文献综述-10000td市政污水处理工程设计.docx

毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14毕业论文(设计)文献综述题目:关于氧化沟运行型式的讨论及优缺点的概述学院:环境科学与工程学院专业:环境工程班级:环工 1001学号:学生姓名:指导教师:二一四 年 五 月- 1 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14关于氧化沟运行型式的讨论及优缺点的概述摘要:氧化沟，又称连续循环曝气池，是一种现今被使用的较多的污水处理工艺。污水流入连续循环曝气渠中，通过曝气来调节好氧与厌氧状态，使污水得到净化。本文通过查阅文献资料，了解氧化沟的发展过程，总结氧化沟工艺不同的运行型式。分氧化沟工艺的缺点及在应用中所存在的问题，提出完善建议，并对发展趋势进行分析。关键词:氧化沟；运行型式；发展趋势- 2 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14The Operation Mode and Advantages and Disadvantages of Oxidation DitchAbstract: Oxidation ditch, which is also known as a continuous loop, is now being used widely as a wastewater treatment process. With the sewage flowing into a continuous loop, we make the water clean by Regulating aeration .Through access to literature, we understand the development and running patterns of Oxidation Ditch, and analyze shortcomings and problems of oxidation ditch process design and applications exist. Propose measures to improve the oxidation ditch process and analyze its trends.Keywords: Oxidation ditch; Operation Mode; Development trend- 3 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-141 引言氧化沟(OD)，在传统活性污泥法的基础上加以改进与完善，是活性污泥法的一个变种。氧化沟沟的外形特征为跑道型，因此又被称之为沟渠形曝气池。在1920年在英国谢菲尔德建成最早的采用沟渠式曝气池的污水处理厂，这是现代氧化沟的鼻祖1。第一座真正意义上的氧化沟，于1954年在荷兰的沃绍本建立，运行效果良好，这证明了氧化沟在实际应用中的可行性，该氧化沟曝气方式为廊道型循环混合曝气，因为其发明者的名字为帕斯维尔，故该氧化沟又被称作P性氧化沟。从此开始有“氧化沟”这一专用术语2。相比其他污水处理工艺， 氧化沟有着一系列独特的优势，氧化沟经过不断的研究发展，其在污水处理方面的表现性状也越来越好，推广程度越来越高。特别是近三十年来，由于氧化沟工艺及构造有了很大的发展和进步，因此在欧洲、北美、等发达国家已广泛应用该项技术来处理污水3。我国对于氧化沟的引进和研究起步较晚，因此在技术与管理方面落后于国外发达国家，这要求我们进一步深入研究氧化沟工艺。目前，在我国，氧化沟污水处理工艺正在逐步的推广与应用。2 氧化沟工艺的运行型式氧化沟工艺在原有的基础上，经长期发展，不断的改善，运行方式不同但都净水效果良好的氧化沟被开发了出来。本文参考诸多文献，将氧化沟的运行型式进行了总结，运行型式大致可分类为：1）交替工作式；2）半交替工作式；3）连续工作分建式；4）连续工作合建式。此外，针对氧化沟的曝气方式，科研人员开展了许多研究，通过改变曝气方式为微孔曝气，以期进一步提升氧化沟的污水处理效率。2.1交替工作式该类氧化沟的运行方式：通过在沟内调整曝气程度，进行沉淀操作，使得氧化沟的污水处理效果达到最佳。该类氧化沟的特点为交替运进行曝气与沉淀，无需污泥回流，且不需另设二沉池。交替工作式系统又可以分为4种:单沟运行系统、单沟交替运行系统、双沟交替运行系统和三沟交替运行系统。2.1.1 单沟运行系统- 4 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14如图1所示，该系统在一个氧化沟内完成污水处理的所有程序。该系统间歇进水，通过控制转刷的运行，来控制氧化沟内的曝气，从而调节氧化沟的运行条件。由于该系统容积较小，因此一般被用来处理水量较小的污水。图1：单沟运行工艺2.1.2 单沟交替运行系统相比单沟运行系统，该系统可完成连续进水。工作周期8h，分为4个阶段。该系统操作简便，运行稳定，且净水效率良好。实际运行中转刷利用率可达75. 0%。与单沟运行系统相似，该系统可不设置二沉池，增设污泥回流装置。