城镇污水处理一体化氧化沟工艺设计常建一

全国小城镇污水处理技术(设备)交流与工程咨询研讨会Theeommunleat一onandprojectConsultaneySemlnarofNat:onaloTwnwaset认恤terTreatmenreTehnology(Equ一Pment)城镇污水处理一体化氧化沟工艺设计常建一,刘长荣(中国市政工程西北设计研究院、摘要:一体化氧化沟(简称:活性污泥生物处理(AAo)D池、nAaerobiC厌氧/nAoxic缺氧7oixdiatoniDeth氧化沟)将厌氧、缺氧、好氧、二次沉淀处理过程集中在一个池内完成,各部分自成体系,但彼此之间又有联系。AAOD池具有生物脱氮除磷功能,应用于城市污水处理工程,工艺流程简单,占地少,基建投资费用小,适宜于大、中、小型污水处理工程项目。关键词:脱氮除磷;厌氧;缺氧;氧化沟;船式分离器在污水脱氮除磷的工艺设计中,必须具备厌氧、缺氧、好氧三个基本条件,而AZo/、ucT、BardenPho等工艺具有脱氮除磷的功能,但是在实施过程中需要的处理构筑物多,回流量大,从而造成投资大,能耗多,运行管理复杂。采用活性污泥生物处理池(AAO)D工艺可克服上述缺点,在城市污水处理工程中,其工艺流程详见图l:加氛城市污水沉砂池曰活性污泥生物反应池(AAO)D叫接触消毒池卜达标排放}二污泥脱水机房卜一干污泥外运图1活性污泥生物处理池(AAO)D工艺流程框图在上述工艺流程中不设初沉池和单独的二沉池,充分利用活性污泥生物处理池(AAO)D多功能的特点,在达到处理污水脱氮除磷的同时,大大简化了处理工艺流程。AAOD池充分利用污水在池内循环流动的特点,把好氧区和缺氧区有机结合起来,实现无动力回流,节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。AAOD池二次沉淀部分采用内置船式分离器。船形池体可减少混合液流动的阻力,其底部设有污泥斗及排泥管,沉淀池与流动的混合液完全隔开,沉淀效果不受混合液流动的影响。泥水分离后,沉淀污泥通过排泥管进入储泥池,一部分污泥回流至厌氧区,与来水混合,提高除磷的功能,剩余活性污泥排入污泥脱水系统,经脱水后外运。1AOAO池工艺流程及设计1.1工艺流程AAOD池平面布置形式如图2所示。其工艺过程是:经沉砂池去除砂粒的生活污水与船式分离器沉池的回流污泥在AAOD池内设置的园形混合并进行充分混合后,进入厌氧区工,该区分为三格,每格都设有水下搅拌器,以防污泥沉淀。经厌氧反应后的混合液进入中国水污染防治技术装备论文集2003年第九期常建一等:城镇污水处理一体化软化沟工艺设计缺氧区n,与氧化沟nI的混合液经回流通道VI进入缺氧区回流液充分混合,进行反硝化脱氮和除磷的反应,缺氧区n中间部位设导流隔墙,并在适当位置安装水下搅拌器,使该区具有良好的混合与循环条件。经厌氧、缺氧反应后的混合液流入氧化沟111,进行氧化、硝化反应。氧化沟111充氧机械采用倒伞形曝气叶轮,充氧能力可据池内】〕O测定仪,控制曝气叶轮转速,改变曝气叶轮浸水深度,达到调节供氧目的。氧化沟111的混合液从船式分离器两侧及底部通过,从船尾V进入沉淀区,停留一定时间后泥水得到分离,澄清液通过位于船头的溢流堰进入穿孔收集管排出,沉下的污泥在重力和沉淀池内外压力差的作用下,通过排泥管流入储泥池VI,一部分污泥由潜污泵提升进入厌氧反应混合器与来水混合,剩余污泥排至污泥脱水机房脱水后外运。圈2活性污泥生物处理池平面图1.2工艺设计AAOD池针对污水脱氮除磷的要求,主要由厌氧区I、缺氧区n、氧化沟区111、混合液回流通道VI、船式分离器V及储泥池W等部分组成。其工作原理、计算方法、设计参数、容积大小等因素的确定,是设计中要解决的主要问题。】.2.1厌氧区I在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下,兼性细菌将溶解性BODS转化成低分子发酵产物(vFAs),生物贮磷菌在厌氧的条件下,优先于非贮磷菌吸收这些低分子发酵产物,并将其运送到细胞内,同化成胞内碳能源存贮物,所须能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的水解,并导致磷酸盐的释放。