地处西北高原的表曝型氧化沟处理厂设计

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简介： 介绍了采用国产大功率倒伞曝气机的表曝型氧化沟设计及设备选型，指出了在运行中应注意的问题，供设计人员参考。
关键字：表曝型氧化沟 除磷脱氮 倒伞曝气机

中图分类号：X703.1
文献标识码：C 
文章编号：1000-4602（2003）09-0083-03

Abstract:The paper mainly introduce how to design the oxidation ditch which adopting the domestic reverse umbrella aerator in the northwest plateau.

Key words: surface aerator type oxidation ditch、nitrogen and phosphorus removal、reverse umbrella aerator

　　西北地区（海拔1200米）某污水处理厂设计水量Q=30000m³/d，进出水水质参数如下表：

表1  单位：mg/L

名 称

CODcr

BOD₅

SS

NH₃-N

TN

Tp

进 水

300

120

180

30

40

4

出 水

≤60

≤20

≤20

≤15

≤1

1  污水处理工艺流程确定

　　由进水水质可知，其BOD₅ /CODcr=0.4>0.3、BOD₅ /NH₃-N=4.67>4、BOD₅ /TP=30～45>20，可生化性较好且满足生物脱氮除磷的要求。因此采用了如图1所示的工艺流程（共2个系列）。

2 主要构筑物

2.1厌氧池容积的确定

　　为防止污泥膨胀，厌氧池设计均分为三格，以推流的方式运行。第一格（停留时间30min）中有机物浓度较高、F/M值较大，因此可有效地抑制丝状菌的生长，保证后续氧化沟内污泥沉降性能良好；同时二沉池回流污泥与中的微量硝酸盐在第一格内能很快地被去除，消除了后续工艺对磷去除的不利影响。经过预处理后，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌可在后面两格内将溶解性BOD₅转化成低分子发酵产物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵物，同化成细胞内碳源存储物，并导致磷酸盐的释放，最终通过好氧过量吸收的剩余污泥排放将磷从系统中出去。

　　本工程设计厌氧池停留时间为1.5h，保证磷的释放达到约80%。

　　工艺尺寸为：L×B×H_有效=32.0×7.0×4.2m³，超高0.6m。

2.2缺氧区及氧化沟主体容积的确定

　　由德国ATV标准中的计算公式可知：

　　设计MLSS=4000mg/l，T=10℃

　　则θc=S.F×（1／u₀）=17.5d

　　式中u₀——硝化菌比生长速率，u₀=0.47×e^{0.098（T－15）}×(N/（N+10^0.051T-1.158）) ×(D0/（k₀+D0）) ×(1-0.833×(7.2-pH))，其中N为出水NH₃-N含量，N=15mg/l、D0=2mg/l、氧的半速常数k₀取=1.3mg/l。

　　S.F——安全系数，考虑北方地区气温较低，S.F取3.0。

　　对于中小型污水处理厂而言，单独处置污泥造价偏高，本工程设计经氧化沟后污泥相对稳定，确定污泥龄为18d。

　　则剩余污泥产率Y =K×0.6（SS_进水/BOD_5进水+1）-（0.072×0.6×θc×F）/（1+0.08θc×F）=0.988 kgSS/（kgBOD₅.d）

　　式中  F——温度修正系数，F=1.072^(T-15)　

　　K——水质变化系数，一般在0.8～0.9之间，本设计取0.9

　　则V_总=Q×θc×Y×ΔBOD₅／MLSS=15000×18×0.988×120/4000≈8000m³，水力停留时间t₃=12.8h。污泥负荷Nv=Q×ΔBOD₅/MLVSS×V=0.08kgBOD₅/kgVSS.d（其中MLVSS=MLSS×0.70=2800mg/l），在0.05～0.15kgBOD₅/kgMLVSS范围内。

　　缺氧区容积取氧化沟总池容的18%，则V₁=1440m³ ，HRT≈2.3h。

　　工艺尺寸为：L×B×H_有效=32.0×10.7×4.2m³，超高0.6m。

　　氧化沟主体部分工艺尺寸为：L_总×B×H_有效=54.2×32.0×4.2m³，超高0.6m。

2.3需氧量的确定

　计算得出总需氧量AOR=氧化有机物需氧量＋细胞内源呼吸需氧量＋硝化过程需氧量－脱氮过程产氧量=184.5kgO₂/h，转化为标准状态需氧量：

(SOR) =AOR×C_s(20)/(α×(β×ρ×C_s(t)-C)×1.024^(t-20))

