（环境工程专业论文）几江污水处理厂工艺优化与应用研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着社会和经济的高速发展，城市水环境问题日益突出。水环境污染问题成 为制约经济发展、影响社会稳定、危及人体健康的重要因素。近年来国家和地方 政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建设。 各种形式的处理工艺层出不穷，但氧化沟污水处理工艺仍然占主导地位，这是由 于其具有出水水质好、耐冲击负荷、运行稳定、管理简单、污泥量少等优点，因 此，氧化沟污水处理技术在得到迅速发展。 本论文针对几江污水处理厂工艺要求和生产运行需要，开展优化工艺和运行 结构、氧化沟推流器优化改造研究；考察了生产运行中的奥贝尔氧化沟的流体力 学特征、曝气设备、溶解氧分布、污水进出水水质、流速、泥层淤积厚度，同时 对系统的运行能力进行分析和评价。主要研究成果有： 为促使氧化沟形成稳定的生化处理系统，结合生产实际，对污水处理工艺 进行优化，在氧化沟各沟直段实施推流器方案，采用曝气机和推流器联合应用于 奥贝尔氧化沟系统，提高了系统污泥活性和污水处理效率。 采用在靠近弯道处设计推流搅拌器，保证了污水污泥的均匀混合，大大提 高了氧化沟的流速，出水水质有较大改善。对氧化沟各沟直段实施推流器后，出 水水质得到了明显提高。其中：c o d 均值降低了1 4 7 5 m g 1 ；b o d 均值降低了 3 m g l ：s s 均值降低了3 4 5 m g 1 ：t n 均值降低了0 6 7 m g 1 ；n h 3 - n 均值降低了 3 2 3 m g 1 ；t p 均值降低了0 0 l i n g 1 。 通过对处理系统的优化设计和改造，在停止原有推流器状态下，系统污泥 的沉积厚度主要分布在氧化沟直段末梢或弯道部位( 最高0 5 m ) ，从而避免污泥 在系统的沉积，确保污水与污泥充分混合。 采取减少氧化沟外沟曝气机的运行数量及时间，从而降低氧化沟外沟混合 液的d o 含量，促使污泥的硝化与反硝化得到及时、有效的控制，从而降低出水 t n 指标水质。 为了保持氧化沟混合液一定的流速，通过对氧化沟内混合流速的测定和分 析，对氧化沟内的曝气设备的推流性能进行了测试，并对系统进行优化和工艺改 进，使系统流速明显增大，平均流速比改造前增加了o 1 5 m s 。 优化后系统曝气机可根据进水水质浓度调整其运行数量和时间，在原有运 行基础上至少可减少1 台3 0 k w 曝气机，实现了耗节能降耗，大大降低系统运行 成本。 关键词：奥贝尔氧化沟，废水处理，推流器 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t m u n i c i p a lw a s t e w a t e rf r o mt h ec i t yi n c r e a s er a p i d l y 、析t l ld e v e l o p m e n to ft h ec i t y , a n dw a t e rp o l l u t i o nb e c o m eas e r i o u sp r o b l e m i th a sb e c o m et h ek e yf a c t o ra n d p r i m a r yp r o b l e mr e s t r i c t i n gs o c i a ld e v e l o p m e n ta n dq u a l i t yo ft h ep e o p l e w a t e ri st h e n a t u r a lr e s o u r c ea n di sa l s ot h es t r a t e g i ce c o n o m yr e s o u r c e i nr e c e n ty e a r s ，n a t i o n a l a n dl o c a la c c o r d g r e a ti m p o r t a n c et ow a s t e w a t e rt r e a t m e n tw h i c hp r o m o t e st h e d e v e l o p m e n to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t o x i d a t i o nd i t c hw a s t e w a t e rt r e a t m e n th a sb e e n d e v e l o p m e n tb e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e s ，s u c ha sah i g h e rq u a l i t ye f f l u e n t ，r e s i s t a n c et o s h o c k