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【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【摘要】 摘要 目前，城市在建和投产的污水处理厂越来越多，建设城市污水处理厂所需的一 次性投资大，污水处理厂常年的运行费用较高。因此科学合理的设计和高质量的运 行管理尤为重要。由于我国污水处理事业起步较晚，与其他行业相比，尚无成熟的 运行管理经验，许多污水处理厂建成后维持正常运行比较困难，环境效益及社会效 益难以实现。因此，从水污染控制理论出发，研究污水处理厂的工艺运行控制方法， 为运行控制提供理论依据和技术支持，以适应污水处理厂的建设速度已成为亟待解 决的问题。 改良氧化沟工艺作为传统氧化沟工艺的一种变型，对传统氧化沟工艺的曝气、 进水、运行等的方式进行了有益的探索和创新，具备很多传统氧化沟工艺不具备的 特点，成为城市污水处理厂中很有前途的一种备选工艺。进行改良氧化沟工艺启动 和运行规律的研究，对此工艺今后的设计和应用具有很高的参考价值。 本文进行了改良氧化工艺启动阶段培菌和污泥驯化的研究，分析解决了运行中 出现的活性污泥异常现象，同时分析了出水t p 不达标的主要影响因素，并针对性 地提出了改进建议。本文的主要工作有： 1 进行了改良氧化沟工艺启动阶段污泥培养和驯化的研究，对污泥培养和驯化 过程中的问题进行了分析解决，总结了其中的经验和教训，为其他污水处理厂活性 污泥的培养驯化提供参考； 2 对改良氧化沟工艺试运行阶段出现的活性污泥异常现象进行了分析，找出各 种异常现象的原因，针对性地提出预防措施，并最终得出改良氧化沟工艺中活性污 泥异常现象出现的规律，作为今后预防控制的参考； 3 分析了改良氧化沟工艺出水t p 不能达到设计值的主要影响因素，并针对不 同的原因，给出了改进建议。 关键宇：改良氧化沟城市污水启动研究生物除磷微孔曝气分流进水泡沫污 泥上浮 郑卅1 大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【a b s n a c t 】 a b s 扛a c t a tp r e s e n t ，m o r ca n dm o r em u n i c i p a lw a s t e w a t e r 仃e a t m e n tp l a n t sl l a v eb e e n b u i l d i n go ri nu s e t h ei n v e s t i l l e n ti nt h eb u i l ta n dm i l i l i n go fs u c hap l a n ti sh u g e s oa r e a s o n a b l ed e s i g na n dh i 曲- q u a l i f i e dn m n i n gt e c h n i q u ei si m p o n a m b u tt h er e s e a r c ho n t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ti no u rc o u n t r vf 酊l sb e h i n dm eo 1 e rc o u n t r i e s c o n t r a s tw i m o t h e ri n d u s 埘e s ，r i p ee x p e r i e n c e so nt h em l l l l i n go fw a s t e w a t e rt r e a 锄e n tp l a n ti ss t i l l a b s e n t t h em a i n t e n a n c eo ft h e s ep l a n t si sd i 行i c u l t ，a n dt h ee n v i r o 姗e r l t a la n ds o c i a l b e n e f i ti sh a r dt oa c h i e v e s ot h es t u d yo f 叩e r a t i o na n dm a i l a g e m e mf o rt h ew a s t e w a t e r t r e a 恤e n tt e c q u e sh a sb e e nu 娼e n t l yr e q u i r e do nt h eb a s i so ft l l et h e o r yo fw a t e r p o l l u t i o nc o m r o l a sad e r i v a t i v eo ft r a d i t i o n a lo x i d a t i o nd i t c h ，t h e i 瑚p r o v e do x i d a t i o nd i t c h t e c l l n o l o g yw i mp a n i c u l a rc h a r a c t 甜s t i c sh a sb e c o m eap m m i s i n gc a n d i d a t ei n t l l e d e s i g no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a 