Carrousel型氧化沟设计方法

CARROUSEL2000型氧化沟设计方法摘要：Carrousel系统是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。在原Carrousel系统的基础上DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel2000系统(见图1)，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。至今世界上已有850多座Carrousel和Carrousel2000系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。关键字：Carrousel氧化沟除磷脱氮结构机理1.前言言氧化沟（ooxidattiondditch）又名连续续循环曝气池池（Contiinuousslooppreacttor），是活性性污泥法的一一种变形。氧氧化沟污水处处理工艺是在在20世纪50年代由荷兰兰卫生工程研研究所研制成成功的。自从从1954年在荷兰的的首次投入使使用以来。由由于其出水水水质好、运行行稳定、管理理方便等技术术特点，已经经在国内外广广泛的应用于于生活污水和和工业污水的的治理[1]。目前应用较较为广泛的氧氧化沟类型包包括：帕斯韦韦尔（Pasveeer）氧化沟、卡卡鲁塞尔（Carroousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三三沟式氧化沟沟）、DE型氧化沟和和一体化氧化化沟。这些氧氧化沟由于在在结构和运行行上存在差异异，因此各具具特点[2]。本文将主主要介绍Carroousel氧化沟的结结构、机理、存存在的问题及及其最新发展展。2.Caarroussel氧化沟的结结构Carroousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研研制。在原Carroousel氧化沟的基基础上DHV公司和其在在美国的专利利特许公司EIMCO又发明了Carroousel2000系统，实现现了更高要求求的生物脱氮氮和除磷功能能。至今世界界上已有850多座Carroousel氧化沟和Carroousel22000系统正在运运行。

Carrrousell氧化沟使用用定向控制的的曝气和搅动动装置，向混混合液传递水水平速度，从从而使被搅动动的混合液在在氧化沟闭合合渠道内循环环流动。因此此氧化沟具有有特殊的水力力学流态，既既有完全混合合式反应器的的特点，又有有推流式反应应器的特点，沟沟内存在明显显的溶解氧浓浓度梯度。氧氧化沟断面为为矩形或梯形形，平面形状状多为椭圆形形，沟内水深深一般为2.5～4.5m，宽深比为2:1，亦有水深深达7m的，沟中水水流平均速度度为0.3m//s。氧化沟曝曝气混合设备备有表面曝气气机、曝气转转刷或转盘、射射流曝气器、导导管式曝气器器和提升管式式曝气机等，近近年来配合使使用的还有水水下推动器[4~6]。3.Caarroussel氧化沟的机机理3.1CCarrouusel氧化沟处理理污水的原理理最初的普通通Carroousel氧化沟的工工艺中污水直直接与回流污污泥一起进入入氧化沟系统统。表面曝气气机使混合液液中溶解氧DO的浓度增加加到大约2～3mg/L。在这种充充分掺氧的条条件下，微生生物得到足够够的溶解氧来来去除BOD；同时，氨氨也被氧化成成硝酸盐和亚亚硝酸盐，此此时，混合液液处于有氧状状态。在曝气气机下游，水水流由曝气区区的湍流状态态变成之后的的平流状态，水水流维持在最最小流速，保保证活性污泥泥处于悬浮状状态（平均流流速>0.3mm/s）。微生物物的氧化过程程消耗了水中中溶解氧，直直到DO值降为零，混混合液呈缺氧氧状态。经过过缺氧区的反反硝化作用，混混合液进入有有氧区，完成成一次循环。该该系统中，BOD降解是一个个连续过程，硝硝化作用和反反硝化作用发发生在同一池池中。由于结结构的限制，这这种氧化沟虽虽然可以有效效的去处BOD，但除磷脱脱氮的能力有有限[7]。为了取得更更好的除磷脱脱氮的效果，Carroousel22000系统在普通Carroousel氧化沟前增增加了一个厌厌氧区和绝氧氧区（又称前前反硝化区）。全全部回流污泥泥和10-300%的污水进入入厌氧区，可可将回流污泥泥中的残留硝硝酸氮在缺氧氧和10-300%碳源条件下下完成反硝化化，为以后的的绝氧池创造造绝氧条件。同同时，厌氧区区中的兼性细细菌将可溶性性BOD转化成VFA，聚磷菌获获得VFA将其同化成PHB，所需能量量来源于聚磷磷的水解并导导致磷酸盐的的释放。