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射流曝气改良型氧化沟工艺处理生活污水的研究 摘要 改良型氧化沟工艺作为传统氧化沟工艺的一种变型，是对传统 氧化沟工艺的曝气、进水、运行等方式进行有益的探索和创新，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。本文中的改良型氧化沟工艺是将先进的 f a s j e t 射流曝气系统( f o r c e da i rs u p p l yj e ta e r a t i o ns y s t e m ) 应用 于氧化沟中，用于处理生活污水的研究。 本课题对新型供气式射流曝气器进行了污水充氧试验，研究了 其充氧性能以及与工作条件的关系。并对采用供气式射流曝气器的 改良型氧化沟工艺处理生活污水的启动调试过程进行监测，同时调 整运行中的工艺参数，选定最佳工艺参数，以达到较好的出水效果。 在有效容积为7 m 3 的改良型氧化沟中进行废水曝气充氧试验， 供气式射流曝气器的理论动力效率可达1 7 8 - 2 7 9 k 9 0 2 k w h ，优于其 他形式的曝气设备，有效的节省了能耗。供气量增大时，氧总转移 系数及充氧能力增大，但当动力消耗增加的幅度远超过前两者的增 大幅度时，动力效率下降。运行射流曝气器应选择适当的供气量及 气水比，从而获得较高的动力效率。此外，增加水深，即延长气泡 在水中的停留时间，可以有效提高曝气器的各项性能参数。 对改良型氧化沟工艺处理生活污水启动阶段进行了研究，选定 合适的培养方案，分析解决了运行中出现的活性污泥异常现象，研 究表明，培养初期的溶解氧不可过大，控制池内溶解氧维持在 2 - 3 m g l 。在培养驯化过程中，改良型氧化沟工艺表现出优异的处理 效果，b o d 、c o d 、s s 等出水水质指标达到了或优于设计目标，体 现了改良型氧化沟工艺的优良性能。 考察了改良型氧化沟工艺处理生活污水的主要影响因素，即水 力停留时间( h r t ) 、活性污泥浓度( m l s s ) 和气水比的研究。研 究结果表明，系统在气水比在2 2 5 范围之间、m l s s 值控制在 2 0 0 0 3 5 0 0 m g l 、水力停留时间为7 9 h 时，处理效果最佳。并在最 优工作条件下，进行生活污水连续运行试验，实验结果表明，系统 对b o d 、c o d 的去除率基本保持在8 0 以上，对s s 的去除率保持 在9 0 以上，出水水质比较稳定，出水c o d 值都低于5 0 m g l ，b o d 和s s 值基本都在2 0 m g l 以下，n h 3 n 基本都在15 m g l 以下，处 理效果较好。同时该工艺对水质冲击负荷的适应能力较强。 此外，还对整个试验运行过程中出现的泡沫、t p 去除率低等问 题分析了原因，并提出了相应的解决方法。 关键词：改良型氧化沟，供气式射流曝气器，生活污水，动力效率 s t u d yo nt h ei m p r o v e dj e t a e r a t i o no x i d a t i o nd i t c h p r o c e s so nt h et r e a t m e n t o fd o m e s t i cs e w a g e a b s t r a c t a sac h a n g eo ft h et r a d i t i o n a lo x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s ，i m p r o v e d o x i d a t i o nd i t c h i sak i n do f e x p l o r a t i o n a n di n n o v a t i o n i n a e r a t i o n ，i n f l u e n t ，r u n n i n ga n ds oo n i th a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s t h a t t h et r a d i t i o n a lo x i d a t i o nd i t c hp r o c e s sd o e sn o th a v e ，a n db e c o m e sa p r o m i s i n ga n da l t e r n a t i v ep r o c e s s i nu r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n s i n t h i s p a p e r ，t h ei m p r o v e d o x i d a t i o nd i t c h p r o c e s s i st h a ta d v a n c e d f a s j e t s y s t e m ( f o r c e da i rs u p p l yj e t a e r a t i o ns y s t e m ) a p p l i e si s u s e di nt h eo x i d a t i o nd i t c ha n du s e df o ras t u d yo ft h ed i s p o s a lo f d o m e s t i cs e w a g e t h es u b j e c tc a r r i e do u ts e w a g eo x y g e n a t i o nt e s t so nn e wg a s s t y l e j e ta e r a t o r ，a n ds t u d i e dt h ep e r f o r m a n c eo fi t so x y g e n a t i o na sw e l la s t h er e l a t i o n s h i pw i t hw o r k i n gc o n d i t i o n s a n dt h ed e b u g g i n gp r o c e s so f t h e i m p r o v e do x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s