卡魯塞爾氧化溝工藝對(duì)比及計(jì)算

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1、 卡魯塞爾氧化溝工藝對(duì)比及計(jì)算 二○一二年三月 目 錄 第一章 氧化溝綜述 一、氧化溝的技術(shù)特征 ……………………………………………………… 1 ㈠氧化溝簡(jiǎn)介 ……………………………………………………………… 1 ㈡氧化溝的技術(shù)特征 ……………………………………………………… 1 二、氧化溝的曝氣設(shè)備 ……………………………………………………… 3 1. 水平曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤 ……………………………………………………3 2. 垂直軸表

2、面曝氣機(jī) ………………………………………………………3 三、常用的幾種氧化溝系統(tǒng) ………………………………………………… 4 1. 卡魯塞爾氧化溝………………………………………………………… 4 2. 交替工作式氧化溝 ………………………………………………………5 3. 奧貝爾型氧化溝 …………………………………………………………6 第二章 氧化溝的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、 氧化溝的容積計(jì)算……………………………………………………… 8 二、 曝氣機(jī)功率計(jì)算 ……………………………………………………… 8 三、 堿度校核 ……………………………………………………………… 11

3、 四、 污泥回流計(jì)算 ………………………………………………………… 11 五、 二沉池計(jì)算 …………………………………………………………… 12 第三章 卡魯塞爾氧化溝在城市污水處理中的應(yīng)用 一、 污水生物脫氮工藝流程 ……………………………………………… 13 二、 著重于反硝化脫氮作用的卡魯塞爾氧化溝 ………………………… 14 三、 污水生物除磷工藝流程 ……………………………………………… 16 四、 生物脫氮除磷工藝流程 ……………………………………………… 17 五、 卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)計(jì)算例題 ……………………………………… 23 第一章

4、 氧化溝綜述 一、氧化溝的技術(shù)特征 ㈠氧化溝簡(jiǎn)介 活性污泥法是當(dāng)前世界各國(guó)應(yīng)用最廣的一種歷史悠久的二級(jí)生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的活性污泥法存在基建費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)高，能耗大，管理也較復(fù)雜，易出現(xiàn)污泥膨脹、污泥上浮等問題，且不能去除氮、磷等無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 近年，從下列幾點(diǎn)改革傳統(tǒng)的活性污泥法： 1．簡(jiǎn)化流程，壓縮基建費(fèi)； 2．節(jié)約能耗，降低運(yùn)行費(fèi)； 3．增強(qiáng)功能，改善出水水質(zhì)（在去除BOD5、SS的同時(shí)去除氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）； 4．簡(jiǎn)化管理，保證穩(wěn)定運(yùn)行； 5．減少污泥產(chǎn)量，簡(jiǎn)化

5、污泥的后處理。 其中氧化溝活性污泥法可以能滿足上述各點(diǎn)要求。 氧化溝（Oxidation Ditch）是本世紀(jì)50年代由荷蘭工程師發(fā)明的一種新型活性污泥法，其曝氣池呈封閉的溝渠形，廢水和活性污泥的混合液在其中不斷循環(huán)流動(dòng)，因此被稱為“氧化溝”。實(shí)際上它是活性污泥法的一種變型，因?yàn)閺U水和活性污泥的混合液在環(huán)狀的曝氣渠道中不斷循環(huán)流動(dòng)，有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端的曝氣系統(tǒng)”。 自1954年荷蘭建成第一座間歇運(yùn)行的氧化溝以來，氧化溝在歐洲、北美、南非及澳大利亞得到了迅速的推廣應(yīng)用。至1985年，美國(guó)已建有553座氧化溝污水處理廠，荷蘭216座，西德226座，丹麥

6、300座。其工藝和構(gòu)造也有了很大的發(fā)展和進(jìn)步，處理能力不斷提高，至今已有規(guī)模達(dá)65萬m3／d的大型氧化溝處理廠；處理范圍不斷擴(kuò)大，不僅能處理生活污水，也能處理工業(yè)廢水、城市廢水，而且在脫氮除磷方面表現(xiàn)了極好的性能。 我國(guó)近年來在氧化溝技術(shù)的研究及推廣應(yīng)用方面有了很迅速的發(fā)展。尤其在城市污水處理廠中獲得應(yīng)有的推廣。 ㈡氧化溝的技術(shù)特征 氧化溝污水處理技術(shù)能在近五十年來取得迅速的發(fā)展，主要是由于它出水水質(zhì)好，運(yùn)行穩(wěn)定，管理方便，并具有區(qū)別于傳統(tǒng)活性污泥法的一系列技術(shù)特征，現(xiàn)概括如下： 1．采用的技術(shù)參數(shù) 氧化溝常用的技術(shù)參數(shù)如下： 有機(jī)物容積負(fù)荷

7、 0.2～0.4 kgBOD5／m3d 有機(jī)物污泥負(fù)荷 0.05～0.15 kgBOD5／kgVSSd 水力停留時(shí)間 10～24hr 污泥齡 10～30day 活性污泥濃度 2000～6000 mg/L 出水水質(zhì) BOD5 10～15mg/L SS 10～20mg／L NH3-N 1～3mg／L 氧化溝所采用的有機(jī)物負(fù)荷和水力停留時(shí)間與延時(shí)曝氣法接近，但所取得的出水水質(zhì)較好。當(dāng)然，氧化溝也可采用不同于上列的技術(shù)參數(shù)。如采

8、用較高的有機(jī)物負(fù)荷、較短的水力停留時(shí)間，使其運(yùn)行的特征接近于高負(fù)荷活性污泥法或其他類型的活性污泥法。 2．采用的處理流程 以氧化溝處理城市污水時(shí)，可不設(shè)初次沉淀池，懸浮狀有機(jī)物可在氧化溝中得到好氧穩(wěn)定，這比設(shè)初沉池及污泥穩(wěn)定池要經(jīng)濟(jì)。由于氧化溝所采用的污泥齡很長(zhǎng)，其剩余污泥量少于一般活性污泥法，而且已經(jīng)得到好氧穩(wěn)定，不需再經(jīng)污泥消化處理。 為防止無機(jī)沉渣在氧化溝中積累，原污水應(yīng)先經(jīng)格柵及沉砂池預(yù)處理。 一般，氧化構(gòu)污水廠的處理流程如圖1-1所示。 流程中的二沉池可與曝氣池分建，也可與其合建，稱一體化氧化溝，此時(shí)可省去二沉池與污泥回流系統(tǒng)，但無法

9、調(diào)節(jié)污泥回流量。 由此可見，氧化溝污水廠的處理流程比一般活性污泥法簡(jiǎn)單得多。 3．水流混合特征 從水流混合特征出發(fā)，可將活性污泥系統(tǒng)區(qū)分為推流式和完全混合式兩大類，氧化溝界于推流式和完全混合式之間，或者說基本上是完全混合式，同時(shí)又具有推流式的某些特征。 設(shè)水流在曝氣溝渠中的流速v為 0.3～0.5米／秒，氧化溝的總長(zhǎng)為L(zhǎng)，則水流完成一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間t＝L/v。當(dāng)L＝90～600米時(shí)，t＝5～20分鐘。由于廢水在氧化溝中的設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間T為10～24小時(shí)，因此可以計(jì)算出廢水在整個(gè)停留時(shí)間內(nèi)要完成的循環(huán)數(shù)為30～280次不等。 可見，如果著眼于整個(gè)氧化