恤l e n tp l a n t s b e n e f i c i a le x p l o r a t i o n sa n di n n o v a t i o n s 协t h em o d eo f a e r a t i o n ，w 砷胃i i l l e ta n do p e r a t i o no f m i sn c w t e c l l l l o l o g yh a v eb e e nm a d e s or e s e a r c ho nt 1 1 er u l eo f s t a n u p 姐dm n n i n go f t h ei m p m v e do x i d a t i o nd i t c hi so f g r e 吐 i m p o r t a n c ef o ri t sd e s i g na n da p p l i c a t i o ni nm e f i l t u r e t h en l l e so fa c t i v es l u d g ec u l t u r ea n dd o m e s t i c a t i o ni nt h es t a r t u pp e r i o di n 伽e i m p r o 、，c do x i d a t i o nd i t c ht e c l l i l 0 1 0 9 y h a v eb e e ns t u d i e d m e a l l w l l i l e ，t 1 1 ea b n o 瑚a l p h e n o m e n ao fa c t i v es l u d g eh a v eb e e na n a l y z e da n dt h ep r o b l c m sh a v eb e e nr e s o l v e d f u r t b e m o r e t h em a i ni n f l u e n t i a lf k t o r sw h i c hd e t e r i o r a t et 1 1 er e m o v a lo ft ph a v eb e e n d i s c u s s e d 柚ds e v e r a lp i e c e so fa d v i c eh a v eb e e ng i v e no nt h i sq u e s t i o n t h em 血 c o n t e n to f n l i s 删c ki n c l u i k s ： 1 1 1 1 es t t l d ya b o u ta c t i v es l u d g ec u l t u r e 觚dd o m e s t i c a t i o ni nt 1 1 es t a n u pp e r i o d i nt h ei m p r o v e do x i d a t i o nd i t c h1 1 a sb e e nm a d e c o r r e l a t i v eq u e s t i o n sh a v ea n s w e r e da n d e x p e r i e n c e sa t l d1 e s s o n sh a v eb e e ns u m m a r i z e d 2 t h ea b n o m a lp h e n o m e n ao fa c t i v es l u d g ei n 廿1 en m n i n g i np c r i o d h a v eb e e n 肌a l y z e d m e a l l st op r e v c n t m ga 玎dc o n 订0 1 l i n gt h e s ep h e n o m e n ah a v eb e e ng i v e n a tt l l e s 锄et i m e ，n l em l e so ft h e s ep h e n o m e n a sh 哪e nh a v eb e e ns w n m 鲥z e df o rt l l e 咖a d y n m n i n gi nt h ef u t u r e 郑州大学工学硕士学位论文 ! 垦垦墨些塑三苎竺望塑史望查竺生主竺旦垫塑垩堑里塞! 旦竺堕! ! ! ! 一 3 t h em a i ni n n u e n t i a lf 如t o r sw 】 1 i c hd e t e r i o r a t et l l e 陀【i l o v a lo ft ph a v eb e e n d i s c u s s e d s e v e r a l 口i e c e so fa d v i c et os 0 1 v e 山e s ep m b l e m sh a v eb e e ng i v e no nt l l i s q u e s t i o n k e y w o r d ：t h ei m p r o v e do x i d a t i o nd i t c ht e d m 0 1 0 9 y m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a 恤e n t p l a mt h es t u