厌氧氧区出水进入入内部安装有有搅拌器的绝绝氧区，所谓谓绝氧就是池池内混合液既既无分子氧，也也无化合物氧氧（硝酸根），在在此绝氧环境境下，70-900%的污水可提提供足够的碳碳源，使聚磷磷菌能充分释释磷。绝氧区区后接普通Carroousel氧化沟系统统，进一步完完成去除BOD、脱氮和除除磷。最后，混混合液在氧化化沟富氧区排排出，在富氧氧环境下聚磷磷菌过量吸磷磷，将磷从水水中转移到污污泥中，随剩剩余污泥排出出系统。这样样，在Carroousel2000系统内，较较好的同时完完成了去除BOD、COD和脱氮除磷[8]。综合采用该工艺艺的昆明第一一污水厂[9]、长沙市第第二污水净化化中心[10]及漯河市污污水处理厂的的运行效果可可见：经过Carroousel2000系统处理后后，BOD、COD、SS的去除率均均达到了90%以上，TN的去除率达达到了80%，TP的去除率也也达到了90%。3.2CCarrouusel氧化沟除磷磷脱氮的影响响因素影响Carrrouseel氧化沟除磷磷的因素主要要是污泥龄、硝硝酸盐浓度及及基质浓度。研研究表明，当当总污泥龄为为8~10d时活性污泥泥中的最大磷磷含量为其干干污泥量的4%，为异养菌菌体质量的11%，但当污泥泥龄超过15d时污泥中最最大含磷量明明显下降，反反而达不到最最大除磷效果果。因此，一一味延长污泥泥龄（例如20d、25d、30d）是没有必必要的，宜在在8~15d范围内选用用。同时，高高硝酸盐浓度度和低基质浓浓度不利于除除磷过程。影响Carrrouseel氧化沟脱氮氮的主要因素素是DO、硝酸盐浓浓度及碳源浓浓度。研究表表明，氧化沟沟内存在溶解解氧浓度梯度度即好氧区DO达到3~3.55mg/L，缺氧区DO达到0~0.55mg/L是发生硝化化反应及反硝硝化反应的前前提条件。同同时，充足的的碳源及较高高的C/N比有利于脱脱氮的完成[7]。4.Caarroussel氧化沟存在在的问题及解解决方法尽管Carrrouseel氧化沟具有有出水水质好好、抗冲击负负荷能力强、除除磷脱氮效率率高、污泥易易稳定、能耗耗省、便于自自动化控制等等优点。但是是，在实际的的运行过程中中，仍存在一一系列的问题题。4.1污污泥膨胀问题题当废水中的的碳水化合物物较多，N、P含量不平衡衡，pH值偏低，氧氧化沟中污泥泥负荷过高，溶溶解氧浓度不不足，排泥不不畅等易引发发丝状菌性污污泥膨胀；非非丝状菌性污污泥膨胀主要要发生在废水水水温较低而而污泥负荷较较高时。微生生物的负荷高高，细菌吸取取了大量营养养物质，由于于温度低，代代谢速度较慢慢，积贮起大大量高粘性的的多糖类物质质，使活性污污泥的表面附附着水大大增增加，SVI值很高，形形成污泥膨胀胀。针对污泥膨膨胀的起因，可可采取不同对对策：由缺氧氧、水温高造造成的，可加加大曝气量或或降低进水量量以减轻负荷荷，或适当降降低MLSS（控制污泥泥回流量），使使需氧量减少少；如污泥负负荷过高，可可提高MLSS，以调整负负荷，必要时时可停止进水水，闷曝一段段时间；可通通过投加氮肥肥、磷肥，调调整混合液中中的营养物质质平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值过低，可可投加石灰调调节；漂白粉粉和液氯（按按干污泥的0.3%~~0.6%投加），能能抑制丝状菌菌繁殖，控制制结合水性污污泥膨胀[11]。4.2泡泡沫问题由于进水中中带有大量油油脂，处理系系统不能完全全有效地将其其除去，部分分油脂富集于于污泥中，经经转刷充氧搅搅拌，产生大大量泡沫；泥泥龄偏长，污污泥老化，也也易产生泡沫沫。用表面喷喷淋水或除沫沫剂去除泡沫沫，常用除沫沫剂有机油、煤煤油、硅油，投投量为0.5~11.5mg//L。通过增加加曝气池污泥泥浓度或适当当减小曝气量量，也能有效效控制泡沫产产生。当废水水中含表面活活性物质较多多时，易预先先用泡沫分离离法或其他方方法去除。另另外也可考虑虑增设一套除除油装置。但但最重要的是是要加强水源源管理，减少少含油过高废废水及其它有有毒废水的进进入[12]。4.3污污泥上浮问题题当废水中含含油量过大，整整个系统泥质质变轻，在操操作过程中不不能很好控制制其在二沉池池的停留时间间，易造成缺缺氧，产生腐腐化污泥上浮浮；当曝气时时间过长，在在池中发生高高度硝化作用用，使硝酸盐盐浓度高，在在二沉池易发发生反硝化作作用，产生氮氮气，使污泥泥上浮；另外外，废水中含含油量过大，污污泥可能挟油油上浮。发生污泥上上浮后应暂停停进水，打碎碎或清除污泥泥，判明原因因，调整操作作。