10、溝，即以較長(zhǎng)的時(shí)間間隔為觀察基礎(chǔ)，可以認(rèn)為氧化溝是一個(gè)完全混合池，其中的污水水質(zhì)幾近一致，原水一進(jìn)入氧化溝，就會(huì)被幾十倍甚至上百倍的循環(huán)流量所稀釋，因此氧化溝和其它完全混合式的活性污泥系統(tǒng)一樣，適宜于處理高濃度有機(jī)廢水，能夠承受水量和水質(zhì)的沖擊負(fù)荷。 但如果著眼于氧化溝中的某一段，即以較短的時(shí)間間隔為觀察基礎(chǔ)，就可以發(fā)現(xiàn)某些推流式的特征。因?yàn)樵谘趸瘻现衅貧庋b置并不是沿池長(zhǎng)均布而是只要裝在某幾處，在曝氣器下游附近地段，水流攪動(dòng)激烈，溶解氧濃度較高，但隨著與曝氣器距離的不斷增加，水流攪動(dòng)變緩，溶解氧濃度不斷減少，還可能出現(xiàn)缺氧區(qū)。這種水流攪動(dòng)情況和溶解氧濃度沿池長(zhǎng)變化的特征，十分有利于活

11、性污泥的生物凝聚作用。且可利用來進(jìn)行硝化、反硝化，達(dá)到生物脫氮的目的。 二、氧化溝的曝氣設(shè)備 曝氣設(shè)備的功能有三：⑴曝氣充氧；⑵推動(dòng)水流作不停的循環(huán)流動(dòng)，防止活性污泥沉淀；⑶攪拌水流，使有機(jī)物、微生物及氧三者充分混合、接觸。 常用的氧化溝曝氣設(shè)備有兩大類，即⑴曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤；⑵表面曝氣機(jī)。 1．水平軸曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤 曝氣轉(zhuǎn)刷構(gòu)造見圖1-2。它以鋼管為轉(zhuǎn)軸，在軸的外部沿軸長(zhǎng)連接有很多鋼質(zhì)葉片，即為刷子。 曝氣轉(zhuǎn)刷國(guó)內(nèi)外早期應(yīng)用較多。其產(chǎn)品的軸長(zhǎng)為4.5m及9m，轉(zhuǎn)刷直徑為0.8m～1.5m，轉(zhuǎn)刷充氧能力約為2kgO2／kw.h。調(diào)整轉(zhuǎn)速和浸

12、沒深度，可改變其充氧量，適應(yīng)不同的工作條件。采用曝氣轉(zhuǎn)刷時(shí)，曝氣溝渠的水深一般不超過2.5m，但也有采用至3.0m的。 曝氣轉(zhuǎn)盤構(gòu)造見圖1-3。它是在水平軸上帶動(dòng)的一組轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上有小孔及凸出的三角形塊，藉以提高充氧性能。其轉(zhuǎn)速一般為46～60轉(zhuǎn)／分，其直徑可達(dá)1372mm，充氧能力為1.8～2.0kgO2／kwh。采用轉(zhuǎn)盤時(shí)，曝氣溝渠水深可達(dá)3.5m。 曝氣轉(zhuǎn)盤軸長(zhǎng)最大為6m，可安裝1～25個(gè)曝氣轉(zhuǎn)盤。其推力及混合能力較高，1馬力可攪拌200～900m3 池容積。 2．垂直軸表面曝氣機(jī) 氧化溝專用表曝機(jī)在荷蘭首先應(yīng)用，后來在美國(guó)和新加坡等地獲得進(jìn)一步

13、發(fā)展。氧化溝專用表曝機(jī)如圖1-4所示。 由圖可見，它的主要特點(diǎn)是葉輪高度較大，上口呈敞開形，葉片呈旋轉(zhuǎn)雙曲面曲線。因此它兼顧了充氧、推動(dòng)和強(qiáng)烈攪拌的作用。除具有較高的充氧動(dòng)力效率外，尚具有較大的提升推動(dòng)能力，可增加氧化溝水深，縮小其占地面積，氧化溝水深達(dá)3.6～5.5m 。 這種表曝機(jī)推動(dòng)氧化溝水流的作用依靠葉輪外緣的線速度，通常達(dá)6～7m/s。在適當(dāng)?shù)臏仙钆c葉輪直徑比等條件下，可以使氧化溝的溝內(nèi)平均流速達(dá)到0.3～0.5m/s。因此，為保證氧化溝溝內(nèi)流速，這類表曝機(jī)不必另設(shè)推流設(shè)備；要注意的是調(diào)整表曝機(jī)充氧量宜用調(diào)整水位，而不宜調(diào)整外緣線速。 強(qiáng)烈攪拌能使活性污泥加速更新，提高

14、生物處理效果。圖1-4葉輪構(gòu)造可對(duì)水流起到強(qiáng)烈的攪拌作用。水體在葉片的帶動(dòng)下沿葉輪徑向運(yùn)動(dòng)，引起下部水流補(bǔ)充的軸向流動(dòng)。因上口呈敞開形形成水流徑、軸向的強(qiáng)烈攪動(dòng)。 為了說明問題，圖1-5系用于表面曝氣池的到傘型（Simcar）表曝機(jī)。 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的曝氣機(jī)葉輪葉片屬直板直線型的。它適用于表面曝氣池，能起到曝氣池充氧作用，不能滿足上述氧化溝的三個(gè)功能要求。這種表曝機(jī)葉片上口封閉，以避免攪拌水體向上飛濺。 其他曝氣設(shè)備，諸如射流曝氣、鼓風(fēng)曝氣等也可用于氧化溝，但在應(yīng)用上比較少見。 三、常用的幾種氧化溝系統(tǒng) 1.卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝 卡魯塞爾氧化溝

15、是60年代末期由荷蘭DHV公司研制成功的。其構(gòu)造特征如圖1-6所示。 由圖可見，這是一個(gè)多溝串聯(lián)的系統(tǒng)，進(jìn)水與活性污泥混合后沿箭頭方向在溝內(nèi)作不停的循環(huán)流動(dòng)?？斎麪栄趸瘻喜捎么怪卑惭b的低速表面曝氣機(jī)，每組溝渠安裝一個(gè)，均安設(shè)在一端，因此形成了靠近曝氣器下游的富氧區(qū)和曝氣器上游以及外環(huán)的缺氧區(qū)。這不僅有利于生物凝聚，使活性污泥易于沉淀，而且創(chuàng)造了良好的生物脫氮的環(huán)境。 如前所述，卡魯塞爾氧化溝由于采用了表面曝氣機(jī)，其水深可采用3.6～5.5m，溝內(nèi)水流速度約為0.3～0.5m/s。由于表曝機(jī)周圍的局部地區(qū)能量強(qiáng)度比傳統(tǒng)活性污泥法曝氣池中的強(qiáng)度高得多，因此氧的轉(zhuǎn)移效率大大提高。

16、當(dāng)有機(jī)負(fù)荷較低時(shí)，可以停止某些表曝機(jī)的運(yùn)行或降低水位，在保證水流攪拌混合循環(huán)流動(dòng)的前提下，節(jié)約能量消耗。 卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)的規(guī)模小至200m3/d，大至657000m3/d。其BOD5 去除率可達(dá)95～99％，脫氮效率可達(dá)90％，除磷效率約為70～80％，如配以投加鐵鹽，除磷效率可達(dá)95％。 主要問題是發(fā)現(xiàn)氧化溝中有污泥沉淀現(xiàn)象，最大積泥高度達(dá)1.0m以上，并有污泥成團(tuán)上翻。說明推動(dòng)力尚不能滿足需要。此外，實(shí)際運(yùn)行的動(dòng)力費(fèi)用也較原設(shè)計(jì)值為高。 2.交替工作式氧化溝 ⑴三溝交替式氧化溝 這種類型的氧化溝是由SBR間歇式氧化溝發(fā)展而來，有二池或三池交替工

