（环境工程专业论文）合建式一体化氧化沟水力性能和节能特点研究.pdf

重生查兰堡主堂竺鲨壅一! ! 墨 摘要 f 合建式一体化氧化沟工艺与其它氧化沟工艺相比，其突破之一在于 节自目效果显著。四川省示范工程一新都污水处理厂长达两年的稳定运 行表明：对于万吨级城市污水厂，其吨水电耗只需0 1 9 5 度吨左右。j ， 本试验通过对新都污水厂的运行调试，来分析该工艺的节能特点，由 于这些特点受充氧、推动及混合等各项水力性能的影响，故本试验先 对在不同能量配置情况下的水力性能状况做了测试。 本试验在转刷及水下推动器不同开启状况下的流速分布、溶解氧 分布和污泥分布做了测试和分析，研究了处理效果、污泥沉积、污泥 上浮和氧化沟沟深之间的关系。并在水力性能测试的基础上从四个方 面论述了该工艺的节能特点f 从工艺角度分析了污泥自动回流和水力 内回流的特点及影响因素；从实际运行角度分析了能量配置和运行方 式的优化及效果；从设备性能角度分析了目前存在的一些问题；通过 设备更新进一步发挥其节能潜力的可行性进行研究，并做了初步测试厂， 本试验针对合建式一体化氧化沟的工艺特点，提出了理想的脱氮 模式和能量配置模式。供中理想能量配置模式可表述如下：保证沟底 流速在o 0 6 - , 0 1 0 m s ，侧沟底部流速在0 1 0 m s 左右，沟内平均流速在 o 3 0 m s 左右：固液分离器底部及出水区平均d o 在o 9 - 1 2 m g m ，好氧 段预缺氧区尾部d o 浓度在o 3 0 7 m g 几，水力内回流比在2 5 0 3 0 0 一 由于设备性能的局限性，本试验还做了一些极端情况的调试，经综合 分析后，确定了个近似理想运行模式。 关键词：合建式一体化氯化沟水力性能节能特点污泥自动回流水力内回流 重堡查兰堡圭兰垡堡苎塑茎 a b s t r a c t c o m p a r e dw i t ho t h e ro x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s ，o n eo ft h eb r e a k s o ft h ec o m b i n e da n di n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s ( c i o d ) ist h en o t a b l ee f f e c to fe n e r g yc o n s u m p t i o ns a v i n g x i n d o u w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h ed e m o n s t r a t e de n g i n e e ro fs i c h u a n p r o v i n c eh a sb e e nr u n n i n gs t e a d i l yf o rt w oy e a r s ，w h i c hi n d i c a t e s f o rw a s t e w a t e rp l a n to ni t st e nt h o u s a n dl e v e l ，i t se l e c t r i c i t y c o n s u m p t i o ni so n l y0 1 9 5 k w h t b ym e a n so fd e b u g g i n ga n dr u n n i n g t h ex i n d o uw a s t e w a t e rp 1 a n t ，t h e e x p e r i m e n t a n a l y s e s t h e c h a r a c t e r i s t i c so f i t s e n e r g yc o n s u m p t i o n b e c a u s et h e s e c h a r a c t e r i s t i c sa r ee f f e c t e db ye a c hh y d r a u l i cf u n c t i o ns u c ha s o x y g e nr e p l e n i s h m e n t ，p r o m o t i o na n dm i x t u r ee t c ，t h ee x p e r i m e n t a i m sa tt h e h y d r a u l i c f u n c t i o nu n d e rd i f f e r e n t e n e r g y d i s t r i b u t i o na n dm a k e st e s t st o w a r d st h e s ec o n d i t i o n s t h e e x p e r i m e n t h a st e s t e da n da n a l y z e dt h ev e l o c i t y ，d oa n d s l u d g ed i s t r i b u t i o nu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n so ft h er o t o ra n d s u b m e r s