w i t hg a s - t y p ej e ta e r a t o rw a s m e a s u r e d a n dt h i sp r o c e s sw a su s e di nt h ed i s p o s a lo fd o m e s t i cs e w a g e a tt h es a m et i m e i no r d e rt oa c h i e v eb e t t e re m u e n te f f e c t ，t h e o p e r a t i o n a lp r o c e s sp a r a m e t e r sw a sa d j u s t e da n dt h eb e s to ft h e mw a s c h o s e n t h ew a s t e w a t e ra e r a t i o na n do x y g e n a t i o nt e s t sw e r ec a r r i e do u ti n t h em o d i f i e do x i d a t i o nd i t c hw h o s ee f f e c t i v ev o l u m ew a s7 m j i nt h e s e t e s t s ，t h et h e o r e t i c a lp o w e re f f i c i e n c yo f t h eg a s - s t y l ej e ta e r a t o rw a su p t o1 7 8 2 7 9 k 9 0 2 k w ha sar e s u l to fo t h e rf o r m so fa e r a t i o ne q u i p m e n t s a v e d e n e r g yc o n s u m p t i o ne f f e c t i v e l y w h e n t h ea m o u n to fg a s i n c r e a s e d ，t h et o t a lo x y g e nt r a n s f e r c o e f f i c i e n ta n dt h e c a p a c i t y o f o x y g e n a t i o ni n c r e a s e d b u tw h e n t h ee x t e n to fp o w e rc o n s u m p t i o n i n c r e a s e dw a sf a rm o r et h a nt h ei n c r e a s ei nt h ef i r s tt w o ，t h ep o w e r e f f i c i e n c yw o u l dd e c r e a s e i no r d e rt oo b t a i nah i g h e rp o w e re f f i c i e n c y ， i i i j e ta e r a t o r sr u n n i n gs h o u l dc h o o s et h ea p p r o p r i a t ea m o u n to fg a sa n d g a s w a t e rr a t i o i na d d i t i o n t h ei n c r e a s ei nw a t e rd e p t hr e s u l t e di n e x t e n d i n gb u b b l e s r e s i d e n c et i m ei nt h ew a t e r ，w h i c hc o u l de f f e c t i v e l y r a i s et h ea e r a t o r sp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s t h es t a r t u pp h a s eo ft h ed i s p o s a lo fd o m e s t i cs e w a g eu s i n g i m p r o v e d o x i d a t i o nd i t c ht e c h n o l o g yw a ss t u d i e d ，t h e a p p r o p r i a t e t r a i n i n gp r o g r a mw a ss e l e c t e d ，a n da c t i v a t e ds l u d g ea n o m a l ya p p e a r e d i nt h eo p e r a t i o nw a sa n a l y s e da n ds o l v e d t h es t u d yh a ss h o w nt h a t d i s s o l v e do x y g e no fe a r l yc u l t u r et i m ec a nn o tb et o om u c h ，t ot h e c o n t r a r y ，d i s s o l v e do x y g e ns h o u l db em a i n t a i n e da t2 n 3m g l d u r i n g t h et r a i n i n ga n dd o m e s t i c a t i n gp r o c e s s ，t h ed i s p o s a le f f e c to ft h e i m p r o v e do x i d a t i o nd i t c hp r o c e s sw a so u t s t a n d i n g ，f o re x a m p l e ，b o d ， c o d ssa n do t h e rw a t e rq u a l i t yi n d i c a t o r sr e a c h e do rw a ss u p e r i o r t h a nd e s i g no b j e c t i v e s i tr e f l e c t e dt