17、作的兩種系統(tǒng)。 圖1-7是三池交替工作的氧化溝，其運(yùn)行過程是兩側(cè)的A、C二池交替地用作曝氣池，中間的B池則一直維持曝氣，進(jìn)水交替地引人A池或C池，出水相應(yīng)地從C池或A池引出。這樣做提高了曝氣轉(zhuǎn)刷（盤）的利用率，達(dá)68％(2/3)左右，還有利于生物脫氮。 三池的交替工作氧化溝的運(yùn)行過程可分為6個(gè)階段，如圖 1-8。 階段A，延續(xù)1.5小時(shí)。進(jìn)水引入Ⅰ池，出水自Ⅲ池引出。三池的工作狀態(tài)分別為：Ⅰ池缺氧狀態(tài)，進(jìn)行反硝化及有機(jī)物的部分降解；Ⅱ池好氧狀態(tài)，進(jìn)行有機(jī)物的進(jìn)一步降解及氨氮的硝化作用；Ⅲ池則為沉淀池。 階段B，延續(xù)1.5小時(shí)。進(jìn)水引人Ⅱ池，出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池和Ⅱ池均在好氧條件

18、下運(yùn)行，Ⅲ則保留為沉淀池。 階段C，延續(xù)1.0小時(shí)。進(jìn)水引入Ⅲ池，出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池轉(zhuǎn)變?yōu)殪o置沉淀狀態(tài)，Ⅱ池在缺氧條件下運(yùn)行，以便對(duì)階段B中積累的硝酸鹽進(jìn)行反硝化，Ⅲ池仍為沉淀池。 階段D，延續(xù)1.5小時(shí)。進(jìn)水引人Ⅲ池，出水自Ⅰ池引出。Ⅰ池與Ⅲ池的工作狀態(tài)正好與階段A相反，B池則與階段A時(shí)相同。 階段E，延續(xù)1.5小時(shí)。Ⅱ池工作狀態(tài)與階段B相同，Ⅰ池Ⅲ池的情況則與階段B相反。 階段F，延續(xù)1.0小時(shí)。Ⅱ池工作狀態(tài)與階段C相同，Ⅰ池Ⅲ池的情況則與階段C相反。 整個(gè)工作周期為8小時(shí)。 顯然，三池交替工作的氧化溝就是一個(gè)A-O活性污泥系統(tǒng)

19、，可以完成有機(jī)物的降解和硝化反硝化過程，取得良好的BOD5去除效果和脫氮效果。依靠三池工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這種系統(tǒng)免除了污泥回流。 交替工作的氧化溝必須有自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序控制進(jìn)、出水的方向，溢流堰的啟閉以及曝氣機(jī)的開動(dòng)和停止。上述各工作階段的時(shí)間，也應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。 ⑵三溝交替式氧化溝與卡魯塞爾氧化溝的比較 卡魯塞爾氧化溝的系統(tǒng)，包括二沉池和污泥回流，表面上看，似乎比三溝交替式氧化溝復(fù)雜。我們從上述的介紹中，可以比較下列各點(diǎn)。 A．三溝交替式氧化溝雖然不設(shè)二沉池，但它有三分之一的時(shí)間用于靜置沉淀。例如設(shè)計(jì)總停留時(shí)間18～21小時(shí)，其中用于靜置沉淀時(shí)間6～7小

20、時(shí)，此值大于二沉池設(shè)計(jì)參數(shù)。 卡魯塞爾氧化溝在同等設(shè)計(jì)條件下，例如氧化溝停留時(shí)間12～14小時(shí)，二沉池停留時(shí)間2～4小時(shí)，總停留時(shí)間僅為14～18小時(shí)，顯然要比三溝交替式氧化溝經(jīng)濟(jì)。 B．在曝氣設(shè)備選型上，在同等充氧條件下，三溝交替式氧化溝始終有1/3設(shè)備被閑置。換句話說，設(shè)備選型的裝機(jī)容量需要增加1/3。 此外，三溝交替式氧化溝的曝氣設(shè)備一般采用臥軸式的曝氣轉(zhuǎn)碟（刷）。臥式機(jī)械不管是軸還是軸承均偏心受力?？斎麪栄趸瘻蟿t采用立軸式表曝機(jī)，其軸和軸承中心受力，在同等機(jī)械制造水平條件下，由于其力學(xué)結(jié)構(gòu)合理，使用壽命長(zhǎng)，故障少。 C．從生物處理技術(shù)角度，卡魯

21、塞爾氧化溝系統(tǒng)（包括二沉池和污泥回流），可以構(gòu)成不同的MLSS濃度、回流污泥濃度、回流率和固體負(fù)荷，以求得最優(yōu)處理參數(shù)組合。調(diào)節(jié)出流堰板或表曝機(jī)高低可變動(dòng)葉輪浸沒深度而調(diào)整充氧量。對(duì)于多溝串聯(lián)溝型，可方便地組合氧化溝內(nèi)的好氧、缺氧和厭氧組合而形成A-O、A2-O（A2C）工藝流程，其靈活性優(yōu)于三溝交替式氧化溝。 D．從活性污泥動(dòng)力學(xué)理論，氧化溝處理效率與MLSS成正比。國(guó)內(nèi)卡魯塞爾氧化溝的MLSS已經(jīng)達(dá)到6000mg/L；國(guó)外資料報(bào)導(dǎo)則達(dá)到7000mg/L。幾乎高出50％。運(yùn)行正常的卡魯塞爾氧化溝的單位水量能耗比其他類型氧化溝低。 E．在上述介紹的三溝交替式氧化溝的操作過程

22、可知，人工控制操作難度很大，而自動(dòng)控制必須可靠。這在試車調(diào)試和日常運(yùn)行管理是復(fù)雜的?？斎麪栄趸瘻蠠o論是人工或自動(dòng)控制比較容易實(shí)施，可方便地按污水水質(zhì)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。 3.奧貝爾(Orbal)型氧化溝 這是由多個(gè)同心的溝渠組成的氧化溝，溝渠呈圓形或橢圓形。進(jìn)水先引入最外的溝渠，在其中不斷循環(huán)的同時(shí)，依次進(jìn)入下一個(gè)溝渠，相當(dāng)于一系列完全混合反應(yīng)池串聯(lián)在一起，最后從中心的溝渠排出。Orbal型氧化溝的構(gòu)造如圖1-9所示。 奧貝爾型氧化溝的主要特點(diǎn)是： ⑴圓形或橢圓形的平面形狀，比渠道較長(zhǎng)的氧化溝更能利用水流慣性，可節(jié)省推動(dòng)水流的能耗； ⑵多渠串聯(lián)的型式

