Carrousel氧化沟内特性参数的分布刘艳臣

中国环境科学2007,27(6)：792~796ChinaEnvironmentalScienceCarrousel氧化沟内特性参数的分布刘艳臣1,范茏1,王志强1,陈大方2,施汉昌1*,罗彬3,王颖哲3(1.清华大学环境科学与工程系,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084；2.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083；3.安徽国祯环保节能科技股份有限公司,安徽合肥230088)摘要：为提高Carrousel氧化沟的脱氮能力,对长沙第二污水处理厂的Carrousel氧化沟工艺进行了现场测试,研究了氧化沟中流速、溶解氧以及污泥浓度在不同曝气机开启条件下的分布变化特征,并分析了其对同步硝化反硝化过程发生的环境条件的影响.结果表明,流速、溶解氧以及污泥浓度的空间分布特征受曝气机的开启条件影响显著,沟内溶解氧浓度随时间变化较大.开启5台曝气机时,溶解氧和流速均偏高,污泥混合更加均匀,开启3台曝气机时中沟段存在流速过低区域(0.15m/s);适当降低曝气机开启台数,并根据系统条件变化动态调节,可以为实现氧化沟同步硝化反硝化过程创造较好的工艺条件.关键词：Carrousel氧化沟；溶解氧；流速；污泥浓度；同步硝化反硝化中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2007)06-0792-05ThedistributionofkeyparametersinCarrouseloxidationditch.LIUYan-chen1,FANLong1,WANGZhi-qiang1,CHENDa-fang2,SHIHan-chang1*,LUOBin3,WANGYing-zhe3(1.StateKeyJointLaboratoryofEnvironmentSimulationandPollutionControl,DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing,Beijing100083,China;3.GuozhenEnvironmentalProtectionCompany,Hefei230088,China).ChinaEnvironmentalScience,2007,27(6)：792~796Abstract：Toenhancenitrogenremoval,asystemicmonitoringofthebiologicalandhydrologicalparametersofCarrouseloxidationditchinChangshasecondwastewatertreatmentplantwascarriedouttostudythefeasibilityofsimultaneousnitrificationanddenitrification(SND).Thevariationanddistributionofparameterssuchasflowvelocity,theconcentrationofdissolvedoxygen(DO)andmixedliquorsuspendedsolids(MLSS)inoxidationditchweremeasuredandanalysed,whichweremajorcontrolfactorsforSND.Thedimensionaldistributionofflowvelocity,DOandMLSSwereaffectedmarkedlybytheopenconditionofthefans,DOalongtheditchchangedobviouslywithtime.DOandflowvelocitywerehigherandthemixingofMLSSwassufficientwhenfivefanswereopened,whiletherewaslowerflowvelocity(0.15m/s)inmiddleditchwhenthreefanswereopened.ThefeasibleoperationconditionsforSNDwerelowerdissolvedoxygenconcentration,lowerflowvelocityandhigherconcentrationofMLSS.Keywords：Carrouseloxidationditch；dissolvedoxygen；velocity；MLSS；simultaneousnitrificationanddenitrification氧化沟污水处理工艺自20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功以来,对其研究主要集中在增强氧化沟的处理能力、降低土建及运行成本及其曝气方式、运行方式等方面[1-2].对工艺运行内部环境控制条件的优化研究则相对较少,如曹瑞钰等[3]曾研究了改善氧化沟局部的流态特征的方法.对于已建或新建的氧化沟系统,尚存在如何通过运行控制实现优化运行的问题.氧化沟具有较好的同步硝化反硝化(SND)过程的发生条件[4-6],一些学者对氧化沟内的SND过程进行了研究[7-9].如何通过控制氧化沟内微环境提高SND过程发生效率,以及考虑进水影响的动态SND过程,至今还没有相关研究.