污泥沉降降性差，可投投加混凝剂或或惰性物质，改改善沉淀性；；如进水负荷荷大应减小进进水量或加大大回流量；如如污泥颗粒细细小可降低曝曝气机转速；；如发现反硝硝化，应减小小曝气量，增增大回流或排排泥量；如发发现污泥腐化化，应加大曝曝气量，清除除积泥，并设设法改善池内内水力条件[12]。4.4流流速不均及污污泥沉积问题题在Carrrousell氧化沟中，为为了获得其独独特的混合和和处理效果，混混合液必须以以一定的流速速在沟内循环环流动。一般般认为，最低低流速应为0.15mm/s，不发生沉沉积的平均流流速应达到0.3~00.5m/ss。氧化沟的的曝气设备一一般为曝气转转刷和曝气转转盘，转刷的的浸没深度为为250~3300mm，转盘的浸浸没深度为480~530mmm。与氧化沟沟水深（3.0~33.6m）相比，转转刷只占了水水深的1/10~~1/12，转盘也只只占了1/6~11/7，因此造成成氧化沟上部部流速较大（约约为0.8~11.2m，甚至更大大），而底部部流速很小（特特别是在水深深的2/3或3/4以下，混合合液几乎没有有流速），致致使沟底大量量积泥（有时时积泥厚度达达1.0m），大大减减少了氧化沟沟的有效容积积，降低了处处理效果，影影响了出水水水质。加装上、下下游导流板是是改善流速分分布、提高充充氧能力的有有效方法和最最方便的措施施。上游导流流板安装在距距转盘（转刷刷）轴心4.0m处（上游），导导流板高度为为水深的1/5~11/6，并垂直于于水面安装；；下游导流板板安装在距转转盘（转刷）轴轴心3.0m处。导流板板的材料可以以用金属或玻玻璃钢，但以以玻璃钢为佳佳。导流板与与其他改善措措施相比，不不仅不会增加加动力消耗和和运转成本，而而且还能够较较大幅度地提提高充氧能力力和理论动力力效率[13]。另外，通过过在曝气机上上游设置水下下推动器也可可以对曝气转转刷底部低速速区的混合液液循环流动起起到积极推动动作用，从而而解决氧化沟沟底部流速低低、污泥沉积积的问题。设设置水下推动动器专门用于于推动混合液液可以使氧化化沟的运行方方式更加灵活活，这对于节节约能源、提提高效率具有有十分重要的的意义[14]。5.Caarroussel氧化沟的发发展由于污水处处理标准中对对除磷脱氮的的要求越来越越严格，Carroousel氧化沟也得得到了进一步步的发展。目目前，研究及及应用较多的的包括以下两两种类型：微微孔曝气型Carroousel2000系统、Carroousel3000系统。5.1微微孔曝气型Carroousel2000系统微孔曝气型型Carroousel2000系统采用微微孔曝气（供供氧设备为鼓鼓风机），微微孔曝气器可可产生大量直直径为1mm左右的微小小气泡，这大大大提高了气气泡的表面积积，使得在池池容积一定的的情况下氧转转移总量增大大（如池深增增加则其传质质效率将更高高）。根据目目前鼓风机生生产厂家的技技术能力，池池的有效水深深最大可达8m，因此可根根据不同的工工艺要求选取取合适的水深深。传统氧化化沟的推流是是利用转刷、转转碟或倒伞型型表曝机实现现的，其设备备利用率低、动动力消耗大。微微孔曝气型Carroousel2000系统则采用用了水下推流流的方式，即即把潜水推进进器叶轮产生生的推动力直直接作用于水水体，在起推推流作用的同同时又可有效效防止污泥的的沉降。因而而，采用潜水水推进器既降降低了动力消消耗，又使泥泥水得到了充充分地混合。从水力特性性来看，微孔孔曝气型Carroousel2000系统为环状状折流池型，兼兼有推流式和和完全混合式式的流态。就就整个氧化沟沟来看，可认认为氧化沟是是一个完全混混合曝气池，其其浓度变化系系数极小甚至至可以忽略不不计，进水将将迅速得到稀稀释，因此它它具有很强的的抗冲击负荷荷能力。但对对于氧化沟中中的某一段则则具有某些推推流式的特征征，即在曝气气器下游附近近地段DO浓度较高，但但随着与曝气气器距离的不不断增加则DO浓度不断降降低（出现缺缺氧区）。这这种构造方式式使缺氧区和和好氧区存在在于一个构筑筑物内，充分分利用了其水水力特性，达达到了高效生生物脱氮的目目的。微孔曝气型型Carroousel2000系统尽管具具有充氧能力力强、除磷脱脱氮效果好、占占地面积少和和能耗低等优优点，但同时时它也存在微微孔曝气设备备维修的问题题。目前，国国内微孔曝气气器的使用寿寿命为4~5年，好的可可达8~10年，但与进进口微孔曝气气器相比还有有一定的差距距。曝气器的的维修不像表表曝设备那样样方便，它需需要干池才能能检修，也就就是说一旦微微孔曝气器出出现问题需采采用平行两组组或三组来解解决问题，或或者采用提升升装置等来解解决，这也将将会给生产和和管理带来极极大的不便[15116]。5.2CCarrouusel33000系统Carroousel3000系统是在Carroousel2000系统前再加加上一个生物物选择区。