其具体运行方式见图2。图2：单沟交替工艺2.1.3 双沟交替运行系统- 5 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14该系统由2个池容相同的氧化沟组成，双沟串联运行。工作周期8h，分为4个阶段，通过控制运行工况，使系统完成硝化和一定的反硝化4。在2池交替使用过程中，转刷在轮换时停止工作。这使得转刷在实际应用中利用率仅达37.5%5。其具体运行方式见图3。图3：双沟交替工艺2.1.4三沟交替运行系统原污水交替流入，两侧的边沟出水。在该系统中，中间氧化沟始终维持曝气作用，两个边沟具有曝气和沉淀双重作用。系统不设二沉池，无需污泥回流装置，在去除污水中BOD5的同时，还有着脱氮的功能6。该该系统周期一般为8h，运行阶段可分为6个或8个。在此种运行方式下，转刷利用效率得到了明显的提高。三沟交替氧化沟在设计和运行管理方面仍有许多不足，如三沟污泥浓度分布不均匀和排泥等问题7。曾科的研究表明，改变各运行阶段的时间分配，减少反硝化与硝化的时间比，可以有效的提高其脱氮效率。同时，通过改变排泥地点和排泥时间，从中沟排泥的方式改为从边沟排泥，从而解决了三沟型氧化沟中的排泥问题8。图4：三沟交替工艺2.2 半交替工作式该类氧化沟最为典型的为DE型氧化沟。容积相等的2个氧化沟组成DE型氧化沟，该氧化沟可除污水中有机物，且同步生物除氮功能良好9。沟内转刷双速运行，两座氧化沟交替进入好氧和厌氧作用10，使得系统具有脱氮的功能(图5) 。袁宏林等人研究了DE型氧化沟中污染物浓度在空间上的分布11，随后段跟定于2013年对污染物按时间顺序降解的过程进行了探讨，将整个过程分为4个阶段。首先为聚磷菌释磷和反硝化除氮作用，- 6 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14随后水中的有机物及氨氮被快速的除去，最后出水中的有机物、氨氮和磷的浓度均较低。虽然出水中溶解氧浓度较高，由于氧化沟运行中的硝化反硝化作用，污水中硝酸盐氮浓度较低12-13。图5：半交替式氧化沟2.3 连续工作分建式该类氧化沟工艺需要另设二沉池，连续进水，沟内水流流向不发生变化。此类氧化沟主要有3种类型：Pasveer氧化沟、Carrousel氧化沟和Orbal氧化沟。2.3.1 Pasveer氧化沟Pasveer氧化沟(P型氧化沟)，主要采用水平卧式转刷曝气器来进行曝气，是早期开发的氧化沟的一种型式，最先为间歇运行，随后发展为连续运行。氧化沟沟渠设计为跑道型，利用数个安装在沟上的曝气装置对沟内混合液进行推动(图6)。图6：P型氧化沟2.3.2 Carrousel氧化沟Carrousel氧化沟。通过表面曝气器的作用，将氧化沟分为好氧、厌氧两个区域，使其能够去除水中的氮(图7) 。目前，被采用的最多的卡鲁塞尔氧化沟系统为Carrousel2000型和Carrousel3000型氧化沟。污泥回流、排放剩余污泥和混合液中DO量控制，这是涂毅提出的在运行管理氧化沟中所应注意的三个方面14。结合实际，调节污泥分配槽，有利于控制污泥回流量，保证系统的净水效率，且保证了系统运行的稳定性。- 7 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14图7：Carrousel氧化沟2.3.3 Orbal氧化沟由图8所示，污水自外沟流入，完成循环混合作用后，先进入中沟，然后进入内沟，最后污水通过内沟内中心渠道排出。该工艺的优点是运行管理简单，剩余污泥稳定，且同时可去除混合液中的N、P，对污泥的后处理不高。孙海梅等人在原有基础上提出通过添加碳源，可以提高内回流，从而提高该氧化沟的脱氮能力15。添加的越多，脱氮能力越强，且当内回流比提高到100%时，该工艺具有了一定的脱磷能力。因此，可适当添加碳源，使得该工艺能满足污水处理中脱氮除磷的要求。图8：Orbal氧化沟2.4 连续工作合建式氧化沟该系统集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流于一体，不需增设另外的构筑物，故而由被称为一体式氧化沟16。该氧化沟下部进水，上部出水，沉淀区底部进泥。相比传统氧化沟工艺，该系统流程简单，构筑物少，运行稳定，管理方便，土建费用少，工程造价低。但该类氧化沟在实际应用中具有不稳定性，还存在许多问题还需要解决17。- 8 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14图9：一体式氧化沟除了以上4种氧化沟运行方式外，目前所研究的比较多的是微曝氧化沟工艺。该工艺改变传统的机械曝气方式，将其替换为深水微孔曝气(图10)。在提高了氧的利用率的同时，同步水下推流，使得污泥与混合液混合充分，解决了机械曝气中所产生的污泥沉积等问题18。关于新型微曝氧化沟的研究，杨亚红19等人在采用微孔曝气的同时使用声学多普勒测速仪(ADV)，通过单点的三维测定方法20，测定运行中的微曝氧化沟的流速，证明了变速微孔曝气的循环可能性。实验表明，低速变速氧化沟的净水效果良好，且该氧化沟经过长期运行，微曝变速氧化沟无污泥上浮现象产生，进一步证明了变速微曝氧化沟的可行性。