d yo nt h em l e so fs t a n u pb i 0 1 0 9 i c a lp h o s p h o r u sr e l n o v a l m i c r o p o r e a e r a t i o n d i s 订i b u t i n gi n l e t f 0 锄 s l u d g en o a t a t i o n 郑州大学工学硕士学位论文 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭 等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切法律 责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：善巫与疋 2 0 0 6 年0 5 月2 0 日 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第l 章概述j 第1 章概述 1 1 氧化沟技术概述 氧化沟是活性污泥法的一种变型，因其曝气池呈封闭的沟渠状，污水和活性污 泥混合液在其中循环流动而得名“氧化沟”，又被称为“循环曝气池”、“无终端曝 气池【l 】o 早在1 9 2 0 年，在英国s h e m e l d 建成了采用桨板式曝气机的污水处理厂，被认 为是现代氧化沟的先驱。从1 9 5 4 年，p a s v e e r 在荷兰v o o r s c h o t e n ( 沃绍本) 建造第 一座氧化沟至今，氧化沟技术已经历了半个多世纪的发展，在构造形式、曝气方式、 运行方式等方面不断创新，出现了种类繁多、各具特色的氧化沟 纠。 由于具有出水水质好，运行稳定，管理方便以及区别于传统活性污泥法的一系 列技术特征，氧化沟技术在污水处理中得到广泛应用。据统计，迄今，欧洲已有的 氧化沟污水处理厂超过2 0 0 0 座，北美超过8 0 0 座【3 】o 不仅氧化沟的数量在增长， 而且其处理规模也在不断扩大，处理对象也发展到既能处理城市污水又能处理工业 废水。我国自8 0 年代亦开始应用这项技术，随着污水处理事业的极大发展，全国 各地先后建起了不同规模、不同型式的氧化沟污水处理厂。目前在我国，采用氧化 沟处理城市污水和工业废水的污水处理厂已有近百家【4 】。 1 1 1 氧化沟的构造形式 氧化沟沟体的平面形状一般呈环状沟渠形，也可以是长方形、椭圆形、l 形、 马蹄形、圆形或其它形状，氧化沟断面形状多为矩形和梯形；可以是单沟系统，也 可以是多沟系统，多沟系统可以是一组同心的互相连通的沟渠，也可以是一组互相 平行、尺寸相同的沟渠，有的与沉淀池分建，也有的合建。其构造形式可因地制宜， 灵活安排。多种多样的构造形式赋予了氧化沟灵活的运行性能，使它能按任意一种 活性污泥法的运行方式运行，满足不同的出水水质要求【2 】。 郑卅i 大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第1 章概述】 1 1 2 氧化沟的曝气方式 曝气技术与设备是氧化沟工艺的核心组成部分，对氧化沟处理效率、能耗及处 理系统稳定性等有关键性影响，其作用主要有以下三个方面：供氧。向混合液中 的微生物提供好氧代谢所需的氧气；推流。推动混合液前进，使混合液在池内循 环流动；搅拌。通过曝气设备的搅拌冲击，使氧、有机物、微生物充分混合，并 保证沟内的活性污泥处于悬浮状态。 目前国内外广泛使用的曝气方式可分为固定曝气和移动曝气两大类。固定曝气 方式主要包括：机械曝气( 包括水平轴机械曝气和垂直轴机械曝气) 、鼓风曝气和 射流曝气；移动曝气方式是指百乐卡( 悬挂链) 式曝气。每种曝气方式有它自身的 特点和适用范围，应根据具体工艺要求选用。 1 1 2 1 水平轴表面曝气 水平轴曝气机充氧效率高、结构简单、安装维修较方便，是应用最广的一类氧 化沟充氧设备。水平轴曝气机包括转刷曝气机和盘式曝气机：转刷曝气机简称曝 气转刷，一般用于p 嬲v e e f 氧化沟中。转刷单独使用通常只能满足水深较浅的氧化 沟，有效水深不大于2 o 3 5 m ，从而造成传统氧化沟沟浅、占地大的弊端。转刷技 术运用已相当成熟，但因其供氧率低，能耗大，故其逐渐被另外先进的曝气技术所 取代；盘式曝气机主要用于o r b a l 型氧化沟，通常称曝气转盘或曝气转碟。采用 转碟时，曝气沟渠水深可达5 m 。它可以布置在氧化沟的任何位置，有利于经济地 构筑大容积的氧化沟，减少用地面积并节省投资5 1 。 1 1 2 2 垂直轴表面曝气 垂直轴表面曝气机既适用于完全混合曝气池，也适用于氧化沟工艺，尤其在 c a r m u s e l 氧化沟中常用，一般安装在沟渠的转弯处【6 】。这种曝气装置有较大的提升 能力，氧化沟水深可达4 4 5 m ，叶轮转动时除向污水供氧外，还能使沟中水体沿 一定方向循环流动。表曝设备价格有优势，但能耗大易出故障，且维修困难。动力 效率一般为1 8 2 3 蝇0 2 ( k w h ) 7 】【8 1 。 郑州大学工学硕士学位论文 2 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【第l 章概述】 1 1 2 _ 3 微子l 曝气 微孔曝气方式一般用于微曝氧化沟中，其供氧设备为鼓风机，氧气通过微孔曝 气器释放于水中。众所周知，在所有曝气方式中，微孔曝气是氧利用率最大的曝气 方式之一。