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氧化沟结构原理及操作注意事项 2018年7月 氧化沟的发展历史及种类 1920年 英国Sheffield首次建成氧化渠 被认为是现代氧化沟的先驱 1950年 氧化沟 Oxidationditch 工艺由荷兰中央应用研究院卫生工程研究所 TNO 首次研究成功 第一座氧化沟由帕斯维尔 A Pasveer 博士设计 使用Kessener转刷式表面曝气机 于1954年在荷兰伏肖汀 Voorschoten 镇建造并投入使用 因而被命名为 帕斯维尔沟 在单沟式渠道中分进水 曝气净化 沉淀和排水四个基本工序运行 后来的规模型氧化沟增加了沉淀池 使曝气和沉淀分别在两个区域进行 可以连续进水 连续出水 氧化沟技术一问世就引起了各国环保界的极大兴趣 曝气设备除了使用水平轴转刷式表面曝气机之外 还开始使用立轴式表面曝气机 20世纪70年代末 我国第一座氧化沟工艺应用于邯郸市东郊污水处理厂 转刷式表面曝气机示意图 卡罗塞尔氧化沟 PI型氧化沟示意图 一体化氧化沟 氧化沟的基本原理及特点 基本原理原水经预处理后直接进入氧化沟 与活性污泥混合后在环形沟渠内循环流动 从构筑物来看 氧化沟工艺没有初沉池 但需另设二沉池和污泥回流装置 因为污水和活性污泥混合液的循环流量远大于进水流量 故氧化沟又被称为连续循环曝气池 ClosedLoopReactor CLR 氧化沟工艺是传统活性污泥工艺的一种变形 所以工作原理本质上与活性污泥法相同 但运行方式不同 氧化沟的特点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 可以省略调节池 初沉池 污泥消化池 有的还可以省略二沉池 氧化沟能保证较好的处理效果 1 氧化沟结合推流和完全混合的特点 有力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 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 又呈混合状态 这两者的结合 即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流 又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力 同时为了防止污泥沉积 必须保证沟内足够的流速 一般平均流速大于0 3m s 而污水在沟内的停留时间又较长 这就要求沟内由较大的循环流量 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 2 氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度 特别适用于硝化 反硝化生物处理工艺 氧化沟从整体上说又是完全混合的 而液体流动却保持着推流前进 其曝气装置是定位的 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 基本上处于缺氧状态 氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧区实现硝化 反硝化工艺 不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量 而且可以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要投加的化学药品数量 3 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20 30瓦 米3 平均速度梯度G大于100秒 1 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30秒 1 污泥仍有再絮凝的机会 因而也能改善污泥的絮凝性能 4 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 