经厌氧状态释放磷酸盐的贮磷菌,在好氧状态下具有很强的磷吸收能力,吸收并存贮超出生长需求的磷量,合成新的贮磷菌细胞,产生富磷污泥,通过剩余污泥的排放,将磷从系统中除去。根据其工作原理,在AAOD池厌氧区I的设计中分三格,第一格的功能在于使混合液中的微生物与进水中的有机物充分混合,保证第二格、第三格中磷酸盐的正常释放。厌氧区I主要设计参数是混合液停留时间的确定。混合液在厌氧区停留时间一般为l一2h(释磷量就已达到可释磷总量的80%左右),过长的厌氧停留时间可导致没有低分子发酵产物的磷释放,使得碳源贮存物量不足,不能在好氧区产生足够的能量来吸收所有释放的磷。对一般城市生活污水(BoD厅p》20一25、出水磷浓度`1.omg/L),厌氧区的停留时间一般取l.hs,据此计算厌氧区的容积。46中国水污染防治技术装备论文集2003年第九期全国小城镇污水处理技术(设备)交流与工程咨询研讨会Theeommunieat一onandProjeetConsutatneySeminarofNationaloTwnWasteWaterTreatmenteTehnology(EquiPmcnt)1.2.2缺氧区n污水污泥混合液由厌氧区I进入缺氧区n,一部分贮磷菌利用后序工艺混合液中(内回流带来的)硝酸盐作为最终电子受体分解细胞内的PHB(螂经丁酸),产生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成,同时、反硝化菌利用内回流带来的硝酸盐,以及污水中可生物降解有机物进行反硝化,达到部分去碳与脱硝除磷的目的。缺氧区容积包括脱硝除磷两部分。(l)除磷需要容积:在缺氧的条件下,贮磷菌吸收磷的速度大于好氧区,为充分利用除磷的这一有利条件,在缺氧区磷被吸收所需停留时间一般为0.5一l.ho。(2)脱硝需要容积:缺氧区反硝化菌利用污水中有机物作反硝化碳源,但是、其快速生物降解有机物在厌氧区已被利用,而在缺氧区所能利用的大部分有机物只能是慢速生物降解有机物,因此、其反硝化速率可参照后序处理构筑物氧化沟中所采用的数据。通过反硝化速率和确定的混合液MLvsS浓度及要去除的NO3一N量,可求得脱硝需要容积。1..23氧化沟区111氧化沟兼有推流型反应池和完全混合型反应池两者的特性,完成一次循环所需要时间约5~20min,而总的停留时间却很长。氧化沟中有好氧、缺氧交替出现的区域,具有硝化、生物除磷、反硝化的条件。在氧化沟好氧区,贮磷菌除了吸收、利用污水中的可生物降解有机物外,主要是分解体内贮积的PHB,产生的能量可供本身生长繁殖,此外、还可主动吸收周围环境中的溶解磷,并以聚磷的形式在体内超量贮积。在剩余污泥中,含有大量能超量贮积聚磷的贮磷菌,大大提高了AAOD氧化沟系统磷的去除效果。同时、污水中的氨氮被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐。在缺氧区,反硝化菌利用亚硝酸盐和硝酸盐中的N十,和N”作为能量代谢中的电子受体,被还原为N:,o’2作为受氢体生成HZo和OH.碱度,有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。氧化沟区m容积由好氧区容积和缺氧区容积组成。通过计算好氧区有机物去除速率q。和缺氧区反硝化速率q,并根据确定的MVLSS浓度,可求得好氧和缺氧区所需容积。(l)好氧区有机物去除速率q。的确定。q。=(卜玫)扮(l)式中:q0—有机物去除速率k(gBODS瓜gvs.s由;林—硝化菌比增长率d(一’);林=1。,e为污泥龄(d);k—异氧微生物内源衰减系数,一般取.005d(’,;)y—异氧微生物产率系数,一般取0.6(kgVSSk/gBODS)。(2)缺氧区反硝化速率ql的确定。qr=林一扮一(2)式中:q,—反硝化速率,一般取.002k(叨O3.Nk/gvs.s由;林一脱硝菌的生长率仗,;)y,—脱硝菌的产量常数(kgVSSk/酬03一)。