专题,氧化沟活性污泥法

专题一：氧化沟活性污泥法水处理工程环境工程氧化沟活性污泥工艺1、概述2、氧化沟的基本原理3、氧化沟的基本结构组成4、氧化沟的技术特征5、氧化沟的工艺系统设计简介7、氧化沟技术的应用6、几种工艺类型的氧化沟8、氧化沟技术展望1、概述活性污泥法中的氧化沟（OxidationDitch）又称为氧化渠（OxidationChannel），其曝气池为循环混合式曝气池，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，又称为“环形曝气池”、“循环曝气池”。氧化沟属于活性污泥处理工艺的变形工艺，一般不需要初沉池，并且通常采用延时曝气；结构形式采用环形沟渠形式，混合液在氧化沟曝气器的推动下做水平流动，一般泥龄为20-30d，污泥负荷在0.05-0.10kgBOD5/(kgMLSS·d)最早在1920年，英国（Sheffield）首次建成氧化沟，采用桨板式曝气机。该处理厂被认为是现代氧化沟的先驱。当时没有“氧化沟”一词。1954年Pasveer将Kessener转刷用于氧化沟，此后才有“氧化沟”这一专用术语。该技术也被命名为帕斯维尔（Pasveer）氧化沟。将曝气、沉淀、污泥稳定等处理过程集中于一体，BOD5去除率达97%。此后氧化沟成为一种有效地废水处理工艺，颇受各国关注。氧化沟一般为环形沟渠状，也可以是长方形、圆形等，目前的池体常以钢筋混凝土浇筑（早期的是按土质挖成斜坡、浇以10cm厚的素混土），断面有梯形、单侧梯形和矩形。水深与曝气和混合推动设备有关，一般3.5~5.0m，最深可达8.0m。目前氧化沟技术已成功应用于化工废水、造纸废水、食品加工废水、制药废水等的处理。国外生产制造氧化沟及配套设备的制造商有：荷兰的DHV公司（开发了两层涡轮的立式曝气机，提高混合推动力，增加了设计深度）；德国的Passavant公司（开发了玻璃钢强化塑料制成的曝气转刷叶片）美国的Envirex公司等。我国在20世纪80年代初期开始研究和应用氧化沟工艺，80年代末期开始在城市废水和工业废水的处理中引进国外氧化沟先进技术。如河北邯郸市东污水处理厂采用交替式氧化沟。2、氧化沟的基本原理氧化沟是活性污泥工艺的发展，沟中的微生物以废水中的有机物为食物，并使之无机化。在氧化沟系统中，通过转刷（转盘或其他曝气设备），使泥水混合物在环状的渠内循环流动，依靠转刷推动废水混合液流动并进行曝气。其基本特征是跑道型循环混合式曝气池。氧化沟常以延迟曝气的方式运行，混合液通过转刷后，DO浓度提高，在渠内流动过程中又逐渐降低。水力停留时间10~24h。污泥泥龄20~30h。通过设置进水与出水位置、污泥回流位置、曝气设备位置可以使氧化沟完成硝化和反硝化功能。如主要去除BOD5或进行硝化，进水点通常设置在靠近转刷的位置（上游），出水点设在进水点上游。3、氧化沟的基本结构组成氧化沟工艺处理城市污水时，可以不设初沉池，悬浮有机物可在氧化沟得到好氧稳定，这比设立沉淀池和分离装置的污泥稳定系统经济。但为了防止无机沉渣在氧化沟内积累，污水要进过格栅和沉砂池的预处理。氧化沟系统基本结构通常包括氧化沟池体、曝气设备、进水出水设备、导流和混合装置以及附属构筑物等。1）氧化沟池体一般呈环形，平面布置多呈椭圆或圆形，四壁多采用钢筋混凝土建造，水深与所采用曝气设备有关。2）氧化沟曝气设备曝气设备主要功能有：（1）供氧；（2）推动水流循环流动；（3）防止活性污泥沉淀；（4）使有机物、微生物和氧气充分混合接触。曝气设备可以选用水平轴曝气转刷或转盘、立式表曝机、导管式曝气机等。3）进水出水装置包括进水口、回流污泥口和出水调节堰等。进水和回流污泥口应该在曝气器上游，以利于充分混合接触。出水口设置在进水点和污泥回流点上游足够远，避免短流。4）导流和混合装置包括导流板和导流墙。在弯道设置导流墙可以减少水头损失，防止弯道停滞区的产生和对弯道的过渡冲刷。在曝气转刷上、下游设置导流板，使表面较高流速转入池底，降低表面流速，提高传氧速率。