以确定工艺参数和处理水的水质;
4、研究卡鲁塞尔氧化沟生物脱氮除磷的机理,例如通过改变曝气条件、周期或各工序的持续时间等,为生物处理创造适宜的环境,测定处理效果。
5、掌握运用卡鲁塞尔氧化沟去除BOD5及生物脱氮的工艺
三、实验装置的工作原理:
卡鲁塞尔氧化沟的构造如图所示:此系统由三组相同氧化沟组建在一起,作为一个单元运行。三组氧化沟之间相互双双连通。每个池都配有可供污水环流(混合)与曝气作用的机械曝气器。氧化沟的发展往往是与其曝气设备密切关联的。卡鲁塞尔氧化沟有两种工作方式:一是去除BOD5 ,二是生物脱氮。卡鲁塞尔氧化沟的脱氮是通过调节电机的转速来实现的,曝气装置能起到混合器和曝气器的双重功能。当处于反消化阶段时,曝气器低速运转,仅仅保持池中污泥悬浮,而池内处于缺氧状态。好氧和缺氧阶段完全可由曝气器转速的改变进行控制。
卡鲁塞尔氧化沟示意图
四、实验流程
1、配水:首先配制一定量的城市污水,并先期将设备中培养好一定量的活性污泥。为保证水泵及设备能正常运行,处理前先将提取的废水进行一些预处理,去除一些树枝、石子等较大颗粒物。
2、配水完成后,对进水水质进行检测,确定其运行参数并记录。废水经水泵进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2~3mg/L。在这种充分掺氧的条件下,微生物得到足够的溶解氧来去除BOD;同时,氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐,此时,混合液处于有氧状态。在曝气机下游,水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态,水流维持在最小流速,保证活性污泥处于悬浮状态(平均流速>0.3m/s)。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧,直到DO值降为零,混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用,混合液进入有氧区,完成一次循环。该系统中,BOD降解是一个连续过程,硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。
3、处理完毕后对出水进行检测。确定其处理效果。
五、技术指标
处理水量约:20l/h
污泥龄:8~10d
可实现程序控制和DO调节
沟中水流平均速度为0.3m/s
好氧区溶解氧DO的浓度约2~3mg/L
总污泥龄为8~10d
设计原水水质为COD=300 mg/L、BOD5=150 mg/L、SS=200 mg/L、
TKN=30 mg/L、TP=4.0 mg/L、pH=7~9;
设计出水水质为COD=25 mg/L、BOD5=10 mg/L、SS=20 mg/L、
NH+4-N≤5.0 mg/ L、NO3-N≤10.0 mg/L、TP≤0.5 mg/L。
装置本体由不锈钢制成
六、实验装置的组成和规格
装置由氧化沟、配水池、机械曝气系统、导流板、污泥回流系统等组成。
1、不锈钢搅拌配水箱1个 2、进水泵1台
3、进水流量计1个 4、出水调节堰1个
5、机械曝气装置3套 6、曝气深度调节装置3套
7、可控硅调速器3台 8、可编程序控制器1套
9、污泥回流泵1台 10、污泥回流流量计1个
11、电器自动仪表控制箱1台 12、固定实验台架1套
13、连接管道及阀门等若干
总体外形尺寸约:2000mm×1000mm×1600mm
七、实验步骤
1、检查关闭以下阀门
1、Carrousel氧化沟的排空阀门 ○
3、进水箱的排空阀门 ○
3、进水流量计调节阀 ○
4、检查进水泵和机械搅拌器的电源插头是否插在相应的功能插座上。 ○
5、检察关闭插座上方的控制开关(有色点的一端翘起为“关”状态,有色点的一端处于低○
位为“开”状态)。
2、活性污泥的培养与驯化
(1) 将活性污泥种源1~2升直接倒入膜生物反应器中
(2) 将每日够用一次的活性污泥培养液倒入进水箱,每日添加。
(3) 开启机械曝气器,调节曝气强度,曝气过程贯穿整个培养和实验过程不要停止。用
DO仪来测定并决定曝气强度的大小。
(4)打开进水泵的控制开关,进水会自动进行,调节进水流量计的流量至10~20升/小时左
右。
(5)在以上条件基础上,连续培养若干天以后,当活性污泥体积打倒0~30%时,活性污泥
培养完毕
(6)重点注意:在整个活性污泥培养过程中,要不断地添加活性污泥培养液到进水箱中去
(每天3~5次),如果晚上不打算加培养液时,则一定要关闭进水泵,第二天白天再开启这二个单元,并开始添加活性污泥培养液。
3、进行实验
1、首先制定好实验方案,包括DO浓度、进水流量、反应时间、进水和出水的检测项目和方法等。
2、配水:首先配制一定量的城市污水,并先期将设备中培养好一定量的活性污泥。为保证水泵及设备能正常运行,处理前先将提取的废水进行一些预处理,去除一些树枝、石子等较大颗粒物。
3、配水完成后,对进水水质进行检测,确定其运行参数并记录。废水经水泵进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2~3mg/L。在这种充分掺氧的条件下,微生物得到足够的溶解氧来去除BOD;同时,氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐,此时,混合液处于有氧状态。在曝气机下游,水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态,水流维持在最小流速,保证活性污泥处于悬浮状态(平均流速>0.3m/s)。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧,直到DO值降为零,混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用,混合液进入有氧区,完成一次循环。该系统中,BOD降解是一个连续过程,硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。
4、经过一定的实验反应时间,取进水和出水样,分别进行相应的项目检测,以判断是否达到实验效果。
4、实验完毕整理
1、如果您在结束本实验后过几天还要使用该反应器,则可用培养液来维持反应器的活性状态。如果您在结束本实验后较长时间内不再使用该反应器,则开启反应器的排空阀门,将水和污泥一起排出。
2、关闭进水泵和机械曝气器的开关,关闭总电源空气开关,拔下总电源插头。
3、打开进水箱的排空阀门,放干所有的积水。
4、用自来水清洗反应器和水箱,并放干所有的积水,待下次实验备用。
八、实验所需设备及仪器(由用户自行购买)
溶解氧测定仪、测定BOD或COD的仪器和化学药品、测定污泥浓度的仪器和化学药品。
卡鲁塞尔氧化沟
卡鲁塞尔氧化沟
CARROUSEL OXIDATION DITCH
二○○三年四月
0
目 录
第一章 氧化沟综述
一、氧化沟的技术特征 ????????????????????? 1 ㈠氧化沟简介 ???????????????????????? 1 ㈡氧化沟的技术特征 ????????????????????? 1
二、氧化沟的曝气设备 ????????????????????? 3
1. 水平曝气转刷或转盘 ????????????????????3
2. 垂直轴表面曝气机 ?????????????????????3
三、常用的几种氧化沟系统 ??????????????????? 4
1. 卡鲁塞尔氧化沟?????????????????????? 4
2. 交替工作式氧化沟 ?????????????????????5
3. 奥贝尔型氧化沟 ??????????????????????6
第二章 氧化沟的设计计算
一、 氧化沟的容积计算????????????????????? 8
二、 曝气机功率计算 ????????????????????? 8
三、 碱度校核 ???????????????????????? 11
四、 污泥回流计算 ?????????????????????? 11
五、 二沉池计算 ??????????????????????? 12
第三章 卡鲁塞尔氧化沟在城市污水处理中的应用
一、 污水生物脱氮工艺流程 ?????????????????? 13
二、 着重于反硝化脱氮作用的卡鲁塞尔氧化沟 ?????????? 14
三、 污水生物除磷工艺流程 ?????????????????? 16
四、 生物脱氮除磷工艺流程 ?????????????????? 17
五、 卡鲁塞尔氧化沟系统计算例题 ??????????????? 23
1
第一章 氧化沟综述
一、氧化沟的技术特征
㈠氧化沟简介
活性污泥法是当前世界各国应用最广的一种历史悠久的二级生物处理流程,具有处理能力高,出水水质好等优点。但传统的活性污泥法存在基建费、运行费高,能耗大,管理也较复杂,易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题,且不能去除氮、磷等无机营养物质。 近年,从下列几点改革传统的活性污泥法:
1.简化流程,压缩基建费;
2.节约能耗,降低运行费;
3.增强功能,改善出水水质(在去除BOD5、SS的同时去除氮、磷等营养物质);
4.简化管理,保证稳定运行;
5.减少污泥产量,简化污泥的后处理。
其中氧化沟活性污泥法可以能满足上述各点要求。