23、可減少水流短路現(xiàn)象； ⑶曝氣設(shè)備多采用曝氣轉(zhuǎn)盤，水深可采用2～3.6m，并保持溝底流速為0.3～ 0.6m/s。 常用的奧貝爾型氧化溝分為三條溝渠，第一渠的容積約為總?cè)莘e的60～70％，第二渠約為總?cè)莘e的20～30％，第三渠則僅占總?cè)莘e的10％。在運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保持第一、二及三渠的溶解氧分別為0、1、及2mg/L,以達(dá)到以下目的： ⑴在第一渠內(nèi)僅提供將BOD5物質(zhì)氧化穩(wěn)定所需的氧，卻保持溶解氧為0或接近0，既可節(jié)約供氧的能耗，也可為反硝化創(chuàng)造條件； ⑵在第一渠缺氧條件下，微生物可進(jìn)行磷的釋放，以便它們?cè)诤醚醐h(huán)境下吸收廢水中的磷，達(dá)到除磷效果； ⑶在三條溝渠中

24、形成較大的溶解氧階梯，有利于提高充氧效率。 在三溝交替式氧化溝與卡魯塞爾氧化溝比較中可知，奧貝爾型氧化溝的特點(diǎn)卡魯塞爾氧化溝都可以實(shí)現(xiàn)。而奧貝爾型氧化溝采用的臥軸曝氣設(shè)備存在的不足，與三溝交替式氧化溝一樣。奧貝爾氧化溝雖然第一渠在污泥回流條件下可作為前置反硝化段，但與第三渠的容積比，與硝化與反硝化容積比與之相反，與理論計(jì)算結(jié)果很難吻合。 三溝交替式氧化溝已經(jīng)比二溝交替式與間歇式氧化溝（SBR）有所發(fā)展，在大中型氧化溝設(shè)施中，卡魯塞爾氧化溝有顯著的優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于小型氧化溝而言，二溝交替式氧化溝或SBR仍有使用價(jià)值。

25、 第二章 氧化溝的設(shè)計(jì)計(jì)算 氧化溝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括：確定氧化溝的容積、計(jì)算曝氣機(jī)所需功率、進(jìn)行堿度校核、回流污泥量計(jì)算及二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算依據(jù)應(yīng)根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程。規(guī)范和規(guī)程主要有兩本： 1.《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ14-87,1997年版），簡(jiǎn)稱《規(guī)范》； 2.《氧化溝設(shè)計(jì)規(guī)程》（CSCS 112:2000），簡(jiǎn)稱《規(guī)程》。 一、氧化溝容積計(jì)算 當(dāng)僅要求去除BOD5及進(jìn)行硝化作用時(shí)，可按活性污泥法動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算氧化溝容積： YQ（S0-Se）θc V＝————————

26、 （2-1） X（1＋Kdθc） 式中 V—氧化溝有效容積（m3） Y—污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS／kgBOD5）；在20℃有機(jī)物以BOD5計(jì)時(shí)為0.4～0.8 kgVSS／kgBOD5（《規(guī)范》值），0.3～0.5 kgVSS／kgBOD5（《規(guī)程》值） Q—廢水流量（m3/d） S0—進(jìn)水BOD5濃度（mg／L） Se—出水BOD 5濃度（mg／L） θc—污泥齡（d)；氧化溝采用低負(fù)荷數(shù)據(jù)，θc＝10～30d（《規(guī)程》值） Kd—污泥內(nèi)源呼吸系數(shù)（d-1）；

27、20℃時(shí)的常數(shù)值為0.04～0.075（《規(guī)范》值） 對(duì)于有脫氮要求的氧化溝系統(tǒng)，應(yīng)在上述計(jì)算結(jié)果之外考慮反硝化所需的容積V’ ，V’ 可按下式計(jì)算。 NT V’＝───── （2-2） SDNRX’ 式中 V—反硝化所需的氧化溝有效容積（m3） NT—要求去除的硝酸鹽氮量（kg／d） SDNR—污泥反硝化率（kgN／kgMLSSd） X’—可揮發(fā)性混合液懸浮固體（mg/L）,即MLVSS 氧化溝所需總有效容積應(yīng)為上述二者之和：

28、 VT＝V＋V’（m3） （2-3） 二、曝氣機(jī)功率計(jì)算 曝氣機(jī)所需功率決定于氧化溝處理廢水時(shí)所需的氧量，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮到以下需氧反應(yīng)、產(chǎn)氧反應(yīng)及影響需氧量的過程： 1．降低BOD5的需氧反應(yīng)； 2．氨氮氧化的需氧反應(yīng)； 3．反硝化過程的產(chǎn)氧反應(yīng)，即反硝化過程對(duì)有機(jī)物的穩(wěn)定作用； 4．污泥增殖及排放所減少的BOD5，此部分BOD5并未耗氧，在需氧量計(jì)算時(shí)應(yīng)于扣除； 5．污泥增殖及排放所減少的NH3-N，此部分NH3-N也不耗

29、氧，也應(yīng)予以扣除。 設(shè)計(jì)需氧量可按下式計(jì)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

30、化所得到的氧) 式中 AOR—設(shè)計(jì)需氧量（kgO2/d） Q—污水流量（m3／d） S0—進(jìn)水BOD5（mg／L） Se—出水BOD5（mg／L） k一BOD5速率常數(shù)（d-1），可采用0.23d-1 t—BOD試驗(yàn)天數(shù)（d），對(duì)BOD5，t＝5d Px—剩余污泥排放量（kg/d） VSS/TSS —污泥中揮發(fā)性固體百分?jǐn)?shù)（％）；MLVSS/MLSS=0.7～0.8（《規(guī)程》值） N0—進(jìn)水氨氮濃度（mgNH3-N／L） Ne—出水氨氮濃度（mgNH3-N／L）

31、 ΔNO3—還原的硝酸鹽氮（mgNO3-N／L） 產(chǎn)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

32、泥用于細(xì)胞合成的氮。 確定設(shè)計(jì)需氧量AOR后，應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)需氧量： AOR SOR＝——————————— （2-7） (βC*∝-CL) α——————θT-20 CS 式中 SOR—標(biāo)準(zhǔn)需氧量（kgO2/d） CL—氧化溝所需溶解氧（mg/L），好氧段設(shè)為2mg/L CS—海平面高度和20℃時(shí)清水中的飽和溶解氧（mg/L）,

33、參考表2-1 α—污水傳氧速率與清水傳氧速率之比，一般污水約α＝0.8～0.95 β—污水中飽和溶解氧與清水中飽和溶解氧之比，通常采用0.9～0.97 θ—溫度校正系數(shù)，通常為1.024 C*∝—長(zhǎng)時(shí)間曝氣后獲得的平均溶解氧飽和濃度（mg/L）,可用不利水溫時(shí)（高溫） 當(dāng)?shù)睾０物柡腿芙庋酰ó?dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)/海平面大氣壓強(qiáng)）,參考表2-2 所需表曝機(jī)總功率 ∑N＝SOR／N0 式中 ∑N—所需表曝機(jī)總功率（kw） N0—表曝機(jī)的動(dòng)力效率（kgO2/Kw.h）,參考表2-3 一個(gè)大氣壓（101

34、325Pa）下污水中的飽和溶解氧 表2-1 溫度（℃） 飽和溶解氧濃度 （mg/L） 溫度（℃） 飽和溶解氧濃度 （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.