对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失 因而氧化沟可比其他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 据国外的一些报道 氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低20 30 另外 据国内外统计资料显示 与其他污水生物处理方法相比 氧化沟具有处理流程简单 操作管理方便 出水水质好 工艺可靠性强 基建投资省 运行费用低等特点 卡鲁塞尔氧化沟 Carroussel氧化沟又称平行多沟渠形氧化沟 由荷兰DHV公司于1967年开发研制 目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合 并能维持较高的传氧效率 以克服小型氧化沟沟深较浅 混合效果差等缺陷 至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行 普通Carrousel氧化沟 Carrousel2000系统及其变型组合 Carrousel3000系统 普通Carrousel氧化沟一个多沟串联系统 沟道被一堵纵向隔墙分开 在墙的末端安装立轴式表面曝气机 每组沟渠安装一个 均安装在同一端 进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流动 由于曝气机和隔墙的作用而产生了一个螺旋状水流 给池水带来了很好的混合效果 为使氧化沟内弯道处的水流更流畅流动 减少其流速损耗 不使活性污泥沉积于沟内死角区而设置导流墙 Carrousel氧化沟的表面曝气机单机功率大 使得氧的转移效率大大提高 平均传氧效率至少达2 1kgO2 kW h 因此具有极强的耐冲击能力 同时具有极强的混合搅拌能力 水深可达5m以上 使氧化沟面积减少土建费用降低 当有机负荷较低时 可以停止某些曝气机运行 以节约能耗 倒伞型叶轮表面曝气机 总体构成与分类倒伞型 inverted coneimpeller 又称辛姆卡型 表面曝气机为垂直轴低速曝气机 主要由电机 联轴器 减速器 叶轮升降装置 倒伞型叶轮等部分组成 总体结构分类与泵型叶轮表面曝气机类似 多用于Carrousel氧化沟 叶轮结构叶轮为倒伞状 螺旋式或直式叶片结构 直立在倒置浅锥体外侧的叶片 自轴伸顶端的外缘以切线方向对周边放射 其尾端均布在圆锥体边缘水平板上 并外伸一小段 与轴垂直 叶轮一般采用低碳钢制作 表面涂防腐涂料 当应用于腐蚀性较强的污水中时 可采用耐腐蚀金属制造 目前我国的中山 淮南 黄岩等城市及北京顺义区污水处理均采用了这一工艺 这种氧化沟虽然可以有效地去处BOD 去除率可达95 99 但脱氮除磷的能力有限 约为50 Carrousel2000系统及其变型组合Carrousel2000系统是在普通Carrousel氧化沟的基础上 由DHV公司及其在美国的专利特许公司EimcoWaterTechnologies联合开发 在美国市场上也称为Carrousel denitIR System 实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能 该系统结构上的主要改进是在普通Carrousel氧化沟前增加了一个缺氧区 又称预反硝化区 预反硝化区与氧化沟可以分建 也可以合建 对于合建式而言 预反硝化区体积约为氧化沟体积的15 进水在缺氧条件下与一定量的混合液混合 可通过内部回流控制阀调节 剩余部分包括有氧和缺氧区 占氧化沟体积的85 用于进行同时硝化 反硝化 也用于磷的富集吸收 每座Carrousel2000系统中配有相当数量的立轴式表面曝气机 实现沟内水体的推流 混合和充氧 系统的供氧量可以通过控制沟内表面曝气机运行台数的多少进行调节 每座氧化沟中还装有一定数量的推进器用于保证混合液具有一定的流速 并防止污泥在进水BOD5含量低的情况下发生沉淀 例如在夜间只有1 2台表面曝气机运行 实际上 Carroussel2000氧化沟的除磷脱氮原理与A2 O工艺一致 只是前者不需设置专门的混合液回流设备 因此比A2 O工艺的运行费用略低 