氧化沟(Oxidation Ditch)是本世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法,其曝气池呈封闭的沟渠形,废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动,因此被称为“氧化沟”。实际上它是活性污泥法的一种变型,因为废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动,有人称其为“循环曝气池”、“无终端的曝气系统”。
自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来,氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。至1985年,美国已建有553座氧化沟污水处理厂,荷兰216座,西德226座,丹麦300座。其工艺和构造也有了很大的发展和进步,处理能力不断提高,至今已有规模达65万m/d的大型氧化沟处理厂;处理范围不断扩大,不仅能处理生活污水,也能处理工业废水、城市废水,而且在脱氮除磷方面表现了极好的性能。
我国近年来在氧化沟技术的研究及推广应用方面有了很迅速的发展。尤其在城市污水处理厂中获得应有的推广。
㈡氧化沟的技术特征
氧化沟污水处理技术能在近五十年来取得迅速的发展,主要是由于它出水水质好,运行稳定,管理方便,并具有区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,现概括如下:
1.采用的技术参数
氧化沟常用的技术参数如下:
有机物容积负荷 0.2~0.4 kgBOD5/m3·d
有机物污泥负荷 0.05~0.15 kgBOD5/kgVSS·d
水力停留时间 10~24hr
污泥龄 10~30day
活性污泥浓度 2000~6000 mg/L
出水水质 BOD5 10~15mg/L
1 3
SS 10~20mg/L
NH3-N 1~3mg/L
氧化沟所采用的有机物负荷和水力停留时间与延时曝气法接近,但所取得的出水水质较好。当然,氧化沟也可采用不同于上列的技术参数。如采用较高的有机物负荷、较短的水力停留时间,使其运行的特征接近于高负荷活性污泥法或其他类型的活性污泥法。
2.采用的处理流程
以氧化沟处理城市污水时,可不设初次沉淀池,悬浮状有机物可在氧化沟中得到好氧稳定,这比设初沉池及污泥稳定池要经济。由于氧化沟所采用的污泥龄很长,其剩余污泥量少于一般活性污泥法,而且已经得到好氧稳定,不需再经污泥消化处理。
为防止无机沉渣在氧化沟中积累,原污水应先经格栅及沉砂池预处理。
一般,氧化构污水厂的处理流程如图
1-1所示。
流程中的二沉池可与曝气池分建,也
可与其合建,称一体化氧化沟,此时可省
去二沉池与污泥回流系统,但无法调节污
泥回流量。
由此可见,氧化沟污水厂的处理流程
比一般活性污泥法简单得多。
3.水流混合特征
从水流混合特征出发,可将活性污泥系统区分为推流式和完全混合式两大类,氧化沟界于推流式和完全混合式之间,或者说基本上是完全混合式,同时又具有推流式的某些特征。 设水流在曝气沟渠中的流速v为 0.3~0.5米/秒,氧化沟的总长为L,则水流完成一个循环所需时间t=L/v。当L=90~600米时,t=5~20分钟。由于废水在氧化沟中的设计水力停留时间T为10~24小时,因此可以计算出废水在整个停留时间内要完成的循环数为30~280次不等。
可见,如果着眼于整个氧化沟,即以较长的时间间隔为观察基础,可以认为氧化沟是一个完全混合池,其中的污水水质几近一致,原水一进入氧化沟,就会被几十倍甚至上百倍的循环流量所稀释,因此氧化沟和其它完全混合式的活性污泥系统一样,适宜于处理高浓度有机废水,能够承受水量和水质的冲击负荷。
但如果着眼于氧化沟中的某一段,即以较短的时间间隔为观察基础,就可以发现某些推流式的特征。因为在氧化沟中曝气装置并不是沿池长均布而是只要装在某几处,在曝气器下游附近地段,水流搅动激烈,溶解氧浓度较高,但随着与曝气器距离的不断增加,水流搅动变缓,溶解氧浓度不断减少,还可能出现缺氧区。这种水流搅动情况和溶解氧浓度沿池长变化的特征,十分有利于活性污泥的生物凝聚作用。且可利用来进行硝化、反硝化,达到生物脱氮的目的。
2
二、氧化沟的曝气设备
曝气设备的功能有三:⑴曝气充氧;⑵推动水流作不停的循环流动,防止活性污泥沉淀;⑶搅拌水流,使有机物、微生物及氧三者充分混合、接触。
常用的氧化沟曝气设备有两大类,即⑴曝气转刷或转盘;⑵表面曝气机。
1.水平轴曝气转刷或转盘
曝气转刷构造见图1-2。它以钢管为转
轴,在轴的外部沿轴长连接有很多钢质叶
片,即为刷子。
曝气转刷国内外早期应用较多。其产品
的轴长为4.5m及9m,转刷直径为0.8m~
1.5m,转刷充氧能力约为2kgO2/kw.h。调
整转速和浸没深度,可改变其充氧量,适应
不同的工作条件。采用曝气转刷时,曝气沟
渠的水深一般不超过2.5m,但也有采用至3.0m的。
曝气转盘构造见图1-3。它是在水平轴上带动的一
组转盘,转盘上有小孔及凸出的三角形块,藉以提高充
氧性能。其转速一般为46~60转/分,其直径可达
1372mm,充氧能力为1.8~2.0kgO2/kwh。采用转盘时,
曝气沟渠水深可达3.5m。
曝气转盘轴长最大为6m,可安装1~25个曝气转盘。
其推力及混合能力较高,1马力可搅拌200~900m3 池容
积。
2.垂直轴表面曝气机
氧化沟专用表曝机在荷兰首先应用,后
来在美国和新加坡等地获得进一步发展。氧
化沟专用表曝机如图1-4所示。
由图可见,它的主要特点是叶轮高度较
大,上口呈敞开形,叶片呈旋转双曲面曲线。
因此它兼顾了充氧、推动和强烈搅拌的作
用。除具有较高的充氧动力效率外,尚具有
较大的提升推动能力,可增加氧化沟水深,
缩小其占地面积,氧化沟水深达3.6~5.5m 。
这种表曝机推动氧化沟水流的作用依
靠叶轮外缘的线速度,通常达6~7m/s。在
适当的沟深与叶轮直径比等条件下,可以使
氧化沟的沟内平均流速达到0.3~0.5m/s
。
3
因此,为保证氧化沟沟内流速,这类表曝机不必另设推流设备;要注意的是调整表曝机充氧量宜用调整水位,而不宜调整外缘线速。
强烈搅拌能使活性污泥加速更新,提高生物处理效果。图1-4叶轮构造可对水流起到强烈的搅拌作用。水体在叶片的带动下沿叶轮径向运动,引起下部水流补充的轴向流动。因上口呈敞开形形成水流径、轴向的强烈搅动。
为了说明问题,图1-5系用于表面曝气池的到
伞型(Simcar)表曝机。
国内生产的曝气机叶轮叶片属直板直线型的。
它适用于表面曝气池,能起到曝气池充氧作用,不
能满足上述氧化沟的三个功能要求。这种表曝机叶
片上口封闭,以避免搅拌水体向上飞溅。
其他曝气设备,诸如射流曝气、鼓风曝气等也
可用于氧化沟,但在应用上比较少见。
三、常用的几种氧化沟系统
1.卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟
卡鲁塞尔氧化沟是60年代末期由荷兰DHV公司
研制成功的。其构造特征如图1-6所示。
由图可见,这是一个多沟串联的系统,进水与
活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流
动。卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气
机,每组沟渠安装一个,均安设在一端,因此形成
了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环
的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚,使活性污泥易
于沉淀,而且创造了良好的生物脱氮的环境。
如前所述,卡鲁塞尔氧化沟由于采用了表面曝
气机,其水深可采用3.6~5.5m,沟内水流速度约为
0.3~0.5m/s。由于表曝机周围的局部地区能量强度比传统活性污泥法曝气池中的强度高得多,因此氧的转移效率大大提高。当有机负荷较低时,可以停止某些表曝机的运行或降低水位,在保证水流搅拌混合循环流动的前提下,节约能量消耗。
卡鲁塞尔氧化沟系统的规模小至200m/d,大至657000m/d。其BOD5 去除率可达95~99%,脱氮效率可达90%,除磷效率约为70~80%,如配以投加铁盐,除磷效率可达95%。 主要问题是发现氧化沟中有污泥沉淀现象,最大积泥高度达1.0m以上,并有污泥成团上翻。说明推动力尚不能满足需要。此外,实际运行的动力费用也较原设计值为高。
33 4
2.交替工作式氧化沟
⑴三沟交替式氧化沟
这种类型的氧化沟是由SBR间歇式氧化沟发展
而来,有二池或三池交替工作的两种系统。
图1-7是三池交替工作的氧化沟,其运行过程
是两侧的A、C二池交替地用作曝气池,中间的B池
则一直维持曝气,进水交替地引人A池或C池,出
水相应地从C池或A池引出。这样做提高了曝气转
刷(盘)的利用率,达68%(2/3)左右,还有利于生
物脱氮。
三池的交替工作氧化沟的运行过程可分为6个
阶段,如图 1-8。
阶段A,延续1.5小时。进水引入Ⅰ池,
出水自Ⅲ池引出。三池的工作状态分别为:Ⅰ
池缺氧状态,进行反硝化及有机物的部分降
解;Ⅱ池好氧状态,进行有机物的进一步降解
及氨氮的硝化作用;Ⅲ池则为沉淀池。
阶段B,延续1.5小时。进水引人Ⅱ池,
出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池和Ⅱ池均在好氧条件下
运行,Ⅲ则保留为沉淀池。
阶段C,延续1.0小时。进水引入Ⅲ池,
出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池转变为静置沉淀状态,
Ⅱ池在缺氧条件下运行,以便对阶段B中积累的硝酸盐进行反硝化,Ⅲ池仍为沉淀池。 阶段D,延续1.5小时。进水引人Ⅲ池,出水自Ⅰ池引出。Ⅰ池与Ⅲ池的工作状态正好与阶段A相反,B池则与阶段A时相同。