它与其它曝气方式最显著的区别是通过微孔曝气头，产生大量直径为 l m m 左右的微小气泡，这就大大提高了气泡的表面积，在池容积一定情况下，比表 面积增长，氧转移总量增大。如池深增加，则其传质效率更高。根据目前鼓风机生 产厂家的技术能力，池的有效水深最大可达8 m ，因此可根据不同的工艺要求，选 取合适的水深【9 l 【1 0 】。 传统氧化沟的推流是利用曝气设备，如转刷、转盘或倒伞形表曝机兼作推流作 用，而微曝氧化沟则采用水下推流的方式，主要利用潜水推进器叶轮产生的水流推 动直接作用于水中，被推动的水流由下层向上层传递，起推流作用的同时又可有效 防止污泥的沉降。不象表曝用转刷或倒伞型曝气机将水流从上层向下层传递，从而 使大部分的动能变成热能散失入空气中。因而采用潜水推进器减少了能量消耗【l l l 。 1 1 2 4 射流曝气 射流曝气是利用射流器吸进空气的原理，使射流器喷射出空气和污水的混合 液，对氧化沟的污水进行充氧和推动水流，射流器可没于污水中直至沟底，因此其 深度可加大。 由于氧化沟中的混合液需处于循环流动状态，而且循环流动量远大于污水进水 量，循环流动一周的时间远小于水力停留时间。因而要求它的曝气设备应该同时具 备或最好同时具备曝气充氧和搅拌推流的双重功能。射流曝气器之所以可用于氧化 沟，就是因为由它产生的挟气溶气液能够满足上述要求1 2 。 1 1 2 5 百乐卡式曝气 百乐卡曝气系统的曝气头悬挂在浮链上，浮动链被松弛地固定在曝气池两侧， 停留在水深4 5 m 处，每条浮链可在池中的一定区域作蛇形运动，气泡在其表面逸 出时，直径约为5 0 um 。如此微小的气泡意味着氧气接触面积的增大和氧气传送效 郑州大学工学硕士学位论文 里墅塑墅塑茎竺墨塑堕堡查竺兰主堡生垫塑垄堡翌塞! ! 苎! 里塑垄! 率的提高。同时，因为气泡向上运动的过程中，不断受到水流流动、浮链摆动等扰 动，因此气泡并不是垂直向上的运动，而是斜向运动，这样延长了气泡在水中的停 留时间，同时也提高氧气传递效率。 运行表明：百乐卡悬挂链的氧气传递速率，远远高于一般的曝气工艺以及固定在 底部的微孔曝气工艺。在曝气链的运动过程中，自身的自然摆动就可以达到很好的 混合效果，节省了混合所需的能耗。由于百乐卡曝气头( b i o l k f r i o x ) 特殊的结 构，即使在很复杂的环境里曝气头也不至于阻塞，所需维护费用很少【1 3 j 。 1 1 3 氧化沟的运行方式 从运行方式角度考虑，氧化沟技术发展主要有两方面：一方面是按时间顺序安 排为主对污水进行处理；另一方面是按空间顺序安排为主对污水进行处理。属于前 者的有交替和半交替工作式氧化沟；属于后者的有连续工作分建式和合建式氧化 沟。 b m t s 式 船式f 按沉淀形式分) 删沟式 帕斯韦尔式 卡罗塞尔式( 按沟形分) 奥伯尔式 图l - l 氧化沟依运行方式的分类 【改良氧化沟工岂处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第1 章概述】 1 1 3 1 交替工作式氧化沟 交替工作式氧化沟，是指在一沟或多沟中按时间顺序在空间上对氧化沟的曝气 操作和沉淀操作作出调整换位，以取得最佳的或要求的处理效果。其特点是氧化沟 曝气、沉淀交替轮作，不设二沉池，不需污泥回流装置。基本类型有：a 、d 、v r 和t 型四种。 ( 1 ) a 型氧化沟 a 型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟，主要用于b o d 的去除和硝化，且限于 较小的处理场合应用。 ( 2 ) d 型氧化沟 d 型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，一般由池容完全相同的两个氧化沟组成， 两沟串联交替地作为曝气池和沉淀池，主要也是用于b o d 的去除和硝化。其出水 水质十分稳定，但曝气转刷的实际利用率较低( 约4 0 左右) 【1 4 1 【7 1 。 ( 3 ) v r 型氧化沟 v r 型氧化沟也是单沟交替工作式氧化沟，主要也是用于b o d 的去除及硝化， 其特点是将氧化沟分成容积基本相等的两部分，利用定时改变曝气转刷的旋转方 向，来改变沟内水流方向，使两部分氧化沟交替地作为曝气区和沉淀区，不设二沉 池，不需设污泥回流装置。v r 型系统操作简便，机械设备少，出水水质稳定良好， 其转刷实际利用率可达到7 5 吼 ( 三槽式( t 型) 氧化沟 t 型氧化沟为三沟交替工作式氧化沟系统。该系统由3 个等容量的氧化沟组建 在一起作为一个单元运行，3 个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟起曝气和沉 淀双重作用，中间的氧化沟始终进行曝气，不设二沉池及污泥回流装置，具有去除 b o d 及硝化脱氮的功能。但三槽式氧化沟也有其缺点，如面积利用率低，对设备的 质量要求高，工艺设计以及与其配套的运行方式也存在着需要改进的地方。我国自 2 0 世纪9 0 年代初推广应用以来，就对其进行不断的研究和改进，形成了自己的特 色【1 5 】【3 1 。 郑州大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【第l 章概述】 1 1 3 2 半交替工作式氧化沟 半交替工作式氧化沟兼具连续工作式和交替工作式的特点。