e db o o s t e r s i ta l s oh a ss t u d i e dt h er e l a t i o n sb e t w e e n t h et r e a t m e n te f f e c t ，s l u d g ed e p o s i t ，s l u d g eu p f l o a t i n ga n dt h e d e p t ho fo x i d a t i o nd i t c b o nt h eb a s i so ft h eh y d r a u l i cf u n c t i o n t e s t ，t h ee x p e r i m e n th a sd i s c u s s e dt h ep r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c s o fe n e r g y c o n s u m p t i o n i nf o u r a s p e c t s ：f r o mv i e w p o i n t o ft h e p r o c e s s ，i th a sa n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g ea u t o m a t i c r e t u r n ，i n s i d eh y d r a u l i cr e t u r na n di t si n f l u e n t i a lf a c t o r s f r o m v i e w p o i n t o fp r a c t i c a l o p e r a t i o n i t h a s a n a l y z e d t h e f a v o r e dc o m b i n a t i o n ，e f f e c to fe n e r g yd i s t r i b u t i o na n dw a yo f o p e r a t i o n ：f r o mv i e w p o i n to fe q u i p m e n tf u n c t i o n ，i th a sa n a l y z e d s o m ee x i s t e d q u e s t i o n ，t h e nt h r o u g hr e n e w i n ge q u i p m e n t a n d d e v e l o p i n gt h ef e a s i b i l i t yo fe n e r g yc o n s u m p t i o ns a v i n g ，s o m e p r e li m i n a r yt e s t sh a v eb e e nm a d e t h ee x p e r i m e n t ，a i m i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc i o d ，h a s a d v a n c e da ni d e a ld e n i t r i f i c a t i o na n de n e r g yd is t r i b u t i o nm o d e l t h el a t t e rc a nb e e x p r e s s e dl i k et h i s ：t h ev e l o c i t yo fd i t c h b o t t o mi s0 1 m s ：t h ea v e r a g ev e l o c i t yi nt h ed i t c hi s0 3 m s ：t h e a v e r a g e d o o f s o l i d - l i q u i ds e p a r a t o r i s 0 9 1 2 m g 1 ：d oo f p r e a n o x i c a r e ai no x i d es e c t i o ni s0 3 0 7 m g 1 ：1 n s i d e h y d r a u l i cr e t u r nr a t eis2 5 0 3 0 0 b e c a u s eo ft h e1 i m i t so ft h e i l 里壅查堂堡主兰竺兰塞 塑墨 e q u i p m e n tf u n c t i o n ，t h ee x p e r i m e n t h a sm a d es o m ed e b u g su n d e r e x t r e m ec o n d i t i o n s a f t e rs y n t h e s i z e da n a l y s i s ，a no p e r a t i o n m o d e lc l o s et oi d e a lh a sb e e nd e t e r m i n e d k e y w o r d s ：c o m b i n e da n di n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c h ，h y d r a u l i c f u n c t i o n ，c h a r a c t e r i s t i co fe n e r g y 。