阶段E,延续1.5小时。Ⅱ池工作状态与阶段B相同,Ⅰ池Ⅲ池的情况则与阶段B相反。 阶段F,延续1.0小时。Ⅱ池工作状态与阶段C相同,Ⅰ池Ⅲ池的情况则与阶段C相反。 整个工作周期为8小时。
显然,三池交替工作的氧化沟就是一个A-O活性污泥系统,可以完成有机物的降解和硝化反硝化过程,取得良好的BOD5去除效果和脱氮效果。依靠三池工作状态的转换,这种系统免除了污泥回流。
交替工作的氧化沟必须有自动控制系统,根据预先设定的程序控制进、出水的方向,溢流堰的启闭以及曝气机的开动和停止。上述各工作阶段的时间,也应根据水质情况进行调整。
⑵三沟交替式氧化沟与卡鲁塞尔氧化沟的比较
5
卡鲁塞尔氧化沟的系统,包括二沉池和污泥回流,表面上看,似乎比三沟交替式氧化沟复杂。我们从上述的介绍中,可以比较下列各点。
A.三沟交替式氧化沟虽然不设二沉池,但它有三分之一的时间用于静置沉淀。例如设计总停留时间18~21小时,其中用于静置沉淀时间6~7小时,此值大于二沉池设计参数。 卡鲁塞尔氧化沟在同等设计条件下,例如氧化沟停留时间12~14小时,二沉池停留时间2~4小时,总停留时间仅为14~18小时,显然要比三沟交替式氧化沟经济。
B.在曝气设备选型上,在同等充氧条件下,三沟交替式氧化沟始终有1/3设备被闲置。换句话说,设备选型的装机容量需要增加1/3。
此外,三沟交替式氧化沟的曝气设备一般采用卧轴式的曝气转碟(刷)。卧式机械不管是轴还是轴承均偏心受力。卡鲁塞尔氧化沟则采用立轴式表曝机,其轴和轴承中心受力,在同等机械制造水平条件下,由于其力学结构合理,使用寿命长,故障少。
C.从生物处理技术角度,卡鲁塞尔氧化沟系统(包括二沉池和污泥回流),可以构成不同的MLSS浓度、回流污泥浓度、回流率和固体负荷,以求得最优处理参数组合。调节出流堰板或表曝机高低可变动叶轮浸没深度而调整充氧量。对于多沟串联沟型,可方便地组合氧化沟内的好氧、缺氧和厌氧组合而形成A-O、A-O(AC)工艺流程,其灵活性优于三沟交替式氧化沟。
D.从活性污泥动力学理论,氧化沟处理效率与MLSS成正比。国内卡鲁塞尔氧化沟的MLSS已经达到6000mg/L;国外资料报导则达到7000mg/L。几乎高出50%。运行正常的卡鲁塞尔氧化沟的单位水量能耗比其他类型氧化沟低。
E.在上述介绍的三沟交替式氧化沟的操作过程可知,人工控制操作难度很大,而自动控制必须可靠。这在试车调试和日常运行管理是复杂的。卡鲁塞尔氧化沟无论是人工或自动控制比较容易实施,可方便地按污水水质调整运行参数。
3.奥贝尔(Orbal)型氧化沟
这是由多个同心的沟渠组成的氧化沟,
沟渠呈圆形或椭圆形。进水先引入最外的沟
渠,在其中不断循环的同时,依次进入下一
个沟渠,相当于一系列完全混合反应池串联
在一起,最后从中心的沟渠排出。Orbal型
氧化沟的构造如图1-9所示。
奥贝尔型氧化沟的主要特点是:
⑴圆形或椭圆形的平面形状,比渠道较
长的氧化沟更能利用水流惯性,可节省推动
6 22
水流的能耗;
⑵多渠串联的型式可减少水流短路现象;
⑶曝气设备多采用曝气转盘,水深可采用2~3.6m,并保持沟底流速为0.3~ 0.6m/s。 常用的奥贝尔型氧化沟分为三条沟渠,第一渠的容积约为总容积的60~70%,第二渠约为总容积的20~30%,第三渠则仅占总容积的10%。在运行时,应保持第一、二及三渠的溶解氧分别为0、1、及2mg/L,以达到以下目的:
⑴在第一渠内仅提供将BOD5物质氧化稳定所需的氧,却保持溶解氧为0或接近0,既可节约供氧的能耗,也可为反硝化创造条件;
⑵在第一渠缺氧条件下,微生物可进行磷的释放,以便它们在好氧环境下吸收废水中的磷,达到除磷效果;
⑶在三条沟渠中形成较大的溶解氧阶梯,有利于提高充氧效率。
在三沟交替式氧化沟与卡鲁塞尔氧化沟比较中可知,奥贝尔型氧化沟的特点卡鲁塞尔氧化沟都可以实现。而奥贝尔型氧化沟采用的卧轴曝气设备存在的不足,与三沟交替式氧化沟一样。奥贝尔氧化沟虽然第一渠在污泥回流条件下可作为前置反硝化段,但与第三渠的容积比,与硝化与反硝化容积比与之相反,与理论计算结果很难吻合。
三沟交替式氧化沟已经比二沟交替式与间歇式氧化沟(SBR)有所发展,在大中型氧化沟设施中,卡鲁塞尔氧化沟有显著的优点。但对于小型氧化沟而言,二沟交替式氧化沟或SBR仍有使用价值。
7
第二章 氧化沟的设计计算
氧化沟系统的设计计算主要包括:确定氧化沟的容积、计算曝气机所需功率、进行碱度校核、回流污泥量计算及二沉池设计计算。计算依据应根据我国现行规范和规程。规范和规程主要有两本:
1.《室外排水设计规范》(GBJ14-87,1997年版),简称《规范》;
2.《氧化沟设计规程》(CSCS 112:2000),简称《规程》。
一、氧化沟容积计算
当仅要求去除BOD5及进行硝化作用时,可按活性污泥法动力学公式计算氧化沟容积:
YQ(S0-Se)θc V=———————— (2-1) X(1+Kdθc)
式中 V—氧化沟有效容积(m3)
Y—污泥产率系数(kgVSS/kgBOD5);在20℃有机物以BOD5计时为0.4~0.8
kgVSS/kgBOD5(《规范》值),0.3~0.5 kgVSS/kgBOD5(《规程》值)
Q—废水流量(m3/d)
S0—进水BOD5浓度(mg/L)
Se—出水BOD 5浓度(mg/L)
θc—污泥龄(d);氧化沟采用低负荷数据,θc=10~30d(《规程》值) Kd—污泥内源呼吸系数(d-1);20℃时的常数值为0.04~0.075(《规范》值)
对于有脱氮要求的氧化沟系统,应在上述计算结果之外考虑反硝化所需的容积V’ ,V’ 可按下式计算。
NT V’=───── (2-2) SDNR·X’
式中 V'—反硝化所需的氧化沟有效容积(m3)
NT—要求去除的硝酸盐氮量(kg/d)
SDNR—污泥反硝化率(kgN/kgMLSS·d)
X’—可挥发性混合液悬浮固体(mg/L),即MLVSS
氧化沟所需总有效容积应为上述二者之和:
VT=V+V’(m3) (2-3)
二、曝气机功率计算
曝气机所需功率决定于氧化沟处理废水时所需的氧量,计算时应考虑到以下需氧反应、 8
产氧反应及影响需氧量的过程: 1.降低BOD5的需氧反应; 2.氨氮氧化的需氧反应;
3.反硝化过程的产氧反应,即反硝化过程对有机物的稳定作用;
4.污泥增殖及排放所减少的BOD5,此部分BOD5并未耗氧,在需氧量计算时应于扣除; 5.污泥增殖及排放所减少的NH3-N,此部分NH3-N也不耗氧,也应予以扣除。 设计需氧量可按下式计算:
(S0-Se) VSS VSS
AOR=Q[————]-1.42Px——+4.5Q(N0-Ne)-0.56Px——— -2.6QΔNO3] (2-4) 1-e—kt SS SS
(去除的BOD5) (剩余污泥的BOD5) (硝化所需的氧) (硝化剩余污泥的NH4-N) (反硝化所得到的氧) 式中 AOR—设计需氧量(kgO2/d) Q—污水流量(m3/d) S0—进水BOD5(mg/L) Se—出水BOD5(mg/L)
k一BOD5速率常数(d-1),可采用0.23d-1 t—BOD试验天数(d),对BOD5,t=5d Px—剩余污泥排放量(kg/d)
VSS/TSS —污泥中挥发性固体百分数(%);MLVSS/MLSS=0.7~0.8(《规程》值) N0—进水氨氮浓度(mgNH3-N/L) Ne—出水氨氮浓度(mgNH3-N/L) ΔNO3—还原的硝酸盐氮(mgNO3-N/L)
产生的生物污泥量 YQ(S0-Se)
Px=————— (2-5) 1+Kdθc
12.4%Px1000
ΔNO3=——————— (2-6) Q
公式(2-6)中的12.4%系生物污泥用于细胞合成的氮。
确定设计需氧量AOR后,应换算成标准需氧量: AOR
SOR=——————————— (2-7)
*
(βC∝-CL) T-20
α——————θ CS 式中 SOR—标准需氧量(kgO2/d)
CL—氧化沟所需溶解氧(mg/L),好氧段设为2mg/L
CS—海平面高度和20℃时清水中的饱和溶解氧(mg/L),参考表2-1 α—污水传氧速率与清水传氧速率之比,一般污水约α=0.8~0.95 β—污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧之比,通常采用0.9~0.97 θ—温度校正系数,通常为1.024
C*∝—长时间曝气后获得的平均溶解氧饱和浓度(mg/L),可用不利水温时(高温)
当地海拔饱和溶解氧(当地大气压强/海平面大气压强),参考表2-2
所需表曝机总功率 ∑N=SOR/N0
式中 ∑N—所需表曝机总功率(kw)
N0—表曝机的动力效率(kgO2/Kw.h),参考表2-3
一个大气压(101325Pa)下污水中的饱和溶解氧 表2-1
与高度对应的大气压 表2-2
注:①LSA系列慢速表曝机为新加坡威水工程私人有限公司(Waste Treatment Engineering PTE LTD)产品 ②LSA系列慢速表曝机动力效率为2.1 kgO2/Kw.h
三、碱度校核
应校核氧化沟中混合液的碱度,以确定其pH值是否符合要求,一般去除BOD5所产生的碱度(以CaCO3计,下同)约为0.1mg/mgBOD5,氧化氨氮所要求的碱度为7.14mg/mgNH3-N,还原硝酸盐氮所产生的碱度为3.0mg/mgNO3-N,因此,可根据原水碱度及上述各项数据计算剩余碱度,当剩余碱度大于或等于100mgCaCO3/L时,即可维持混合液pH>7.2,符合生物处理的要求。
四、污泥回流计算
根据悬浮固体平衡公式:
QX0+QRXR=(Q+QR)X (2-8)
式中 X0—进水悬浮固体(mg/L)
XR—回流污泥浓度(mg/L) X—混合液悬浮固体(mg/L)
QR—回流污泥量(m/d)
五、二沉池设计计算 建议采用以下设计参数:
表面水力负荷 0.5~0.75 m3/m2.h(《规程》值)