l o a d i n g ，s t a b l er u n n i n ga n ds i m p l e rm a n a g e m e n t n e s t u d y o nt h eo p t i m i z i n gd e s i g no ft h eo r b a lo x i d a t i o nd i t c h e su s e db y j i a n 西i n m u n i c i p a lw a s t e w a t e rp l a n ti st a k e n w eo b s e r v e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fh y d r a u l i c s ， a e r a t o r , a n dt h ed i s t r i b u t i o no fd i s s o l v e do x y g e n o ) ，t h er e c y c l i n go fo u t f l o wa n d s l u d g e ，f l o wv e l o c i t y , s l u d g et h i c k n e s sd u r i n gr u n n i n gp r o c e s s t h ea s s e s s m e n to ft h e s y s t e mc a p a c i t yw i l lb eg i v e nl a t t e r i no r d e rt oa d v a n c es t e a d yb i o c h e m i c a lt r e a t m e n ts y s t e m ，s e w a g et r e a t m e n t p r o c e s sw a so p t i m i z e d s u b m e r s e df l o wd r i v e rw a si n s t a l l e di ns t r a i g h ts e c t i o no f o x i d a t i o nd i t c h e s 1 1 1 ea e r a t o ra n dt h es u b m e r s e df l o wd r i v e ra l ei n s t a l l e di nt h i so r b a l o x i d a t i o nd i t c h e s ，a n dm a d ei t sf u n c t i o nc o m eo u te n t i r e l y , w h i c hi m p r o v e dt h e e f f i c i e n c yo fs e w a g et r e a t m e n t ( 爹t h es u b m e r s e df l o wd r i v e ri ns t r a i g h ts e c t i o no fo x i d a t i o nd i t c h e sc a n e f f i c i e n t l yb a l a n c ef l o ws t r e a m si nt h eo x i d a t i o n , r e d u c et h es l u d g eb l a n k e ta tt h e b o t t o mo ft h eo x i d a t i o na n di m p r o v et h ew a t e rq u a l i t y m a n yd a t as h o wt h a tw a t e r q u a l i t yw e r eb e t t e r t h ec o d ，b o d ，s s ，t n ，n h 3 - na n dt pw e r ed e c r e a s e db y 1 4 7 5 m g 1 ，3 m g l ，3 4 5 m g 1 ，0 6 7 m g 1 ，3 2 3 m g 1a n d0 0 1 m g 1 ，r e s p e c t i v e l y b yo p t i m i z i n gd e s i g na n dr e f o r mt h et r e a t m e n ts y s t e m ，s l u d g ed e p o s i t i o n m a i n l yd i s t r i b u t e ds t r a i g h ts e c t i o na n dc u r v ep a s s a g eo fo x i d a t i o nd i t c h e s i ta v o i d e d s l u d g ed e p o s i t i o ni ns y s t e ma n dp r o m i s et h o r o u g hm i x