改良型Carrousel2000氧化沟的机理和工程应用

第17卷第2期湖南城市学院学报（自然科学版）Vol.17No.22008年6月JournalofHunanCityUniversity（NaturalScience）Jun.2008改良型Carrousel2000氧化沟的机理和工程应用高爱华（北京桑德环保集团，北京101102）摘要：氧化沟工艺是20世纪50年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，因其构造简单，易于维护管理，很快得到广泛应用．到目前为止已发展成为多种形式，主要有：Passveer单沟型、Orbal同心圆型、Carrousel循环折流型、D型双沟式、T型三沟式及一体氧化沟等．传统的Passveer单沟型和Carrousel型氧化沟脱氮除磷功能差，但是在Carrousel氧化沟前增设厌氧池，在沟体内增设缺氧区，形成改良型Carrousel2000氧化沟，便具备生物脱氮除磷功能．关键词：改良型；Carrousel2000氧化沟；脱氮除磷中图分类号：TU992.3文献标识码：A文章编号：1672–7304(2008)02–0027–041改良型Carrousel2000氧化沟工艺的基本原理Carrousel型氧化沟系多沟串联系统，在沟体内存在缺氧区和好氧区，但是缺氧区要求的充足的碳源和缺氧条件不能很好地满足，因此，脱氮效果不是很好．为了提高脱氮效果，荷兰DHV公司通过研究，在沟内增加了一个预反硝化区，从而发明了Carrousel2000型氧化沟工艺．改良型Carrousel2000氧化沟就是在Carrousel2000型氧化沟前置厌氧段，污水经厌氧、缺氧、好氧交替运行，可以达到同时去除有机物、脱氮和除磷的目的，而且在这种交替运行状况下丝状菌不宜生长繁殖，因此改良型Carrousel2000氧化沟基本不存在污泥膨胀问题[1]．改良型Carrousel2000氧化沟工艺系统主体组成如图1所示．图1改良型氧化沟工艺简图1.1厌氧区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BOD转化成低分子发酵产物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵产物，并将其运送到细胞内、同化成胞内碳源存贮物，所需能量来源于聚磷和细胞内糖的水解，并导致磷酸盐的释放．经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在好氧状态下具有很强的吸磷能力，吸收、存贮超出生长需求的磷量，并合成新的聚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．泥水混合液在厌氧区的停留时间一般为1～2.5h（释磷量就已达到可释磷总量的85%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/TP≥20～25mg/L、出水磷浓度≤1.0mg/L)，厌氧区的停留时间取1.5h就可．1.2缺氧区泥水混合液由厌氧区进入Carrousel2000型氧化沟的前置缺氧区，一部分聚磷菌利用后续工艺的混合液（内回流带来的）中硝酸盐作为昀终电子受体以分解细胞内的PHB（聚β羟基丁酸），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的有机物进行反硝化，达到部分脱碳、脱硝与除磷的目的．缺氧区容积包括脱硝、除磷2部分．（1）除磷所需容积．在缺氧条件下聚磷菌吸收磷的速度大于好氧区的速度，为充分利用该有利条件，在缺氧区磷被吸收所需停留时间一般为1.0～2.0h．（2）脱硝所需容积．缺氧区反硝化菌利用污水中的有机物作反硝化碳源，但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，通过反硝化速率确定的混合液MLVSS浓度及要去除的NO3-N量，可确定脱硝所需容积．1.3氧化沟氧化沟兼有推流型和完全混合型反应池两者收稿日期：2008-03-10作者简介：高爱华(1973-)，男，湖南桃江人，工程师，主要从事市政污水与工业废水研究．湖南城市学院学报（自然科学版）2008年第2期28的特性，完成1次循环所需时间为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．在氧化沟好氧区聚磷菌除了吸收、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，产生的能量可供自身生长繁殖，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聚磷的聚磷菌，大大提高了改良氧化沟系统的除磷效果．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，氧化1.0gNH4+-N为NO3-N共耗氧4.57g，消耗碱度为7.14g（以CaCO3计）．在缺氧区反硝化菌利用亚硝酸盐和硝酸盐中的N3+和N5+（被还原为N2）作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O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．将1.0gNO2-N转化为N2时消耗有机物（以BOD计）1.71g；将1.0gNO3-N转化为N2时消耗有机物（以BOD计）2.86g，与此同时产生3.57g碱度（以CaCO3计）[2]．氧化沟设计污泥负荷为0.1~0.3kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥浓度为0.2~4.0g/L．设计污泥龄为8~20d，可充分满足硝化与反硝化细菌的生长，保证系统的硝化与反硝化能力．2改良型Carrousel2000氧化沟工艺的适用范围改良型Carrousel2000氧化沟适用于各种规模的城市污水处理厂，尤其推荐应用于对脱氮要求较高的中大规模的城市污水处理厂．由于改良型Carrousel2000氧化沟由厌氧和Carrousel2000氧化沟反应器系统组成，在一定程度上有利于难降解有机物的去除，且抗冲击负荷能力强．