固体负荷 20~100 kgSS/m3.d(《OxidatiOn Ditches in Wastewater Treatment》)
出水堰负荷 ≤147 m/m.d或≤1.7L/s.m(《规范》值)
3
3
第三章 卡鲁塞尔氧化沟在城市污水处理中的应用
一、污水生物脱氮工艺流程
在上述生物脱氮基本原理的基础上,可以通过很多不同的工艺流程来实现硝化—反硝化反应,并与有机物的去除过程相结合,同时达到降低BOD5及脱氮的目的。
常见的生物脱氮流程可以分为三类:(1)多级污泥系统;(2)单级污泥系统;(3)生物膜系统。其中多级污泥系统常被称为传统的生物脱氮流程。单级污泥系统则可分为前置反硝化系统和交替工作系统两种。 1.传统的生物脱氮工艺流程 图3-1所示是三种传统的生物脱氮工艺流程,它们都具有多级污泥系统。
图3-1(a)所示是有三级活性污泥系统的生物脱氮流程,在此流程中,去除BOD5与氨化、硝化和反硝化反应分别在三个池子中进行并各有其独立的回流传泥系统。第一个曝气池和第二个硝化池均应维持好氧条件,第三个反硝化池
则应在缺氧条件下进行,不曝气,采用搅拌机维持污泥呈悬浮状态并与废水良好地混合。反硝化过程所需的碳源采用外加碳源甲醇。此流程可以得到相当好的BOD5去除效果和脱氮效果,其缺点是:
⑴流程长,构筑物多,基建费用很高; ⑵需要外加碳源,运行费贵;
⑶出水中往往残留一定量的甲醇,形成BOD5及COD。
采用图3-4(a)所示的流程时,所需的甲醇投加量可按下列公式计算。 C=0.47ND+1.53N1+0.87D 式中: C—需要投加的甲醇量(mg/L) ND—进水的NO3-N浓度(mg/L) N1—进水的NO2-N浓度(mg/L) D—进水的溶解氧浓度(mg/L) 此处的进水系指进入反硝化池的废水。
图3-1(b)所示的流程是上述流程的改进,它将均为好氧环境的曝气池和硝化池合二为一,因此使系统中曝气池、沉淀池和回流污泥系统各减少了一个,但仍利用外加碳源。因此,其优缺点与上述系统很相似。
图3-1(c)所示流程改用跨越管将一部分原废水引人反硝化池作碳源,以省去外加碳源,节约运行费用。运行经验证明,这样做是可行的,利用原废水作反硝化碳源,还减轻了去除BOD的负荷,可谓一举两得。但此流程仍较复杂,出水的有机物浓度也不能保证十分理想。 为了保证出水中的有机物浓度和溶解氧能满足要求,还有人提出在反硝化池后面增添一个曝气池,如图3-2所示,显然,这种流程可以提高出水水质,但基建费和运行费也将相应增加。
2.前置反硝化的生物脱氮流程-A/O流程 图3-3所示为采用前置反硝化及回流的生物脱氮流程,通常简称为A/O流程(其中A为Anoxic—缺氧,O为Oxidation—氧化)。 A/O流程的特点是,原废水先经缺氧池,再进好氧池,并将好氧池的混合液和沉淀池
的污泥同时回流至缺氧池,使缺氧池中既从原废水中得到充足的有机物,又从回流的混合液中得到大量硝酸盐,回流污泥则保证其微生物量,因此可在其中进行反硝化反应,然后再在好氧池中进行BOD5的进一步降解和硝化作用。
A/O流程只有一个污泥系统,在此系统中同时存在着分解有机物的异养菌群、反硝化菌群以及硝化细菌群。混合的微生物菌群交替地处于好氧和缺氧的环境中,有机物浓度高和低的条件下,将分别发挥其不同的作用。
A/O流程中的缺氧池和好氧池可以是两个独立的构筑物,也可以合建在同一构筑物内,使用隔板将两段分开。
显而易见,与传统的生物脱氮工艺流程相比,A/O工艺流程大大地简化了,A/O工艺的主要优点是:
⑴流程简单,构筑物少,基建费用可大大节省;
⑵不需要外加碳源,以原废水为碳源,可保证充分的反硝化反应;
⑶好氧池设在缺氧池之后,可使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除,提高出水水质;
⑷缺氧池在好氧池之前,一方面可减轻好氧池的有机负荷,另一方面也有利于控制污泥膨胀,反硝化过程中产生的碱度还可补偿硝化过程对碱度的消耗。
二、着重于反硝化脱氮作用的卡鲁塞尔氧化沟 (一)2000型卡鲁塞尔氧化沟
根据A/O流程脱氮原理,一种前置反硝化池的氧化沟同样可以符合这个要求。近年来比较新颖的称作2000型卡鲁塞尔氧化沟的,
实际上就是前置反硝化池的卡鲁塞
尔氧化沟。图3-4是荷兰DHV公司提出的2000型卡鲁塞尔氧化沟的简图。为便于说明,我们把2000型卡鲁塞尔氧化沟按原理简化并绘成氧化沟系统如图3-5。图3-5这种氧化沟系统,在我国已在城市污水处理和工业废水处理工程中多处应用。
由图3-5可见,2000型卡鲁塞尔氧化沟设置了前置反硝化池后,与A/O法原理一致。故这种氧化沟系统以可称作具有A/O功能的氧化沟。
一般认为氧化沟内本身可以形成好氧、缺氧和厌氧区段。我国《氧化沟设计规程》术语中提
到:好氧区(Oxic zone)位于氧化沟的充氧段,水流搅动激烈,溶解氧浓度不小于2mg/L,主要功能是降解有机物和进行硝化反应;缺氧区(Anoxic zone)位于氧化沟的非充氧段,溶解氧浓度为0.2~0.5mg/L。当回流污泥中含有大量硝酸盐、亚硝酸盐并能得到充足的有机物时,便可在该区内进行脱氮反应;厌氧区(Anaerobic zone)常设在氧化沟的进水端部,一般单独设置,溶解氧小于0.2mg/L。该区内微生物能吸收有机物并释放磷。
氧化沟设置前置反硝化池,实践证明利用水流的速能可使氧化沟与前置反硝化池达到大流量回流。设置前置反硝化池将使构造复杂,同时需要增加防止沉淀的搅拌措施。这样会增加投资和动力消耗,还可能产生沉积和增加运行维护工作量。
卡鲁塞尔氧化沟由于其构造特点及其专用曝气机的充氧、搅拌和推动水流的功能,在氧化沟内就可形成好氧区段和缺氧区段。
图3-6系某开发区的10000m3/d的城市污水处理厂氧化沟系统简图。该氧化沟系统是具有反硝化作用的卡鲁塞尔氧化沟。图中表明,在氧化沟有相应长度时,曝气机下游至混合液出流堰,溶解氧降低使之保持在不小于2mg/L。这一区段属于好氧区。混合液在好氧区出流也有利于保持混合液在二沉池分离后的出水有一定的溶解氧。在出流堰以后布置污水进水管和污泥回流管,由于进水中有机物浓度高及回流污泥溶解氧浓度低,很快消耗混合液流中的溶解氧,在某一下游段溶解氧降至0.5mg/L。此时即形成了缺氧段。
图3-6的卡鲁塞尔氧化沟采用了两台曝气机,也可以采用一台或多台曝气机。当只有一段好氧、缺氧过程时,其生物处理工艺过程与A/O法一致,也与设有前置反硝化池的氧化沟相当。实践证明,存在多段好氧、缺氧时,具有更良好的硝化(碳化)、反硝化作用。从图3-5可见,这种布置的氧化沟系统比前置反硝化池氧化沟系统还要简化,免去了前置反硝化池的水流水力条件差及另设搅拌器的麻烦。
需
要指出,免设推进器的卡鲁塞尔氧化沟要求使用水流推动力大的氧化沟专用曝气机。如果具有反硝化作用氧化沟的曝气机多于一台,并且在氧化沟的一端装设曝气机,其中中间沟槽的曝气机上游亦会形成缺氧段。要免除中间沟槽的缺氧段,可以如图3-4那样,在氧化沟两端装设曝气机。实际使用检测后表明,不必强调免除中间沟槽的缺氧段。我国西北某城市,有设计成仅有一端曝气机的A2/C的卡鲁塞尔氧化沟。具有中间缺氧段的氧化沟,更有利于难降解有机物的分解。此外,曝气机装设于氧化沟的一端,能方便设备的操作与维护,也能降低建筑安装工程造价。
三、污水生物除磷工艺流程
根据上述污水生物除磷原理,污水生物除磷的工艺流程一般是由厌氧池和好氧池组成的。以下是两种最常见的生物除磷工艺流程: (一)污水生物除磷的A/O流程 污水生物除磷的A/O流程见图3-7。
流程中第一个池子是厌氧池,回流污泥进入厌氧池后可藉吸收去除一部份有机物,并释放出大量磷,
第二个池子是好氧池。废水中有机物在其中得到氧化分解,同时污泥将大量摄取污水中的磷。 A/O生物脱磷工艺的主要特点是: 1.工艺流程简单,不需投加化学药品;
2.厌氧池设在好氧池之前,有利于抑制丝状菌的生长,防止活性污泥的膨胀,且能减轻好氧的有机负荷;
3.一般采用的水力停留时间为,厌氧池1~2h好氧池2~3h,污泥龄亦较短; 4.排放的剩余污泥含P量高; 5.建设费和运行费均较低。
图3-8为A/O生物脱磷流程的工艺特性曲线。由图可见,BOD5在A和O两段内部有下降,但在A段中,由于磷的厌氧释放,P的含量有升高,至O段才有大幅度的下降。
A/O生物脱磷工艺的问题是:除磷效果决定于剩余污泥排放时的溶解氧含量。如果排放污泥的溶解氧趋于缺氧、厌氧状态,二沉池中难免有磷的释放。
近年来,随着生物除磷技术的发展,为了提
高除磷效果,除了保持二沉池有适当溶解氧外,采用吸刮泥机排泥;同时排泥后采用一体化
脱水机械尽快脱水而从脱水污泥中带走磷,以提高除磷效率。采取这些措施后,城市污水处
理的除磷率可以达到90%左右,出水含磷≤1mg/L。 (二)卡鲁塞尔氧化沟生物除磷流程
A/O系统的生物除磷工艺,卡鲁塞尔氧化沟系统也可实现。我们只要把图3-5的2000型卡鲁塞尔氧化沟系统工艺流程略加修改,就可实现类似图3-7的生物除磷的A/O 流程。图3-9系卡鲁塞尔氧化沟生物除磷流程。
图3-9的卡鲁塞尔氧化沟生物除磷流程,对于氧化沟来说,混合液出流堰位置的布置十分重要。从图中可知,混合液出流处应保持溶解氧不少于
2mg/L。微生物在厌氧区充分释放出水中的磷后,进入氧化沟曝气区迅速充氧。在高溶解氧条件下微生物能在某一时间内充分吸收磷。混合液进入二沉池固液分离后采用刮吸泥机以较短的时间排出饱含磷的微生物剩余污泥,输送至一体化脱水机立即脱水。尽量减少磷的释放。这样的过程,可以充分发挥出生物除磷的特点,一般除磷效率能达到90%以上。
需要说明,氧化沟的水力停留时间通常大于10h,好氧区名义水力停留时间远大于2h。但氧化沟保持沟内平均流速0.25~0.3m/s。以0.25m/s计,1小时时间流动达900m。故微生物在好氧区吸取磷实际时间较短,由于卡鲁塞尔氧化沟专用曝气机强大的搅拌混合作用和充氧能力,能够弥补微生物在好氧区时间短的不足。