3 氧化沟工艺的优缺点氧化沟除去污水中的有机物，同步可进行生物脱氮作用。同时，若在其前增设厌氧池，便又具有了除磷的功能。相比传统活性污泥处理工艺，氧化沟工艺在处理效率、经济等方面具有一系列优势。3.1 氧化沟工艺的优点3.1.1 耐冲击负荷能力强沟内污泥较易达到好氧稳定状态。同时，该工艺具有推流式和完全混合式的特点，因此可以克服混合液在反应池中循环流动时可能出现的短流缺陷，增强耐冲击负荷能力。3.1.2 容易做到硝化与反硝化在混合液的循环流动中出现了明显的溶解氧浓度梯度，有利于污水的硝化与反硝化，从而完成了混合液中的氮的去除。反硝化作用还可以为硝化作用补充一定的碱度。- 9 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-143.1.3 污泥絮凝效果好不均匀设置氧化沟曝气设备的，有利于絮凝条件的形成。3.1.4 能耗低、节省能源运行过程中能量损失小。系统运行能量消耗低21。3.1.5 构筑物少、管理方便氧化沟工艺运行较为稳定，这就方便了工作人员对其日常运行的管理。且一般可以不设置初沉池，构筑物相比其他污水处理工艺较少，经济效益较高。3.2 氧化沟工艺的缺点及改善措施3.2.1 土建费用高较长的水力停留时间要求较大的氧化沟池容，且所需相关设备投资较大大。因此，氧化沟的应用与推广受到场地、设备等的限制。王素兰等对于组合氧化沟工艺的中试研究中，确定进水COD浓度300-1100mg/L、NH3-N质量浓度为12.0-50.0 mg/L、TN质量浓度为25.0-60.0mg/L的条件下，探讨工艺达到最佳运行状态所需要的条件22。因此，我们应开发氧化沟组合工艺，提高其净水效率，减少占地面积，节约建造成本。3.2.2 易产生浮泥和漂泥氧化沟处理污水过程中，HRT较长，促使了二沉池中产生污泥上浮的现象。氧化沟的运行特点，决定了沟内污泥易老化，老化污泥易被打碎，在二沉池内形成漂泥。针对这一问题，王社平等提出了相应的解决措施，如对污泥回流比进行调节，减少二沉池中的污泥停留停留时间等23。姜亚敏等分析因二沉池中过多的硝态氮起污泥上浮的现象，认为降低曝气、加大排泥等措施可有效的解决这一问题 24。以上研究所提出的措施，均能够有效的防止污泥上浮和漂泥这一现象的产生。3.2.3 污泥易沉积传统氧化沟一般采用表面机械曝气，曝气区域不均匀分布，产生不同的能量分区。低能量区下混合液流动缓慢使得污泥易沉积。韩春柳等通过改变曝气方式，改变传统曝气方式改为深层微孔曝气，提高了氧气利用率。丝状菌的繁殖在BOD含量较高的厌氧环境下得到了抑制，这降低了污泥膨胀现象产生的概率25，使得污泥不易沉积。3.2.4 工艺设计不完善目前对于分区的算法仍不科学，且实际运行工作条件与实验条件相差较远，致使氧化沟的实际运行效果与实验过程中的运行效果有很大差别。- 10 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14解决该问题的方法，在氧化沟运行的时候，通过仪器获取数据，然后经过运算，总结得出流体力学模型，然后对该模型进行验证，用以完善计算算法。如谢浩等人通过对从氧化沟中得到的数据进行汇总归纳，绘制成曲线与图表，谈后建立液固两相流体动力学模型。在经过了验证之后，该模型可将计算误差率由原来单相模型的8%减小到了5%，使得氧化沟中的分区更为科学26-28。流体动力学模型的建立有利于氧化沟的科学设计与运行。4 氧化沟工艺的发展前景氧化沟具有推流反应的特征，同步具有完全混合反应的优势。氧化沟工艺出水水质好，耐冲击负荷能力强，运行稳定，维护简便，集其他许多污水生物处理技术众多优势于一天。因此，氧化沟工艺经久不衰，推广程度越来越高，越来越受到世人的青睐。氧化沟的未来发展方向: 1、探究建立合理的流体力学模型，使氧化沟分区科学话；2、改进氧化沟曝气方式，从而解决污泥沉积的问题；3、研发新型自动化控制设备，控制系统污泥在二沉池的HRT，克服二沉池中易形成漂泥的缺点； 4、探究找寻新型的耐酸、耐碱和耐毒性的菌种，提高微生物在氧化沟中的活性，从而提高氧化沟的处理效率。5 结语污水处理越来越受到人们的重视，拥有多种生物处理技术优势的氧化沟工艺具有良好的发展前景。经过几十年的发展，氧化沟工艺已在世界各地得到了广泛的应用和发展。由于我国关于氧化沟的引入与研究起步较晚，因此我国的氧化沟技术和国际先进水平还有一定的差距，这就需要我们加强对氧化沟的研究，完善氧化沟工艺，促使其在我国得到更为广泛地应用。- 11 -毕业设计：文献综述学生姓名：定稿时间：2014-5-14参考文献1 区岳州, 胡勇友. 氧化沟污水处理技术及工程实例M. 北京: 化学工业出版社, 2005.2 邓荣森. 氧化沟污水处理理论与技术M. 北京: 化学工业出版社, 2006.3 倪春雨, 高富丽, 杨云龙工程中常用的几中氧化沟及其发展J. 科技情报开发与经济, 2007, 17(1): 153-154.4 汪永红. 双沟式氧化沟技术在城市污水处理中的应用J. 中国给水排水，1998，14(6): 20-22.5 CAMPOSMG, PEREIRA P, ROSEIROJC. 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