奥贝尔氧化沟的特性分析与理论探讨陈立

488土木工程与高新技术奥贝尔氧化沟的特性分析与理论探讨陈立’(1.中国市政工程华北设计研究院张悦23仪X)74;2.建设部城建司100835)【提要】本文以某污水处理厂的工程测试为实验依据,以AsMI计算机程序为研究工具,采用数学模拟与工程测试相结合的方法,对由奥贝尔氧化沟产生并延伸出的一系列问题进行了解释。【关健词】奥贝尔氧化沟活性污泥数学模型数学模拟一、引言由于氧化沟工艺运行管理简单易行,运行效果相对稳定,更适合我国的一些中小城镇,而奥贝尔氧化沟外沟道优良的脱氮效果以及溶解氧的分布形式,因其不同于传统的缺氧段+好氧段的活性污泥脱氮系统,而逐渐成为业内人士关注的焦点。本文采用数学模拟与试验测试相结合的方法,根据低负荷长泥龄运行和高负荷短泥龄运行两种条件,对由奥贝尔氧化沟产生并延伸出的一系列问题进行了解释。数学模拟以北京燕山石化公司牛口峪污水处理厂的工程测试资料为依据,以活性污泥1号模型为基础,采用SAIM计算机程序上机计算。二、牛口峪污水处理厂工程测试牛口峪污水处理厂是北京燕山石化公司30万t乙烯改扩建工程的配套环保项目,主要处理化工厂的工业废水及少量生活污水。该厂采用奥贝尔氧化沟工艺,氧化沟平面布置如图l所示。测试期间氧化沟的进出水水质如表1,实际运行参数见表2。测试期间叙化沟原水水质衰,CCCCCODDDBODDD朋朋1…KNNNN氏一NNNNox一NNN侧侧PHHH呵呵呵LLL呵LLLn匆LLL呵LLL呵LLL州LLL州LLLLL进进水水3肠肠!97773lll16.11111.6661.666!7.44448.000外外沟沟3777555551.8999未检出出072221.肠肠肠中中沟沟299944444l四四未检出出0,61111.266666内内沟沟2444333330.9555未检出出0.6661188888出出水水2888333l3330.9888未检出出l、3999l、43338.000去去除率率93%%%%%%%94%%%%%%%92%%%%%注:“一”在文章表格中表示未检测或未计算。第/浦水工业4即曝曝气转螺螺币币屏两两只只只卜司司l司司目目网网网「习习卜,习习目目急急里皇丝渭渭.目目剐剐八八八内内内]]]]]乍内沟习习卜\习习目目尾尾尾握中沟习习睡\`lll目目三三三一外沟沟一、、、图1奥贝尔氧化沟平面布置测试期间氧化沟工艺运行参数表2氧氧化沟运行参数数平均值值范围围进进水流量(矽/b)))如333851~93777水水力停留时间(h)))l99918~2111水水温(℃)))l55513~1666转转碟运行组数数外沟沟55555中中中沟、内沟沟33333污污泥回流比(%)))6lll59~6555犯犯乏返(互喇L)))加37772兑3~324555加加W骆/Ml夕只只0.788888X)III(1喇L)))外沟沟0000~0.333中中中沟沟0.4440.1、0.999内内内沟沟3.5552.9、3.999注:实际供氧量为,外沟:中沟:内沟二5:823:190三、奥贝尔氧化沟工艺的数学模拟与奥贝尔氧化沟工艺相关的数学模拟从以下几个方面进行:·奥贝尔氧化沟原型工艺模拟—确定模拟参数的可用性;·混合液回流比的作用—考察奥贝尔氧化沟外沟道高流速造成高回流比对出水效果的影响;·单沟式氧化沟的脱氮效果—在单沟式氧化沟中采用与奥贝尔氧化沟外沟道同样的曝气布置,考察其处理效果;·低氧完全混合条件下同时硝化、反硝化的效果—低氧完全混合条件下能否实现与奥贝尔氧化沟的外沟道相当的同时硝化与反硝化?490土木工程与高新技术·在奥贝尔氧化沟的外沟道中采用微孔曝气器代替曝气转碟,是否会得到同样的效果?,.奥贝尔权化沟原形工艺模拟根据实际情况将外沟道平均分割成8个单元(l号一8号),4组曝气转碟分别置于4个单元中(l号、3号、5号、7号),即每隔一个单元放一组转碟,中沟道和内沟道分别只设一个单元(9号、or号),其中各设l组转碟。