c o n s u m p t i o ns a v i n g ，s l u d g e a u t o m a t i cr e t u r n ，i n s i d eh y d r a u l i cr e t u r n i i i t 。 驻庆大学硕士论文 概述 1 概述 1 1 氧化沟工艺概述 1 1 1 氧化沟工艺基本原理和主要设计参数“ 氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环状沟渠形而得名。它 是活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥的混合液在曝气渠道 中不断循环流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。 氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。 以下为一般氧化沟法的主要设计参数： 水力停留时间：1 0 4 0 h ； 污泥龄：一般大于2 0 d ； 有机负荷：0 0 5 o 1 5 k g b o d s ( k g m l s s d ) ： 容积负荷：0 2 - - - 0 4 k g b o d s ( m 3 d ) ； 活性污泥浓度：2 0 0 0 6 0 0 0 m g l ； 沟内平均流速：0 3 0 5 m s ； 1 1 2 氧化沟的工艺特点垤h 3 d 5 氧化沟利用连续环式反应池( c o n t i n u o u sl o o pr e a c t o r ，简称 c l r ) 作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合式曝气渠道进行连 续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控 制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅 动的液体在闭合式渠道中循环。 氧化沟一般由沟体、曝气推流设备、进水区、出水区组成，沟体的 平面形状一般呈环形，也可以是长方形、l 形、圆型或其它形状，沟 断面形状多为矩形和梯形。 氧化沟法由于具有较长的水力停留时间、较低的有机负荷和较长的 污泥龄。因此相比传统活性污泥法，可以省却调节池、初沉池、污泥 消化池，有的还可以省却二沉池。氧化沟能够保证较好的处理效果， 这主要是因为巧妙地结合了clr 形式和曝气装置特定的定位布置， 是使氧化沟具有独特水力学特征和工作特性： 氧化沟结合推流和完全混合的特点，有利于克服短流和提高缓 冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安 排出流。入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散，混合液再次 围绕clr 继续循环。这样，氧化沟在短期内( 如一个循环) 呈推流 状态，而在长期内( 如多次循环) 又呈完全混合状态。这两者的结合 重庆大学硕士论文 既使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流，又可对入流提供很大的 稀释倍数而提高了缓冲能力。同时为防止污泥沉积，必须保证够内有 较大的流速( 一般要求够内平均流速大于0 3 m s ) ，而污水在沟内 的停留时间又较长，这就要求沟内有较大的循环流量( 一般是污水进 水流量的数倍乃至数十倍) ，进入沟内污水立即被大量的循环液所混合 稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对不易降解的有 机物也有较好的处理能力。 氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化一反硝化 生物处理工艺。氧化沟从整体上来说是完全混合的，而液体流动却保 持着推流前进，其曝气装置又是定位布置的，因此，混合液在曝气区 内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度， 到下游区溶解氧浓度就很低，基本处于缺氧状态。氧化沟设计可按要 求安排好氧区、好氧积累区和缺氧区来实现硝化一反硝化工艺，不仅 可以利用硝酸盐中的氧满足1 0 2 5 需氧量，而且可通过反硝化补 充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化 过程中需投加的化学药品数量。 氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质、液体混 合和污泥絮凝。传统曝气的功率密度一般仅为2 0 2 7 瓦米3 ，而氧 化沟曝气区的功率密度通常可达1 0 6 2 1 2 瓦米3 ，平均速度梯度g 大于1 0 0 秒。这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分 切割絮凝的污泥颗粒。当混合液经平稳的输送区到达好氧区后期，平 均速度梯度g 小于3 0 秒，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污 泥的絮凝性能。 氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液一 旦被加速到沟中的平均流速，对于维持循环仅须克服沟沿程和弯道的 水头损失，因而氧化沟可比其它系统以低得多的整体功率密度来维持 混合液流动和活性污泥悬浮状态。 1 2 氧化沟的发展 污水处理技术发展至今已有近百年历史，而常规城市污水处理技术 实质上是生物处理。随着环境需要和处理要求的提高，各种生物处理 技术在不断地发展和完善之中。而在现代污水处理领域中占有重要地 位的氧化沟技术，也一直在发展中不断改良和更新。 自1 9 2 0 年英国s h e f f i e l d 建立的污水厂成为氧化沟先驱以来，氧 化沟技术一直在不断发展和完善。其技术方面的提高是在两个方面同 时展开的：一是工艺的改良；二是曝气装置的革新，并逐渐形成了以 一体化氧化沟为主方向的发展趋势。 2 重庆大学硕士论文 概述 1 2 1 工艺的改良他h d h 。 氧化沟工艺的改良过程大致可分为4 个阶段：即p a s v e e r 初期氧化 沟、规模型氧化沟、多样型氧化沟和一体化氧化沟。 初期氧化沟 氧化沟真正成型于1 9 5 4 年，由荷兰的p a s v e e r 教授建造的 v o o r s h o p e n 氧化沟。容积为l o o m 3 ，使用了两台2 m 长的转刷。它成功 地间歇式运行，并奠定了标准氧化沟的模式，即对污水处理进行简易 处理的思想，并把污水净化过程概括为进水、曝气净化、沉淀和排水 四个基本工序。早期氧化沟白天进水、曝气，夜间沉淀、排水，没有 初沉池，所有功能均在环形渠道内进行。 规模型氧化沟 规模型氧化沟首先是增加沉淀池，使曝气和沉淀分别在两个区域 进行，这样氧化沟可以连续进水，独立的沉淀池增加了造价，增加了 占地面积，但其稳定的出水水质，运行的灵活性以及处理量的增加等 功能显著，从而使氧化沟处理大规模流量的污水成为可能，如奥地利 维也纳污水厂处理量达7 万吨天。 多样型氧化沟 随着处理要求的提高，氧化沟也开始要求进行脱氮除磷，氧化沟 大规模去除b o d 已经成熟，氧化沟技术朝多样化发展，较为著名的有 d e 型氧化沟，c a r r o u s e l 氧化沟及o r b a l 氧化沟等多种形式。我国采 用d e 氧化沟有西安市北石桥污水处理厂，一期规模为15 万吨天。昆 明市污水厂采用c a r r o u s e l 氧化沟，处理量为5 5 万吨天，抚顺石油 二二厂采用o r b a l 氧化沟，处理量为2 8 8 万吨天。具体工艺图如图卜1 、 】一2 ： 图1 1d e 型氧化沟 f i g u r e l - 1d e t y p eo x i d 3 霸庆大学硕士论文 图卜2c a r r o u s e l 型氧化沟 f i g u r e l - 2 c a r r o u s e lo x i d a t i o nd i t c h 一体化氧化沟 随着污水处理技术的日渐发展，针对传统活性污泥法工艺流程长、 设备及构筑物利用率不高，从而造成投资大、占地多、运行成本高的 弊端，为解决这个问题，就提出了污水处理一体化的新思路，氧化沟 也不例外，现在氧化沟发展到第四代，其主要方向就是一体化。尽管 已经出现了许多一体化新技术，但对一体化氧化沟并还没有明确的概 念，现从时空的安排角度来划分，可分为两大类： a 进行时空调配的一体化氧化沟：按时间角度，即指曝气和沉淀 工序在同一反应池内完成，按时间顺序调配，对污水进行序批处理， 对一个反应器来说，它是间歇运行的。还有一种按空间角度，即安排 多个空间进行空间调配，交替完成反应和沉淀过程，如d 型氧化沟( 双 沟交替工作式氧化沟) 、早期的p a s v e e r 型氧化沟及t 型氧化沟( 三沟 式交替工作式氧化沟) 。 天津市东污水处理厂引进丹麦技术，设计总规模1 0 万m 3 d ，运行 方式为三沟式交替工作式( 图卜3 ) ，即由3 个等容量的氧化沟组建在 一起作为一个单元运行，3 个氧化沟双双连通，其中中问的转刷一般连 续曝气，两侧沟的转刷间断曝气，两侧沟交替用作沉淀池和曝气池。 三沟式氧化沟处理效果好，应用较多，但容积利用率不大。 d 型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，一般由池容完全相等的两个 氧化沟组成，两沟串联交替地作为曝气池和沉淀池，主要用于b o d 去 除和硝化，典型工艺如图卜4 。 v r 型氧化沟即单沟交替工作式氧化沟，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，不需污泥回流， 该工艺操作简单，机械设备少，其转刷实际利用率7 5 。 4 熏庆大学硕士论文 倒删脚 i占占 图l 一3t 型氧化沟 f i g u r e l - 3t - t y p eo x i d a t i o i ld i t e h b 不作时间和空间调配，即只通过池型和构造上的改进，在同一 空间的不同区段分区化分别完成反应和沉淀过程。如连续工作合建式 氧化沟，包括b m t s 式、侧沟和中心岛式一体化氧化沟等。