氧化沟工艺一般设计方法讨论.doc

氧化沟工艺一般设计方法讨论目前我国氧化沟技术水平与国际先进水平相比差距很大究其原因是我国还未系统地研究氧化沟技术与设备对国际上氧化沟技术跟踪也不够故对氧化沟技术的掌握尚不够全面在工程上还缺乏系统和科学的设计方法对氧化沟新工艺新池型新配套设备了解甚少我国现已引进数种氧化沟技术应有条件来分析比较和吸收消化首先氧化沟属延时曝气活性污泥工艺其原理和参数已有大量文献报道氧化沟设计中除了要考虑碳源污染物的去除还要考虑污水硝化和污泥稳定化问题去除不同的污染物设计参数和方法是不同的例如考虑污泥稳定的氧化沟设计其设计参数主要考虑污泥龄和内源呼吸速率而不是传统活性污泥工艺中的污泥负荷这时氧化沟的停留时间事实上是一个导出的参数其次氧化沟最重要的特点之一是专用的曝气设备需要同时满足池内充氧和推动水沿沟渠流动的要求全面了解和掌握氧化沟的水力学特性尤为需要有关设备的水力学特性是厂家产品的特性大部分设计单位恰恰掌握不够致使在设计中由于设备型号和参数不准常常导致设计没有达到预期效果这也与大多数氧化沟工艺及其拥有的专利和设备密切相关由于国外公司对专有技术保密因此出现了氧化沟技术不断发展可是用于了解基本工艺的公开技术资料未见增加的现象由此就更需要加强创新性的研究才能提高我国在氧化沟工艺上的技术水平本文通过对国内外资料的综合分析提出氧化沟一般的设计方法以供国内同行在设计中参考氧化沟的设计方法的去除氧化沟中碳源基质去除动力学与活性污泥法动力学是完全一致的对于完全混合系统在稳定状态下有以下公式式中参与反应的污泥量处理污水量参与反应的好氧区体积出水基质浓度污泥产率系数污泥浓度污泥龄进水基质浓度半饱和常数内源代谢常数比基质利用率硝化反应氨氮的硝化反应涉及到亚硝化毛杆菌和硝化杆菌两种不同的硝化细菌在水的作用下在亚硝化毛杆菌作用下在硝化杆菌作用下总的反应因此从化学计量学角度氮需要的氧实际生产中的数据较小为这是因为一部分氮用于细菌合成并且硝化细菌可以从污水中二氧化碳和重碳酸盐获得一部分氧由于上述反应产生氢离子所以会消耗碱度每氧化消耗的碱度另外从文献可知氧化产生的碱度据报道硝化反应的温度范围是但是是最佳温度范围最佳的范围是虽然硝化过程也可在低溶解氧的条件下发生但是硝化菌的生长速率较低为了避免氧的限制反应池中的溶解氧最好控制在温度对生长速度的影响公式可以用阿伦缪斯公式表示其中温度常数对于城市污水可以采用表中污泥龄表硝化工艺在不同温度下采用的污泥龄污水温度完全硝化的在冬季水温低于如果硝化反应一般进行较差若只要氧化沟的曝气能力可满足总的氧化需求并且保持较高的溶解氧即可取得很好的硝化率在北欧国家硝化负荷阶段一般选在硝化速率大约为污泥稳定性在氧化沟设计中考虑的第二个因素是污泥的稳定性问题理论上讲氧化沟污泥龄的选取应该使得所有的挥发性固体通过内源呼吸全部被降解无论是厌氧消化还是好氧消化如果反应时间足够长细胞降解过程中有的残余物为不可生物降解因为每天产量为其中可生物降解部分是如果系统中可以生物降解部分的固体物质是为可生物降解系数则在稳定状态从而按照污泥龄的定义和给出了混合液可以生物降解部分的比值的计算公式也可推算出污泥负荷的比值方程和是考虑污泥稳定性问题时污泥龄和有机负荷计算公式无疑温度对于上述公式中参数的影响是十分重要的对于延时曝气氧化沟温度常数数值较小因此对温度的影响不大污泥稳定化要求的有机负荷和污泥龄一般远远超过完全硝化所要求的数值脱氮反应在没有溶解氧缺氧条件下虽然在氧化沟的主体溶液中存在溶解氧但缺氧条件事实上是指微生物生长的微环境即生物絮体中或生物膜中除碳的异养微生物可以利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体将其还原成氮还原产生污水如需脱氮需要去除的氮量为式中进出水总氮浓度剩余污泥量剩余污泥的含氮量一般为脱氮需要考虑排放污泥中细胞的氮含量按照细胞合成的碳氮磷的比例为即污泥中最多包含的和的一般在内源呼吸阶段不可生物降解部分仅仅包含的和的剩余污泥中的其他回到主体溶液中因此污泥中的含氮量依赖于污泥龄污泥龄越长污泥中的含氮量越小由需要去除的氮量确定反硝