35、72 8.56 8.40 8.24 8.09 7.95 7.81 7.67 7.54 與高度對(duì)應(yīng)的大氣壓 表2-2 高度 （m） 壓強(qiáng) （Pa） 高度 （m） 壓強(qiáng) （Pa） 高度 （m） 壓強(qiáng) （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

36、1525 1680 1830 1980 2135 84286.2 82726.3 81206.4 79686.6 78193.4 LSA型氧化溝慢速表曝機(jī)規(guī)格表 表2-3 型 號(hào) 功率 (Kw) 充氧量 (KgO2/h) 葉輪直徑 (mm) 升降幅度 (mm) 氧化溝寬 (Max m) 氧化溝深 (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 30

37、HP 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 150

38、HP 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系列慢速表曝機(jī)為新加坡威水工程私人有限公司(Waste Treatment Engineering PTE LTD)產(chǎn)品 ②LSA系列慢速表曝機(jī)動(dòng)力效率為2.1 kgO2/Kw.h 三、堿

39、度校核 應(yīng)校核氧化溝中混合液的堿度，以確定其pH值是否符合要求，一般去除BOD5所產(chǎn)生的堿度（以CaCO3計(jì)，下同）約為0.1mg／mgBOD5，氧化氨氮所要求的堿度為7.14mg／mgNH3-N，還原硝酸鹽氮所產(chǎn)生的堿度為3.0mg／mgNO3-N，因此，可根據(jù)原水堿度及上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算剩余堿度，當(dāng)剩余堿度大于或等于100mgCaCO3/L時(shí)，即可維持混合液pH＞7.2，符合生物處理的要求。 四、污泥回流計(jì)算 根據(jù)懸浮固體平衡公式： QX0＋QRXR＝(Q＋QR)X （2-8） 式中

40、 X0—進(jìn)水懸浮固體（mg/L） XR—回流污泥濃度（mg/L） X—混合液懸浮固體（mg/L） QR—回流污泥量（m3/d） 五、二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算 建議采用以下設(shè)計(jì)參數(shù)： 表面水力負(fù)荷 0.5～0.75 m3/m2.h（《規(guī)程》值） 固體負(fù)荷 20～100 kgSS/m3.d（《OxidatiOn Ditches in Wastewater Treatment》） 出水堰負(fù)荷 ≤147 m3/m.d或≤1.7L/s.m（《規(guī)范》值）

41、 第三章 卡魯塞爾氧化溝在城市污水處理中的應(yīng)用 一、污水生物脫氮工藝流程 在上述生物脫氮基本原理的基礎(chǔ)上，可以通過很多不同的工藝流程來實(shí)現(xiàn)硝化—反硝化反應(yīng)，并與有機(jī)物的去除過程相結(jié)合，同時(shí)達(dá)到降低BOD5及脫氮的目的。 常見的生物脫氮流程可以分為三類：（1）多級(jí)污泥系統(tǒng)；（2）單級(jí)污泥系統(tǒng)；（3）生物膜系統(tǒng)。其中多級(jí)污泥系統(tǒng)常被稱為傳統(tǒng)的生物脫氮流程。單級(jí)污泥系統(tǒng)則可分為前置反硝化系統(tǒng)和交替工作系統(tǒng)兩種。 1.傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程 圖3-1所示是三種傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程，它們都具有多級(jí)污泥系統(tǒng)。 圖3-1(a)所示是有三級(jí)活

42、性污泥系統(tǒng)的生物脫氮流程，在此流程中，去除BOD5與氨化、硝化和反硝化反應(yīng)分別在三個(gè)池子中進(jìn)行并各有其獨(dú)立的回流傳泥系統(tǒng)。第一個(gè)曝氣池和第二個(gè)硝化池均應(yīng)維持好氧條件，第三個(gè)反硝化池則應(yīng)在缺氧條件下進(jìn)行，不曝氣，采用攪拌機(jī)維持污泥呈懸浮狀態(tài)并與廢水良好地混合。反硝化過程所需的碳源采用外加碳源甲醇。此流程可以得到相當(dāng)好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點(diǎn)是： ⑴流程長(zhǎng)，構(gòu)筑物多，基建費(fèi)用很高； ⑵需要外加碳源，運(yùn)行費(fèi)貴； ⑶出水中往往殘留一定量的甲醇，形成BOD5及COD。 采用圖3-4（a）所示的流程時(shí)，所需的甲醇投加量可按下列公式計(jì)算。

43、 C＝0.47ND＋1.53N1＋0.87D 式中： C—需要投加的甲醇量（mg/L） ND—進(jìn)水的NO3-N濃度（mg/L） N1—進(jìn)水的NO2-N濃度（mg/L） D—進(jìn)水的溶解氧濃度（mg/L） 此處的進(jìn)水系指進(jìn)入反硝化池的廢水。 圖3-1（b）所示的流程是上述流程的改進(jìn)，它將均為好氧環(huán)境的曝氣池和硝化池合二為一，因此使系統(tǒng)中曝氣池、沉淀池和回流污泥系統(tǒng)各減少了一個(gè)，但仍利用外加碳源。因此，其優(yōu)缺點(diǎn)與上述系統(tǒng)很相似。 圖3-1（c）所示流程改用跨越管將一部分原廢水引人反硝化池作碳源，以省去外加碳源，節(jié)約運(yùn)

44、行費(fèi)用。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，這樣做是可行的，利用原廢水作反硝化碳源，還減輕了去除BOD的負(fù)荷，可謂一舉兩得。但此流程仍較復(fù)雜，出水的有機(jī)物濃度也不能保證十分理想。 為了保證出水中的有機(jī)物濃度和溶解氧能滿足要求，還有人提出在反硝化池后面增添一個(gè)曝氣池，如圖3-2所示，顯然，這種流程可以提高出水水質(zhì)，但基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)也將相應(yīng)增加。 2.前置反硝化的生物脫氮流程-A／O流程 圖3-3所示為采用前置反硝化及回流的生物脫氮流程，通常簡(jiǎn)稱為A／O流程（其中A為Anoxic—缺氧，O為Oxidation—氧化）。 A／O流程的特點(diǎn)是，原廢水先經(jīng)缺氧池，再進(jìn)好氧池，并將好氧池的混

45、合液和沉淀池的污泥同時(shí)回流至缺氧池，使缺氧池中既從原廢水中得到充足的有機(jī)物，又從回流的混合液中得到大量硝酸鹽，回流污泥則保證其微生物量，因此可在其中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，然后再在好氧池中進(jìn)行BOD5的進(jìn)一步降解和硝化作用。 A／O流程只有一個(gè)污泥系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中同時(shí)存在著分解有機(jī)物的異養(yǎng)菌群、反硝化菌群以及硝化細(xì)菌群。混合的微生物菌群交替地處于好氧和缺氧的環(huán)境中，有機(jī)物濃度高和低的條件下，將分別發(fā)揮其不同的作用。 A／O流程中的缺氧池和好氧池可以是兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)筑物，也可以合建在同一構(gòu)筑物內(nèi)，使用隔板將兩段分開。 顯而易見，與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程相比，A／O工藝流程大大地簡(jiǎn)化了

46、，A／O工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是： ⑴流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少，基建費(fèi)用可大大節(jié)?。? ⑵不需要外加碳源，以原廢水為碳源，可保證充分的反硝化反應(yīng)； ⑶好氧池設(shè)在缺氧池之后，可使反硝化殘留的有機(jī)污染物得到進(jìn)一步去除，提高出水水質(zhì)； ⑷缺氧池在好氧池之前，一方面可減輕好氧池的有機(jī)負(fù)荷，另一方面也有利于控制污泥膨脹，反硝化過程中產(chǎn)生的堿度還可補(bǔ)償硝化過程對(duì)堿度的消耗。 二、著重于反硝化脫氮作用的卡魯塞爾氧化溝 (一)2000型卡魯塞爾氧化溝 根據(jù)A／O流程脫氮原理，一種前置反硝化池的氧化溝同樣可以符合這個(gè)要求。近年來比較新穎的稱作2000型卡魯塞爾氧化溝的，