这种氧化 阶段i 3 h lu 阶段3 ：3h阶段4 ：1h 图l 一4d 型氧化沟 f i g u r e l - 4 d - t y p eo x i d a t i o nd i t c h 沟在8 0 年代初在美国发展后，在中国得到了迅速发展和完善。 传统的有内沟式合建氧化沟( 见图卜5 ) 及船式氧化沟。该氧化沟 集曝气、沉淀两种功能为一体，可减少占地面积，免除污泥回流系统。 根据泥龄的计算，按空间或时间顺序调配的氧化沟技术，通常需 要一个修正系数来计算s r t 。如果曝气停留时间较长，根据其运行方式， 需用较长停留时间或池容用于沉淀，池容大、土建造价高。尽管具有 结构简单、机械设备少等优点，但由于其运行方式严格，因此对其管 $甲$ 章庆大学硕士论文 概述 理要求也较高。而合建式氧化沟不作时空调配，沉淀分离部分所占池 容不到总池容的l 1 0 ，且不存在有效性系数的引入问题，管理十分方 便，因此，连续性合建式一体化氧化沟将成为氧化沟发展的主要方向 之一。 【 一一 ， 、一， 、一 】 、 1 一一n ，- j j 一一1 一。， 图1 - 5 内沟式氧化沟 f i g u r e l - 5 i n s i d ec h a n n e lo x i d a t i o nd i t c h 1 2 2 设备的更新“n 1 ” 曝气设备是氧化沟污水处理系统中最主要的机械设备，对氧化沟 处理效率、能耗及处理稳定性有关键性影响，其作用主要在以下四个 方面：向水中供氧；推动水流前进，使水流在池内作循环流动；通过 曝气设备的搅拌冲击，使氧、有机物、微生物充分混合；保证沟内的 活性污泥处于悬浮状态。针对以上几个要求，曝气设备也一直在改良 和完善，常规的氧化沟曝气设备有横轴曝气装置及竖轴曝气装置。 横轴曝气装置为转刷和转盘。其中转刷更为常见，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 5m ，从而 造成传统氧化沟沟浅、占地大的弊端。近几年开发了水下推动器配合 转刷，解决了这个问题，如山东高密污水厂，有效水深为4 5m ，保证 沟内平均流速大于0 3 m s ，沟底流速不低于0 1m s ，这样氧化沟占 地大大减少，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。 竖轴式表面曝气机，各种类型的表面曝气机均可用于氧化沟， 一般安装在沟渠的转弯处，这种曝气装置有较大的提升能力，氧化沟 水深可达4 4 5m ，如1 9 6 8 年荷兰p h v 公司开发的著名c a r r o u s e l 氧 化沟在一端的中心装设垂直轴的低速表曝叶轮，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。 射流曝气，1 9 6 9 年l e w r n p t 等创建了第一座试验性射流曝气氧 化沟( j a g ) ，国外的射流曝气多为压力供气式，而国内通常是自吸空 气式，j a c 的优点是氧化沟的宽度和水的深度不受限制，可以用于深水 6 重庆大学硕士论文 曝气，且氧利用率高，也没有表曝叶轮的表层水速冷效应，目前最大 的j a c 在奥地利的林茨，处理流量为1 7 2 万吨天，水深7 5 m 。 微孔曝气，现在应用较多的微孔曝气装置，采用多孔性空气扩 散装置克服了以往装置气压损失大、易堵塞的毛病，且氧利用率较高， 在氧化沟技术运用中越来越广泛。 其他曝气设备，包括一些新型的曝气推动一体化设备，如浙江 某公司开发的复叶节流新型曝气器，氧利用率较高浮于水面，易维修， 充氧能力可达水下7 m ，推动能力相当强，满足氧化沟的曝气推动一体 化要求，同时能够满足氧化沟底部的充氧和推动。另外，从理论上讲 具有较高的曝气推流性能的卷吸曝气也在成都科技大学研究开发之 中。 1 3 一体化氧化沟工艺在城市污水处理中的应用 城市污水处理技术发展已近百年，大多采用的是以活性污泥为主 体的工艺，前5 0 年注意的是进水水质水量的变化，引发出一系列改进 工艺。后5 0 年，特别是近2 0 3 0 年人们注意到了提高出水水质标准， 开发出大量考虑c 、n 、p 同时去除的工艺，而且已经付诸工程实践。 几乎所有这些工艺都是围绕a 2 o 工艺展开。在进行污水处理工艺进行 选择的时候，应着重考虑以下几个方面： 工艺应该先进可靠，处理效果良好，保证达到排放标准。 基建投资省，能耗和运行费用低。 尽量减少占地面积。 污泥产量少且性质稳定。 操作运行管理简单。 通过对国内城市污水处理厂的建设和运行情况的考察分析，传统 活性污泥法不适合中小城市采用，而氧化沟具有较大的优势，特别是 合建式一体化氧化沟同时具有氧化沟法和a 2 o 法的优点，应用前途更 加看好。 考虑目前中小城市污水处理厂都要求c 、n 、p 同时去除，合建式 一体化氧化沟是在吸取了氧化沟及a 2 o 两者的优势，在a 2 o 基础上开 发，利用氧化沟特有的水力学特征弥补了一些a 2 o 法的不足，下面对 这两种工艺作基本比较： l - 3 1a 2 o 工艺“”“d 7 0 年代，由美国的一些专家在a o ( 厌氧一好氧法) 脱氮工艺基 础上开发出能够同步除磷脱氮的a 2 0 工艺( 即厌氧缺氧好氧工艺) ， 7 重庆大学硕士论文 受到人们的广泛重视。反硝化需要一定的有机碳，如按一般的好氧一 缺氧顺序进行处理，缺氧区易出现b o d 少有机碳不足的情况，需要投 加碳源，则增加了设备和投加碳源的费用，并可使出水b o d 升高。