四、生物脱氮除磷工艺流程
在开发研究生物脱氮和生物除磷的工艺流程时,不少研究者发现,生物脱氮工艺往往具有较传统的生物处理流程更好的除磷效果,于是逐步建立了同时进行脱氮和除磷的生物处理工艺流程,其中较有代表性的有以下三种工艺流程。 (一)常规生物脱氮除磷工艺 1. Bardenpho脱氮除磷工艺
Bardanpho脱氮除磷工艺流程如图3-10所示。
由图可见,该工艺由两级A/O工艺的4个反应池组成,各反应区的水力停留时间依次为3、7、3和lh,由于采用了混合液回流,第一个A池中有NO3-N,因此不能称为厌氧池,只能称为缺氧池,第二个A池在O池之后,也含有相当量的NO3-N,也是缺氧池。
本工艺流程之所以有较好的脱磷效果(达97%),一是在二沉池中会有磷的释放,二是在第一个缺氧池中会有局部的厌氧条件,也有磷的释放现象。 由于有两级A/O工艺,本工艺的脱氮效果可以高达90~95%。
显然,本工艺流程长,构筑物多,这是它的一大缺点。 2. Phoredox脱氮除磷工艺流程 这是前述Bardenpho工艺流程的改进,其差别仅在于在第一个缺氧池前增加了一个厌氧池,以保证磷的释放从而保证在好氧条件下有更强的吸收磷的能力,提高除磷的效果。 图3-11为Phoredox生物脱氮除磷工艺流程。
3. A/A/O生物脱氮除磷工艺流程 A
/
A
/
O
工
艺
是
英
文
Anaerobic-Anoxic-Oxic工艺的简称,前面两个A字代表的意义不同,其实质为厌氧—缺氧—好氧工艺,具有脱氮除磷的功能。A/A/O工艺又称A/O工艺。
A/O 工艺的流程如图3-12所示,由图可见,它实质上是对Phoredox工艺流程的简化和改进。 A2/O工艺的特性如图3-13所示。 由图可见,在厌氧池中,废水中BOD5 和COD会有一定下降。
NH4-N也会由于细胞的合成而有一些去除,但NO3-N含量没有变化,P的含量因细胞释放而上升;在缺氧池中,废水中有机物被反硝化菌利用作碳源,因此BOD5 和COD会继续减少,NH4-N变化较小,N03-N会大幅度下降,被还原成N2释放至大气,P的变化则很小;在好氧池中,有机
物继续减少,NH4-N和P也以较快的速率下降,只有NO3-N将因硝化作用而上升。
厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件及不同功能的微生物菌群的有机配合协作,是A2O工艺流程的主要特点,它可以同时达到去除有机物、脱氮、除磷的目的,而且工艺流程较简单,基建费用运行费用与传统的活性污泥法相比增加不多,较前两种生物脱氮除磷工艺流程均节省。
A2/O工艺的缺点是:除磷效果因污泥龄和回流污泥中挟带的溶解氧和NO3-N而受到限制,不可能十分高;脱氮效果则决定于混合液回流比,当回流比较小时,也不可能很理想。
(二)卡鲁塞尔氧化沟生物脱氮除磷工艺 1. A2/C工艺
A2/C 工艺是英文Anaerobic-Anoxic-Carrousel工艺的简称,A2代表厌氧—缺氧,C代表卡鲁塞尔氧化沟。具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件的A/O
工艺,但是在实施过程中
2
2
2
由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大,从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。A /C工艺以卡鲁塞尔氧化沟为主将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成,各部分用隔墙分开自成体系,但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性,把好氧区和缺氧区有机结合起来,实现无动力回流,节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。 A/C氧化沟工艺的平
面布置如图3-14所示。
流经沉砂池的废水与
二沉池回流污泥在A2/C氧
化沟内设置的圆形混合井
进行充分混合后进入厌氧
区Ⅰ。该区分为3格,每
格都设有水下搅拌器 以
防止污泥沉淀。经厌氧反
应后的混合液进入缺氧区Ⅱ,并与由氧化沟Ⅲ 经回流 通道Ⅳ 进入缺氧区的回流液充分混合,进行反硝化脱氮和除磷反应。缺氧区Ⅱ的中间部位设导流隔墙,并在适当位置安装水下搅拌器,使该区具有良好的混合与循环条件。经厌氧、缺氧反应后的混合液流入氧化沟Ⅲ 进行氧化、硝化、反硝化反应,氧化沟Ⅲ的充氧机械采用倒伞形曝气叶轮,可根据池内DO测定仪控制调节堰出水、改变曝气叶轮浸水深度以达到调节供氧的目的。处理后的水经排出口Ⅴ进入二沉池沉淀,其出水中氨氮含量V1
∴ 氧化沟好氧沟段容积取:V1’= 10356m3,此时水力停留时间
t2’= V1’/Q=10356/40000=0.26d=6.24h
⑶计算反硝化缺氧沟段容积
反硝化需去除的硝酸盐(NO3-N)氮量,上述计算为:NT=NO3-N=24.6-10=14.6mg/L。
反硝化速率由公式:SDNR=(qdn)T=(qdn)20θT-20-1-1。已知设计温度T=15℃;取城市污水的 (qdn)20=0.026gNO3-N/gMLVSS·d;常数θ=1.08,则:
SDNR=(qdn)15=(qdn)20θT-20=0.026×1.0815-20=0.026×0.681=0.018 gNO3-N/gMLVSS·d 则缺氧区容积为,
NT 14.6×40000
V2=——————=———————=9613m3
SDNR·X 0.018×3375
缺氧沟段水力停留时间t2=9613/40000=0.24d=5.76h
⑷除磷厌氧沟段容积计算
按经验数据,厌氧沟段水力停留时间采用t3=1h。则厌氧沟段容积,
V3=Q·t3=40000×1/24=1667 m3
⑸氧化沟沟型计算
氧化沟总容积:V=V’1+V2+V3=10356+9613+1667=21636m3
总水力停留时间t=t’1+t2+t3=6.24+5.76+1=14h
设采用曝气机叶轮直径D=3.75m,的氧化沟的深度度H0=1.2D=1.2×3.75=4.50m。按水力最优断面构成,宽度为深度的一倍,即B=2 H0=2×4.5=9.00m。于是沟总长:
V 21636 534
L=———=———=534m,取6个沟槽,长向L0>——m;宽向B0=9×6m
B·H0 9×4.5 6
V1’ 10356
L1=———=————=256m,分3沟段,每段l1=256/3=85.3m
B·H0 9×4.5
V 9613
L2=———=————=237m,分3沟段,每段l1=237/3=79m
B·H0 9×4.5
V 1667
L3=———=————=41m,为1沟段
B·H0 9×4.5
4.曝气器计算
实际需氧量
(S0-Se) VSS VSS
AOR=Q[———]-1.42Px——+4.5Q(N0-Ne)-0.56Px——— -2.6QΔNO3]
1-ekt SS SS
(去除的BOD5) (剩余污泥的BOD5) (硝化所需的氧) (硝化剩余污泥的NH4-N) (反硝化所得到的氧)
40000 (150-5.5)
=———[————]-1.42×1156×0.75+4.5×40×24.6-0.56×1156×0.75-2.6×40×14.6] -0.23×5 1000 1-e
=8458-1231+4428-486-1518=9651kg/d
把实际需氧量折合成标准需氧量。按设定条件,α=0.9;β=0.98;查表得海平面20℃时的饱和溶解氧Cs=9.07mg/L;取温度校正系数θ=1.024;所需的溶解氧CL=2mg/L;氧化沟溶解氧饱和度,按不利温度25℃及海拔152m考虑,则C∝=8.24×(99458.2/101324.7)=8.088mg/L。代入下式:
AOR 9651
SOR=─────────—─=——————————————— * (βC∝-CL) (0.98×8.088-2) 25-20T-20 α──—───θ 0.9×————————1.024
CS 9.07
9651×9.07
SOR=──────────=14640kgO2/d=610kgO2/h
0.9×5.9×1.126
当曝气机的动力效率为N0=1.86kg/kw.h时,所需曝气机功率
∑N=SOR/N0=610/1.86=328kw。
选用功率132kw的氧化沟专用慢速曝气机3台,满足要求。
5.计算回流污泥量及剩余污泥总量
根据悬浮固体平衡公式,QX0+QRXR=(Q+QR)X。因:Q=40000m3/d;X0=进水悬浮固体=160mg/L;XR=回流污泥浓度=10000mg/L;X=混合液悬浮固体=4500mg/L,可得 *
40000×160mg/L+×QR10000mg/L=(40000+QR)m/d×4500mg/L,解得
40000×4500-40000×160 3 QR=————————————=31564m/d
10000-4500
则回流率 R=QR/Q=79%
MLSS MLVSS Q
剩余活性污泥量=Px————+SS(1- ———)———
MLVSS MLSS 1000
1 40000
=1156×———+160×(1-0.75)———=3141kg(干污泥)/d
0.75 1000
如果污泥是以90%含水量从回流活性污泥管道中排除(浓度10000mg/L),则剩余污泥的体积为3141/10=314.1m3/d。
6.计算二沉池大小
⑴按表面负荷率计算
Q 40000
A1=———=—————=2778m2
24q’ 24×0.6