原水进人l号,混合液由8号回流至l号,回流污泥由二沉池回流至1号,见图3.1。由于测试期间属非正常运行,无法测定泥令,因此模拟中按设计泥令取值。原水水质按照模型组分的划分确定如表3,工艺流程如图2。溶解性组分:颗粒性组分:S,—惰性CODx.—惰性COnss—可生物降解CODXs—可生物降解CODS,—氨氮xH—异氧菌SxoN—硝酸盐氮与亚硝酸盐氮X^—自养菌S。—碱度x、—悬浮物模型组分的划分衰3溶溶解性组分分颗粒性组分分SSS---SsssS洲洲S阂xxxS以以XIIIXsssXHHHX^^^X弘弘呵呵LLL州LLL呵LLL州LLL阴U汾汾州LLL州LLL呵LLL呵LLL州LLL1118.000M888I666l6666.0006.111从从00000031.000混合液回流进水一叫丰.号}-叫2号卜~{丰3号一叫4号卜一叫王5号卜叫6号7号卜叫8号回流污泥沉淀池10号`州丰9号图2奥贝尔氧化沟原型工艺(外沟道4组曝气转碟)流程图工艺运行参数如下:氧化沟池容:叭号_姆二12l4m嘱二46flm3V一咚二3192m,污泥泥令:SRT二3Od污泥回流比:R=61%二沉池池容:流量:水温:模拟供氧量:总供氧量:V一几沉二3612m3Q=21670m,/dT=15’C外沟:中沟:内沟二65:19:167392kgoz/d第/嗡水工业491模拟混合液回流比:R=1X(洲叉)%奥贝尔权化沟原型工艺数学模拟计算分析表411111号号2号号3号号4号号5号号6号号7号号8号号9号号10号号IIIX)))0.23330.0555.022220.份份0.33330.1666.044440.26660.71112.3555SSSsss2.38888888888888880.31110.解解O2888SSS阳阳2.6666666666666662.5111.046660.1333SSS似似0.2222222222222220.19991.81112`5666比较表l和2,可知模拟资料能够与实测资料很好地吻合:绝大部分有机物和氮在外沟道去除:外沟道总氮为.27呵L(实测总氮为2.6m留L)去除率为84%(实测为86.5%),有机物去除率为99.8%(实测为97.4%);只有少量氮在中沟、内沟去除,出水总氮为2.7InglL(实测为2.4琪创)L,去除率为84%(实测为86.4%);溶解氧有一定的变化梯度,但不形成绝对的缺氧、好氧区,而是形成介乎缺氧与厌氧之间的缺氧/厌氧区和介乎好氧与缺氧之间的好氧/缺氧区;计算所得污泥浓度相当于3032m留L的Ml乏妞,而实测污泥浓度MU粥为劝37nl留L。2.混合液回流比的作用假设在供氧量不变的条件下,考虑模拟的方便,外沟道内设两组转碟(模拟结果表明,两组与4组转碟差别不大),将外沟道平均分割成6个单元(1号一6号),中沟道和内沟道同前,分别只设一个单元(7号、8号)。混合液回流比由100倍改为10倍,以考察奥贝尔外沟道中高回流比的作用。工艺流程见图3(其中,池容叭_6二1655时):混合液回流222号号号:4号号号三7号号号卜8号··图3奥贝尔氧化沟工艺(外沟道两组曝气转碟)流程图奥贝尔权化沟混合液回流比影响的数学模拟结果表511111号号2号号3号号4号号5号号6号号7号号8号号111刃刃0.17770000001.61110.12220.01110.31111.1666SSSsss6.844444444444.0解解.028880.四四SSS阳阳4.6555555555554.29991.45550.2999SSSNoxxx0.1111111111110.25551.11112.12492土木工程与高新技术在给定条件下,由于回流比的改变,使得外沟道内溶解氧分布的梯度明显加大,缺氧/厌氧区扩大,好氧/缺氧区缩小,尽管平均溶解氧(0.引m留L)有所提高,但由于高氧区域(曝气转碟附近)极为狭小,外沟道硝化效果下降,从而导致脱氮效果的下降,但出水与高回流比时的效果基本一样。