该该生物选择区区是利用高有有机负荷筛选选菌种，抑制制丝状菌的增增长，提高各各污染物的去去除率，其后后的工艺原理理同Carroousel2000系统。Carroousel3000系统的较大大提高表现在在：一是增加加了池深，可可达7.5~88m，同心圆式式，池壁共用用，减少了占占地面积，降降低造价同时时提高了耐低低温能力（可可达7℃）；二是曝曝气设备的巧巧妙设计，表表曝机下安装装导流筒，抽抽吸缺氧的混混合液，采用用水下推进器器解决流速问问题；三是使使用了先进的的曝气控制器器QUTE（它采用一一种多变量控控制模式）。四四是采用一体体化设计，从从中心开始，包包括以下环状状连续工艺单单元：进水井井和用于回流流活性污泥的的分水器；分分别由四部分分组成的选择择池和厌氧池池。这之外是是有三个曝气气器和一个预预反硝化池的的Carroousel2000系统（如图2所示）。五五是圆形一体体化的设计使使得氧化沟不不需额外的管管线，即可实实现回流污泥泥在不同工艺艺单元间的分分配[17]。6.结论论Carroousel氧化沟由于于具有良好的的出磷脱氮能能力、抗冲击击负荷能力和和运行管理方方便等优点，已已经得到了广广泛的应用。但但由于科技的的发展和社会会的进步，该该工艺必将得得到进一步的的提高。作者者认为：Carroousel氧化沟的未未来研究方向向将主要体现现在以下几方方面。1结合生生物膜法，研研究和开发生生物模型Carroousel氧化沟。这这样不仅可以以提高单位反反应器的微生生物总量，从从而提高有机机负荷，而且且生物膜本身身具有的内置置A/O系统强化了了脱氮效果[18]。2不断提提高Carroousel氧化沟中微微生物的活性性。例如在氧氧化沟中投加加EM专一菌种、投投入铁盐使微微生物驯化成成生物铁、投投入活性炭增增强菌胶团的的形成并提高高耐毒性冲击击等。3提高CCarrouusel氧化沟设备备性能和监控控技术。提高高表曝机、水水下推进器的的性能，减少少维修工作量量；利用DO、ORP等多目标监监控技术及变变频技术是今今后Carroousel氧化沟科学学运行的必由由之路。4提高CCarrouusel氧化沟的耐耐寒、耐毒性性能，减少占占地面积和工工程造价。膜膜理论的应用用、深池水力力条件和工艺艺性能的研究究为降低工程程造价、提高高耐寒耐毒性性能等提供了了可能的方向向。参考文献：：[1]XXiaShhibin,,LiuJunxiin.Anninnoovativveinttegrattedoxxidatiiondiitchwwithvverticcalciircleforddomestticwaastewaaterttreatmment.ProceessBiiochemmistryy,20004,399(4):11111~11117.[2]XX,Haoo;Dodddema,,H.JJ.;vaanGrooenesttijn,J.W..Useofcoontactttankktoeenhanccedennitrifficatiioninnoxiddationnditcches.WaterrScieenceaandTeechnollogy,1996,,34(11-2):1195~2002.[3]汪汪大，雷乐成成。水处理新新技术及工程程设计[M]。北京化学学工业出版社社，2000。[4]李李正明。导管管式氧化沟设设计介绍。化化工给排水设设计，1997，2：16~18。[5]朱朱谋溪。自吸吸式射流曝气气器在中小型型氧化沟中的的应用。给水水排水，1999，25(8)：13~18。[6]DDudleyy,J.Proceessteestinggofaaeratoorsinnoxiddationnditcches.WaterrReseearch,,19955,29(99):22117~22119.[7]SStamouu,AnaastasiiosT..Modeelingofoxxidatiiondiitchessusinnganopenchannnelfllow1--DadvvectioondisspersiioneqquatioonanddASMIIproccessddescriiptionn.WatterSccienceeandTechnnologyy,19997,36((5):2669~2766.[8]]Abussam,AA.;Keeesmann,K.JJ.;vaanStrraten,,G.FForwarrdanddbackkwarduncerrtainttyproopagattion:anoxxidatiiondiitchmmo