a o 法脱氮工艺则较好地解决了这一问题，它将反硝化系统前置，在曝气 池前端设置缺氧区把已经硝化后含硝酸盐的混合液回流到曝气池前端 缺氧段进行反硝化脱氮，这样既利用了进水中的b o d 作为碳源，在脱 氮的同时还可以使污水中的大量有机物氧化分解。a 2 o 法则是在a o 法前设置厌氧段，目的是为了除磷，免去化学处理，技术上是合理的， 运行上是经济、可靠和高效的。 综上所述，a 2 o 工艺在去除污水中碳源污染物的同时，还能有效去 除污水中的氮和磷，具有较佳的环境效益，并为污水回用和资源化开 辟了新途径，与普通二级处理后再进行三级处理相比不仅投资和运行 成本低廉，而且无大量难以处理的化学污泥，因而应用前景看好。a 2 o 工艺流程见下图6 1 ： 回流污泥 图卜6 ：a 2 o 除磷脱氮工艺 f i g u r e t - 6 t h ed e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s p h o r o u sr e m o v a lo fa n a e r o b i c a n o x i c o x i c p r o c e s s 原污水经过一级处理后，进入厌氧反应器，同步进入的还有从二次 沉淀池排出的含磷回流污泥。在厌氧反应器中，主要是含磷污泥释放 磷，同时部分有机物被快速分解。污水经厌氧反应器后进入缺氧反应 器，在缺氧反应器中，主要是从好氧反应器循环过来的混合液中的硝 态氮进行反硝化作用，还原成氮气溢出。混合液从缺氧反应器进入好 氧反应器( 曝气池) 后，在该反应器中进行去除b o d 、硝化和吸收磷等 多项反应。最后在二沉池进行泥水分离，一部分污泥回流厌氧反应器， 上清液作为处理后出水排放。 a 2 o 工艺基本上都是在普通活性污泥法基础上，通过b a r d e n p h o 工 艺演变而来，这些工艺仍然存在一些缺点： 8 重庆大学硕士论文 工艺流程较长，构筑物较多，且同时存在污泥回流和混合液回 流等多重回流系统，因此管线较长且较复杂，运行管理不方便，动力 消耗较大。 目前以a 2 o 工艺运行的污水处理厂普遍存在以下现象：当脱氮 效果好时除磷效果差，而当除磷效果较好时脱氮效果又不佳。正是因 为这样，才演变出改良的u c t 工艺。 脱氮效率难以提高。 1 3 2 合建式一体化氧化沟同步除磷脱氮工艺“”“6 针对a 2 o 法的上述特点，重庆大学( b 区) 十年来第一步是用一体化 氧沟代替该工艺中的好氧和沉淀部分，第二步将厌、缺氧段与氧化沟 合建，减少机械回流系统，成功运用开发出一种更为简单、更为高效 的除磷脱氮工艺一体化氧化沟同步除磷脱氮工艺，更接近改良的 u c t 工艺，但与u c t 工艺显著不同。 氧化沟技术是完善发展并灵活运用硝化、反硝化技术的典型工艺 之一。由于氧化沟在流程设计上独具匠心地采用了连续反应器的原理， 将碳源代谢、硝化、反硝化等一系列生物化学过程在一闭合环路中连 续进行，因而产生了十分独特的工艺特性。这种连续循环完全混合反 应流程，既有完全混合曝气的优点，又与序批反应系统有着异曲同工 之妙，这也是氧化沟技术的强势所在。由于氧化沟内的循环流量高于 进入流量数十倍，使其产生了巨大的稀释均化能力，这种能力使得氧 化沟具有运行稳定、耐受冲击负荷、以及降低最终沉淀池进水中的硝 盐含量、提高沉淀效果、改善出水水质等一系列优越工艺特性。氧化 沟的推流性质，使得氧化沟的出水水质优于其他所有工艺( 美国e p a 中部各州调查证实) 。因此，氧化沟技术的发展很快，颇受欢迎，得到 了十分广泛的应用，积累了许多成功的宝贵经验。 重庆大学( b 区) 在氧化沟技术的基础上，充分发挥氧化沟的技术 优势，不仅注意进水水质水量变化，还注意到要求的出水水质，开发 了更为先进的一体化氧化沟技术，其主要技术特点是： 工艺流程更短，不设初沉池、调节池和污泥消化池； 利用侧沟进行泥水分离，不设二次沉淀池： 实现了污泥自动回流，不设二次污泥回流泵站； 构筑物和设备少、事故率低、管理方便容易； 污泥量少，处理容易： 设备利用率高，占地面积少： 合建厌氧、缺氧段、省去多道机械回流； 一体化氧化沟同步除磷脱氮工艺流程如图卜8 7 ：原废水进入厌氧 9 重庆大学硕士论文 概述 池，同步进入的还有从氧化沟缺氧区回流的含磷污泥。在厌氧池中释 放磷，同时部分有机物氧化。废水经过第一厌氧反应区后进入合建式 一体化氧化沟的缺氧区，该区的主要功能是脱氮。混合液从缺氧区进 入一体化氧化沟中，主要进行b o d 去除，硝化和吸收磷等反应。同时 在侧沟中进行泥水分离，上清液排放。 图卜7 ：合建式一体化氧化沟 f i g u r e l 一7 ：c o m b i n e da n di n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t e h 与一般a 2 0 法相比较，合建式一体化氧化沟一方面是将氧化沟与 二次沉淀池合建，采用侧沟式固液分离器，使好氧处理与泥水分离合 二二为一，实现了污泥的自动回流；另一方面是将一体化氧化沟与缺氧 区合建，利用氧化沟中混合液的推流作用，完成了混合液从好氧区到 缺氧区的自动回流。这样，将三个反应器合为一体，节省了投资和占 地；另外，由于不需要专门的污泥回流和混合液回流系统，减少了设 备投资，简化了工艺管线，运行管理也更简单，因而亦更安全可靠， 稳定性好，实践证明成功的。 