首先，该类氧化沟 系统设有单独的二沉池，可实现曝气和沉淀的完全分离。其次，与d 型沟不同的是： 根据需要氧化沟可分别处于不同的工作状态，使之具有交替工作式运行灵活的特 点，特别是用于脱氮。最典型的半交替工作式氧化沟为d e 型氧化沟。d e 型氧化 沟工艺是专为生物脱氮而开发的，它不同于d 型氧化沟之处还在于有独立的二沉池 及回流污泥系统，氧化沟内交替进行着硝化与反硝化。在d e 型氧化沟前增设一厌 氧池，可以达到同时脱氮、除磷的目的【1 6 】【1 7 【7 。 1 1 - 3 3 连续工作分建式氧化沟 连续工作分建式氧化沟的特点是氧化沟只作曝气池使用，且进出水流向不变， 另辟出空间设置单独的二沉池，设备利用率l o o 。连续工作分建式氧化沟主要形 式有3 种：帕斯韦尔( p a s s v e e r ) 氧化沟、卡鲁塞尔( c a r r o u s e l ) 氧化沟、奥伯尔 ( 0 r b a l ) 氧化沟。帕斯韦尔氧化沟采用了最初跑道式沟型，一般采用曝气转刷曝气。 卡鲁塞尔氧化沟是多沟串联系统，一般采用垂直轴表面曝气机。奥伯尔氧化沟由多 个同心的沟渠组成，渠道一般呈圆形或椭圆形，采用转盘曝气，实践证明处理效果 好，运行稳定，操作控制灵活、方便，不仅对有机物有较高的去除率，t n 的去除 率亦很高【1 8 】。 1 1 3 4 连续工作合建式氧化沟 连续工作合建式氧化沟，又称一体化氧化沟，其特点是集曝气、沉淀、泥水分 离和污泥回流功能为一体，无单独的二沉池，设备利用率1 0 0 。连续工作合建式 氧化沟主要形式有：b m t s 式、b o a t 式、沟内式、管式、多斗式、边墙和中心墙 式、竖向循环式、侧渠式、斜板式、侧沟式、中心岛式等。连续工作合建式氧化沟 的出现使氧化沟技术向前迈进了一大步，与传统的氧化沟技术相比，省去了二沉池， 占地减少，省去了污泥回流系统，基建和运行费用减少，且运行管理简侧1 9 】【2 0 1 。 郑州大学工学硕士学位论文 6 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【第1 章概述】 1 1 4 氧化沟的技术特点 氧化沟工艺之所以取得迅速发展，主要是由于它出水水质好，运行稳定，管理 方便，有区别于传统活性污泥法的如下特征口1 1 【2 2 】【2 3 1 【2 4 1 ； ( 1 ) 氧化沟工艺的主要技术参数： 污泥负荷：n 。= o 0 5 0 1 5 k g b o d 5 “m l s s d ) ： 容积负荷：n ，= 0 2 0 4k g b o d 5 ( m 3 d ) ； 混合液污泥浓度：m l s sx = 2 0 0 0 6 0 0 0 m l ； 水力停留时间：t = 1 0 3 0 h ； 污泥龄：s r t = 1 0 3 0 d ； 沟内流速：v = o t 3 0 5 1 1 1 ，s ( 2 ) 负荷低，泥龄高 氧化沟工艺一般都采用低负荷或超低负荷，类似于活性污泥法的延时曝气系 统，水力停留时间一般也较传统工艺长，对应以上特点，氧化沟内污泥浓度一般都 很高，系统的泥龄也很长。在这样的条件下，出水水质一般都很好，污泥在氧化沟 内也能得以充分地好氧稳定，不需再进行厌氧消化处理。 污泥龄长，一般可达1 5 3 0 d ，为传统活性污泥系统的3 6 倍，可存活繁殖世 代时间长、繁殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可产生硝化反应，运行得 当能够获得反硝化脱氮的功效。 污泥产率低，剩余污泥量少，且多已达到稳定的程度，易于脱水，勿需再进行 消化处理，污泥处理费用较低。 ( 3 ) 流态介于完全混合与推流之间 在流态上，氧化沟介于完全混合与推流之间，有利于克服短流和提高缓冲能力。 如果着眼于整个氧化沟，并以较长的时间间隔为观察基础，可以认为氧化沟是 一个完全混合曝气池，其中的浓度变化极小，甚至可以忽略不记，进水将迅速得到 稀释，因此它具有很强的抗冲击负荷能力。 如果着眼于氧化沟中的一段，即以较短的时间间隔为观察基础，就可以发现沿 沟长存在着溶解氧浓度的变化，在曝气器下游溶解氧浓度较高，但随着与曝气器距 离的增加，溶解氧浓度将不断降低，呈现出好氧区一缺氧区一好氧区一缺氧区 郑州大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第1 章概述】 的交替变化。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，不仅可使利用硝酸盐中的氧满足1 0 一2 5 需氧量，而且可通过 反硝化恢复硝化过程中消耗的部分碱度这都有利于节省能耗和减少硝化过程需投 加的化学药品数量；同时使出水中活性污泥具有良好的沉降性能。 ( 4 ) 造价低，运行管理易 氧化沟在流程中可省略初次沉淀池和污泥消化池，有时还可省略二次沉淀池， 使氧化沟和二沉池合建，从而省去污泥回流装置，因此工程费用相当于或低于其他 污水生物处理技术。 处理厂只需要最低限度的机械设备，增强了污水处理厂正常运转的安全性。氧 化沟在保证稳定高效的处理效果前提下，运行管理的工作量和复杂程度降至最低。 1 2 本研究的背景、主要目的与内容 1 2 1 背景 本研究在郑州市兴建的第二座城市污水处理厂五龙口污水处理厂内进行。 五龙口污水处理厂是淮河流域综合治理的重要工程，也是郑州市“十五”期间重点 工程之一，位于郑州市五龙口南路以北、蓝天路以西，原五龙口泵站处。