47、實(shí)際上就是前置反硝化池的卡魯塞爾氧化溝。圖3-4是荷蘭DHV公司提出的2000型卡魯塞爾氧化溝的簡(jiǎn)圖。為便于說明，我們把2000型卡魯塞爾氧化溝按原理簡(jiǎn)化并繪成氧化溝系統(tǒng)如圖3-5。圖3-5這種氧化溝系統(tǒng)，在我國(guó)已在城市污水處理和工業(yè)廢水處理工程中多處應(yīng)用。 由圖3-5可見，2000型卡魯塞爾氧化溝設(shè)置了前置反硝化池后，與A／O法原理一致。故這種氧化溝系統(tǒng)以可稱作具有A／O功能的氧化溝。 一般認(rèn)為氧化溝內(nèi)本身可以形成好氧、缺氧和厭氧區(qū)段。我國(guó)《氧化溝設(shè)計(jì)規(guī)程》術(shù)語中提到：好氧區(qū)（Oxic zone）位于氧化溝的充氧段，水流攪動(dòng)激烈，溶解氧濃度不小于2mg/L，主要功能是降解有機(jī)物和進(jìn)行硝化

48、反應(yīng)；缺氧區(qū)（Anoxic zone）位于氧化溝的非充氧段，溶解氧濃度為0.2～0.5mg/L。當(dāng)回流污泥中含有大量硝酸鹽、亞硝酸鹽并能得到充足的有機(jī)物時(shí)，便可在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行脫氮反應(yīng)；厭氧區(qū)（Anaerobic zone）常設(shè)在氧化溝的進(jìn)水端部，一般單獨(dú)設(shè)置，溶解氧小于0.2mg/L。該區(qū)內(nèi)微生物能吸收有機(jī)物并釋放磷。 氧化溝設(shè)置前置反硝化池，實(shí)踐證明利用水流的速能可使氧化溝與前置反硝化池達(dá)到大流量回流。設(shè)置前置反硝化池將使構(gòu)造復(fù)雜，同時(shí)需要增加防止沉淀的攪拌措施。這樣會(huì)增加投資和動(dòng)力消耗，還可能產(chǎn)生沉積和增加運(yùn)行維護(hù)工作量。 卡魯塞爾氧化溝由于其構(gòu)造特點(diǎn)及其專用曝氣機(jī)的充氧

49、、攪拌和推動(dòng)水流的功能，在氧化溝內(nèi)就可形成好氧區(qū)段和缺氧區(qū)段。 圖3-6系某開發(fā)區(qū)的10000m3／d的城市污水處理廠氧化溝系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。該氧化溝系統(tǒng)是具有反硝化作用的卡魯塞爾氧化溝。圖中表明，在氧化溝有相應(yīng)長(zhǎng)度時(shí)，曝氣機(jī)下游至混合液出流堰，溶解氧降低使之保持在不小于2mg/L。這一區(qū)段屬于好氧區(qū)?；旌弦涸诤醚鯀^(qū)出流也有利于保持混合液在二沉池分離后的出水有一定的溶解氧。在出流堰以后布置污水進(jìn)水管和污泥回流管，由于進(jìn)水中有機(jī)物濃度高及回流污泥溶解氧濃度低，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。此時(shí)即形成了缺氧段。 圖3-6的卡魯塞爾氧化溝采用了兩臺(tái)曝氣機(jī)，也可

50、以采用一臺(tái)或多臺(tái)曝氣機(jī)。當(dāng)只有一段好氧、缺氧過程時(shí)，其生物處理工藝過程與A／O法一致，也與設(shè)有前置反硝化池的氧化溝相當(dāng)。實(shí)踐證明，存在多段好氧、缺氧時(shí)，具有更良好的硝化（碳化）、反硝化作用。從圖3-5可見，這種布置的氧化溝系統(tǒng)比前置反硝化池氧化溝系統(tǒng)還要簡(jiǎn)化，免去了前置反硝化池的水流水力條件差及另設(shè)攪拌器的麻煩。需要指出，免設(shè)推進(jìn)器的卡魯塞爾氧化溝要求使用水流推動(dòng)力大的氧化溝專用曝氣機(jī)。如果具有反硝化作用氧化溝的曝氣機(jī)多于一臺(tái)，并且在氧化溝的一端裝設(shè)曝氣機(jī)，其中中間溝槽的曝氣機(jī)上游亦會(huì)形成缺氧段。要免除中間溝槽的缺氧段，可以如圖3-4那樣，在氧化溝兩端裝設(shè)曝氣機(jī)。實(shí)際使用檢測(cè)后表明，不必強(qiáng)調(diào)免

51、除中間溝槽的缺氧段。我國(guó)西北某城市，有設(shè)計(jì)成僅有一端曝氣機(jī)的A2／C的卡魯塞爾氧化溝。具有中間缺氧段的氧化溝，更有利于難降解有機(jī)物的分解。此外，曝氣機(jī)裝設(shè)于氧化溝的一端，能方便設(shè)備的操作與維護(hù)，也能降低建筑安裝工程造價(jià)。 三、污水生物除磷工藝流程 根據(jù)上述污水生物除磷原理，污水生物除磷的工藝流程一般是由厭氧池和好氧池組成的。以下是兩種最常見的生物除磷工藝流程： （一）污水生物除磷的A／O流程 污水生物除磷的A／O流程見圖3-7。 流程中第一個(gè)池子是厭氧池，回流污泥進(jìn)入?yún)捬醭睾罂山逦杖コ徊糠萦袡C(jī)物，并釋放出大量磷，第二個(gè)池子是好氧池。廢水中

52、有機(jī)物在其中得到氧化分解，同時(shí)污泥將大量攝取污水中的磷。 A／O生物脫磷工藝的主要特點(diǎn)是： 1．工藝流程簡(jiǎn)單，不需投加化學(xué)藥品； 2．厭氧池設(shè)在好氧池之前，有利于抑制絲狀菌的生長(zhǎng)，防止活性污泥的膨脹，且能減輕好氧的有機(jī)負(fù)荷； 3．一般采用的水力停留時(shí)間為，厭氧池1～2h好氧池2～3h,污泥齡亦較短； 4．排放的剩余污泥含P量高； 5．建設(shè)費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均較低。 圖3-8為A／O生物脫磷流程的工藝特性曲線。由圖可見，BOD5在A和O兩段內(nèi)部有下降，但在A段中，由于磷的厭氧釋放，P的含量有升高，至O段才有大幅度的下降。 A／O生物脫磷工藝的問題

53、是：除磷效果決定于剩余污泥排放時(shí)的溶解氧含量。如果排放污泥的溶解氧趨于缺氧、厭氧狀態(tài)，二沉池中難免有磷的釋放。 近年來，隨著生物除磷技術(shù)的發(fā)展，為了提高除磷效果，除了保持二沉池有適當(dāng)溶解氧外，采用吸刮泥機(jī)排泥；同時(shí)排泥后采用一體化脫水機(jī)械盡快脫水而從脫水污泥中帶走磷，以提高除磷效率。采取這些措施后，城市污水處理的除磷率可以達(dá)到90％左右，出水含磷≤1mg/L。 （二）卡魯塞爾氧化溝生物除磷流程 A／O系統(tǒng)的生物除磷工藝，卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)。我們只要把圖3-5的2000型卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)工藝流程略加修改，就可實(shí)現(xiàn)類似圖3-7的生物除磷的A／O 流程。圖3-9系卡魯塞爾氧化溝