式中α——不同污水的氧转移速率参数，取0.9
　　　β——不同污水的饱和溶解氧参数，取0.97
　　　ρ——大气压修正参数，1200米时大气压=88350Pa    
　　　C_S—— 温度T时饱和溶解氧   其中t=20℃

　　计算得出SOR=323kgO₂/h。曝气机动力效率取：2.1kgO₂/kw

　　则需配置功率数N=323/2.1=154kw

　　氧化沟的平面布置如图2所示：

图2 脱氮除磷氧化沟系统平面布置图

3  设备、仪表选型及说明

3.1厌氧池

　　为防止污泥沉降并保证≥0.3m/s的流速，厌氧池设计搅拌功率密度为7.0W/m³，采用3台GQT022×480（功率2.2kw/台）的潜水高速推进器，可有效防止污泥沉积，兼具搅拌混合和推流的功能；同时设置一台MLSS计及ORP仪，对厌氧段进行在线检测，分析是否存在磷的释放和吸收。并通过ORP(氧化还原电位)值的变化及NO₃-N的浓度来调整污泥外回流比，使厌氧池处于厌氧环境。

　　实际运行表明：当明显存在磷的释放和吸收时，厌氧池的硝酸盐浓度在0.5mg/L以下，同时由于系统中溶解氧浓度极低（DO＜0.05mg/l〉且厌氧氨化作用，造成还原物种COD及NH⁴⁺-N浓度积累，氧化还原电位值会突然下降，一般降至-150mv～-250mv左右。

3.2 缺氧池

　　采用2台DQT055×1800（功率=5.5kw/台）的潜水低速推进器，功率密度7.6W/m³；调节氧化沟好氧区混合液回流至缺氧池的内回流控制闸门采用LB2.0×1.5型，控制范围：100%～600%。同时，设置一台ORP仪与内回流控制闸门组成闭环控制，通过ORP检测数值确定内回流闸门的开启角度，从而有效保证反硝化处理效果。由于在缺氧区内NO₃-N还原成N₂，浓度将逐渐降至最低，而NH⁴⁺-N浓度则因为基质持续推流累积而增高，因此氧化还原电位将下降至-30mv～-45mv左右，实际检测运行正常情况下ORP值在-37～44mv范围内变化。

3.3 氧化沟主体反应区

　　本工程选用90kw、DS350型大倒伞表面曝气机两台，总供氧量=90×2.1×2=378 kgO₂/h，氧富余55kgO₂/h。从节能方面考虑采用一台变频调速曝气机（充氧量90～189 kgO₂/h）、一台恒速曝气机（充氧量189 kgO₂/h）。根据工艺要求，氧化沟前置缺氧区应保证为缺氧状态才能达到预期的反硝化处理效果，因此，靠近内回流闸门的曝气机采用变频，在满足充氧要求的同时尽量避免对回流混合液溶解氧的影响。同时在附近配置一台DO计，组成闭环控制，通过改变曝气机的转速来改变混合液中的溶解氧值，使其达到最佳工况。氧化沟出水端为有效保证段溶解氧≥2mg/l，设计该处曝气机为恒速，并设置在线检测DO计一台。沟中还设置了一台MLSS计，用于在线检测污泥浓度。

4  运行结果

　　该厂自投产以来运行稳定、处理效果好（见表2），运行费用仅为0.24～0.26元/m³。

表2   运行结果  单位：mg/L

项目

CODcr

SS

NH₃-N

Tp

进 水

224

148

23.6

2.1

出 水

39.0

17.6

8.48

0.87

注：进水流量为646m³/h，水温＞14℃

5  应注意的问题

　　①为保证氧化沟系统在寒冷条件下能够稳定运行，防止曝气机叶轮和轴在严寒气候下产生冰棱，可对设备采取一定的保温措施：在倒伞曝气机安装平台上，建造方亭，高度不小于3500mm。夏天可遮阳，冬天用加芯保温版材质围起，内用电暖器加热空气保温，可有效改善寒冷气候下的工艺状况；同时可消减噪音，改善污水处理厂环境条件。

　　②应脱氮与除磷兼顾，即努力控制氧化沟系统内的硝化和反硝化以降低回流污泥中NO₃^-－N对生物除磷的影响。

参考文献

［1］ 刘长荣.Carrousel氧化沟的脱氮除磷工艺设计（J）.中国给水排水.2002 Vol.18 NO.1：67-70

［2］周雹等. 活性污泥工艺的设计计算方法探讨（J）.中国给水排水，2001，17（5）：45-47

［3］米克尔G·曼特（美）、布鲁斯A·贝尔.污水处理的氧化沟技术（M）.中国建筑工业出版社.1988.

第一作者：胡天媛（1977.11-） 女 汉族 安徽  工程师

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