i n gb e t w e e nw a s t e w a t e ra n d s l u d g e b yr e d u c i n gn u m b e ro fa e r a t o ra n dn m n i n gt i m eo fa e r a t o ri no u t e rd i t c h , d o c o n t e n ti no u t e rd i t c hw a sl o w e r n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o no fs l u d g ew a st i m e l y a n de f f e c t i v ec o n t r o l l e d s y s t e mo p t i m i z a t i o na n dp r o c e s si m p r o v e m e n t sm a d ef l o wv e l o c i t ys i g n i f i c a n t l y 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 i n c r e a s e t h ef l o wv e l o c i t yi n c r e a s e db yo 15m s t h er e c o n s t r u c t e do x i d a t i o nd i t c hh a sn os l u d g ed e p o s i t ，i m p r o v e st h ee f f i c i e n c y o fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l ，s a v e sar e m a r k a b l ee n e r g ys o u r c e ，r e d u c e st h e p r o d u c t i o nc o s t ，a n d n l r k e st h es y s t e mi nb e t t e ro p e r a t i n gs t a t u s k e yw o r d s ：o r b a lo x i d a t i o nd i t c h e s ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t , s u b m e r s e df l o w d r i v e r i u 学位论文独创性声明 本人 声明 所呈窭 的歪延 士学位论文 瞄至蜮巡硷盐蒸圆均殛 是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：关f 司3 签字日期：砂唧厂塌 导师签名：签字日期： 呻飞叶 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、 下简称“章程”) ，愿意将本 提交中国学术期刊( 光盘版) 据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文 数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论 文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大 学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内 容。 作者签名：量! 韭兰 导师签名 ? 习年汁2 日 备注：审核通过的涉密论文不得签署。授权书刀，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书兰隧装订在提交的学位论文最后一页。 习鹚穷 重庆大学硕士学位论文 1 概述 1 概述 随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，特别是城市水环境的 恶化。2 0 0 3 年全国七大水系的监测表明，劣v 类水质占3 0 ，属严重污染。饮 用受到污染的水易造成肿瘤、癌症等疾病发生率的增加。水环境污染问题成为制 约经济发展、影响社会稳定、危及人体健康的重要因素。因此，近年来国家和地 方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建 设。预计到2 0 1 0 年，我国要新建城市污水处理厂1 0 0 0 余座，污水厂的投资将达 1 8 0 0 亿元【1 胡。 从2 0 世纪6 0 年代开始，氧化沟污水处理技术在欧美等地区得到迅速发展， 有些国家拥有氧化沟的数量占全国污水厂的比例为4 0 ，我国氧化沟的数量也在 日益增大，全国各地都有氧化沟工艺的污水处理厂，不但数量越来越多而且规模 也越来越大；运行方式也在不断地发展，其迅速发展的原因是十分明显的，因为 氧化沟具有出水水质好、耐冲击负荷、运行稳定、管理简单、污泥量少等优点， 在我国氧化沟工艺已成为越来越受欢迎的二级处理工艺，发展前景十分广阔。 