本研究以长沙第二污水处理厂氧化沟系统为例,着重分析了Carrousel氧化沟运行特性,包括流速、收稿日期：2007-03-09基金项目：国家“863”项目(2004AA601060)*责任作者,教授,[e-mail]6期刘艳臣等：Carrousel氧化沟内特性参数的分布793溶解氧及污泥浓度变化,研究利于SND等除氮过程发生的条件,分析如何实现增强氧化沟去除有机物能力的途径和方式.1材料与方法1.1Carrousel氧化沟工艺长沙市第二污水处理厂采用的是典型的四廊道Carrousel氧化沟工艺(图1),长(x)90m,宽(y)7.4m,深(z)3.9m,有效容积约1.2万m3.采用大功率倒伞形表面曝气机曝气.全厂分2个系列运行,日处理水量近14万t,进水的COD、NH3-N以及NO3--N的日平均浓度分别为272.3,16.6,6.0mg/L,开启4台曝气机时,出水的COD、NH3-N以及NO3--N的日平均浓度分别为41.9,14.4,7.2mg/L,氧化沟的除氮效果并不理想.32xyz451fdaebc图1氧化沟结构及测试位置示意Fig.1Constructofoxidationditchandtestlocation1~5为测试位置编号,a~f为曝气机编号1.2试验设计适宜SND过程发生的环境条件,主要包括宏观环境上的交替好氧缺氧条件,絮体微环境好氧缺氧变化条件,以及完全的低溶解氧、低负荷环境条件.2005年12月,对运行中的氧化沟进行了1周的测试试验,试验期间水温约20℃.试验分别对氧化沟5个代表性断面位置(图1)的流速、溶解氧和MLSS进行了现场测试,进水口后(截面1),出水口前(截面5),以及长沟、半沟的中间位置(截面2、截面4)和流入表面曝气机处(截面3),且每个面均在深(z)0.5,2.0,3.2m处及宽(y)1,4,6m处取不同的9个点进行测试.本研究分别对2种不同的工况控制条件进行测试,工况1为开启3台曝气机(开启编号a、c、e),工况2为开启5台曝气机(f因故障未开).流速采用XZ-2型通用智能流速仪计数器测定,溶解氧采用YSI-58型溶氧仪进行测定,MLSS采用SOLIPAXTMsc污泥浓度仪测定,并运用人工监测结果对仪器监测结果进行校正.2结果与讨论2.1流速分布流速变化对于氧化沟脱氮过程具有一定的影响,以推流效果以及水平流速作为控制总氮去除效果的控制变量[10],流速除了影响污泥沉积外,还对氧化沟内的水力循环时间、好氧缺氧环境的停留时间比例、溶解氧、有机物、污泥浓度分布有着直接的影响.流速也可直接反映沟内的扰动程度,直接对污泥絮体的形状和大小产生影响,这些均是对氧化沟发生SND过程关键的影响因素.由图2可见,氧化沟内的流速受曝气条件以及空间位置变化的影响显著,开启5台曝气机时沟内的平均流速(0.5m/s)比开启3台曝气机平均流速(0.38m/s)高,宽度和深度方向的扰动也较大,大部分区域均处于高流速(0.3m/s).而开启3台曝气机也有接近60%的空间区域处于高流速(0.3m/s),其中只有中沟段截面2和截面4位置的局部区域流速0.15m/s,存在污泥沉积的可能性.每个截面流速随着深度有所下降,幅度不大且规律并不明显.氧化沟内流速越低越有利于SND脱氮[10].2种工况条件均存在较高流速区域,不仅浪费能量,还会导致沟内有机物以及溶解氧的浓度分布更加均匀,造成好氧缺氧交替变化周期变短,不利于SND过程发生.所以,应该在满足曝气需求的情况下,尽量降低曝气机开启的台数(低于3台)和频率,同时在沟中段位置配合水下推流器来防止局部区域的污泥沉积.2.2活性污泥浓度的分布絮体颗粒尺寸是影响SND过程的一个重要因素.一般活性污泥粒径范围为20~2000µm[11],污泥絮体粒径为50~110µm时即可发生高效的SND过程,而且以粒径在60~80µm以上为主[12].794中国环境科学27卷在相同负荷条件下,污泥浓度高、扰动程度小更有利于形成较大的污泥絮体颗粒,利于SND过程发生.由图3可知,开启5台曝气机情况下,MLSS在长度、宽度和深度上的变化均变小,整个沟内宏观混合程度较高,说明此时沟内的相对扰动较大,形成大粒径污泥絮体的比例会降低.而开启3台曝气机时,沟内污泥的混合度变差,但是扰动程度变小,更有利于大粒径絮体的形成,促进SND过程发生.针对不同的进水负荷,提高污泥浓度,尽量减少曝气机的开启台数,降低推流设备的运行功率,减弱沟内的扰动程度,更利于SND过程发生.2460.00.51.0-3.2m-2.0m-0.5m543212460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.02460.00.51.0流速(m/s)宽度(m)截面编号图2不同截面2种工况条件下流速变化Fig.2Velocityvariesatdifferentlocation3个曝气机5个曝气机2460.81.01.2-3.2m-2.0m-0.5m543212460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.22460.81.01.2宽度(m)截面编号污泥浓度(g/L)图3不同截面2种工况条件下活性污泥浓度变化Fig.3MLSSvariesatdifferentlocation3个曝气机5个曝气机6期刘艳臣等：Carrousel氧化沟内特性参数的分布795246024-3.2m-2.0m-0.5m54321246024246024246024246024246024246024246024246024246024246024246024246024246024246024截面编号溶解氧(mg/L)宽度(m)图4不同截面2种工况条件下DO变化Fig.4Dissolvedoxygenvarie