化的污泥量式中参与脱氮反应的污泥量污泥脱氮负荷氧化沟的总污泥量氧化沟的总污泥量和总容积计算如下对于不同类型的氧化沟需要引入有效性系数其中带有体外沉淀池的氧化沟而其他类型的氧化沟是不同的以三沟式氧化沟为例如果假设三沟是等体积的则如下计算式中边沟浓度中沟浓度边沟一个周期的时间边沟一个周期内的工作时间中沟在一个周期内的工作时间假设污泥在氧化沟内分布均匀为三个沟一周期总停留时间包括沉淀之和则剩余污泥虽然动力学设计能确定生物污泥产量应考虑沉淀池的固体流失量和存在的惰性物质可以采用下式计算式中去除进水悬浮固体中惰性部分出水氧化沟以常规模式运行时会产生不稳定的剩余污泥应在处置前加以稳定氧化沟以延时曝气模式运行时污泥量少且稳定根据回流污泥量和剩余污泥量可以选择水泵和污泥处理系统氧化沟需氧量和曝气设备在氧化沟系统考虑以下几个过程的需氧量总需氧量氧化有机物需氧细胞内源呼吸需氧硝化过程需氧脱氮过程产氧式中被还原的需氧量确定之后并转化为标准状态需氧量在标准状态需氧量确定之后根据不同设备厂家的表曝机样本和手册计算出氧化沟系统的总能耗总能耗一旦确定就可以确定氧化沟曝气器的数目氧化沟外形和分组情况式中不同污水的氧转移速率参数对生活污水取值不同污水的饱和溶解氧参数对生活污水取值大气压修正参数温度时饱和溶解氧设计结果和问题讨论设计对比为了说明氧化沟的设计过程以邯郸三沟式氧化沟的数据为例说明几个设计上的问题根据下列数据设计处理生活污水的交替式氧化沟三沟进水碱度以计出水最低温度最高温度邯郸氧化沟是按三个系列每个系列流量主要设计结果见表原设计存在的问题清华大学周律等人对邯郸氧化沟进行了大量的现场测定工作总结起来也是以下三个问题停留时间与反应时间问题出水偏高通过实验发现延长硝化停留时间可以降低出水的这说明原设计的停留时间虽然对于的去除充分但对于脱氮其停留时间是不够的上述问题可能也与污泥龄和运行方式有关污泥停留时间问题通过污泥耗氧速率和悬浮物干重损失率等评价污泥稳定化实验方法对其污泥进行测定的结果表明经过处理的污泥尚未得到稳定三沟式氧化沟的容积利用率问题从前面的讨论可知三沟式氧化沟本身的容积利用率较低在邯郸测得三沟中为与上述的理想状态相差很大三条沟的分布与设计的分布情况有较大差距这是三沟式氧化沟运行及设计的一个主要问题表三沟式氧化沟主要设计项目比较序号项目本例设计邯郸丹麦设计备注总池容水深污泥浓度水力停留时间问题固体停留时间好氧全沟好氧全沟问题动力效率标准需氧量曝气转刷共台单速双速剩余活性污泥讨论通过设计计算的比较可见邯郸污水处理厂的设计中存在两个问题首先是停留时间上存在较大的差别其次是按照三沟式氧化沟污泥龄的概念核算其好氧部分的污泥龄偏低另外前面的讨论可知三沟式氧化沟的实际容积利用率低也是一大问题本例设计水力停留时间为这可保证污水的完全硝化反应总的停留时间是但反应时间仅为带有二沉池的沉淀时间一般但需增加回流污泥和刮泥机等机械设备这意味着运行操作方便流程简化的结果是用较长的停留时间取得的因此所谓三沟式氧化沟的优点也是有一定代价的其经济性是需要仔细全面考虑的设计中可看出对于污泥稳定化原设计的污泥龄明显不足实验结果也充分证实了上述的分析这也说明交替运行式氧化沟原设计的方法在污泥龄的计算上是不正确的从设计结果看对于本例非常低的浓度根据稳定性要求的停留时间是相当长的因此这种系统的经济性是需要探讨的我国大部分氧化沟设计中不考虑硝化和污泥稳定化问题今后设计标准中是否应考虑是需要讨论的问题提高设备利用率的方法之一是采用公司的动态顺序沉淀系统笔者建议在三沟式氧化沟的设计中扩大中沟的比例中沟的容积可占或更多在边沟较小时需要校核其沉淀功能可否满足中沟可采用一个沟或等体积两个沟有效性系数计算可采用下面修正公式式中中沟边沟参与反应的浓度边沟反应时间与一个周期时间比值中沟的体积边沟的体积采用上述数据则分别为和设备的利用率和污泥分布均匀性均可提高从而提高三沟式氧化沟的容积利用率作者通讯处北京市阜外北二巷北京市环境保护科学研究院参考文献许保玖当代给水与废水处理原理北京高等教育出版社周律钱易浅议三沟式氧化沟的设计给水排水周律等三沟式氧化沟处理城市污水的效应中国给水排水