服务范围 是西环路以东，沙口路、嵩山路以西，五龙口以南，南三环以北，服务面积约2 7 平方公里，服务人口3 7 万。 该项目一期建设规模为日处理污水1 0 万吨、回用水5 万吨，建设用地1 9 6 亩， 配套建设厂外管网工程1 2 6 3 3 米( 其中污水于管5 3 2 8 米，回用水干管7 3 0 5 米) 。 污水处理工艺采用改良氧化沟工艺，出水排入五龙口明渠经贾鲁河后、入沙颖河最 终入淮河。回用水工艺采用常规处理工艺，近期作为金水河景观用水。 五龙口污水处理厂总投资2 6 8 5 8 - 3 0 万元( 含外汇5 9 5 万美元) ，其中污水处理 厂1 6 7 4 3 3 2 万元，污泥干化部分2 5 0 8 6 1 万元，回用水部分3 3 6 3 3 0 万元。厂外配 套管网工程4 2 4 3 0 7 万元。 该工程于2 0 0 3 年9 月开工建设，2 0 0 4 年1 2 月2 8 曰开始通水调试。 郑州大学工学硕士学位论文 8 【改良氧化沟t 艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第l 章概述】 1 2 2 目的与意义 目前，城市在建和投产的污水处理厂越来越多，建设城市污水处理厂所需的一 次性投资大，污水处理厂常年的运行费用较高。因此科学合理的设计和高质量的运 行管理尤为重要。由于我国污水处理事业起步较晚，与其他行业相比，尚无成熟的 运行管理经验，许多污水处理厂建成后维持正常运行比较困难，环境效益及社会效 益难以实现。因此，从水污染控制理论出发，研究污水处理厂的工艺运行控制方法， 为运行控制提供理论依据和技术支持，以适应污水处理厂的建设速度，已成为亟待 解决的问题。 事实上，工艺运行控制是保证污水厂稳定高效运行的一项重要工作，是检验污 水处理厂前期设计、施工、安装等工程质量的重要环节。其重要性表现在以下几个 方面：发现并解决设备、设施、控制、工艺等方面出现的问题，使污水厂投入正 常运行；实现工艺设计目标，即出水各项指标达到设计要求；确定符合实际进 水水量和水质的各项控制参数，在出水水质达到设计要求的前提下，尽可能的降低 运行成本；根据实际运行效果，对设计提出建议【25 1 。 工艺调试有技术性强、难度高等特点，需要具备污水处理知识和长期运行经验 的专业人员或机构来实施。我国城市污水处理业与西方国家相比起步较晚，尚无十 分成熟的运行调试经验，这也是许多污水处理厂投产后运行效果不理想的主要原因 之一。 氧化沟工艺因其具有上节所述各项优点，在城市污水处理中得到广泛应用。本 文所研究的改良氧化沟工艺是众多氧化沟工艺中的一种新型式。 因此，对采用改良氧化沟工艺的城市污水厂进行运行控制方面的研究，是一项 很有意义的工作：一方面，可将水处理方面的理论应用于实际，进行污泥的培养和 启动研究，探索适合本厂实际进水水量水质和工艺特点的运行参数，解决运行中出 现的异常情况；另一方面，可从实际上升到理论，针对实际运行中发现的问题，结 合实际的运行效果，对氧化沟工艺的设计提出建议，指导新厂建设和老厂改扩建工 程，使设计更加科学合理，充分发挥污水处理厂应有的环境和社会效益。 郑州大学工学硕士学位论文 j 里堕望些塑三苎竺兰塑堕! i ! 塑圭主些宣塑塑兰笪婴窒! ! 苎! 兰塑整1 1 2 3 主要内容 本研究的主要内容包括以下几方面： 1 改良氧化沟工艺生产性启动调试研究 2 活性污泥异常问题的分析与解决 3 改良氧化沟工艺除磷效果影响因素分析 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究】 第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究 污水处理厂建成以后，要进行启动调试。启动调试的主要内容有：第一，单机 试车和清水联动试车，解决影响连续运行的各种问题，为下一步工作打好基础；第 二，活性污泥培养，主要是积累污水处理所需微生物的量；第三，活性污泥驯化， 其目的是选择适应实际水质情况的微生物，淘汰无用的微生物；第四，确定符合实 际进水水质水量的工艺控制参数，在确保出水水质达标的前提下，尽可能降低能耗； 第五，编制工艺控制规程，以指导今后的运行口5 l 【2 6 1 。 其中，单机试车和清水联动试车属于设备安装方面的调试内容，编制工艺控制 规程则属于污水厂管理方面的内容，而最佳工艺参数的确定是一个不断实践并不断 总结经验的长期的过程，这个过程目前仍在进行中，因此，这三部分我们在此不详 细讨论。在本章中，我们主要研究工艺启动调试方面的两项内容，即活性污泥的培 养和驯化。 2 1 改良氧化沟工艺启动调试的理论研究 2 1 1 活性污泥的培养 经过单机试车和清水联动试车，将发现的问题及时解决后，就可以进行活性污 泥的培养了，使处理厂尽早发挥污水处理能力。活性污泥培养的实质就是在一段时 间内，通过一定的手段，使处理系统中产生并积累一定量的微生物。 2 1 1 1 培养方法及种类 活性污泥的培养方法有很多种，但不同方法所要求的培养时间、操作量和培养 费用不同，实践中，应根据处理厂的具体情况，选择一种培养或几种方法并用。以 下是三种常用的活性污泥培养方法f 2 7 】【2 8 】： 1 间歇培养 间歇培养是按进水、曝气、沉淀、撇除上清液等四个阶段往复循环的培养方式， f 改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究】 是在进水量小不能满足连续运行时的一种培养方式。