h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ei m p r o v e d o x i d a t i o nd i t c hp r o c e s sw a sf i n e t h i st h e s i si n v e s t i g a t e dt h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h em o d i f i e d o x i d a t i o nd i t c h st r e a t i n gd o m e s t i cs e w a g e ，n a m e l y ，h y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ( h r t ) ，a c t i v a t e ds l u d g ec o n c e n t r a t i o n ( m l s s ) a n dt h er a t i oo fg a s t ow a t e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h er a t i oo fa i rt ow a t e rr a n g e d f r o m2t o2 5 ，m l s sv a l u ew a si nt h er a n g eo f2 0 0 0 - 3 5 0 0m g l ，a n d h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a s7 9 h ，t h ed i s p o s a le f f e c tw a st h eb e s t a n d u n d e rt h e o p t i m a lw o r k i n gc o n d i t i o n s ，t h eo p e r a t i o nf o rd o m e s t i c w a s t e w a t e rt e s t i n gw a sc a r r i e do u tc o n t i n u o u s l y t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h er e m o v a lr a t e so fb o d ，c o dr e m a i n e da tm o r et h a n8 0 ，s s9 0 ， w a t e rq u a l i t yw a sr e l a t i v e l ys t a b l e ，c o dv a l u e so ft h ee f f l u e n tw e r e b e l o w5 0m g l ，b o da n ds sv a l u e sb e l o w2 0m g l ，a n dn h 3 一nv a l u e s b e l o w15 m g l t h e yw e r ei nl i n ew i t ht h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s a tt h e s a m et i m e ，t h ep r o c e s sh a das t r o n g e ra b i l i t yf o rr e s i s t i n gs h o c kl o a d i na d d i t i o n ，t h i st h e s i sa l s oa n a l y s e dt h ec a u s e sw h yt h er e m o v a l e f f i c i e n c y o fb u b b l e ，t pw a sl o wd u r i n gt h ee n t i r er u n n i n g ，a n dp u t f o r w a r dt h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n k e y w o r d s ：i m p r o v e do x i d a t i o nd i t c h ，g a s - s t y l ej e ta e r a t o r ，d o m e s t i c s e w a g e ，p o w e re f f i c i e n c y v 陕西科技大学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：蓝丝 e l 期：2 q q2 生苎旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。同时 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论 文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规 论文作者签名：醢遮导师签名 射流曝气改良型氧化沟工艺处理生活污水的研究 1 前言 1 1 水污染及富营养化现状 1 1 1 水污染现状 中国水资源总量位居世界前列，但由于人口众多，人均水资源量不足世界 人均水资源量的1 4 m 。针对我国水资源存在的水多( 洪水) 、水少( 缺水) 、水 脏( 污染) 三大问题，如何合理开发利用和保护水资源，关系到我国经济社会 的可持续发展。污水作为一种稳定可靠、可再生利用的水资源，对其充分开发 利用是有效节约、开发利用水资源的重要手段之一，是解决城市缺水问题的关 键。 根据清华大学紫光投资公司统计资料【2 1 ，2 0 0 1 2 0 0 5 年污水排水增长率为 0 8 ，2 0 0 6 n 2 0 1 0 年污水排放年增长率为0 1 ，这样到2 0 1 0 年我国的年污水 排水量为7 6 3 亿吨。据统计，我国的江河湖泊和水库中，已经被污染的约占 8 2 3 ，全国环境监测系统的1 2 0 0 条河流中，已有8 5 0 条受到污染。根据全国 2 2 2 2 个监测结果显示，我国七大水系中水质符合地面水环境质量标准i 、 i i 类标准的仅占3 3 2 ，符合类标准的占2 8 9 ，属于、v 类标准的占 3 7 9 。