5）附属构筑物如二沉池、刮泥机、污泥回流泵等，与传统活性污泥工艺相同。4、氧化沟的技术特征3）氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度废水在曝气设备混合后，在沟渠内循环流动。流速在0.25~0.35·m/s，氧化沟总长90~600m，则完成一个循环需5~20min。而水力停留时间为10~24h，则需30~200次循环。可见短期内呈推流，长时间内呈完全混合特征，两者结合使进水被大大稀释，提高氧化沟的缓冲能力。1）氧化沟结合了推流和完全混合两种流态氧化沟的曝气设备不是沿沟长均匀分布，而是集中在几处，所以，氧化沟可在比其他系统低得多的整体体积功率密度下保持液体的流动、固体悬浮和充氧，降低能耗。国外的研究报道，氧化沟比常规的活性污泥能耗降低20%~30%。2）氧化沟整体体积功率密度较低氧化沟曝气设备定位布设，曝气设备之后DO逐渐降低，有明显的浓度梯度。如Carrousel氧化沟出现缺氧区域。利用这一特性可以再氧化沟工艺中实现硝化和反硝化。5）氧化沟处理效果稳定，出水水质好氧化沟可以不设初沉池，污泥平均停留时间较长，剩余污泥量少，且剩余污泥在沟内已经得到一定程度稳定，可不设污泥消化装置。工艺中的二沉池也可以与氧化沟合建（一体化氧化沟），氧化沟也可以与其他工艺单元操作结合，如在氧化沟前增加厌氧池，可提高除磷功能。4）氧化沟工艺处理流程简单实际应用表明，氧化沟在有机物和悬浮物去除方面，效果比传统活性污泥更好更稳定。对我国邯郸市东污水处理厂多年运行资料表明，BOD5和悬浮物浓度小于30mg/L出现的频率分别为92%和96%。6）基建和运行费用低美国环保局（EPA）公布数据，仅考虑去除BOD而设计，氧化沟与传统处理工艺费用大致相同；考虑脱除NH3-N时，前者不变，后者明显增加。5、氧化沟的工艺系统设计简介1）设计参数选择泥龄：设计范围4~48h，通常取12~24h，与温度、脱氮、除磷等有关。有机负荷：容积负荷取值小于0.16~4.0kgBOD5/(m3·d)，常用0.2~0.4。污泥负荷0.05~0.12kgBOD5/（kgMLSS·d）。水力停留时间：对于城市污水，采用6~30h。2）工艺系统设计（1）设计步骤（考虑脱氮）◆确定进水、出水水质；◆确定pH和营养物是否符合生物处理要求，脱氮时，要考虑碳源；◆估算用于合成的总氮量和去除量；◆计算硝化菌的生长速率μn设计条件下硝化所需的最小污泥平均停留时间θc。N：NH3-N浓度（mg/L）；Ko2：氧的半速率常数，0.45~2.0mgO2/L。（2）选择安全系数计算氧化沟设计污泥停留时间θcd=SFθcSF：安全系数，2.0~3.0。（4）选择反硝化速率)1()(V0cddcdeKXSSYQ5.3~5.2,/kgMLVSS:`10.0~05.0:/mgBOD:d/:)/(kgVSS5.0~3.0:103考虑脱氮取混合液污泥浓度，市污水取污泥内源呼吸系数，城浓度，进水、出水、处理水流量，去除水取污泥产率系数，城市污LXdKLSSmQkgBODYde)1(09.1)20('DOrrTDNDN（3）用于硝化的氧化沟容积计算11.0~03.027~15,)/(N-mgNO3'时取反硝化速率实际反硝化速率，TrdmgVSSrDNDN（6）供氧量确定]6.256.0)(5.442.11[QO3002NOxfNNxfeSSekteDNNOXrS'3'VdSNO/kgmV33'去除的硝酸盐氮量，沟体积，反硝化所需增加的氧化K：速率常数，d-1；t：BOD试验天数，对BOD5t=5；△x：剩余污泥排放量，kg/df:污泥中挥发性固体百分数；N0、Ne：进水、出水氮浓度，△NO3：还原的硝酸盐氮。（5）反硝化所需增加的氧化沟容积'VVV总氧化沟总体积（7）沉淀池设计氧化沟工艺常采用延时曝气工艺，污泥沉降性能较好。典型的沉淀池设计参数见下表。