因此，当城市污水中工业废水比例较高时，改良型Carrousel2000氧化沟较其他类型氧化沟有更好的适应性．3工艺流程和典型构造改良型Carrousel2000氧化沟典型工艺流程见图2．与其它形式的氧化沟一样，改良型Carrousel2000氧化沟也具有工艺流程简单的优图2改良型氧化沟典型工艺流程点．对于中小规模的城市污水厂，一般可不设旋流沉沙池，水中少量的无机颗粒直接进入氧化沟，对整个系统的稳定运行影响效果不大，这比设定旋流沉砂池要简便经济．当然，合理的工艺流程须按照实际情况经充分的技术经济比较后确定．改良型Carrousel2000氧化沟的预处理及污泥处理部分的流程与其他活性污泥法处理工艺基本相似，不做详述．氧化沟本身的典型构造和流程见图3．改良工艺中，Carrousel2000氧化沟是去除污水中污染物的主要场所．通过固定曝气装置（一般位曝气转碟），氧化沟内沿沟长存在着溶解氧浓度的变化，在曝气器附近溶解氧浓度较高，但随着与曝气器距离的增加，溶解氧浓度不断降低，图3改良型氧化沟典型构造和流程呈现出由好氧区－缺氧区－好氧区的交替变化．改良式氧化沟的这种特征，使沟渠中相继进行硝化和反硝化的过程，达到脱氮的效果，同时使出水中活性污泥具有良好的沉降性能．为保证磷的去除效果，氧化沟设前置厌氧区，出水自流进入二沉池．4关键设备的选型改良型Carrousel2000氧化沟的预处理和污高爱华：改良型Carrousel2000氧化沟的机理和工程应用第17卷29泥处理所需设备与其他工艺相似，不作赘述．关键设备是曝气转碟和二沉池的排泥桥，对其主要构造和性能要求阐述如下．4.1曝气转碟曝气转碟属转盘类水平推流式表面曝气器，由盘片、水平轴及其两端的滚动轴承、减速机和电动机组组成，每片圆形的曝气转碟由2个半圆形部件组成．每对半圆形部件跨穿水平轴，组成整体的圆片，每个碟片可以独立拆装，便于调节安装密度，使整机达到所需的充氧能力，每米轴长一般装碟片3～5片；碟片采用玻璃钢压铸或采用聚苯材料注塑而成，其表面布有梯形凸块，兼有供氧和推流搅拌的功能；水平轴采用厚壁无缝钢管制造，表面作特种防腐处理；驱支装置主要由减速机和电机组成．曝气转碟的基本参数：曝气转碟直径1.40m，适用转速50～55r/min，昀佳转速50r/min；适用浸没深度450～530mm，昀佳浸没深度480mm；适用工作水深4～5m；水平轴跨度≤10.0m．4.2沉淀池排泥方式改良型Carrousel2000氧化沟的污泥浓度（MLSS)较高，运行中一般在3～5g/L，且回流污泥有较高的含固率．因此，对沉淀池和排泥设备有严格的要求，尤其是排泥设备，必须确保足够的排泥浓度，通常需要特殊的工艺和结构设计．在设备选择时应充分注意该性能要求，保证实现改良型Carrousel2000氧化沟的整体工艺的优势．5工程应用经过多年的实践摸索及经验总结，桑德环保集团设计研究院对改良型Carrousel2000氧化沟系统在中国的应用情况、适应性、处理效果、工艺特性与机理等进行了全面、系统的研究，并进行了较大规模实际工程的工艺性能测试与研究工作[3-4]．同时，已经设计了12座Carrousel2000氧化沟工艺的城市污水处理厂，其中4个项目已投入运转，包括荆门夏家湾污水处理厂、南昌象湖污水处理厂、内蒙古包头污水处理厂及咸宁温泉污水处理厂等，已显示出良好的实用特性．荆门夏家湾污水处理厂一期工程是由北京桑德环保产业集团设计院承担设计的．一期工程处理规模为5×104m3/d，主体工艺为卡鲁塞尔2000氧化沟，于2003年2月开始进水调试运行，运行至今已有5a多，运行状况良好．其进、出水水质指标设计值见表1．表1进、出水水质指标设计值mg/L项目BOD5CODcrSSTNNH3-N进水≤150≤350≤200≤35-出水≤20≤60≤20-≤15其设计工艺参数为：（1）氧化沟的泥龄为15d，污泥负荷为0.097kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥浓度MLSS为4.0g/L，MLVSS/MLSS＝0.75，回流比60％～120％．（2）氧化沟总沟数6条，单沟宽7m，直线长80m，有效水深5m．缺氧区有效容积3570m3；好氧区有效容积13182m3．配置了15台功率为22kW、水平轴跨度7m的曝气转碟；9台水下推进器；1座内回流控制门以及DO仪2台；污泥回流泵4台（3用1备）．氧化沟实际运行参数（2007-04～2008-03）见表2．表2氧化沟实际运行参数（2007-04～2008-03）2007年2008年项目4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月流量/（m3·d-1）526945180851898531875265951427519415117351182518325301553066水温/℃18.319.822.124.524.121.818.414.511.88.29.813.4pH7.257.537.167.187.357.597.857.587.257.527.327.29进水平均CODcr342316323309320317322322316322341361水力停留时间/h7.67.87.87.67.67.87.77.97.97.87.67.6污泥龄/d151412131218182023.525.523.819污泥负荷0.100.090.110.090.100.120.0950.1020.1090.1110.0980.091MLSS/(g·L-1)4.54.84.24.24.34.54.64.74.85.25.44.8SVI/(mg·L-1)1201009010095110120110140200200150好氧区DO/(mg·L-1)1.81.781.832.052.121.52.152.151.571.892.041.75回流比/％100707070701007070120120120120内回流门开度/(°)454560604560606090909090出水平均CODcr44.845.947.855.151.850.255.254.754.553.756.355.4自从调试正常运行以来，夏家湾污水处理厂的出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标湖南城市学院学报（自然科学版）2008年第2期30准》GB18918－2002