在统计的13 8 个城市13 5 个河段中属于v 类水质的有2 7 个河段，占 2 0 ，属于类水质的有2 6 个河段，占19 2 6 ，属于i i 、类水质的河段， 占2 3 。我国现有的淡水资源为3 4 5 5 0 亿吨，其中地表水2 6 0 0 0 亿吨，仅地表 水污染造成的损失就达4 2 7 8 亿元，要治理这些水共需要投资2 13 9 8 亿元。可 见由于水污染而造成的经济损失是巨大的，而治理费用就更大了。 1 1 2 我国城市污水排放及处理现状 近年来，我国废水排放量呈上升趋势1 3 1 。1 9 9 7 年废水排放量达到4 1 6 亿 m 3 ，其中工业废水排放量2 2 7 亿m 3 ，市政污水排放量l8 9 亿m 3 。据国家环保 总局颁布的“2 0 0 2 年中国环境状况公报”统计，2 0 0 2 年全国工业和城镇生活 废水排放量达到了4 3 9 5 亿r n 3 ，比2 0 0 1 年增加了1 5 ；其中工业废水排放量 为2 0 7 2 亿m 3 ，比2 0 0 1 年增加了2 3 ；城镇污水排放量为2 3 2 3 亿r n 3 ，比 2 0 0 1 年增加了0 9 。2 0 0 3 年，全国废水排放总量为4 6 0 0 亿r n 3 ，比上2 0 0 2 年增加了4 7 ；其中工业废水排放量2 1 2 4 亿吨，比上年增加了2 5 ；城镇 生活污水排放量2 4 7 6 亿m 3 ，比上年增加了6 6 ；废水中c o d 含量为l3 3 3 6 万吨，比上年减少了2 4 ，氨氮含量为1 2 9 7 万吨，比上年增加了0 7 。 我国城市污水处理虽然可以追述到上世纪2 0 年代初期，但达到规模处理 陕西科技大学硕士学位论文 只是近十年来的事。虽然我国水处理事业取得了较大进步，而截至19 9 8 年， 我国城市污水处理厂仅建成3 9 8 座，污水处理率仅为排放总量的2 9 6 5 1 q ，大 量废水不经处理直接排入天然水体。而在美国，据“需求评估调查”统计1 5 】， 截至l9 9 6 年美国已建成的污水厂数目超过16 0 0 0 座，处理总量约1 9xl0 8 m 3 d ， 远远超出我国目前的水平。目前，我国已建成的污水处理厂中，有很大一部分 只是一级处理，并且由于各种原因，有相当一部分污水处理厂不能正常运行， 出水水质达不到标准。我国对除磷脱氮技术的研究直到上世纪八十年代初才开 始进行，国内首座a 2 o 工艺污水厂于1 9 8 4 年开始运行，日处理量2 0 0 m 3 ，随 后日处理量5 0 0 0 m 3 的莘庄污水厂的生产性实验获得成功，接着一大批工业废 水和城市污水除磷脱氮处理厂开始兴建。目前，我国共有2 6 座城市污水厂采 用生物除磷脱氮技术，总处理量为1 0 0 多万m 3 d 例。 为了改善我国污水处理的落后面貌，国家将加大污水处理厂的投资建设。 2 0 0 0 年7 月18 日，建设部，国家环保总局及科技部共同发布了城市污水处理 目标：到2 0 10 年，全国城市和建制镇的污水处理率不低于5 0 ，设市城市的 污水处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 ，并规定：设市城 市和重点流域及水资源保护区的建制镇必须建设二级污水处理设施。 任务如此艰巨，不得不更加重视技术试验和储备，形成更多更为丰富的自 主知识产权，这也是本试验的初衷之一。 1 1 3 污水生物处理技术 微生物在好氧条件下能对污水中的蛋白质、碳水化合物、脂肪等有机物进 行分解稳定并使其无害化，在厌氧条件下则能将有机物转化成以甲烷气体为主 的沼气。 污水好氧生物处理的主要对象是生物可降解的有机物，分解者是好氧的异 养型微生物，主要条件是供应充足的氧，其主要产物则是二氧化碳和水，同时 微生物增值造成污泥量的增长。虽然厌氧生物处理的对象都是有机物，但其工 作原理、反应产物及微生物特性很不相同，如：其发挥作用的微生物是厌氧或 兼性微生物；其代谢有机物的途径与好氧生物处理完全不同：其最终产物是以 甲烷为主的可以作为能源的气态物质；其对氧的要求是截然相反的，氧的存在 甚至对厌氧微生物有害；其对温度、营养等环境因素的要求也不相同；对有机 物的分界速度较慢，因此需时较长。 从1 9 6 1 年至今是污水生物处理技术发展的新时期。在这个时期，由于环 境污染的加剧和能源危机的出现，污水生物处理的研究和应用发生了很大的飞 跃： 2 射流曝气改良型氧化沟工艺处理生活污水的研究 - 好氧 好氧生物方面，出现了氧化沟、a b 法、s b r 反应器、高浓度活性污泥法、 深井曝气、好氧生物流化床等新工艺，以及高效曝气器、新型填料等设备；并 发展了一些将悬浮生长的微生物系统与附着生长的生物系统设置在一个反应 器中的复合式反应器，如投加载体的活性污泥法；对于生物处理系统中的固液 分离装置，近l o 余年来有了十分引人注目的发展，特别是膜一生物反应器系 统的研究和应用。同时，活性污泥微生物的研究方面还取得了极大的进展，如 丝状菌的成因及控制等。 b 厌氧 厌氧生物处理方面，其进步更为显著。近l0 多年来，先后出现了厌氧接 触法、厌氧生物滤池、厌氧附着膜膨胀床、升流式厌氧污泥层反应器、厌氧生 物流化床、厌氧生物转盘等。 污水生物处理技术百余年来的发展和进步充分表明，污水生物处理技术的 功能不只是分解和稳定有机物及处理生活污水，如新开发的生物脱氮除磷工艺 可以去除氮、磷等无机营养物。而且，厌氧与好氧相结合的生物处理工艺对难 降解的合成有机物有良好的处理效果；通过微生物的培养驯化及遗传工程的应 用，难降解的有机物将不难降解；采用生物滤池等生物膜法处理工艺可以有效 的处理微污染水源水；污水生物处理技术可以与其他处理工艺相配合，满足污 水回用的要求，因此可以说污水生物处理技术是具有多种功能的技术。它已在 很多国家的水污染控制中发挥了巨大的作用，今后还将在世界各国的水污染控 制中发挥更大的作用。 1 2 氧化沟工艺概述 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 ，又称为“循环曝气池 、“无 终端曝气池 【s 】。 早在19 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19 5 4 年，p a s 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【9 】。 