而其中的奥贝尔氧化沟随着其生化反应机理研究的深入，实际操作、运行、 控制经验的丰富，也越来越拥有更出色的处理效果和更广泛的应用前景。 1 1 氧化沟技术 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”。 早在1 9 2 0 年，在英国s h e f f i 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，氧化沟技术己经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、各具特色的氧化沟睁n 。 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，欧洲己 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。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、不同行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。 重庆大学硕士学位论文1 概述 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【6 j 。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。 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【7 川】。 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 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：一方面是按时问顺序安 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。 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： ( 1 ) 氧化沟工艺的主要技术参数： 污泥负荷：n m ，= 0 0 5 - - 0 15 k g b o d s ( m l s s d ) ； 容积负荷：n t = 0 2 0 4k g b o d s ( m 3 d ) ； 混合液污泥浓度：m l s sx = 2 0 0 0 , - 6 0 0 0 m g l ： 水力停留时间：t = l o - - 3 0 h ； 污泥龄：s i 淝1 0 3 0 d ： 沟内流速：、，= 0 3 0 5 r r d 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 2 重庆大学硕士学位论文 1 概述 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 天，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，呈现出好氧区缺氧区一好氧区缺氧区 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 0 0 , - - 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消化过程需投加 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。 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 它污水生物处理技术。 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。 氧化沟在保证稳定搞笑的处理效果前提下，运行管理的工作量和复杂程度降至最 低。 1 2 奥贝尔氧化沟简介 奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，此法起初是由南非的休斯 曼构想，南非国家水研究所研究和发展的。该技术转让给美国的e n v i r e x 公司后 得到不断改进及推广应用。 1 2 1 奥贝尔氧化沟的几何形状 奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟是一种多级氧化沟，典型的奥贝尔氧化沟是多沟式同心 椭圆型，其装置的平面摄影类似田径场跑道。如面1 1 所示【1 1 】。 3 重庆大学硕士学位论文l 概述 图1 1 典型奥贝尔氧化沟 f i 9 1 1r e p r e s e n t a t i v eo r b a lo x i d a t i o nd i t c h 废水从沟道1 ( 外沟道) 进入，然后依次流入沟道2 、3 ( 内沟道) 。