其特点是微生物积累周期长， 驯化时间长，操作工作量大。 其具体操作方法是将曝气池注满水，然后停止进水，开始曝气。只曝气而不进 水称为“闷曝”。定时测量生物池，闷曝2 3 d 后，当c o d 、s s 明显小于进水时停 止曝气，静沉1 h ，然后出水并进入部分新鲜污水，每次进的新鲜污水约占池容的 1 5 即可。然后循环进行进水、曝气、沉淀、撇除上清液等四个过程，但每次进水 量应比上次有所增加，每次闷曝时间应比上次缩短，即进水次数增加。当污水的温 度为1 5 2 0 时，采用该种方法，经过1 5 d 左右即可使曝气池中的m l s s 超过 1 0 0 0 m l 。此时可停止闷曝，连续进水连续曝气，并开始污泥回流。最初的回流比 不要太大，可取2 5 ，随着m l s s 的升高，逐渐将回流比增至设计值。 2 连续培养 连续培养是指在连续进水、连续出水的情况下进行的活性污泥培养方式。选择 该种培养方式的条件是要有足够的进水，即日迸水量至少可以满足一台进水泵2 4 小时的水量，连续培养的优点是培养时间短，微生物所需驯化时间短。按照培养过 程中的进水量大小，可分为两类： ( 1 ) 低负荷连续培养 将曝气池注满污水，停止进水，闷曝1 d 。然后连续进水连续曝气，进水量控制 在设计水量的1 ，2 或者更低。待污泥絮体出现时，开始回流，取回流比为2 5 ，至 m l s s 超过1 0 0 0 m g l 时，开始按设计流量进水，m l s s 至设计值时，开始以设计 回流比回流，并开始排放剩余污泥。 ( 2 ) 满负荷连续培养 将曝气池注满污水，停止进水，闷曝1 d 。然后按设计流量连续进水，连续曝气， 待污泥絮体形成后，开始回流，m l s s 至设计值时，开始排放剩余污泥。 3 接种培养 接种培养是指将曝气池注满污水，然后大量投入其他处理厂的正常污泥，开始 满负荷连续培养。采用此法培菌时需注意，外来污泥应为未经过消化池消化的生污 泥。该种方法能大大缩短污泥培养时间，但受实际情况，例如其他处理厂离该厂的 距离、运输工具等的制约。该法一般仅适用于小处理厂，大型处理厂需要的接种量 非常大，运输费用高，经济上不合算。在同一处理厂内，当一个系列或一个池子的 郑州大学t 学硕士学位论文 【改良氧化沟t 艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究】 污泥培养正常后，可以大量为其它系列接种，从而缩短全厂总的污泥培养时间。 2 1 1 2 培养中应注意的问题 活性污泥培养中应注意以下问题1 2 7 】： ( 1 ) 为提高培养速度，缩短培养时间，可在进水中增加营养。小型处理厂可投 入足量的粪便，大型处理厂可让污水跨越初沉池，直接进入曝气池； ( 2 ) 污泥培养初期，由于污泥尚未大量形成，产生的污泥也处于离散状态，因 而曝气量一定不能太大，一般控制在设计正常曝气池的1 2 即可。否则，污泥絮体 不易形成； ( 3 ) 培菌初期，曝气池会出现大量的白色泡沫，严重时会堆积两三米高，污染 走道和现场仪器仪表，这一问题是培菌初期的必然现象，只要控制好溶解氧和采取 适当的消泡措施就可以解决； ( 4 ) 温度对培养速度影响很大。温度越高，培养越快。因此，污水处理厂一般 应避免在冬季培养污泥，但实际中也应视具体情况。如污水处理厂恰在冬季完工， 具备培养条件，也可以开始培养，以便尽早发挥环境效益。北京高碑店污水处理厂 在冬季利用1 月左右的时间，也成功地培养出了活性污泥； ( 5 ) 培养过程中，应随时观察生物相，并测定s v 、m l s s 等指标，以便根据情 况对培养过程作随时调整。 2 1 2 活性污泥的驯化 驯化的目的是选择适应实际水质情况的微生物，淘汰不适应的微生物，从而使 驯化过的活性污泥具有处理该种污( 废) 水的能力 2 8 1 。对于类似于本工艺这种有脱 氮或除磷功能的处理工艺，驯化的主要目的就是使硝化菌、反硝化菌、聚磷菌成为 优势菌群。 具体做法是首先保持工艺的正常运转，然后，严格控制工艺控制参数，d 0 在 厌氧池控制在o 1 m 1 以下，在缺氧池控制在0 5 m l 以下，在好氧池控制在2 3 m g l ， 好氧池曝气时间不小于5 小时，外回流比5 0 ，1 0 0 ，内回流比2 0 0 。3 0 0 ，并 且，每天排除日产泥量3 0 9 缸5 0 的剩余污泥。在此过程中，每天测试进出水水质 郑州大学_ 学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究】 指标，直到出水各指标达到设计要求25 。，使硝化菌、反硝化菌或聚磷菌成为特定使 筑物内的优势种群。 2 2 改良氧化沟工艺启动调试生产性试验研究 2 2 1 工艺概况 2 2 1 1 工艺流程 五龙口污水处理厂一期工程由中国市政华北设计院设计，污水处理工艺采用改 良氧化沟工艺，工艺流程见图2 1 。其中由前置反硝化池一厌氧池一氧化沟所组成 的部分被称为改良氧化沟，五龙口共有三套改良氧化沟和三个二沉池组成三个系 列，并列同时运行。 进水 粗 进 细旋 水 流 格 4 格 沉 泵 房 砂 瓣栅 池 剩余污泥 一污泥千化 耍巫亟亟 - j 图2 1 改良氧化沟工艺流程 改良氧化沟工艺不设初沉池，在氧化沟前依次加设回流污泥反硝化池和厌氧 池。