1..24船式分离器V及储泥池V’I中国水污染防治技术装备论文集2003年第九期常建一等:城镇污水处理一体化软化沟工艺设计在氧化沟区111的缺氧段位置设船式分离器,采用多斗平流沉淀池的形式,其作用是泥水分离、污泥浓缩,去除生物处理过程中的污泥,获得橙清的处理水。由于AAOD池是以厌氧、缺氧、好氧、缺氧的状态运行,所产生的污泥没有丝壮菌、活性高、密实、能快速沉淀。船式分离器置于氧化沟内,对混合液的循环流动会产生不利影响,分离器体积越大,影响越大。因此、在保证分离器内清水区、分离区所需容积的条件下应尽可能减少船式分离器体积,分离器沉淀所需的污泥浓缩及储存容积可由分离器泥斗的容积与池外储泥池的容积两部分组成。在大多数城市污水中,溶解性BOD仅占BOD总量的40%一60%,颗粒性有机物所占的份量相当可观,而氧化沟区111的混合液循环一次所需时间约5一20min,因此、船式分离器沉淀的污泥中,含有一定量的颗粒性有机物,这些颗粒性有机物随着污泥回流到厌氧区工,在兼性细菌作用下转化成低分子发酵产物(v队),可提高除磷的效果。2工程设计实例某城市生活污水流量为Q=1500om3/d,污水水质为eoo==300mgL/、5005=15omgL/、55=200mg/L、TKN=30mg几、TP科.omg几、PH:7一9;要求出水水质为COD=6omg几、BODS=20mg几、55=ZomgL/、NH4+一N《5.omgL/、No:一N`10,omgL/、Tp《1.omgL/、MLVSS/MLSS=0.7。2.1氛化沟区nl容积的确定:(1)氧化沟好氧区容积V!:v:=好氧区需要的污泥量(kg)/混合液浓度(叼m,)硝化菌的比增长速度可用下式计算:。月.47e0。,“汀一”)xN[`倒+一00。,’丁一’·”,)一x[02/(粉02)]当最低温度=T巧℃、出水氨氮浓度N=5.0m叭、氧化沟好氧区溶解氧浓度O=22.omg/L、oK=l.3时,。司.28(`’);8=1/。=l.0/28二3.6(d),安全系数取.25,设计污泥龄为.90(d)。为保证污泥稳定,确定污泥龄为1d5,卜司.07(d’’)。好氧区有机物去除速率q。:q。=(卜+k丫产(0·07+0·05)0/.6=0.20kgBODSk/gVSS·d通过计算,则MLss=3.okg/m3,MvLss=2.Ik留m,;好氧区需要的污泥量9750kg,氧化沟好氧区容积v一9750几.1=4643m3;水力停留时间怜v!z=Q7.4h。(2)氧化沟缺氧区容积v:2v=2脱硝需要的污泥量(kg丫混合液浓度你留m3)总氮中用于合成的部分可假设生物污泥含1.24%的氮,每日所需用于合成的氮:N合=每臼产生的污泥量x.124%每日产生的污泥量刊xQ劝BODS(/l+ke沪=669k酬N合=669X1.24%=82.96k留;d进水中用于合成的氮为5.smg几被氧化的NH;+一N=30一5.5一5.0=19.smgL/中国水污染防治技术装备论文集2003年第九期全国小城镇污水处理技术(设备)交流与工程咨询研讨会Theeommunieat一onandProjeerConsultaneySem一narofNat一onaloTwnWasteWaterTreatmenteTehnology(EquiPment)所需脱硝量NO3一N=19.5一10.0=9.smgL/;在15oC时,反硝化速率q,=0.02X10一,=o.ol36kgNo3’一N爪gvss·d;需还原的No3’一N=9.sxo.sx一s000x一。一3=l一4kg/d,脱硝需要的污泥量MvLss=一140/.0136=s3sZkg:氧化沟缺氧区容积vZ=5352/2一399一m,。通过计算,氧化沟区m容积vl+vZ=8634m,,水力停留时间t,=一3.soh。2.2缺氧区H容积的确定(l)除磷需要容积v3:缺氧区生物磷吸收需要水力停留时间取40min,V3=15000X402/4义60=417m3。(2)脱硝需要容积V;:需还原的NO3’一N=28.5k留d;脱硝需要的污泥量M脚55=25.50/.0136=Zo95kg,脱硝需要容积v4=2095尼一99sm3。缺氧