a 2 o 工艺运行的污水处理厂中普遍存在脱氮效果好时除磷效果较 差，而当除磷效果较好时，脱氮效果又不佳，其主要是由于在一般a 2 0 工艺中，回流污泥全部由好氧区回流至厌氧区，当系统硝化作用良好 时，随回流污泥将硝酸盐大量带到厌氧池。当水中存在硝酸盐时，系 统首先消耗可快速生化降解的有机物进行反硝化，脱氮充分后才能开 始磷的厌氧释放过程，这就使得厌氧区实际可利用基质和有效容积都 大为减少，最终表现为加强了脱氮效果，使除磷效果下降。反之，如 硝化作用不好，则随回流污泥进入厌氧区的硝酸盐减少，相应改善了 厌氧环境，使磷能充分地厌氧释放，进而提高系统的磷去除率，而硝 化不完全表现出来即为脱氮效果不好。u c t 工艺和合建式一体化氧化沟 则较好地解决了这一问题，该工艺回流污泥是从缺氧区回流至厌氧池， 由于回流污泥在厌氧区中已经过充分反硝化，化合态氮和结合态氮含 量极低，有利于磷的厌氧释放，同时亦不影响氧化沟中的脱氮效果。 另外，合建式一体化氧化沟侧沟中水力停留时间较短，不会出现一 1 0 蕈庆大学硕士论文 概述 般r o 法中容易在二沉池释放磷的现象，较好地提高了除磷效果。因 此，合建式一体化氧化沟不仅保留了a 2 o 法同步除磷脱氮的功能，还 发挥了u c t 工艺的优势，省去了大回流比的回流设施及其能耗，流程 更短，设备更少，运行管理方便，使去除b o d 及除磷脱氮均取得良好 的效果。 1 4 课题的提出、研究目的和内容 1 4 1 论文选题依据 提高中小城市污水治理率是今后城市污水治理领域的重点，对于 规模小于1 0 万吨天的中小型污水处理厂来说，氧化沟和s b r 是首选 工艺，目前总体来说应用最多的是氧化沟工艺。在“八五”、“九五” 攻关成果上开发出来的一体化氧化沟工艺，由于其用固液分离器取代 了传统的二沉池，实现了污泥自动回流且不用倒换功能，从理论上讲 最经济合理。目前该工艺处于大力推广使用阶段，在国内应用该工艺 的污水厂已超过十余座，其示范工程之一四川新都污水处理厂已成功 运行两年多。对该厂运行经验及存在一些问题的研究，有助于该工艺 的完善和今后更大规模污水厂的设计提供借鉴。 合建式一体化氧化沟工艺优势之一在于其节能性。单独用表面曝 气机时氧化沟水深一般为2 5 3 5 m ，以华北市政院为例，该院设计的 数十座采用氧化沟工艺的污水厂，有效水深都在3 0 3 5 m 。由于水深 较浅，设计功率密度较低，一般在1 0 2 0 w m 3 左右，因而运行费用较 低且不会发生污泥沉积，但占地较大是其主要缺点。现在将转刷和水 下推动器联合使用，使主沟有效水深可达4 5 m ，大大降低了占地。但 沟深加大同时使氧化沟流态复杂化，能量配置复杂化，易引起污泥沉 积等问题。而氧化沟节能优势的发挥，依赖于各项水力性能的影响。 通过对不同能量配置状况时流速分布、溶解氧分布及污泥分布的研究， 来分析理想的能量配置状况与实际运行方式存在的差距。 设备更新始终是工艺改良的重要组成部分，为了进一步发挥合建 式一体化氧化沟的节能潜力，彻底解决目前一些存在的情况，其途径 之一是引用新型高效曝气推流系统设备。本文对其做了初步可行性和 经济性探讨。 本实验第一部分在新都环保设备厂所管理的新都污水厂内进行， 通过对该污水厂的运行经验和一些存在问题的研究，来分析在保证处 理效果、不发生污泥沉积的情况下，所需的设备配置和能耗消耗情况， 分许氧化沟的节能特点，并进一步讨论运行能耗与沟深的关系。 本实验第二部分是在浙江宏宇环保有限公司内与同济大学国家环 重庆大学硕士论文概述 保设备检验中心联合进行，试验新型低能耗曝气推流一体化设备的一 些性能，研究其在氧化沟中的应用所带来的节能优势。 1 4 2 论文的主要研究内容 主要研究内容 通过对不同工况时各断面流速、d o 及m l s s 分布特点的研究来考 察转刷和水下推动器在充氧、混合、推动中的功能分担。在此研究基 础上来分析氧化沟的节能特点。提出一个理想的氧化沟充氧混合推动 模式，以取得最佳节能效果。论证新型高效曝气设备在氧化沟中应用 在节能方面所带来的优势。并分析沟深加大的情况下污泥沉积发生的 原因及解决措施。 研究目的 了解合建式一体化氧化沟水力性能，转刷和水下推动器在充氧、 混合和推动三方面各自所起的作用及潜在问题。通过对现有设备的功 能和流态分布测试来研究沟深、能耗、处理效果及污泥沉积之间的关 系及理想的结合点。研究新型曝气推流一体化设备取代转刷及水下推 动器的经济性和可行性。 创新和特色 对实际工程中存在的一些问题的发现和研究来完善今后一体化氧 化沟工艺的设计，论证先进的工艺和先进的设备相结合的可能性。 1 2 重庆大学硕士学位论文实验的工艺流程、设备及实验方法 2 实验的工艺流程、设备及实验方法 本实验是在新都污水处理厂( 四川省城市污水处理示范工程) 中 进行。该示范工程座落在新都镇，其工艺为合建式一体化氧化沟，由 重庆大学( b 区) 主持工艺设计，联合新都环境工程设备厂、新都建筑工 程公司进行工程总承包。该工程全部采用国产设备，按照国家排放污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级排放标准进行设计，设计规模 为1 万吨天。 2 1 实验工艺流程 图2 - 1 工艺流程图 f i g u r e2 - 1t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s 2 2 实验设备及装置 本实验的主要设备及装置是合建式一体化氧化沟工程及成套国产 设备。