这说明奥贝尔外沟道内的高流速是其外沟道拥有良好的脱氮效果的重要原因,但不等于说流速越高越好,模拟结果表明,混合液回流比为50倍时,效果最佳。3.单沟式权化沟脱氮的可能性本节模拟的原则是在氧化沟工艺参数(混合液回流比为100倍)的基础上模拟单沟式氧化沟,即在泥令、生物池总体积、总供氧量相同,进水水质相同的条件下模拟奥贝尔外沟道的运行方式。工艺流程见图4(其中,池容v,_6=2956耐,2组曝气转碟分别置于1号、4号中):混合液回流进水一一叫丰.号卜叫2号卜一叫3号卜.叫丰4号卜叫叫5号卜.叫6号卜一叫沉淀池卜一一出水回流污泥图4单沟式氧化沟工艺流程图单沟式权化沟工艺傲学模拟结果分析衰6lllll号号2号号3号号4号号5号号6号号以以)))0.65550.22220.佣佣1.肠肠0.62220.3111SSSsss1.222222222220.2222SSS洲洲0.7666666666660.6777SSS阂xxx1.1888888888881.1999在给定条件下,采用与外沟道相同布置的单沟式氧化沟,由于平均溶解氧(0.63呵)L提高了2倍多,碳氧化与脱氮效果均优于奥贝尔,只是由于缺少了奥贝尔氧化沟3沟道中溶解氧O一1一2的分布,最终硝化不够彻底。4.低权条件下的同时硝化反硝化本节分3种形式模拟。第一种是在供氧量相同的条件下,将奥贝尔氧化沟的外沟道替换为采用微孔曝气器的完全混合曝气池,而中沟、内沟不变的一种改型工艺;第二种是不改变奥贝尔的基本池型,只是在同样供氧量的条件下,在外沟道采用微孔曝气器代替曝气转碟,因此也就不存在混合液回流问题,其它均不变;第三种是在第二种的基础上,在外沟道强制进行混合液回流。目的是考察外沟道处于低氧状态下时发生同时硝化反硝化的可能性以及奥贝尔氧化沟外沟道工艺改型的可能性。第一种改型工艺流程见图5(其中,外沟Vt二9930.5耐,中沟矶二46fl耐,内沟叭二第/嗡水工业4男3192耐,、供氧量及其它条件均与上节相同),模拟结果见表7。外沟道在低氧0.23mgl幻lL(相当于奥贝尔外沟道的平均溶解氧)、完全混合条件下,脱氮及碳氧化效果与经典的奥贝尔外沟道相当,这从另一方面说明了低氧条件下的同时硝化反硝化同样发生在奥贝尔外沟道中。奥贝尔氧化沟外沟道第一种改型工艺模拟分析表711111号号2号号3号号】】X)))0.23330.94442.6333SSSsss0.7770.对对0.2888SSS阳阳2.朋朋0.35550.1222SSSNoxxx0.31111.99992.7111进水,一司叫1号3号卜.叫沉淀池一一卜出水回流污泥图5奥贝尔氧化沟外沟道第一种改型工艺(I)流程图第二种改型工艺流程见下图,(其中,1号一6号单元均为曝气单元,供氧量均等,总供氧量及其它条件均与三、2.节相同),模拟结果见表o8111号号号2号号号3号号号号号号号号号号号44444444444444444444444号号号幸8号号沉沉淀池池图6奥贝尔氧化沟外沟道第二种改型工艺(fl)流程图奥贝尔氧化沟外沟道第二种改型工艺模拟分析表811111号号2号号3号号4号号5号号6号号7号号8号号III减〕〕0.3330.皿皿0.03330.17770.45550.61110.57772.0000SSSsss13777777777770.29990.25550.2888SSSNHHH9.3444444444443.0’7770.63330.1555SSSNoxxx0.0333333333333.肠肠4.38885.1666如若只是在外沟道用微孔曝气器代替曝气转碟,则外沟道内的溶解氧沿沟长呈不断上494土木工程与高新技术升趋势,平均溶解氧为O.26mgOD儿,高于改型前的平均溶解氧,因此碳氧化程度有所提高,而硝化和反硝化效果都有所下降,这是由于改型后的工艺不同于原型,从沟道中各个部分看都是完全混合式,从整个外沟道看却是推流式,原水质点依次经过外沟道而不是反复经过。如果在此基础上,进行混合液回流,效果应有所改善,为此我