54、生物除磷流程。 圖3-9的卡魯塞爾氧化溝生物除磷流程，對(duì)于氧化溝來說，混合液出流堰位置的布置十分重要。從圖中可知，混合液出流處應(yīng)保持溶解氧不少于2mg/L。微生物在厭氧區(qū)充分釋放出水中的磷后，進(jìn)入氧化溝曝氣區(qū)迅速充氧。在高溶解氧條件下微生物能在某一時(shí)間內(nèi)充分吸收磷?；旌弦哼M(jìn)入二沉池固液分離后采用刮吸泥機(jī)以較短的時(shí)間排出飽含磷的微生物剩余污泥，輸送至一體化脫水機(jī)立即脫水。盡量減少磷的釋放。這樣的過程，可以充分發(fā)揮出生物除磷的特點(diǎn)，一般除磷效率能達(dá)到90％以上。 需要說明，氧化溝的水力停留時(shí)間通常大于10h，好氧區(qū)名義水力停留時(shí)間遠(yuǎn)大于2h。但氧化溝保持溝內(nèi)平均流速0.25～0.3m/s

55、。以0.25m/s計(jì)，1小時(shí)時(shí)間流動(dòng)達(dá)900m。故微生物在好氧區(qū)吸取磷實(shí)際時(shí)間較短，由于卡魯塞爾氧化溝專用曝氣機(jī)強(qiáng)大的攪拌混合作用和充氧能力，能夠彌補(bǔ)微生物在好氧區(qū)時(shí)間短的不足。 四、生物脫氮除磷工藝流程 在開發(fā)研究生物脫氮和生物除磷的工藝流程時(shí)，不少研究者發(fā)現(xiàn)，生物脫氮工藝往往具有較傳統(tǒng)的生物處理流程更好的除磷效果，于是逐步建立了同時(shí)進(jìn)行脫氮和除磷的生物處理工藝流程，其中較有代表性的有以下三種工藝流程。 （一）常規(guī)生物脫氮除磷工藝 1. Bardenpho脫氮除磷工藝 Bardanpho脫氮除磷工藝流程如圖3-10所示。 由圖可見，該工藝

56、由兩級(jí)A／O工藝的4個(gè)反應(yīng)池組成，各反應(yīng)區(qū)的水力停留時(shí)間依次為3、7、3和lh，由于采用了混合液回流，第一個(gè)A池中有NO3-N，因此不能稱為厭氧池，只能稱為缺氧池，第二個(gè)A池在O池之后，也含有相當(dāng)量的NO3-N，也是缺氧池。 本工藝流程之所以有較好的脫磷效果（達(dá)97％），一是在二沉池中會(huì)有磷的釋放，二是在第一個(gè)缺氧池中會(huì)有局部的厭氧條件，也有磷的釋放現(xiàn)象。 由于有兩級(jí)A／O工藝，本工藝的脫氮效果可以高達(dá)90～95％。 顯然，本工藝流程長(zhǎng)，構(gòu)筑物多，這是它的一大缺點(diǎn)。 2. Phoredox脫氮除磷工藝流程 這是前述Bardenpho工藝流程的改進(jìn)，

57、其差別僅在于在第一個(gè)缺氧池前增加了一個(gè)厭氧池，以保證磷的釋放從而保證在好氧條件下有更強(qiáng)的吸收磷的能力，提高除磷的效果。 圖3-11為Phoredox生物脫氮除磷工藝流程。 3. A／A／O生物脫氮除磷工藝流程 A／A／O工藝是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic工藝的簡(jiǎn)稱，前面兩個(gè)A字代表的意義不同，其實(shí)質(zhì)為厭氧—缺氧—好氧工藝，具有脫氮除磷的功能。A／A／O工藝又稱A2／O工藝。 A2／O 工藝的流程如圖3-12所示，由圖可見，它實(shí)質(zhì)上是對(duì)Phoredox工藝流程的簡(jiǎn)化和改進(jìn)。 A2／O工藝的特性如圖3-13所示。 由圖可

58、見，在厭氧池中，廢水中BOD5 和COD會(huì)有一定下降。 NH4-N也會(huì)由于細(xì)胞的合成而有一些去除，但NO3-N含量沒有變化，P的含量因細(xì)胞釋放而上升；在缺氧池中，廢水中有機(jī)物被反硝化菌利用作碳源，因此BOD5 和COD會(huì)繼續(xù)減少，NH4-N變化較小，N03-N會(huì)大幅度下降，被還原成N2釋放至大氣，P的變化則很?。辉诤醚醭刂?，有機(jī)物繼續(xù)減少，NH4-N和P也以較快的速率下降，只有NO3-N將因硝化作用而上升。 厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件及不同功能的微生物菌群的有機(jī)配合協(xié)作，是A2O工藝流程的主要特點(diǎn)，它可以同時(shí)達(dá)到去除有機(jī)物、脫氮、除磷的目的，而且工藝流程較簡(jiǎn)單，基建費(fèi)

59、用運(yùn)行費(fèi)用與傳統(tǒng)的活性污泥法相比增加不多，較前兩種生物脫氮除磷工藝流程均節(jié)省。 A2／O工藝的缺點(diǎn)是：除磷效果因污泥齡和回流污泥中挾帶的溶解氧和NO3-N而受到限制，不可能十分高；脫氮效果則決定于混合液回流比，當(dāng)回流比較小時(shí)，也不可能很理想。 （二）卡魯塞爾氧化溝生物脫氮除磷工藝 1. A2／C工藝 A2／C 工藝是英文Anaerobic-Anoxic-Carrousel工藝的簡(jiǎn)稱，A2代表厭氧—缺氧，C代表卡魯塞爾氧化溝。具備厭氧、缺氧、好氧3個(gè)基本條件的A2／O工藝，但是在實(shí)施過程中由于所需的處理構(gòu)筑物多、污泥回流量大，從而造成投資大、能耗多、運(yùn)行管理復(fù)雜。A2 /C

60、工藝以卡魯塞爾氧化溝為主將厭氧、缺氧、好氧過程集中在一個(gè)池內(nèi)完成，各部分用隔墻分開自成體系，但彼此又有聯(lián)系。該工藝充分利用污水在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的特性，把好氧區(qū)和缺氧區(qū)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力回流，節(jié)省了去除硝酸鹽氮所需混合液回流的能量消耗。 　　A2/C氧化溝工藝的平面布置如圖3-14所示。 流經(jīng)沉砂池的廢水與二沉池回流污泥在A2/C氧化溝內(nèi)設(shè)置的圓形混合井進(jìn)行充分混合后進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)Ⅰ。該區(qū)分為3格，每格都設(shè)有水下攪拌器 以防止污泥沉淀。經(jīng)厭氧反應(yīng)后的混合液進(jìn)入缺氧區(qū)Ⅱ，并與由氧化溝Ⅲ 經(jīng)回流 通道Ⅳ 進(jìn)入缺氧區(qū)的回流液充分混合，進(jìn)行反硝化脫氮和除磷反應(yīng)。缺氧區(qū)Ⅱ的中間部位設(shè)導(dǎo)流隔墻，并