采用辐流式圆形二沉池,为除磷选用刮吸泥机。
4A1 4×2778
D1=√———=√—————=59.5m
π π
取D=60m
⑵按固体负荷计算
(Q+QR)X (40000+31564)×4500
A2=—————=——————————=3286 m2
×98
4A2 4×3286
D2=√———=√—————=64.7m。取D=65m,则二沉池实际面积,
π π
22 πD2 π65
A2=———=———=3318 m2
4 4
⑶二沉池直径选用
二沉池直径,从上述⑴、⑵计算,采用D2=65m。此时反算二沉池的水力负荷:
Q 40000
q’=———=————=12 m3/m2.d=0.5 m3/m2.H(符合规程低值)
A2 3318
7. 计算结果的讨论
从上述例题的计算结果,可以讨论以下各点:
⑴氧化沟的设计计算,应从整个系统考虑。即,需考虑二沉池和污泥回流的配套。如果氧化沟设计计算符合活性污泥动力学或硝化动力学原理,而二沉池和污泥回流设计计算不匹配,会导致整个系统效率的降低。例如,二沉池负荷太大(大于表面水力负荷q’或固体负荷3
q),虽然氧化沟符合活性污泥或硝化动力学原理,二沉池却无法达到固液分离目的,反过来影响氧化沟的运行。
YQ(S0-Se)θc NT
⑵我们从活性污泥动力学原理:V1=——————或是反硝化原理:V2=—————
X(1+Kdθc) SDNR·X
在其他参数不变的情况下,氧化沟的混合液悬浮固体浓度X越高,所需的氧化沟容积越小,即氧化沟的效率越高。故提高混合液悬浮固体浓度可提高氧化沟效率。我国规程规定混合液悬浮固体浓度为2500~4500mg/L。欧美国家是氧化沟技术发展较早的地区,这些国家对氧化沟混合液悬浮固体浓度的规定高达6000~8000mg/L。此值接近高浓度活性污泥法参数。关于提高混合液悬浮固体浓度,将第二节讨论。
⑶从二沉池的计算中发现,用固体负荷计算结果,比用表面水力负荷计算结果大。而表面水力负荷计算只与通过流量有关,而与混合液悬浮固体浓度无关。对于浓度较高的混合液悬浮固体显然不够合理。
⑷氧化沟的污泥回流比,《氧化沟设计规程》规定为60%~200%,本例计算值是79%。实际上回流比与混合液悬浮固体的浓度有关,一般规律是混合液悬浮固体浓度越高,回流比应相应增加。以后的章节将讨论这一问题。
29
卡鲁塞尔氧化沟
一、 氧化沟简介
活性污泥法是当前世界各国应用最广的一种历史悠久的二级生物处理流程,具有处理能力高,出水水质好等优点。但传统的活性污泥法存在基建费、运行费高,能耗大,管理也较复杂,易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题,且不能去除氮、磷等无机营养物质。
近年,从下列几点改革传统的活性污泥法:
1. 简化流程,压缩基建费;
2. 节约能耗,降低运行费;
3. 增强功能,改善出水水质(在去除BOD5 、SS 的同时去除氮、磷等营养物质);
4. 简化管理,保证稳定运行;
5. 减少污泥产量,简化污泥的后处理。
其中氧化沟活性污泥法可以能满足上述各点要求。
氧化沟(Oxidation Ditch)是本世纪50 年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法,
其曝气池呈封闭的沟渠形,废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动,因此被称为“氧化沟”。实际上它是活性污泥法的一种变型,因为废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动,有人称其为“循环曝气池”、“无终端的曝气系统”。
二、 氧化沟的技术特征
1. 采用的处理流程
以氧化沟处理城市污水时,可不设初次沉淀池,悬浮状有机物可在氧化沟中得到好氧稳定,这比设初沉池及污泥稳定池要经济。由于氧化沟所采用的污泥龄很长,其剩余污泥量少于一般活性污泥法,而且已经得到好氧稳定,不需再经污泥消化处理。为防止无机沉渣在氧化沟中积累,原污水应先经格栅及沉砂池预处理。
一般,氧化构污水厂的处理流程中的二沉池可与曝气池分建,也可与其合建,称一体化氧化沟,此时可省去二沉池与污泥回流系统,但无法调节污泥回流量。
由此可见,氧化沟污水厂的处理流程比一般活性污泥法简单得多。
2. 水流混合特征
从水流混合特征出发,可将活性污泥系统区分为推流式和完全混合式两大类,氧化沟界于推流式和完全混合式之间,或者说基本上是完全混合式,同时又具有推流式的某些特征。水流在曝气沟渠中的流速v 为0.3~0.5 米/秒。
可见,如果着眼于整个氧化沟,即以较长的时间间隔为观察基础,可以认为氧化沟是一个完全混合池,其中的污水水质几近一致,原水一进入氧化沟,就会被几十倍甚至上百倍的循环流量所稀释,因此氧化沟和其它完全混合式的活性污泥系统一样,适宜于处理高浓度有机废水,能够承受水量和水质的冲击负荷。
但如果着眼于氧化沟中的某一段,即以较短的时间间隔为观察基础,就可以发现某些推流式的特征。因为在氧化沟中曝气装置并不是沿池长均布而是只要装在某几处,在曝气器下游附近地段,水流搅动激烈,溶解氧浓度较高,但随着与曝气器距离的不断增加,水流搅动变缓,溶解氧浓度不断减少,还可能出现缺氧区。这种水流搅动情况和溶解氧浓度沿池长变化的特征,十分有利于活性污泥的生物凝聚作用。且可利用来进行硝化、反硝化,达到生物脱氮的目的。
三、 氧化沟的曝气设备
1. 曝气设备的功能有三:
(1) 曝气充氧;
(2) 推动水流作不停的循环流动,防止活性污泥沉淀;
(3) 搅拌水流,使有机物、微生物及氧三者充分混合、接触。
2. 常用的氧化沟曝气设备有两大类:
(1) 种类:刷或转盘;表面曝气机。
(2) 分类介绍
1) 水平轴曝气转刷或转盘
调整转速和浸没深度,可改变其充氧量,适应不同的工作条件。采用曝气转刷时,曝气沟渠的水深一般不超过2.5m,但也有采用至3.0m 的。
2) 垂直轴表面曝气机
主要特点:叶轮高度较大,上口呈敞开形,叶片呈旋转双曲面曲线。
因此它兼顾了充氧、推动和强烈搅拌的作用。除具有较高的充氧动力效率外,尚具有较大的提升推动能力,可增加氧化沟水深,缩小其占地面积,氧化沟水深达3.6~5.5m 。
因此,为保证氧化沟沟内流速,这类表曝机不必另设推流设备;要注意的是
调整表曝机充氧量宜用调整水位,而不宜调整外缘线速。
强烈搅拌能使活性污泥加速更新,提高生物处理效果。
3) 伞型(Simcar)表曝机
国内生产的曝气机叶轮叶片属直板直线型的。它适用于表面曝气池,能起到曝气池充氧作用,不能满足上述氧化沟的三个功能要求。这种表曝机叶片上口封闭,以避免搅拌水体向上飞溅。其他曝气设备,诸如射流曝气、鼓风曝气等也可用于氧化沟,但在应用上比较少见。
四、 卡鲁塞尔氧化沟
1. 卡鲁塞尔氧化沟简介
卡鲁塞尔氧化沟是60 年代末期由荷兰DHV 公司研制成功的。是一个多沟串联的系统,进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流动。卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气机,每组沟渠安装一个,均安设在一端,因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚,使活性污泥易于沉淀,而且创造了良好的生物脱氮的环境。
如前所述,卡鲁塞尔氧化沟由于采用了表面曝气机,其水深可采用3.6~
5.5m,沟内水流速度约为0.3~0.5m/s。由于表曝机周围的局部地区能量强度比传统活性污泥法曝气池中的强度高得多,因此氧的转移效率大大提高。当有机负荷较低时,可以停止某些表曝机的运行或降低水位,在保证水流搅拌混合循环流动的前提下,节约能量消耗。其BOD5 去除率可达95~99%,脱氮效率可达90%,除磷效率约为70~80%,如配以投加铁盐,除磷效率可达95%。
主要问题是发现氧化沟中有污泥沉淀现象,最大积泥高度达1.0m 以上,并有污泥成团上翻。说明推动力尚不能满足需要。此外,实际运行的动力费用也较原设计值为高。
2. 卡鲁塞尔氧化沟在城市污水处理中的应用
在生物脱氮基本原理的基础上,可以通过很多不同的工艺流程来实现硝化—反硝化反应,并与有机物的去除过程相结合,同时达到降低BOD5 及脱氮的目的。 常见的生物脱氮流程可以分为三类:
(1) 多级污泥系统;
(2) 单级污泥系统;
(3) 生物膜系统。
其中多级污泥系统常被称为传统的生物脱氮流程。
单级污泥系统则可分为前置反硝化系统和交替工作系统两种。
五、 脱氮工艺流程
1. 传统三种生物脱氮工艺流程
(1) 有三级活性污泥系统的生物脱氮流程,在此流程中,去除BOD5 与氨化、硝化和反硝化反应分别在三个池子中进行并各有其独立的回流传泥系统。第一个曝气池和第二个硝化池均应维持好氧条件,第三个反硝化池则应在缺氧条件下进行,不曝气,采用搅拌机维持污泥呈悬浮状态并与废水良好地混合。反硝化过程所需的碳源采用外加碳源甲醇。此流程可以得到相当好的BOD5 去除效果和脱氮效果。
其缺点是:
1) 流程长,构筑物多,基建费用很高;
2) 需要外加碳源,运行费贵;
3) 出水中往往残留一定量的甲醇,形成BOD5 及COD。
(2) 上述流程的改进,它将均为好氧环境的曝气池和硝化池合二为一,因此使系统中曝气池、沉淀池和回流污泥系统各减少了一个,但仍利用外加碳源。因此,其优缺点与上述系统很相似。
(3) 流程改用跨越管将一部分原废水引人反硝化池作碳源,以省去外加碳源,节约运行费用。运行经验证明,这样做是可行的,利用原废水作反硝化碳源,还减轻了去除BOD 的负荷,可谓一举两得。但此流程仍较复杂,出水的有机物浓度也不能保证十分理想。为了保证出水中的有机物浓度和溶解氧能满足要求,还有人提出在反硝化池后面增添一个曝气池,显然,这种流程可以提高出水水质,但基建费和运行费也将相应增加。