采用分流进水的方式，城市污水管网收集来的污水由两条管道分两路送入系统， 一条管道将1 0 的进水量送入前置反硝化池，与二沉池回流污泥混合进行反硝化； 另一条管道将9 0 的进水量送入厌氧池，回流污泥中的聚磷菌在这里进行放磷。改 良氧化沟采用鼓风曝气，池内设潜水搅拌器，完成对混合液的推流功能。二沉池采 郑州大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】 【第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究】 用中心进水，周边出水的辐流式沉淀池。 2 2 1 2 主要设计参数 按郑州市地面水环境功能划分，贾鲁河为地面水v 类水体，根据国家污水综 合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ，要求排入地面i v 、v 类水体的城市污水处理厂出水 水质执行二级标准。 表2 1污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 二级标准 l 项目 b o d ( m g 1 )c o d ( m 鲫)s s ( m 鲫)旧，n ( m 鲫) j 磷酸盐( 以p 计) ( m 1 ) i i 指标 3 01 2 03 02 51 l 郑州市环境保护局根据淮河流域水污染总量控制目标要求，对五龙口污水处理 厂出水水质提出了一个较高的要求，要求s s 、磷酸盐、n h 3 - n 执行污水综合排 放标准( g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 中的二级标准，而c 0 d 。8 0 m 1 ，b o d 5 2 0 m l 。五龙 口主要设计参数如下： 设计规模：1 0 万m 3 d 总变化系数：kn = 1 _ 3 设计流量：q 。= 1 5 0 i n 3 s 表2 2 五龙口污水处理厂二级处理设计进出水水质 项目 b o d ( m 1 ) c o d ( m 1 )s s ( m 1 )n h 3 - n ( m 1 )磷酸盐( 以p 计) ( m 刚) 进水2 2 05 0 02 5 05 54 出水 2 08 03 02 5l 去除率 9 0 9 0 8 4 8 8 5 5 7 5 设计二级处理出水1 0 万m 3 d 中的5 万l n 3 d 要进入三级处理系统，经深度处理 后，送入郑州市金水河作为景观用水的补给水。回用水设计出水水质要求t k n 不 高于1 0 m 1 ，考虑到其中有2 3m l 有机氮，因此回用水出水氨氮应不高于7m l 。 回用水处理采用的混凝一沉淀一过滤一消毒方案工艺中，对氨氮基本没有去除作 用。 为了确保回用水处理进水水量和水质，在二级处理三个系统中增加出水氨氮在 线监测控制仪表，运行过程中可以通过出水氨氮控制曝气强度，出水进入回用水处 郑州大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究】【第2 章改良氧化沟工艺启动调试研究】 理系统的两个二级处理系统出水氨氮维持在7 m 1 以下，其余一个则维持在2 5 m 鲫 以下。 由于通水培菌时，出水氨氮在线监测控制系统仍在建，因此，试运行阶段二级 处理实际的出水氨氮统一控制在7m 鲫以下。 2 2 2i 系列污泥培养与驯化 2 2 2 1 培菌方案的确定 为使污水处理厂尽早投入生产，发挥其环境效益，五龙口污水处理厂边生产边 施工，完工一个系列通水一个系列，由此带来的好处就是，在一个系列运行中所发 现的不足之处，可在，另外两个系列的施工过程中随时得到修正，从而降低了运行 中的故障检修率。因此，决定对首先完工的i 系列进行培菌。 如上节所述，培菌共有三种方法，即间歇培养、连续培养和接种培养。间歇培 养是在进水量小不能满足连续运行时的一种培养方式，其特点是微生物积累周期 长，驯化时间长，操作工作量大。连续培养是在有足够的进水，即日进水量至少可 以满足一台进水泵2 4 小时的水量时的一种培养方式，其优点是培养时间短，微生 物所需驯化时间短。接种培养能大大缩短污泥培养时间，但受实际情况，例如其他 处理厂离该厂的距离、运输工具、运输投加的成本等的制约，可在条件允许的情况 下采用，或在同一处理厂内，当一个系列或一个池子的污泥培养正常后，大量为其 它系列接种，从而缩短全厂总的污泥培养时间。在实际培菌中，要根据实际情况选 用不同的培菌方法，或将几种方法结合使用，以达到最佳的培菌效果。 改良氧化沟工艺属于延时曝气系统，采用低负荷运行。生物池池容约为 2 8 0 0 0 m 3 ，污泥浓度为3 5 0 0m 朗，若采用接种培养法，则需要数量巨大的接种污泥， 将耗费大量的人力、物力和财力。因此，对i 系列决定采用自行培养的方式，将间 歇培养和连续培养相结合进行污泥培养。 2 2 2 2 培菌与驯化过程 根据改良氧化沟工艺特点，培菌过程分为间歇进水闷曝和连续进水培菌两个阶 郑州大学工学硕士学位论文 【改良氧化沟工艺处理城市污水的生产性启动和运行研究1【第2 章改良氧化沟工岂启动调试石j f 究1 段。 间歇进水闷曝阶段从2 0 0 5 年1 月1 日开始，持续约4 0 天，至2 月7 日结束， 经历了三个阶段，分别是： ( 1 ) 1 月1 日1 月1 2 日左右，进水泵每天开启2 h ，然后停止进水，闷曝： (