61、在適當(dāng)位置安裝水下攪拌器，使該區(qū)具有良好的混合與循環(huán)條件。經(jīng)厭氧、缺氧反應(yīng)后的混合液流入氧化溝Ⅲ 進(jìn)行氧化、硝化、反硝化反應(yīng)，氧化溝Ⅲ的充氧機(jī)械采用倒傘形曝氣葉輪，可根據(jù)池內(nèi)DO測(cè)定儀控制調(diào)節(jié)堰出水、改變曝氣葉輪浸水深度以達(dá)到調(diào)節(jié)供氧的目的。處理后的水經(jīng)排出口Ⅴ進(jìn)入二沉池沉淀，其出水中氨氮含量＜15 mg/L，磷含量＜1.0 mg/L。如果要求出水磷含量＜0.5 mg/L，需在工藝流程的適當(dāng)位置投加混凝劑。 2. 前置厭氧池卡魯塞爾氧化溝 圖3-6的實(shí)例說明，有目的地組織卡魯塞爾氧化溝各段的溶解氧，可具有A／O法脫氮功能。對(duì)于中等以上規(guī)模的氧化溝，尚可采用多段A-O-A-O…

62、布置，使之具有更優(yōu)良的硝化（碳化）-反硝化過程，從而提高碳水化合物和含氮化合物的處理效果。 由圖3-4簡(jiǎn)化的圖3-5的2000型卡魯塞爾氧化溝，把前置缺氧池改作成前置厭氧池就可形成具有脫氮除磷功能的氧化溝了。圖3-15表示了此種改動(dòng)。同圖3-11的Phoredox生物脫氮除磷工藝流程比較，前置厭氧池卡魯塞爾氧化溝具有類似的工藝原理，只不過把前置反硝化池控制成厭氧狀態(tài)。如果處理量較大，采用多溝型卡魯塞爾氧化溝，則與Phoredox生物脫氮除磷工藝更加相似。根據(jù)這一原理，我們?cè)谏綎|省某城市污水處理廠某市城市污水處理廠采用了前置厭氧池卡魯塞爾氧化溝。該廠規(guī)模為50000m3/d。進(jìn)水水質(zhì)為

63、：BOD5≤260mg/L；CODcr≤480mg/L；SS≤280mg/L；NH3-N≤45mg/L；TP≤4mg/L。出水水質(zhì)達(dá)到：BOD5≤10mg/L；CODcr≤60mg/L；SS≤10mg/L；NH3-N≤5mg/L；TP≤1mg/L。預(yù)計(jì)提高氧化溝操作管理水平后，處理效果尚可進(jìn)一步提高。前置厭氧池卡魯塞爾氧化溝為六溝兩組。每組裝設(shè)氧化溝專用慢速曝氣機(jī)3臺(tái)。其中一組氧化溝布置如圖3-16所示。 與圖3-14的A2／O工藝比較，前置厭氧池工藝顯然簡(jiǎn)化得多。圖3-15那種前置厭氧池卡魯塞爾氧化溝能否達(dá)到A2／O工藝的各種功能，關(guān)鍵在于工藝布置和控制。我們把圖3-16改繪成圖3

64、-17予以說明。 從工藝布置看，進(jìn)水管與回流污泥管布置在左上角。進(jìn)入后輔以攪拌推進(jìn)器攪拌、推進(jìn)。通過攪拌使進(jìn)入的廢水和回流污泥與原厭氧池水充分混合；同時(shí)推進(jìn)厭氧池內(nèi)流動(dòng)，提高厭氧池容積效率和防止沉淀。由于進(jìn)水管與回流污泥管入流方向與流動(dòng)方向一致，可充分利用入流時(shí)的流速水頭，可節(jié)省推流動(dòng)力減少推進(jìn)器功率。 當(dāng)厭氧池回流入氧化溝，進(jìn)入1#曝氣機(jī)下游富氧區(qū)（圖中①處）。該處的溶解氧一般大于4mg/L，然而控制點(diǎn)在厭氧池回流入口處②?？刂泣c(diǎn)②的溶解氧應(yīng)控制在0.2mg/L左右。對(duì)于具有推流作用的曝氣機(jī)來說，對(duì)動(dòng)力主要來自葉輪外緣線速度，故不能應(yīng)用改變轉(zhuǎn)速的辦法來調(diào)整充氧量，須用改變?nèi)~輪浸沒深度調(diào)整

65、充氧量?？刂泣c(diǎn)①的溶解氧是由控制點(diǎn)②溶解氧近似等于0.2mg/L決定的。在氧化溝控制點(diǎn)①的溶解氧大于2mg/L的好氧段至控制點(diǎn)②的趨向溶解氧近似于0.2mg/L的厭氧段，其間存在溶解氧大于0.5mg/L的好氧段和溶解氧0.5～0.2mg/L的缺氧段。這就形成了氧化溝第一曝氣區(qū)段活性污泥的碳化、硝化和反硝化過程。 接著，氧化溝水流除回流入?yún)捬醭兀?～5Q）外，大部分在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。為了形成第二曝氣區(qū)的缺氧段，2#曝氣機(jī)的充氧量由3#曝氣機(jī)上游控制點(diǎn)④溶解氧不少于0.2mg/L來控制。 由圖3-17可見，氧化溝的出流堰巧妙地布置在位于3#曝氣機(jī)下游的另一端的溝內(nèi)三角形盲區(qū)?？紤]到除磷的需要

66、，這種布置是氧化溝最后一段曝氣區(qū)可取得溶解氧大于等于2mg/L的區(qū)段，同時(shí)也是經(jīng)過三段曝氣區(qū)的好氧、缺氧處理的區(qū)段，是整個(gè)氧化溝處理最完整之處。此外，這種布置也充分利用的氧化溝的三角盲區(qū)，節(jié)省占地面積。由此可見，第三曝氣區(qū)的控制點(diǎn)是出水堰處的⑤。 第二曝氣區(qū)系氧化溝的的內(nèi)環(huán)，它的的好氧、缺氧區(qū)段比位于外環(huán)的第一曝氣區(qū)歷程短，按廢水水質(zhì)和氧化溝構(gòu)造的不同。第三曝氣區(qū)由出水堰處控制點(diǎn)⑤溶解氧≥2mg/L來控制。一般說來，各曝氣機(jī)的充氧量是不相同的。為此，前置厭氧池氧化溝要求各臺(tái)曝氣機(jī)具有不同的充氧量。出流堰只能調(diào)節(jié)全部曝氣機(jī)的充氧量，要分別調(diào)節(jié)各臺(tái)曝氣機(jī)的充氧量，需要有各曝氣機(jī)的葉輪淹沒深度的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 從上述分析，前置厭氧池氧化溝可以達(dá)到A2／O工藝或A2／C工藝的要求，對(duì)于除磷的厭氧段與這兩種工藝一致且有更好的水利特性。但反硝化部分正如前述脫氮氧化溝的特性，在名義停留時(shí)間能達(dá)到缺氧容積的要求，實(shí)際上因?yàn)檠趸瘻蠝蟽?nèi)流速達(dá)0.25m/s以上，整個(gè)氧化溝循環(huán)一周停留時(shí)間約30分鐘左右。除磷要求在好氧狀況排除剩余污泥，不但要求氧化溝混合液出流溶解氧應(yīng)≥2mg/L,而且要求泥水分離