合建式一体化氧化沟总长6 5 0 米，宽2 1 0 米，深5 0 米，其中 有效设计水深4 5 米。 2 2 1 曝气转刷 一体化氧化沟主沟内共设置曝气转刷三台，该转刷是新都环境工 程专业设备厂根据水平轴m a m m o t h 转刷改进并自行设计制造的。转刷 的有效长度为9 0 米，直径为1 0 米，刷片宽为4 毫米。刷片由不锈钢 制成，中间有一凹槽，相邻两组栓片呈一定角度错开排列。每台转刷 配用4 5 k w 电机。 2 2 2 水下推动器 该一体化氧化沟使用了两台q j b 7 5 6 型水下推动器，其功率为 】3 重庆大学硕士学位论文实验的工艺流程、设备及实验方法 7 5 k w ，电流为1 5 4 a ，电压为3 8 0 v ，叶轮直径6 4 0 m m ，叶轮转速为 3 0 3 转分，推动流量为0 8 7 4 m a h ，推力为9 9 0 n 。主要用与推动主沟中 底部的混合液流动使其不发生污泥沉积。 另外该一体化氧化沟使用了两台q j b 0 7 5 8 型水下推动器及 q j b 2 2 8 型水下推动器一台，主要用于厌氧区及缺氧区的混合搅拌。 这两种型号的水下推动器各种设计参数见下表： 表2 - 1 水下推动器参数表 型号功率 电流( a ) 电压叶轮直叶轮转流量推力 ( k w )( v )径( m m l 速( r m i n l ( m h )n q ) q j b 0 7 5 8 0 7 52 93 8 02 6 07 4 0o 1 4 31 6 3 q j b 2 2 8 2 25 83 8 03 2 07 4 00 2 6 75 8 2 2 3 实验污水水质 本实验所用污水来自新都县城的部分生活污水，基本上没有工业 废水。生活污水在进入城市排水管网之前，先经过化粪池预处理，并 停留在相当长时间，其各项水质指标如表2 2 所示 表2 2 原水水质情况表 l 项目 c o db o ds sn h ，nt nt pl ( m g l )( m g l )( m g l )( m g ，l )( m g l )( m 2 几) l l 进水范围1 7 7 9 5 7 8 5 5 1 5 31 2 2 5 4 1 1 3 2 7 ，8 1 8 3o 71 2 6 8 9 i i 进水均值 1 9 7 47 3 21 2 3 1 1 2 0j 2 3 4 5 8 l 从表中看，原水平均b o d 5 c o d 大于o 3 8 ，其可生化性较好，且 碱度和p h 变化幅度很小。但从营养比来看，b o d ：t n ：t p = 1 2 ：3 ：1 ， 很显然比例严重失调，特别是c 源相对偏低，其主要原因在于；原污 水本来没有工业废水流入，进水浓度本来就不高，再加上所进城市污 水先进过化粪池去除部分有机物及沉淀物，并使来水的生化性提高。 2 4 实验方法 2 4 1 合建式一体化氧化沟水力性能试验研究 通过连续测定氧化沟进出水及沟内各部分的c o d 、b o d 、t n 、 n h 3 、n o 2 ，n o 3 、m l s s 、d o 、v 、s v 等各项水质指标，来考察目 前设备配置情况下不同运行工况时氧化沟各断面的d o 、m l s s 及流速 1 4 重庆大学硕士学位论文实验的工艺流程、设备及实验方法 分布，以分析合建式一体化氧化沟的各项水力性能。通过在曝气转刷 和水下推动器联合使用时不同运行工况下的流速分布情况来分析其流 态特点，以研究在不发生污泥沉积的情况下所需的推动力要求及合理 的设备配置。通过对转刷不同的开启状况时溶解氧分布来分析转刷的 充氧能力，并对其浓度梯度分析来研究其理想的氧分布模式。即在不 发生污泥沉积及污泥上浮、保证处理效果、能量最佳利用的氧利用模 式。通过对污泥分布的研究来分析转刷的混合能力来分析寻找氧化沟 可能存在的污泥沉积危险区，寻求在转刷和水下推动器联合使用时氧 化沟的沟深问题。通过对这些问题的研究，了解一体化氧化沟的水力 性特点，为下一章该工艺的节能特点研究打好基础，同时可以为今后 该工艺的推广使用提供参考。 2 4 2 合建式一体化氧化沟节能特点研究 合建式一体化氧化沟作为氧化沟的新型改良工艺，其重大突破之 一在于节能效果极其显著。本文从四个方面来论证其节能特点，其中 前两个方面是该工艺本身所具有的，第三方面是实际运行中根据能量 最佳利用的要求得出的，最后一方面是根据目前存在的一些问题，提 出应用新技术来进一步发挥其节能潜力。具体来说，就是对污泥自动 回流进行研究并分析其影响因素；通过对水力性特点的研究提出一个 理想的充氧及氧分布模式，从而来研究理想的水力内回流条件，分析 缺氧区反硝化反应顺利进行的一些影响因素；通过对充氧及推动力要 求来分析理想的设备配置要求及较为理想的实际运行模式，来达到进 一步节能的目的：通过对具有高效充氧混合推动能力的曝气器一些性 能的研究，来分析这些设备用于一体化氧化沟的可能性和必要性，以 达到大幅度降低运行费用的目的。 2 5 分析项目及方法 2 4 1 物理记录项目 水温及气温酒精温度计，1 次目 流速l j d 型打印式流速仪，1 次日 排泥量3 0 m 3 h 的污泥泵，按需要停开 2 5 2 化学分析项目： 具体见表2 3 重庆大学硕士学位论文 实验的工艺流程、设备及实验方法 表2 - 3 化学分析项目表 序号