溢流率m3/(m2·d)固体负荷kg/(m2·d)堰负荷m3/(m·d)12.2~20.419.6~98.0124~186XeQXKfYSQxicdd)]1(/[（8）剩余污泥量L/mgL/mg/:L/mgBODBOD:d/kg:：随水流出的污泥量，，：污泥中惰性污泥浓度）（出水进水总的剩余污泥量，XeXMLSSMLVSSfSxi6、几种工艺类型的氧化沟1）Carrousel（卡鲁塞尔）氧化沟Carrousel氧化沟是一个多沟串联系统，进水与活性污泥混合后，沿水流方向在沟内循环流动，在沟的一端设置表曝机。在曝气机上、下游形成富氧区和缺氧区。该氧化沟设计深度一般为4.0~4.5m，水流流速为0.3m/s。该工艺投资省、处理效果好、可靠性好、运行管理简单。为了提高Carrousel氧化沟的脱氮效果和稳定性，DHV公司在原有基础上可发了Carrousel-2000型氧化沟在缺氧条件下，进水与一定量混合液混合；其余部分进行硝化和反硝化。设置推进器，保证混合液具有一定流速，防止污泥在进水有机物含量低时沉淀。2）Orbal（奥贝尔）氧化沟Orbal氧化沟由几条同心圆或椭圆形的沟渠组成，沟渠之间采用隔墙分开，形成多条环形渠道，每条渠道相当于一个单独的反应器。设计深度一般在4.0m以内，采用转盘曝气，水流流速0.3~0.6m/s。可根据需要设两条渠道、三条渠道和四条渠道。常用三条渠道的形式（如下）。运行时，废水先进入氧化沟最外层的渠道（第一沟），在其中循环的同时，依次进入下一个渠道（第二、三沟），最后从中心岛排出混合液进入沉淀池，相当于一系列串联的完全混合反应器组合。第一、二、三沟渠容积分别总容积的60%、20~30%和10%左右。运行时保持溶解氧浓度依次递增（常为0、1.0、2.0mg/L），以实现除碳。除氮、节能。3）一体化氧化沟又称合建式氧化沟，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能于一体，不需单独建造二沉池。一体化氧化沟的关键技术设备是固液分离器。目前应用最典型的是船式分离器和BMTS沟内分离器。船式一体化氧化沟BMTS型一体化氧化沟使用渠道内的澄清池，由前挡板、后挡板和低部构件组成。挡板强迫水平流动的水流经过导流板从底部进入澄清池，分离后的水通过溢流堰排出，污泥回到氧化沟。4）交替式氧化沟交替式氧化沟是SBR工艺和传统氧化沟工艺结合的结果。目前主要应用的有：VR型、DE型和T型。VR型：由一个池子组成，可连续进水、连续出水方式运行。整个沟分作两部分，分别交替用作曝气区和沉淀区，每个功能区一端都有单向活拍门，利用定时器自动改变转刷方向，水流流向启闭活拍门，改变各功能区工作状态。DE型：在VR型氧化沟基础上开发的，由两条相互联系的氧化沟和单独设立的沉淀池组成。氧化沟仅用于曝气（脱碳、硝化）和推动混合（反硝化）。T型：三沟式氧化沟：有三条相互联系的氧化沟作为一个整体，每个沟内都装有曝气和推进循环的转刷。苏州河西污水处理厂河北邯郸市东污水处理厂在T氧化沟内，三条沟交替变换工作方式，其中两条沟用于工艺反应（曝气和混合），另一条用于沉淀。5）其他氧化沟导管式氧化沟和射流曝气氧化沟（根据曝气方式）导管曝气氧化沟：鼓风机供氧，水流从沟底部推进，可避免底部污泥沉淀。射流曝气氧化沟：沟底设有射流曝气装置，射流器沿沟宽方向均匀分布。先将压缩空气与混合液在混合室充分混合。7、氧化沟技术的应用1）在国外的应用20世纪60年代以来，氧化沟技术在欧洲、北美、南非等地得到迅速地推广和应用。如丹麦已兴建300多座氧化沟污水处理厂，占全国污水处理厂的40%。据不完全统计，北美有9000多座氧化沟污水处理厂，亚洲有近1000座氧化沟污水处理厂。氧化沟污水处理技术的发展不尽体现在数量上，也体现在处理厂规模的扩大和处理对象的不断增加。氧化沟处理能力达到了处理1000万人口当量污水，既能处理生活污水，又能处理工业废水和城市污水。2）在国内的应用我国自20世纪80年代以来，开展了较多的关于氧化沟工艺的研究，并设计建造了一批氧化沟污水处理厂。如：采用Carrousel工艺的有——桂林东区污水厂、昆明第一污水厂等；采用Obral