每一条沟 都是一个闭路连续循环的完全混合反应器，每沟中的水流在排出之前，污水及污 泥( 混合液) 在沟内绕了数百圈的循环后再流入下一沟，最后污水由第三沟流入 二沉池，进行固液分离。回流污泥由二沉池打回沟道l 。终沉池有的设在中心岛 上，有的另设。沟道1 约占整个系统体积的5 0 0 0 , - , 5 5 ，沟道2 、3 各占约3 0 3 5 、 1 5 2 0 。 1 2 2 工艺模型 奥贝尔氧化沟具有很灵活的工艺模型，该型氧化沟可以使用不同的工艺模型。 如图1 2 是常规活性污泥工艺模型，用于结合式的硝化反硝化工艺；将进水引进 沟道1 、2 、3 ，各沟的进水量根据工艺需要来调整，回流污泥进入沟1 ，又形成了 阶段曝气工艺。o r b a l 氧化沟在操作管理上改变工艺模型非常方便。o r b a l 工艺也 可采用分段进料的氧化方式，将原污水全部或部分引入沟道l 或2 ，空余的沟道 可作为储泥备用，回流污泥也可灵活进入不同沟道。这种运行方式通常是在高峰 流量时采用，以减轻二沉池负荷，避免污泥流失。 4 重庆大学硕士学位论文 l 概述 1 弋 几亿 厂 f 卜-井一 小 l 冈一3( 。 冈一 2 l 灿 1 ( 回流污泥 进水 图1 2 常规活性污泥工艺模型的奥贝尔氧化沟 f i g1 2o r b a lo x i d a t i o nd i t c h w i t hg e n e r a la c t i v e s l u d g e - - s y s t e m 1 2 3 氧化沟的曝气设备 奥贝尔氧化沟与其它氧化沟一样，也是水平轴转动的曝气器，但它不是转刷， 而是转碟，转碟的直径最大可达1 3 7m ，厚1 2 5m i l l ，它是用高强度工程塑料制 成，为了便于安装和检修，每个转碟由两个半圆组成，然后把两个半圆转碟固定 于轴上，转碟上有许多直径为1 2 51 3 1 1 1 1 的曝气孔和凸出的三角形，以增加空气和 水的接触面积，提高氧的转移效率。转碟淹没深度一般为2 3 0 5 3 0i i l l i l ，调节淹 没深度可控制溶解氧d o 的浓度。在标准条件下，转碟的动力效率为 1 8 k 9 0 2 ( k w h ) 。转碟曝气机的转轴直径为1 5 0 r a m 的实心或空心碳钢，最大长度 6 m ，每根轴上可安装1 2 6 个曝气转碟，转碟间距大于2 3 0 m m ，转速为4 3 、4 9 、 5 5r r a i n 三楷1 1 2 1 7 j ，。 1 2 4 溶解氧的分布 奥贝尔氧化沟工艺设计及运行策略是使外沟道供氧量低于需氧量。外沟道供 氧量通常为计算需氧量的5 0 - 7 0 ，其目的是使硝化、反硝化反应同时在外沟道 发生。外沟为贫氧区，中沟为过渡区，内沟为富氧区。理想状况时沟内溶解氧分 布为0 、1 、2m g l ，又称0 、1 、2 法。由于向外沟道充氧，故硝化反应可在其中 进行，然而外沟道受限制的充氧使其处于亏氧状态，故由硝化反应产生的含结合 氧的硝酸盐氮进行反硝化，同时利用对氧的控制来实现对硝化及反硝化反应的控 制。另外也可通过内循环方式将混合液从沟道3 打回沟道1 ，从而将在沟道2 及 沟道3 形成的硝酸盐氮转到沟道1 进行反硝化。应用这些操作，脱氮效率可达9 0 以上。对于脱磷功能则进沟前先行厌氧处理。 5 重庆大学硕士学位论文 1 概述 1 2 5 硝化脱氮 由于第一沟内溶解氧浓度始终接近于零，所以奥贝尔氧化沟的脱氮和硝化始 终保持最佳状态。所谓第一沟溶解氧为“0 m g l ，它是指第一沟中远离转碟的沟 段之混合液的溶解氧始终处于接近“0 ”m g l 的状态，在这种缺氧条件下极利于脱 氮细菌生长繁殖，这些细菌以有机碳作为碳源和能源，正好奥贝尔氧化沟的第一 沟b o d ( 碳源) 很丰富，不需另投加有机碳源来满足生物脱氮过程的需要。在这 种良好的环境中，脱氮细菌把硝酸盐转化成气态氮而进入大气。在靠近转碟的沟 段，正是处于富氧区的沟段，在这一富氧区的沟段中，氨氮被硝化细菌氧化为硝 酸盐氮( n 0 3 - n ) ，由于混合液在第一沟中闭路循环数十次乃至数百次 1 抛o 】。所以 奥贝尔氧化沟的第一沟中同样进行了数十次乃至数百次的硝化反硝化脱氮反应。 第二沟是第一沟的继续，它起着缓冲第一沟处理效果，也就是说它继续氧化第一 沟尚未氧化完全的有机物和硝化脱氮作用，经第一、二沟的生物氧化后，绝大部 分的有机物和氨氮得到去除。第三沟一般来说是为了排放起补充氧的作用。 1 2 6 奥贝尔氧化沟的主要优点如下： 总投资少。不用设置初沉池，处理城镇污水只需格栅和沉沙池，可不设或 设较小的调节池，因此总投资少。 节能性能好。氧化沟运行时每一条沟中溶解氧分别为：第一沟道d o = 0 , - , 0 5 m g l ，第二沟道d o = 0 5 1 5m g l ，第三沟道d o = i 5 3 0 m g l 。氧的传递作用是 在亏氧条件下进行的，具有较高的传质效率。