氧化溝工藝概述

1、氧化溝工藝概述1 氧化溝工藝概述1.1 氧化溝工藝基本原理和主要設計參數(shù)氧化溝又名氧化渠， 因其構(gòu)筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。 它是 活性污泥法的一種變型。 因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán) 流動，因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝 的水力停留時間長，有機負荷低，其本質(zhì)上屬于延時曝氣系統(tǒng)。以下 為一般氧化溝法的主要設計參數(shù)：水力停留時間： 1040 小時；污泥齡：一般大于 20 天；有機負荷： 0.05 0.15kgBOD5/(kgMLSS.d) ；容積負荷： 0.2 0.4kgBOD5/(m 3.d) ；活性污泥濃度： 20006000mg/l ；溝內(nèi)平均流速： 0

2、.3 0.5m/s1.2 氧化溝的技術(shù)特點：氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應池 (Cintinuous Loop Reator, 簡稱 CLR) 作生物反應池，混合液在該反應池中一條閉合曝氣渠道進行連續(xù)循 環(huán)，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。 氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置， 向反應池中的物質(zhì)傳遞水平速度， 從而使被攪動 的液體在閉合式渠道中循環(huán)。氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合設備組 成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長方形、 L 形、圓形或其 他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。氧化溝法由于具有較長的水力停留時間， 較低的有機負荷和較長 的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活性污泥法

3、，可以省略調(diào)節(jié)池，初沉池，污 泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果， 這主要是因為巧妙結(jié)合了 CLR形式和曝氣裝置特定的定位布置，是式 氧化溝具有獨特水力學特征和工作特性：1）氧化溝結(jié)合推流和完全混合的特點，有力于克服短流和提高 緩沖能力， 通常在氧化溝曝氣區(qū)上游安排入流， 在入流點的再上游點 安排出流。入流通過曝氣區(qū)在循環(huán)中很好的被混合和分散， 混合液再 次圍繞CLR繼續(xù)循環(huán)。這樣，氧化溝在短期內(nèi)（如一個循環(huán)）呈推流 狀態(tài)，而在長期內(nèi)（如多次循環(huán)）又呈混合狀態(tài)。這兩者的結(jié)合，即 使入流至少經(jīng)歷一個循環(huán)而基本杜絕短流， 又可以提供很大的稀釋倍 數(shù)而提高了緩沖能力。 同時為

4、了防止污泥沉積， 必須保證溝內(nèi)足夠的 流速（一般平均流速大于 0.3m/s） ，而污水在溝內(nèi)的停留時間又較 長，這就要求溝內(nèi)由較大的循環(huán)流量 （一般是污水進水流量的數(shù)倍乃 至數(shù)十倍），進入溝內(nèi)污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋，因此氧化溝系統(tǒng)具有很強的耐沖擊負荷能力， 對不易降解的有機物也有較好 的處理能力。2) 氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用于硝化反硝 化生物處理工藝。 氧化溝從整體上說又是完全混合的， 而液體流動卻 保持著推流前進，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區(qū)內(nèi)溶 解氧濃度是上游高，然后沿溝長逐步下降，出現(xiàn)明顯的濃度梯度，到 下游區(qū)溶解氧濃度就很低， 基本上處于缺氧狀態(tài)

5、。 氧化溝設計可按要 求安排好氧區(qū)和缺氧區(qū)實現(xiàn)硝化反硝化工藝， 不僅可以利用硝酸鹽 中的氧滿足一定的需氧量， 而且可以通過反硝化補充硝化過程中消耗 的堿度。這些有利于節(jié)省能耗和減少甚至免去硝化過程中需要投加的 化學藥品數(shù)量。3) 氧化溝溝內(nèi)功率密度的不均勻配備，有利于氧的傳質(zhì)，液體 混合和污泥絮凝。傳統(tǒng)曝氣的功率密度一般僅為 2030瓦/米 3，平 均速度梯度 G 大于 100 秒 1。這不僅有利于氧的傳遞和液體混合，而 且有利于充分切割絮凝的污泥顆粒。 當混合液經(jīng)平穩(wěn)的輸送區(qū)到達好 氧區(qū)后期，平均速度梯度 G小于30秒t,污泥仍有再絮凝的機會， 因而也能改善污泥的絮凝性能。4) 氧化溝的整體