投资更省 从国内采用该工艺的污水处理厂的运行效果来看 经过Carrousel2000系统处理后 BOD COD SS的去除率均达到了90 以上 TN的去除率达到了80 TP的去除率也达到了90 也有Carroussel2000系统采用深水微孔曝气和水下推流相结合的曝气系统 每沟的直段设平铺式橡胶膜微孔曝气头和推流器 根据具体位置设曝气头数目也有差异 目的是使氧化沟的不同阶段分别形成好氧和缺氧环境 弯道处均设有水下推流器 Carrousel2000系统的变型之一 在Carrousel2000系统的基础上增加前置厌氧区 可以达到脱氮除磷的目的 被称为Carrousel A2C Process 该系统将A2 O工艺与氧化沟工艺结合在一起 利用氧化沟原有的渠道流速实现硝化液的高回流比 无需任何回流提升动力 达到了同时脱氧除磷之目的 Carrousel2000系统的变型之二 在Carrousel2000系统的下游增加第二缺氧池及再曝气池 就构成了四阶段Carrousel Bardenpho系统 能够实现更高程度的脱氮 在Carrousel A2C Process系统的下游增加第二缺氧池及再曝气池 就构成了五段Carrousel Bardenpho系统 大大提高了脱氮除磷的效果 国内昆明第一污水处理厂采用了该工艺 Carrousel3000系统在Carrousel2000系统前加上一个生物选择区 就构成了Carrousel3000系统 也称为DeepCarrousel 该生物选择区是利用高有机负荷筛选菌种 抑制丝状菌的增长 提高各污染物的去除率 其后的工艺原理同Carrousel2000系统 一是增加了池深 可达7 5 8m 同心圆式池壁共用 减少了占地面积 在降低造价同时提高了耐低温能力 二是曝气设备的巧妙设计 表曝机下安装导流筒 drafttube 抽吸缺氧的混合液 采用水下推进器解决流速问题 三是使用了先进的 多变量控制模式的曝气控制器 四是采用一体化设计 自中心开始包括以下环状连续工艺单元 进水井 选择池和厌氧池 这之外是三个曝气器和一个Carrousel2000系统 五是圆形一体化的设计使得氧化沟不需额外的管线 即可实现回流污泥在不同工艺单元间的分配 卡鲁塞尔氧化沟的运行管理 在氧化沟处理污水工艺中 氧化沟就是通常所说的曝气池 是活性污泥微生物氧化 分解有机物的最主要的场所 反映氧化沟工况的指标MLSS 污泥浓度 MLVSS 挥发性污泥浓度 污泥沉降比 SV 污泥指数 SVI 曝气时间 t 污泥负荷 Fx或Bx 容积负荷 Fv或Bv 污泥泥龄 我公司氧化沟的运行参数1 温度 20 30 2 曝气时间 连续曝气 3 溶解氧 一般2 4mg l 4 营养物质比例 BOD5 N P 100 5 1 5 SV 25 40 6 SVI 夏季为80 120ml g 7 MLSS 3500 6000mg l8 PH 6 99 15 30d10 回流比 R 50 100 氧化沟运行中注意事项 根据一次提升泵处液位控制进水量 保持进水量均匀 1 表曝机常开 根据氧化沟处DO计显示数值 2 5 4mg L 调节2 表曝机开启时间 保证一台二沉池污泥回流泵满负荷运行 回流比控制在60 左右 当氧化沟污泥浓度超过5000mg L时 将二沉池的污泥排往水解酸化池 以保持氧化沟内污泥浓度的稳定 每天观察活性污泥生物相 上清液透明度 污泥颜色 状态 气味等 并测试和计算反映污泥特性的有关项目 活性污泥的观察活性污泥的状态能直接反应水质处理的好坏 所以要养成观察污泥的习惯 1 外观 正常的活性污泥为褐色或浅褐色 因为水质的不同也可以是其它颜色 具有特有的土腥味 如果污泥的颜色明显较深 则可能是污泥过剩 要及时排泥 2 镜检 正常的活性污泥在镜检时会发现游离的菌体很少 大部分是结合性菌体 也能观察到少量短的丝状菌 原生动物多为游泳型纤毛虫类和有柄纤毛虫类 有时有少量的轮虫 2018年6月份以后 由于我公司往水中投加葡萄糖 从而使得丝状菌含量较多 活性污泥的观察3 沉降性能 性能良好的活性污泥沉降快 泥水界面清晰 在量筒中静置后能形成一个整体的绒团状絮体而沉降 4 凝聚性能 凝聚性能良好的污泥在沉降后虽然有时上清液稍有混浊 