由于第一沟道溶解氧的平均值很低， 且体积约为总体积的6 0 ，因此，大部分氧化和硝化反应在第一沟道发生，具有 较高的反硝化率，所以奥贝尔氧化沟比任何一种用充氧设备的活性污泥法都省电， 通常可以省电1 5 以上。 流程简单、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定、易于维护管理。 能避免二沉池污泥流失。对于城市生活污水的活性污泥系统来说，在曝雨 季节的二沉池污泥流失是一大难题，活性污泥系统一般设超越管，让部分或全部 污水绕过曝气系统或暂时停止曝气让污泥沉下来，或设有调节池，这就造成了不 是b o d 5 的流失，就是占地面积大和投资增加。如果采用奥贝尔系统，将污水引 入第三沟，回流污泥进第一沟，在3 - - 4 h 内，进出二沉池的污泥达到平衡。 污泥处理费用低。奥贝尔氧化沟一般为延时曝气，泥龄较长，污泥量少污 泥处理费用也较低。 与其它类型的氧化沟相比，奥贝尔( ( o r b a l ) 氧化沟还具有自己独特的优点： 奥贝尔氧化沟采用曝气转盘，水深可达3 5m - 4 5m ，同时可借助在各沟中配置不 同数目的曝气盘，变化输入每槽的供氧量：奥贝尔圆形或椭圆形的平面形状，比 长直型的氧化沟更能利用水流惯性，节省能耗；奥贝尔氧化沟多渠串联的形式可减 6 重庆大学硕士学位论文1 概述 少水流短流现象。 随着高性能曝气转刷和转碟的开发应用，奥贝尔氧化沟的应用更加广泛，例 如北京燕山石化总公司引进美国技术，建成了日处理能力6 万吨的奥贝尔氧化沟 污水处理厂，用于处理石化废水及生活污水，几年的运行实践表明，该工艺处理 效果很好。 1 2 7 奥贝尔氧化沟在国内外的应用 奥贝尔氧化沟在国内的应用 近几年，奥贝尔氧化沟技术在国内得到广泛采用，例如北京燕山石化总公司 引进美国技术，建成了日处理能力6 万立方米的奥贝尔氧化沟污水处理厂( 牛口峪 污水处理厂) ，用于处理石化废水及生活区生活污水，几年的运行实践表明该工艺 处理效果很好。己建成的抚顺石油二厂污水处理站、广州石化公司污水处理站、 成都市天彭镇污水处理厂都采用了该种工艺。近年来城市污水厂如潍坊市污水处 理厂、北京大兴县污水处理厂、山东文登污水处理厂、青岛所属莱西市污水处理 厂等也采用了奥贝尔氧化沟工艺。厦门市集美污水厂4 5 万立方米奥贝尔氧化沟 也建成运行良好【2 1 2 5 1 。 下表1 2 是莱西污水处理厂( 设计能力1 0 x 1 0 4 坩) 各项处理指标：另外，北京 燕山石化公司牛口峪污水处理厂处理效果见下表1 3 表1 2 莱西污水处理厂奥贝尔氧化沟处理效果 t a b1 2e f f e c to f o r b a lo di nl a i x iw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 奥贝尔氧化沟在国外的应用 目前在美国已有3 0 0 多座奥贝尔氧化沟污水处理厂，处理规模已达9 0 万立 方米天。在欧洲也有应用实例，英国的普林斯顿市有一座处理规模1 7 万立方米 天的奥贝尔氧化沟污水处理厂 2 6 - 2 9 1 。 表1 5 的几个污水厂大部分在美国东部，主要接受生活及商业废水，也有少 数接受部分工业废水。设计处理能力为6 6 0 0 - 4 5 4 0 0 m 3 d ( 多由1 个或2 个奥贝尔 工艺池组成) ，水力停留时间为1 1 - 2 2 6 h 不等。污泥处理是由好氧贮泥、消化， 然后由带式压滤机脱水。这些处理设施全部采用3 个沟道的奥贝尔工艺。 7 重庆大学硕士学位论文 1 概述 表1 3 北京燕山石化公司牛口峪污水处理厂处理效果 t a b l e1 3e f f e c to f o r b a ko di nn i u k o u y uw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 项目总进水 氧化沟( m g l ) 总出水氧化沟去总去除 ( m g l ) 进水外沟 中沟 内沟( m g l ) 除率( )率( ) 表1 4 美国采用奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟的几个污水厂概况 t a b l e1 4o r b a lo d 冈r 丌i nt h eu s a 8 重庆大学硕士学位论文 1 概述 表1 5 对6 个选定的污水厂的工艺负荷及运行特点进行了总结。这些厂的实 际水力负荷只为设计能力的3 6 0 o 8 9 ，而实际有机负荷在其设计值的4 7 - - - 1 1 5 内变化。除s w e c t w a t c rc r e e k 污水厂外，这些厂大多以延时曝气的模式运行，其 泥龄在2 0 d 以上，污泥浓度在2 2 0 0 - 4 0 0 0 m g l 左右。 表1 6 对污水厂运行数据进行了总结。正如延时曝气活性污泥法所预期的效 果，其出水b o d 5 效果极好，出水悬浮物一般也低于5 m g l 。