6、功率密度較低,可節(jié)約能源。氧化溝的混合液 一旦被加速到溝中的平均流速, 對于維持循環(huán)僅需克服沿程和彎道的 水頭損失,因而氧化溝可比其他系統(tǒng)以低得多的整體功率密度來維持混合液流動和活性污泥懸浮狀態(tài)。據(jù)國外的一些報道，氧化溝比常規(guī) 的活性污泥法能耗降低20% 30%另外，據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料顯示，與其他污水生物處理方法相比， 氧化溝具有處理流程簡單，超作管理方便；出水水質(zhì)好，工藝可靠性 強；基建投資省，運行費用低等特點。1.3氧化溝技術(shù)的發(fā)展自1920年英國Sheffield 建立的污水廠成為氧化溝技術(shù)先驅(qū)以 來，氧化溝技術(shù)一直在不斷的發(fā)展和完善。其技術(shù)方面的提高是在兩個方面同時展開的：一是工藝的改良

7、；二是曝氣設備的革新。1.3.1 工藝的改良工藝的改良過程大致可分為四個階段：階段型式初期氧化溝1954 年，Pasveer 教授 建造的Voorshopen氧化溝， 間歇運行。分進水、曝氣凈 化、沉淀和排水四個基本工 序規(guī)模型增加沉淀池，使曝氣和氧化溝沉淀分別在兩個區(qū)域進行，可以連續(xù)進水多樣型氧化溝考慮脫氮除磷等要求。著名的有DE型氧化溝，Carrousel 氧化溝及 Orbal氧化溝等一體化氧化溝時空調(diào)配型（D型，VR 型，T型等）合建式（BMTS 式，側(cè)溝式，中心島式等）132曝氣設備的革新：曝氣設備對氧化溝的處理效率，能耗及處理穩(wěn)定性有關鍵性影 響，其作用主要表現(xiàn)在以下四個方面：向水中

8、供氧；推進水流前進， 使水流在池內(nèi)作循環(huán)流動；保證溝內(nèi)活性污泥處于懸浮狀態(tài)；使氧、 有機物、微生物充分混合。針對以上幾個要求，曝氣設備也一直在改 進和完善。常規(guī)的氧化溝曝氣設備有橫軸曝氣裝置及豎軸曝氣裝置。1）橫軸曝氣裝置為轉(zhuǎn)刷和轉(zhuǎn)盤。其中轉(zhuǎn)刷更為常見，轉(zhuǎn)刷單獨 使用通常只能滿足水深較淺的氧化溝，有效水深不大于2.0 - 3.5米。 從而造成傳統(tǒng)氧化溝較淺，占地面積大的弊端。近幾年開發(fā)了水下推 進器配合轉(zhuǎn)刷，解決了這個問題，如山東高密污水廠，有效水深為 4.5米，保證溝內(nèi)平均流速大于 0.3米/秒，溝底流速不低于0.1米/ 秒，這樣氧化溝占地大大減少，轉(zhuǎn)刷技術(shù)運用已相當成熟，但因其供 氧率低，

9、能耗大，故其逐漸被另外先進的曝氣技術(shù)所取代。2) 豎軸式表面曝氣機， 各種類型的表面曝氣機均可用于氧化溝， 一般安裝在溝渠的轉(zhuǎn)彎處， 這種曝氣裝置有較大的提升能力， 氧化溝 水深可達44.5米，如1968年荷蘭PHV開發(fā)的著名Carrousel氧化 溝在一端的中心設垂直軸的一定方向的低速表曝葉輪， 葉輪轉(zhuǎn)動時除 向污水供氧外， 還能使溝中水體沿一定方向循環(huán)流動。 表曝設備價格 較便宜，但能耗大易出故障，且維修困難。3) 射流曝氣，1969年Lewrnpt等創(chuàng)建了第一座試驗性射流曝氣 氧化溝(JAC),國外的射流曝氣多為壓力供氣式，而國內(nèi)通常是自 吸空氣式，JAC的優(yōu)點是氧化溝的寬度和水的深度不

10、受限制，可以用 于深水曝氣，且氧的利用率高，目前最大的 JAC在奧地利的林茨，處 理流量為 17.2 萬噸/ 天，水深 7.5 米。4) 微孔曝氣，現(xiàn)在應用較多的微孔曝氣裝置，采用多孔性空氣 擴散裝置克服了以往裝置氣壓損失大， 易堵塞的毛病， 且氧利用率較 高，在氧化溝技術(shù)運用中越來越廣泛，目前，我國廣東省某污水廠已 成功運用此種曝氣系統(tǒng)。5) 其他曝氣設備，包括一些新型的曝氣推動設備，如浙江某公 司開發(fā)的復葉節(jié)流新型曝氣器，氧利用率較高，浮于水面，易檢修，充氧能力可達水下 7米，推動能力相當強， 滿足氧化溝的曝氣推動一 體化要求，同時能夠滿足氧化溝底部的充氧和推動。氧化溝在國內(nèi)外都發(fā)展很快。