2. 前置反硝化的生物脱氮流程——A/O 流程
前置反硝化及回流的生物脱氮流程,通常简称为A/O 流程(其中A 为Anoxic—缺氧,O 为Oxidation—氧化)。
A/O 流程的是,原废水先经缺氧池,再进好氧池,并将好氧池的混合液和沉淀池的污泥同时回流至缺氧池,使缺氧池中既从原废水中得到充足的有机物,又从回流的混合液中得到大量硝酸盐,回流污泥则保证其微生物量,因此可在其中进行反硝化反应,然后再在好氧池中进行BOD5 的进一步降解和硝化作用。A
/O 流程只有一个污泥系统,在此系统中同时存在着分解有机物的异养菌群、反硝化菌群以及硝化细菌群。混合的微生物菌群交替地处于好氧和缺氧的环境中,有机物浓度高和低的条件下,将分别发挥其不同的作用。A/O 流程中的缺氧池和好氧池可以是两个独立的构筑物,也可以合建在同一构筑物内,使用隔板将两段分开。
显而易见,与传统的生物脱氮工艺流程相比,A/O 工艺流程大大地简化了,A/O 工艺的主要优点是:
(1) 流程简单,构筑物少,基建费用可大大节省;
(2) 不需要外加碳源,以原废水为碳源,可保证充分的反硝化反应;
(3) 好氧池设在缺氧池之后,可使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除,
提高出水水质;
(4) 缺氧池在好氧池之前,一方面可减轻好氧池的有机负荷,另一方面也有
利于控制污泥膨胀,反硝化过程中产生的碱度还可补偿硝化过程对碱度的消耗。
六、 污水生物除磷工艺流程
据污水生物除磷原理,污水生物除磷的工艺流程一般是由厌氧池和好氧池组成的。
以下是两种最常见的生物除磷工艺流程:
1. 污水生物除磷的A/O 流程
流程中第一个池子是厌氧池,回流污泥进入厌氧池后可藉吸收去除一部份有机物,并释放出大量磷,第二个池子是好氧池。废水中有机物在其中得到氧化分解,同时污泥将大量摄取污水中的磷。
A/O 生物脱磷工艺的主要特点是:
(1) 工艺流程简单,不需投加化学药品;
(2) 厌氧池设在好氧池之前,有利于抑制丝状菌的生长,防止活性污泥的膨
胀,且能减轻好氧的有机负荷;
(3) 一般采用的水力停留时间为,厌氧池1~2h 好氧池2~3h,污泥龄亦较短;
(4) 排放的剩余污泥含P 量高;
(5) 建设费和运行费均较低。
由A/O 生物脱磷流程的工艺特性曲线可见,BOD5 在A和O两段内部有下
降,但在A 段中,由于磷的厌氧释放,P 的含量有升高,至O 段才有大幅度的下降。
A/O 生物脱磷工艺的问题是:除磷效果决定于剩余污泥排放时的溶解氧含量。如果排放污泥的溶解氧趋于缺氧、厌氧状态,二沉池中难免有磷的释放。
近年来,随着生物除磷技术的发展,为了提高除磷效果,除了保持二沉池有适当溶解氧外,采用吸刮泥机排泥;同时排泥后采用一体化脱水机械尽快脱水而从脱水污泥中带走磷,以提高除磷效率。采取这些措施后,城市污水处理的除磷率可以达到90%左右,出水含磷≤1mg/L。
2. 卡鲁塞尔氧化沟生物除磷流程
A/O 系统的生物除磷工艺,卡鲁塞尔氧化沟系统也可实现。我们只要把2000 型卡鲁塞尔氧化沟系统工艺流程略加修改,就可实现类似的生物除磷的A/O 流程。对于氧化沟来说,混合液出流堰位置的布置十分重要。混合液出流处应保持溶解氧不少于2mg/L。微生物在厌氧区充分释放出水中的磷后,进入氧化沟曝气区迅速充氧。在高溶解氧条件下微生物能在某一时间内充分吸收磷。混合液进入二沉池固液分离后采用刮吸泥机以较短的时间排出饱含磷的微生物剩余污泥,输送至一体化脱水机立即脱水。尽量减少磷的释放。这样的过程,可以充分发挥出生物除磷的特点,一般除磷效率能达到90%以上。
需要说明,氧化沟的水力停留时间通常大于10h,好氧区名义水力停留时间远大于2h。但氧化沟保持沟内平均流速0.25~0.3m/s。以0.25m/s 计,1 小时时间流动达900m。故微生物在好氧区吸取磷实际时间较短,由于卡鲁塞尔氧化沟专用曝气机强大的搅拌混合作用和充氧能力,能够弥补微生物在好氧区时间短的不足。
七、 着重于反硝化脱氮作用的卡鲁塞尔氧化沟
2000 型卡鲁塞尔氧化沟
根据A/O 流程脱氮原理,一种前置反硝化池的氧化沟同样可以符合这个要求。近年来比较新颖的称作2000型卡鲁塞尔氧化沟的,实际上就是前置反硝化池的卡鲁塞尔氧化沟。荷兰DHV 公司提出的2000 型卡鲁塞尔氧化沟在我国已在城市污水处理和工业废水处理工程中多处应用。
2000 型卡鲁塞尔氧化沟设置了前置反硝化池后,与A/O 法原理一致。故这种氧化沟系统以可称作具有A/O 功能的氧化沟。
一般认为氧化沟内本身可以形成好氧、缺氧和厌氧区段。我国《氧化沟设计规程》术语中提到:好氧区(Oxic zone)位于氧化沟的充氧段,水流搅动激烈,溶解氧浓度不小于2mg/L主要功能是降解有机物和进行硝化反应;缺氧区(Anoxic zone)位于氧化沟的非充氧段,溶解氧浓度为0.2~0.5mg/L。当回流污泥中含有大量硝酸盐、亚硝酸盐并能得到充足的有机物时,便可在该区内进行脱氮反应;厌氧区(Anaerobic zone)常设在氧化沟的进水端部,一般单独设置,溶解氧小于0.2mg/L。该区内微生物能吸收有机物并释放磷。
氧化沟设置前置反硝化池,实践证明利用水流的速能可使氧化沟与前置反硝化池达到大流量回流。设置前置反硝化池将使构造复杂,同时需要增加防止沉淀的搅拌措施。这样会增加投资和动力消耗,还可能产生沉积和增加运行维护工作量。卡鲁塞尔氧化沟由于其构造特点及其专用曝气机的充氧、搅拌和推动水流的功能,在氧化沟内就可形成好氧区段和缺氧区段。
该氧化沟系统是具有反硝化作用的卡鲁塞尔氧化沟。在氧化沟有相应长度时,曝气机下游至混合液出流堰,溶解氧降低使之保持在不小于2mg/L。这一区段属于好氧区。混合液在好氧区出流也有利于保持混合液在二沉池分离后的出水有一定的溶解氧。在出流堰以后布置污水进水管和污泥回流管,由于进水中有机物浓度高及回流污泥溶解氧浓度低,很快消耗混合液流中的溶解氧,在某一下游段溶解氧降至0.5mg/L。此时即形成了缺氧段。
卡鲁塞尔氧化沟采用一台或多台曝气机。当只有一段好氧、缺氧过程时,其生物处理工艺过程与A/O 法一致,也与设有前置反硝化池的氧化沟相当。实践证明,存在多段好氧、缺氧时,具有更良好的硝化(碳化)、反硝化作用。
这种布置的氧化沟系统比前置反硝化池氧化沟系统还要简化,免去了前置反硝化池的水流水力条件差及另设搅拌器的麻烦。需要指出,免设推进器的卡鲁塞尔氧化沟要求使用水流推动力大的氧化沟专用曝气机。如果具有反硝化作用氧化沟的曝气机多于一台,并且在氧化沟的一端装设曝气机,其中中间沟槽的曝气机上游亦会形成缺氧段。要免除中间沟槽的缺氧段,可以化沟两端装设曝气机。实际使用检测后表明,不必强调免除中间沟槽的缺氧段
卡鲁塞尔氧化沟计算
3.5卡鲁塞尔氧化沟计算
3.5.1设计参数
1、设计依照下列规范
6.6.27 进水和回流污泥点宜设在缺氧区首端,出水点宜设在充氧器后的
好氧区。氧化沟的超高与选用的曝气设备类型有关,当采用转刷、
转碟时, 宜为0.5m;当采用竖轴表曝机时,宜为0.6,0.8m,
其设备平台宜高出设计水面0.8,1.2m。
6.6.28 氧化沟的有效水深与曝气、混合和推流设备的性能有关,宜采用3.5~4.5m。
6.6.29 根据氧化沟渠宽度,弯道处可设置一道或多道导流墙;氧化沟
的隔流墙和导流墙宜高出设计水位0.2,0.3m。
6.6.30 曝气转刷、转碟宜安装在沟渠直线段的适当位置,曝气转碟也
可安装在沟渠的弯道上,竖轴表曝机应安装在沟渠的端部。
6.6.32 氧化沟内的平均流速宜大于0.25m?s。
432、设计流量Q=20×(不考虑变化系数) 10m/d
5浓度为S0=250mg/l,Ts浓度为X0=3000mg/l 3、设计进水水质BOD
VSS=210mg/l,TN=35mg/L,N H3-N=25mg/l
碱度SALK=250mg/l,最低的水温T=7.1 ?,最高的水温T=28.7?
平均水温T=18.2?
4、设计出水水质,BO D5浓度Se=20mg/l,Ts浓度Xe=20mg/l,N H4-N=8mg/l,TN=20mg/l
5、活性污泥浓度即混合液悬浮固体的浓度MLSS=4000mg/l,
混合液挥发性悬浮固体
的浓度MLVSS XV=2800mg/l;
污泥泥龄θc =30d,异养微生物的产率系数Y=0.6kgVSS/kg BO D5。
,O20?时脱硝率为qdn=0.035Kg(还原的N -N)/(kgMLSS?d) 3
3.5.2设计计算
1、氧化沟的容积计算
(1)好氧区容积V1,采用动力学计算方法
好氧区所需污泥量V1, 混合液浓度
YQ(S,S)θ?0c1,Kθdc ,XV
Y,Y 式中—微生物的净增值量,为表现产率 obs1,Kθdc
S—氧化沟出水溶解性BOD5浓度。为了保证沉淀池出水BOD5浓度
Se?20mg/l必须控制氧化沟出水所含溶解性的BO D5浓度S2,因
为沉淀池出水的VSS也是构成BO D5浓度的一个组成部分。
所以S=Se,S1
式中 S1—沉淀池出水中的VSS所构成的BOD5浓度
,0.23,5S1,1.42(VSS/TSS),TSS,(1,e)
,0.23,5,1.42,0.7,2.0,(1,e)
=13.58mg/l
,1K —衰减系数()20?的数值为0.04~0.075,取0.05依据《室外dd
K排水规范》GB50014-2006 6.6.12衰减系数值应以当地冬季和d
夏季的污水温度进行修正,并按下列公式计算:
T-20K,K(?θ) dTd20T
,1K 式中 —T?时的衰减系数() ddT
,1K —20?时的衰减系数() dd20
T—设计温度(?)
θ —温度系数采用1.02~1.06,本设计采用1.04 T
设计温度取18.2?