有些厂同时又提供 了砂滤，但这些厂的二沉池出水及砂滤池出水并没有多大区别。硝化反应基本进 行彻底，出水氨氮通常小于lm g l ，尽管硝化程度很高，但出水硝酸盐氮也均小 于5 m g l 。在e l m w o o d 及h a m m o n t o n 污水厂其总氮的去除可达8 5o o - - 9 0 。l a k e g e n e v a 出水总氮小于4m g l 。这些数据足以表明奥贝尔工艺设施的显著脱氮能 力。通过4 个污水厂出水总磷数据可看出，出水磷在lm g l 以下，磷的去除率 至少在7 5 左右。 9 重庆大学硕士学位论文l 概述 表1 6 污水厂运行数据总结( 无化学加药) t a b l ef u n c t i o nd a t ao fw a s t e - w a t e rt r e a t m e n t ( w i t h o u tc h e m i s t r y ) 1 3 本研究的背景、主要目的与内容 1 3 1 背景 本研究来源于重庆市江津排水有限公司几江污水处理厂，该污水处理厂自 从2 0 0 3 年5 月投入运行以来，因氧化沟内混合液流速低、污泥沉积问题，严重影 响系统的正常运行和高额维护维修费用的发生。 1 3 2 目的与意义 目前全球富营养化问题的日益突出，引起了人民的高度重视，尤其我国是人 均水资源占有量匮乏的国家，氮、磷污染极为严重，已直接威胁到公众的生活质 量，严重阻碍我国经济的进一步建设。因此，以控制富营养化为目的的污水脱氮 除磷技术的研究开发和工程应用已成为国内外污水处理领域最关注的热点和难 点。 对于早期建设的以去除b o d 为目的的污水处理厂由于没有考虑氮磷的去除， 氮磷就更难以达标，对于这样的污水厂必须进行改造。本课题研究目的即是依据 我国上述现状，结合目前城市污水处理技术的发展趋势，贯彻简易污水处理的思 想，通过对污水处理系统的时间、空间关系的分析，集成先进的理论和技术，并 结合江津市几江污水处理厂的实际情况，对江津市几江污水处理厂氧化沟潜水推 1 0 重庆大学硕士学位论文 1 概述 流器的改造工作进行研究，也为现有的城市污水处理厂改造工艺的设计或同类污 水厂改造提供技术依据和参考。 1 3 3 主要内容 本课题研究的内容主要针对江津市几江污水处理厂氧化沟工艺优化、潜水推 流器选型设计与优化、生产运行中的奥贝尔氧化沟的流体力学特征、溶解氧分布、 污水进出水水质、流速、泥层厚度开展研究，并对系统的运行能力进行分析和评 价。主要研究内容是： 污水处理厂氧化沟工艺优化研究； 潜水推流器选型设计与优化研究； 氧化沟的流体力学特征、系统流速分布研究； 系统污泥的沉积厚度、分布特性研究； 系统的运行能力分析与评价。 重庆大学硕士学位论文 2 污水处理系统工艺特性研究 2 污水处理系统工艺特性研究 2 1 几江污水处理厂工艺 重庆市几江污水处理厂于2 0 0 2 年3 月动工修建，2 0 0 3 年3 月完成全部主体 工程建设和设备安装及单机调试工作，并于同年5 月通过重庆市水环境治理项目 验收组验收正式投入运行。一期设计污水处理规模为3 万吨日，总变化系数为 1 4 ，由两个1 5 万吨系统组成。工艺为o r b a l 氧化沟工艺，占地面积4 0 亩，厂区 投资6 6 0 0 万元。 2 1 1 主要设计参数 氧化沟单池有效容积：v = 1 1 7 3 0 m 3 ，其中，外沟为5 5 1 7 7 m 3 ，占总容积的4 7 ； 中沟为3 6 0 9 9 m 3 ，占总容积的3 0 8 ；内沟2 6 0 2 3 n 1 3 ，占总容积的2 2 2 。 氧化沟水力停留时间：t 三1 8 7 h 氧化沟有效水深：h = 4 2 m 设计污泥负荷：f w = 0 0 5 7 k g b o d s ( k g m l s s d ) 污泥龄：t s = 1 5 d 污泥浓度：x = 4 0 0 0 m g l 设计溶解氧( d o ) 控制值分别为：外沟0 - - , 0 5 m g l ， 中沟0 5 - - 1 0 m g l ，内沟2 0 m g l 每座氧化沟最大需氧量为2 8 3 。6 k 9 0 2 h ( s o r ) ，其中：外沟为1 3 0 8 20 2 h ( s o r ) ， 中沟为1 0 1 9 40 2 n a ( s o r ) ，内沟为5 0 8 80 2 h ( s o r ) 氧化沟底部流速0 3 m s 2 1 2 主要设备及参数 根据氧化沟工艺断面小，长度大的特点，为满足工艺充氧和推流搅拌要求， 在直段上设计了转碟曝气机( 外、中沟共4 台均为为连轴式) 予以曝气充氧和推 流搅拌，同时，为避免弯道部位流向转变致使沉积，在靠近弯道处设计了潜水推 流搅拌器以保证污水污泥的均匀混合。主要设备及参数如下： 转蝶式曝气机，单池共8 台，生产厂家：重庆机电一环环保设备公司，转 盘盘片直径：1 4 0 0 m m ，转盘转速：3 8 5 6 r m i n ( 双速) ，最大浸没深度：5 1 0 m m 。 