但基本上是清澈的 活性污泥的观察5 观察是否有老化 轻质污泥 腐化上浮污泥 反硝化污泥等 6 回流污泥观察 主要观察流量是否充足 回流浓度是否偏低等 7 泡沫观察 氧化沟在供氧充足 处理效果稳定 处理效率较高的时候 往往会出现少量的泡沫 这是因为污水中含有少量的油脂 经过分解而产生了气泡 但是如果有大量的白色气泡翻滚 具有粘性不易自然破碎 则表明污泥可能出现异常 氧化沟工艺的四个重要操作1 进水基本要求 均衡目的 有利于保持氧化沟中稳定的污泥负荷 同时对二沉池不至于造成冲击 当COD总量和水量突破某个极限后 均衡进水也不过只能使污泥异常的时间向后推迟而已 控制要求 详细观察和摸索来水的变化规律 弄清楚24小时周期内外排水的高峰期和低谷期 预测好瞬时水量 通过及时的调整污水泵的开启台数和阀门的控制 最大限度地做到均衡进水 现阶段我们公司进水要求控制在1300 1500m h 氧化沟工艺的四个重要操作2 曝气曝气的作用 供氧 微生物只能利用水中的氧 而不是直接利用空气中的氧 因此就必须把空氧中气相的氧通过一定的装置变为水中的液相氧 并最终被微生物利用而变为固相的氧 需氧量的计算曝气池中的需养量通常用下述公式表示 O aQLr bVN w其中a 氧化每公斤BOD5所需氧的公斤数 0 42 0 53 Q 为进水量 Lr BOD5的去除率 b 污泥自身氧化的速度系数 0 11 0 188 V 曝气池的容积 N w 挥发性污泥浓度 氧化沟工艺的四个重要操作应注意控制DO的高低要合适 如果过高 一方面可能造成能耗的浪费 另一方面则可能会造成污泥老化现象的出现 影响到处理效果 DO过低 不利于污泥的增长 影响微生物的活性 易造成氧化沟和二沉池中有腐化污泥产生 同时也有利于丝状菌的增长 造成丝状菌性污泥膨胀 导致处理系统的异常 我们公司的DO要求控制在2 4mg L 氧化沟工艺的四个重要操作经常测定氧化沟中的DO 掌握其昼夜变化规律及不同时期的变化规律 在耗氧低谷时 减少曝气量 特别是在夜间气温低 污水量小 耗氧少和易于充氧的特点 采取间歇曝气等经济的曝气方式 适当降低MLSS 避免高浓度造成的不必要的能量消耗 氧的最大需求量出现在和曝气池中污水和活性污泥混合的首端 此处常出现供氧不足的现象 为防止低DO防碍微生物的正常代谢 可适当增加此段的曝气量 氧化沟工艺的四个重要操作但是 有些理论认为 为创造良好的厌氧 缺氧区以实现反硝化作用脱氮的要求 投水点可以减少曝气 在实际的应用中 如在出现污泥膨胀现象时 可以减少进水端的曝气 因为丝状菌争夺氧的能力强于絮状菌 此时不供给足够的氧 不利于丝状菌的活动 却有利于絮状菌更好地吸附有机物以便下一阶段的分解和利用 氧化沟工艺的四个重要操作3 回流回流的作用 将二沉池中沉降下来的活性污泥返回到氧化沟中去 以维持氧化沟中足够浓度 数量 的微生物 以适应污水量的变化和污泥污泥浓缩性能的变化 有效地去除污水中的污染物 达到净化污水的目的 通过注入静止期或内源呼吸期的菌体以限制污泥的增长速度 利于絮状体的凝聚和沉降 氧化沟工艺的四个重要操作回流系统的组成 包括二沉池的排泥管路 通过重力自流 集泥装置 刮泥机 集泥井 回流污泥提升设备 潜污泵 从污泥提升设备至氧化沟的管路等 回流的调节方法 通常通过调节回流泵的开启台数和阀门的开启度来进行调节 氧化沟工艺的四个重要操作4 排泥排泥的作用 在曝气 二沉池系统中 活性污泥每天都在增长 要保持处理系统的正常平衡运转 必须及时排出多余的活性污泥 剩余污泥 排泥是曝气 二沉池系统管理的重要操作 也是对系统工艺调节的重要手段 及时而适量的排泥是保持正常运转的必要手段 我们公司的剩余污泥排往水解酸化池 氧化沟工艺的四个重要操作排泥量的确定 排泥操作最重要的问题就是确定排泥量的大小 通常有五种方法 而在这五种方法中 最常用和最容易操作的有二种 即根据污泥SV 来确定和根据氧化沟中MLSS来确定 我们公司是根据MLSS来确定排泥量的 氧化沟的MLSS维持在4500 5000mg L 当MLSS超过5000mg L时 每天往水解池排污泥0 5 1h 直至降低到4800mg L左右 氧化沟的指示生物及观察 氧化沟的指示生物及观察