T,20K,K(θ) ? dTd20T
18.2,20,0.05(1.04)
=0.046
0.6420100.250.0064230,,(,),10.04630,,V ? ,12.8
3 =131586m
t (2)好氧区的停留时间 1
V1315861t,,,0.658(d),15.79(h) 14Q20,10
脱氮
,X? 污泥产生量 1
Y,X,,Q,,BOD 151,Kθdc
0.64 ,20,10,(0.25,0.00642)1,0.046,30
=12281kg/d
需氧化的氨氮量 ?N1
氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%。则利用生物合成的总氮量为:
0.024,,X,10000.024,12281,10001N,,,7.61mg/l 0Q200000
NH,N需要氧化的量3
N,进水TKN,出水NH-N,生物合成所需氧量N 130?N,35,8,7.61,19.39mg/l 1
N? 脱氮量 r
N,进水TKN,出水TN,用于生物合成所需氮N r0
=35-20-7.61
=7.39mg/l
? 碱度平衡
由《室外排水规范》6.6.17.4好氧区剩余总碱度宜大于70名国/了
CaCO(以计),进水碱度不能满足上述要求时,应采取增加碱度3
的措施。
NH,N每氧化1mg需要消耗7.14mg碱度,每氧化1mg BO D5产3
-NO生0.1mg的碱度,每还原1mg产生3.57mg碱度。 3
原水的碱度资料中未知,但假设城市一般污水中的监督为250mg/l
CaCO(以计) 3
?剩余碱度
S,原水碱度,硝化消耗的碱度,反硝化产生的碱度,氧化BOD产生的碱度ALK15S,250,7.14,19.39,3.57,7.39,0.1,(250-6.42 ALK1
=250-138.44+26.38+24.36
=162.3mg/l 〉70mg/l
?硝化和反硝化反应能够正常进行。
? 脱氮所需的容积
脱硝所需要的污泥量V, 2混合液浓度
(T,20)脱硝率 q,q,1.08dn(t)dn(20)
最冷1月份的平均气温7.1?
(7.1,20)? q,0.035,1.08dn(t)
=0.035×0.37
-NO,N =0.013(kg(还原的)/kgMLVSS 3
4QN20,10,7.39r? V,,2QX0.013,2800dnV
3 =40604 m
? 脱氮水力停留时间t 2
V406042t,,,0.203(d),4.9(h) 24Q20,10
(3)氧化沟的总容积V及停留时间t
3V,V,V,131586,40604,172190m 12
V172190t,,,0.861(d),20.66(h) 总4Q20,10
校核污泥负荷
4QS20,10,0.250N,,,0.07kgBOD(/kgMLSS,d, 5XV4.0,172190
L 由《室外排水规范》6.6.25氧化沟主要设计参数污泥负荷为S
kgBOD(/kgMLSS,d,0.03~0.08 5
?污泥负荷满足规范的要求。
'V2、前置厌氧池容积 P
在氧化沟前设置厌氧池为除磷提供释磷环境
由《室外排水规范》6.6.19.2生物反应池中厌氧池的容积,可按下列公式
计算:
tQp,V p24
3Vm 式中 ——厌氧区容积 p
t ——厌氧区水力停留时间(h),宜为1~2; p
3 Q——设计污水流量 m/d
3t 设计中取=1.5h,Q=200000 m/dp
41.5,20,103V,,12500m? p24
3、氧化沟尺寸
拟设氧化沟为8座
V1721903 单座氧化沟的有效容积 V,,,21524m单88
取氧化沟有效水深H=4m,超高为1m,氧化沟深度h=4+1=5m
中间分隔墙厚度为0.25m
V21524单2A,,,5381m 氧化沟的面积 h4
单沟道宽度b=10m
41030.25,,,2,()2100.25,,22 弯道部分面积:A( ,),,122
22 = 973.67m,974m
2A,A,A,5381,974,4407m 直线部分面积: 21
A44072L,,,110.2m,110m 单沟直线段长度: 4,b4,10
4、厌氧池尺寸
125003 厌氧池应设8座,单座厌氧池体积 V,,1563m18
厌氧池的水深取4m
V156321A,,,391m ? 44
厌氧池的池长取40m
A391 ?B,,,9.8m 取10m L40
6、进水管设计
污泥回流比R=50%,进出水管流量
4Q1.5,20,1033Q,(1,R),,,37500m/d,0.434m/s 188
管道流速取V=1.0m/s
Q0.4342则管道过水断面 A,,,0.434mV1.0
4,0.434d,,0.743(mm)管径 取800mm 3.14
Q0.434校核管道流速 V,,,0.90m/s0.8A2,(),2
6、出水堰及出水竖井
, 初步估算,因此按薄壁堰来计算 ,0.67H
? 出水堰
3
2Q,1.86bH
式中 b——堰宽
堰上水头高,取0.2m H——
Q3.018 ? b,,,2.25(m)33
221.86H1.86,0.2
为了便于设备的选型,堰宽b取2.3m,校核堰上水头H
Q0.3182233H,(),(),0.20m 1.8661.86,2.3
? 出水竖井
考虑可调堰安装的要求堰两边各留0.3m的操作距离。
出水竖井长 L,0.3,2,b,0.6,2.3,2.9(m)
出水竖井宽 B=1.4m(满族安装要求)
则出水竖井平面尺寸为 L,B,2.9m,1.4m
氧化沟出水孔尺寸为 b,h,2.3m,0.5m
7、需氧量计算
?生物反应池中好氧区的污水需氧量,根据去除的五日可生化需氧量,
氨氮的消化和除氮等要求,按照下列公式计算:
O,0.001aQ(S,S),(,X,b[0.001Q(N,N),0.012,X]20e1KKe1
,0.62b[0.001Q(N,N,Noe),0.12,X] tKe1
OO 式中 ——污水需氧量(kg/d) 22
3 Q——生物反应池的进水流量() m/d
S ——生物反应池的进水五日生化值(mg/l) 0
——生物反应池出水五日生化值(mg/l) Se
——排出生物反应池系统的微生物量(kg/d) ,X1
——生物反应池进水总凯式氮浓度(mg/l) NK
N ——生物反应池出水总凯式氮浓度(mg/l) Ke
——生物反应池进水总氮浓度(mg/l) Nt
N ——生物反应池硝态氮浓度(mg/l) oe
0.12,X——排出生物反应池系统的微生物中的含氮量(kg/d) 1
D a——碳的氧当量,当含碳物质以BO计时,取1.47 5
b——常数,氧化每公斤氨氮所需的氧量(kgO/kgN),取4.57 2
c——常数,细菌细胞的氧当量,取1.42
?公式说明
公式右边第一项为去除含碳污染物的需氧量,第二项为剩余污泥氧当
量,第三项为氧化氨氮需氧量,第四项为反硝化脱氮吸收的氧量。有
机氮可通过水解脱氨基而生成氨氮,称为氨化作用。氨化作用对氮原
子而言化合价不变,并无氧化还原反应发生。故采用氧化1kg氨氮需
4.57kg氧来计TKN降低所需要的氧量。反硝化反应可采用下列公式
表示:
,,5C,2HO,4NO,2N,4OH,5CO 2322
,NONCO 由此可知:4个还原成2个,可使5个有机碳氧化成,相322
,,,4NH,8O,4NO,8H,4HOO当于耗去5个,而从反应式可42322
-NOO知,4个氨氮氧化成4个需消耗8个,所以反硝化时氧的回收32
率为5/8=0.62
CHNO 公式中1.42位细菌细胞的氧当量,若用表示细菌细胞,则氧572
CHNOkgo/kgvss化1个分子需5个氧分子,即160/113=1.42()。 5722
? 需氧量
按照以下公式计算:
O,0.001aQ(S,S),(,X,b[0.001Q(N,N),0.012,X]20e1KKe1
,0.62b[0.001Q(N,N,Noe),0.12,X] tKe1
40.001,1.47,20,10(25,6.42),1.42,12281,4.57 =
4,,,,,0.001,20,10,25,8,0.12,12281,0.62,4.57
4,,,,,0.001,20,10,25-8-6,0.12,12281
=71613-17439+8003-7725
=54452kg/d
5445254452 ?去除1kgBOD5的需氧量== 4,,QS,S,,20,10,0.25,0.006420
,,kgo/kgBOD=1.12基本满足要求。 25
? 标注状态下的需氧量
O,C2S20,, O,2标,,T,20,,,,,C,C,1.024,,ST
C 式中 ——20?时氧在水中的饱和度,查得9.07mg/l S,,20
T——取25?
C ——T温度下氧的饱和度,25?时氧的饱和度为8.38mg/l S,,T
C——溶解氧浓度,取2mg/l
——修正系数,取0.85 ,
,——修正系数,取0.95
——气压修正系数,,
5所在地区实际气压0.900,10,,==0.888 551.013,101.013,10
依据《室外排水规范》GB50014-2006,6.8.3选用曝气装置和设备时,应根据设备的特性,位于水面下的深度、水温、污水的氧总转移特性,当地的海拔高度以及预期生物反应池中的溶解氧浓度等因素,将计算的污水需氧量换算为标准状态下清水需氧量。
生物反应池污水需氧量,不是0.1Mpa,20?清水中的需氧量,为了计算曝气器的数量,必须将污水需氧量换成标准状态下的值。
54452,9.07?O, =101800(kg/d) 标2,,25,20,,0.85,0.95,0.888,8.38,2,1.024
?去除每1kgBOD5的标准需氧量
101800101800,= ,,,,QS,S20,10,0.25,0.0064204
,,kgo/kgBOD =2.09 25
8、设备选择
?选用16台DS400调速型表面曝气机,其叶轮直径为4000mm,电机功率为
150kw,充氧量为280kgo2/h,叶轮升降行程,叶轮高位1032mm。 ,100mm
?水下推流器选择
选用64台DQT075×2500低速潜水推流器,其搅拌叶轮直径为2500mm,
电机功率为7.5kw,转速为44r/min,流量为1.545m3/s。
?调节堰门
厌氧池进水选用TYZ-2000×600钢制调节堰门,宽度为2m,高位0.6m。
氧化沟出水调节堰门选用XYM6000×500,长为6m,高为0.5m。
?启闭机
选用WZ30型电动启闭机,电机功率0.75kw。
9、氧化沟计算设计简图如下:
转载请注明出处范文大全网 » 卡鲁塞尔(CARROUSEL)氧化沟