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 1 0 】，至2 0 0 0 3 陕西科技大学硕士学位论文 年，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。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【。 1 2 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、圆形或其他形状，氧化沟断面形状多为矩形和梯形；也可以是单 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，满足不同出水水质要 求f 9 l 。 1 2 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： ( 1 ) 供氧。向混合液中的微生物提供好氧代谢所需的氧气； ( 2 ) 推流。推动混合液前进，使混合液在池内循环流动； ( 3 ) 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。 a 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。 1 ) 转刷曝气机 转刷曝气机简称曝气转刷，一般用于p a s e e r 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 0 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。 4 射流曝气改良型氧化沟工艺处理生活污水的研究 2 ) 盘式曝气机 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 济的构筑大容积氧化沟，减少用地面积并节省投资【他】。 b 垂直轴表面曝气 垂直轴表面曝气机既适用于完全混和曝气池，也适用于氧化沟工艺，尤其 在c a r r o u s e l 氧化沟中常用，一般安装在沟渠的转弯处 1 3 1 。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 k 9 0 2 k w h 【1 4 , 1 5 。 c 微孔曝气 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。它与其他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1m 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 定情况下，比表面积增长，氧转移总量增大 1 6 1 。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，选择合适的水深【1 7 】。 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。不像表曝用转刷或倒伞形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 i s 】。 d 射流曝气 射流曝气是利用射流曝气器将气流或气一液混合流导入曝气池，以增加液 体中氧含量的系统【1 9 】，由于其一系列优点而得到较为广泛的应用。射流曝气作 为一种曝气充氧方法，从2 0 世纪4 0 年代开始应用到废水处理中，至今已有6 0 多年的历史。 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 同时具有或最好同时具有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【：o 】。 陕西科技大学硕士学位论文 e 百乐卡式曝气 百乐卡曝气系统的曝气头悬挂在浮链上，浮动链被松弛的固定在曝气池两 侧，停留在水深4 5 m 处，每条浮链可在池中的一定区域做蛇形运动，气泡在 其表面逸出时，直径约为5 0 1 t m 。如此微小的气泡意味着氧气接触面积的增大 和氧气传送效率的提高。同时，由于气泡向上运动过程中，不断受到水流流动、 浮链摆动等扰动，气泡并不是垂直向上运动，而是斜向运动，从而延长了气泡 在水中的停留时间，同时提高了氧气传递效率1 2 1 1 。 1 2 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。 叠交替工作式氧化沟 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，两沟串联交替的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 , 2 2 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 t 1 们。 4 ) 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 6 射流曝气改良型氧化沟工艺处理生活污水的研究 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，就对其进行不断地研 究和改进，形成了自己的特色l 瑚】。 b 半交替工作式氧化沟 半交替工作式氧化沟兼具有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 1 4 1 。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，特别适用于脱氮【2 4 】。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污泥回流系统，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( 2 5 l 。 c 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1 0 0 。连续工作分建式氧化 沟主要形式有3 种：帕斯维尔( 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、奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟。帕斯维尔氧化沟采用最初跑道式沟型，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。奥贝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 2 6 l 。 d 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10 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，与传统氧化沟技术 相比，省去了二沉池，占地少，省去了污泥回流系统，基建和运行费用减少， 且运行管理简便 2 7 ，2 s 。 1 2 3 氧化沟的运行特点 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 2 9 , 3 0 , 3 t , 3 2 1 ： 7 陕西科技大学硕士学位论文 a 氧化沟工艺的主要技术参数 污泥负荷：n m = 0 0 5 - 0 1 5 k g b o d ( m l s s d ) ： 容积负荷：n ，= o 2 0 4 k g b o d ( m 3 d ) ； 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 3 0 5 m s ； b 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的好氧稳定，不需再进行厌氧消化处理。 污泥龄长，一般可达l5 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，无需再 进行消化处理，污泥处理费用较低。 c 流态完全介于混合与推流之间 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。 如果完全着眼于整个氧化沟，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，甚至可以忽略不计，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 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。 d 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 8 射流曝气改良型氧化沟工艺处理生活污水的研究 低于其它污水生物处理技术。污水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 3 射流曝气器概述 射流曝气是介于机械曝气和气泡扩散装置这二者之间的一种曝气设备，利 用气泡扩散和水力剪切这两个作用达到曝气和混合的目的。射流曝气器具有以 下优点： ( 1 ) 射流曝气器具有较高的充氧能力、氧利用率和动力效率； ( 2 ) 构造简单、工作可靠、运转灵活、便于调节；一般喷嘴直径不小于 2 0 m m ，不易堵塞、易维修管理； ( 3 ) 混合搅拌作用强； ( 4 ) 当采用自吸式射流曝气器时，可取消鼓风机，消除噪音污染； ( 5 ) 射流曝气器混合部内，由于射流的紊动及能量交换作用，形成了剧 烈的混掺现象，不仅在瞬间( 1o - z s ) 完成了氧从气相向液相中的转移，而且射 流曝气的工作水流是进水和回流污泥的混合液或曝气池混合液，因此在混合部 内迅速的进行着泥( 微生物) 一水( 有机物) 一气( 溶解氧) 三者问的传质与 生化反应，这是一个在特定条件下发生的快速生物反应与三相间传质的综合过 程； ( 6 ) 提高了污泥的沉降性能，基质降解常数较其他活性污泥法高； ( 7 ) 所需曝气时间短，土建投资省，运转费用低，占地面积小【3 4 】。 1 3 1 射流曝气技术的回顾 射流曝气器是射流泵的一种1 3 5 1 。射流泵是利用射流紊动扩散作用，来传递 能量和质量的流体机械和混合反应设备，它由喷嘴、吸气室、喉管及扩散管等 部件构成。其工作原理是：有压流体( 液体或气体) 通过喷嘴射出，在喷口处 由于射流边界层的紊动扩散作用，与周围被吸流体发生动量交换，这两股流体 在喉管入口段及喉管内混合，进行能量和质量传递，于是工作流体的速度减小， 被吸流体的速度增大，两者的速度在喉管出口处到喉管入口断面是降低的，以 后逐渐增高，通过扩散管将流体的动能转化成压能，压力进一步升高。 射流泵的名称和种类很多，目前还没有统一的分类方法，常用的有三种方 法【3 5 】：第一种是按工作及被吸流体的性质和物理状态分类；第二种是按工作与 被吸流体混合过程的热力学特点分类；第三种是按用途及结构分类。本文采用 第一种分类方法。工作流体是液体( 不可压缩流体) 的称为射流泵，工作流体 9 陕西科技大学硕士学位论文 是气体( 可压缩) 的称为喷射器。 射流泵由于本身没有运动部件，具有结构简单，加工容易，工作可靠，安 装维护方便的优点。 射流泵技术在国民经济各部门中大规模应用是在3 0 4 0 年代开始，目前差 不多已遍及各个生产部门：农牧及渔业、水利电力、交通运输、环境保护、给 水排水、通风采暖及消防、建筑施工、矿山冶金、石油及地质勘探和航空航天 等。其中在环境保护方面，愈来愈显示出其重要作用。其主要应用在： a 污水生化处理 由液一气射流泵组成的射流曝气装置是一种新的充氧装置，它通过液体射 流的紊动扩散作用，使空气中的氧溶解于污水，为分解有害物质的活性污泥提 供能量。它与鼓风曝气和机械曝气装置相比，噪声小、设备简单、投资省、占 地少、运行费用低。 b 含油污水处理 用液气射流泵组成的喷射浮选装置，通过液体射流把空气粉碎为小气泡， 这些小气泡与污水中的乳化油结合，浮升到水面，达到除油目的。这种方法与 加压溶气浮选法相比，它的进气量大，便于乳化油的带出，处理效果好。不需 要投加絮凝剂，避免二次污染。此外，它设备简单，操作方便，耗电少。 c 活性污泥循环及污泥消化处理 在分建式叶轮曝气生化处理工艺中，射流泵可用于曝气池及沉淀池之间活 性污泥回流。它利用抽吸污水的水泵作动力，可以节省一套动力设备。在污泥 消化过程中，它用于消化池对污泥进行搅拌。 d 废气处理和除尘 利用气体喷射器把高温尾气( 煤气) 吸入燃