其中： 外沟和中沟 型号：a d 6 + 7 m ，连轴式转蝶式曝气机，数量：4 台( 连轴式) ，盘片数量： 3 9 片( 外沟2 2 片，中沟1 7 片) ，功率：3 0 k w ，最大充氧能力：7 9 8 k 9 0 2 m ( s o r ) 。 内沟 型号：a d 6 + 7 m ，数量：2 台，盘片数量：1 5 片，功率：1 5 k w ，最大充氧能 力：3 1 5 k 9 0 2 h ( s o r ) 。 1 2 重庆大学硕士学位论文 2 污水处理系统工艺特性研究 潜水推流器 安装设计数量：单座氧化沟共6 台，生产厂家：南京蓝深制泵集团有限公司， 叶片直径：1 8 0 0 t u r n 。其中： 外沟 型号：q j b 3 4 1 8 0 0 2 5 6 p ，数量：2 台，功率：3 k w 台，转速： 5 6 r r a i n 中沟 型号：q j b l 5 4 1 8 0 0 2 4 2 p ，数量：2 台，功率：1 5 k w 台，转速：4 2 r r n i n 。 内沟：参数同中沟 2 1 3 几江污水处理厂工艺流程图 几江污水处理厂工艺流程图和氧化沟设备分布图分别见下图2 1 和图2 2 。 1 一 洼外皆细格粗格 悯i 剜绷暑 麓洗沉砂池 一一 上- 且，- 且、 到磊7 锅 啊置i 曩置j 一 0 t i r o l 氯化沟 一 _ 一一 l 订弛不 i 一 终沉池加药闻 加氯同旺舰 一 i l 俐叫删魄水池 卫啊旧 卜 囊融 - l 黼胁问 r 矗檄悔 图2 1 现状工艺流程图 f i g2 1p r o c e s sf l o wc h a r to fs i t u a t i o n 1 3 重庆大学硕士学位论文2 污水处理系统工艺特性研究 3 号气机1 鼍一气机 号一气瓴 2 2 进出水水质分析 2 号i l l 气机 图2 2 氧化沟设备分布图 f i g2 2i c h n o g r a p h yo fo d 推流器 表2 12 0 0 8 年2 月平均进水水质情况 t a b l e2 1t h ea v e r a g ei n f l u e n tq u a l i t yf r o mf e b 2 0 0 8 - 进水( m g l ) 污染物 b o d 5 c o ds s p h t pt n n - n h 3 污平均值 染 最大值 8 6 7 0 1 8 0 0 0 1 7 9 1 61 5 5 5 2 3 7 4 6 32 1 8 0 0 7 3 8 7 6 l 2 6 l 3 6 5 3 9 4 3 7 9 1 3 2 6 0 5 6 6 3 8 物最小值4 8 0 0 9 4 1 211 9 0 07 0 1 1 。6 92 9 4 41 4 3 9 表2 22 0 0 8 年2 月平均出水水质情况 t a b l e2 12t h ea v e r a g ei n f l u e n tq u a l i t yf r o mf e b 2 0 0 8 出水( r a g l ) 污染物 b o d 5 c o ds s p h t p t n n - n h 3 2 0 0 8 年2 月份进水水质和出水水质，以及原设计出水标准分别见表2 1 、表 2 2 和表2 3 ，表中所有数据均为污水厂提供。其中出水水质标准是以g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准为依据。 重庆大学硕士学位论文2 污水处理系统工艺特性研究 2 3 氧化沟流速和底部污泥厚度分析 随着氧化沟处理技术的发展，日前己演变出不同形式的氧化沟，但在构造形 式上都是比较长的直段和弯道构成，形成了无终端的曝气系统。氧化沟是一种延 时曝气系统，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟 内循环流动。为了保证氧化沟内混合液不会在沟底沉积，通常要求直段沟内断面 的平均流速在0 3 0 5 m s 以上，沟底流速芝0 1 m s 。但在弯道处，由于横向环流 的存在而形成一种复杂的二维螺旋流，从而造成弯道局部阻力增加，边墙超高加 大，并容易造成污泥的大量沉积。 由于弯道的存在使水流受到重力和离心惯性力的双重作用，当表层流速较高 而底部流速较低的混合液流迸1 8 0 0 弯道后，由于流动方向急剧变而在氧化沟弯道 的横断面上形成了环形的流动。它是由氧化沟弯道横断面上各水流质点的横向分 速构成的环向水流，它与纵向水流一起合成弯道上的螺旋流【3 蝴】。由于氧化沟的 弯曲半径很小，弯角是1 8 0 0 横向环流强，底部螺旋流的旋度最大，故沟底的污泥 大多都被推移到凸壁上。 当沟宽较窄时，弯道内紊动剧烈，可能不会有污泥沉积；但当沟宽加宽时， 内外壁流速差距加大，造成停滞区加大，就有可能造成污泥沉积。 氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘转刷的浸没深度为2 5 0 3 0 0 m l t l ，转盘的