11、歐州的氧化溝污水廠已有上千座， 在國內(nèi)，從20世紀 80年代末開始在城市污水和工業(yè)廢水中引進國外 氧化溝的先進技術(shù)， 從原來的日處理量 3000立方米到目前 10 萬噸以 上的污水處理廠已比較普遍， 氧化溝工藝已成為我國城市污水處理的 主要工藝。2. 氧化溝脫氮除磷工藝2.1 傳統(tǒng)氧化溝的脫氮除磷傳統(tǒng)氧化溝的脫氮， 主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性， 通 過合理的設計， 使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)， 從而達到脫 氮的目的。其最大的優(yōu)點是在不外加碳源的情況下在同一溝中實現(xiàn)有 機物和總氮的去除， 因此是非常經(jīng)濟的。 但在同一溝中好氧區(qū)與缺氧 區(qū)各自的體積和溶解氧濃度很難準確地加以控制，

12、因此對除氮的效果 是有限的，而對除磷幾乎不起作用。 另外，在傳統(tǒng)的單溝式氧化溝中， 微生物在好氧缺氧好氧短暫的經(jīng)常性的環(huán)境變化中使硝化菌和 反硝化菌群并非總是處于最佳的生長代謝環(huán)境中， 由此也影響單位體 積構(gòu)筑物的處理能力。隨著氧化溝工藝的反展， 目前，在工程應用中比較有代表性的有 形式有：多溝交替式氧化溝（如三溝式，五溝式）及其改進型、卡魯塞爾氧化溝及其改進型、奧貝爾 (Orbal) 氧化溝及其改進型、一體化 氧化溝等。他們都具有一定的脫氮除磷能力，2.2. PI 型氧化溝的脫氮除磷PI(Phase Isolation )型氧化溝，即交替式和半交替式氧化溝， 是七十年代在丹麥發(fā)展起來的，其中

13、包括DE型、T型和VR型氧化溝, 隨著各國對污水處理廠出水氮， 磷含量要求越來越嚴， 因而開發(fā)出現(xiàn) 了功能加強的PI型氧化溝，主要由Kruger公司與Demmar技術(shù)學院 合作開發(fā)的， 稱為 Bio-Denitro 和 Bio-Denipho 工藝，這兩種工藝都 是根據(jù)A/0和A/0生物脫氮除磷原理，創(chuàng)造缺氧/好氧，厭氧/缺氧/ 好氧的工藝環(huán)境，達到生物脫氮除磷的目的。2.2.1 DE型、T型氧化溝脫氮工藝DE型氧化溝為雙溝系統(tǒng)，T型氧化溝為三溝系統(tǒng)，其運行方式比 較相似， 都是通過配水井對水流流向的切換， 堰門的起閉以及曝氣轉(zhuǎn) 刷的調(diào)速， 在溝中創(chuàng)造交替的硝化， 反硝化條件， 以達到脫氮的目

14、的。 其不同之處在于DE型氧化溝系統(tǒng)是二沉池與氧化溝分建，有獨立的 污泥回流系統(tǒng)；而T型氧化溝的兩側(cè)溝輪流作為沉淀池。2.2.2 VR 型氧化溝脫氮工藝VR氧化溝溝型宛如通常的環(huán)形跑道，中央有一小島的直壁結(jié)構(gòu)， 氧化溝分為兩個容積相當?shù)牟糠?，其水平形式如反向的英文字母C，污水處理通過二道拍門和二道出流堰交替起閉進行連續(xù)和恒水位運 行。2.2.3 PI 型氧化溝同時脫氮除磷工藝交替式氧化溝在脫氮效果上良好， 為了達到除磷效果， 通常在氧 化溝前設置相應的厭氧區(qū)或構(gòu)筑物或改變其運行方式。 據(jù)國內(nèi)外實際 運行經(jīng)驗顯示， 這種同時脫氮除磷工藝只要運行時控制的好， 可以取 得很好的脫氮除磷效果。西安北石

15、橋污水凈化中心采用具有脫氮除磷的 DE型氧化溝系 統(tǒng)（前加厭氧池），一期工程處理能力為 15萬立方米 /天，對各階段 處理效果實測結(jié)果表明，DE型氧化溝處理城市污水效果顯著。COD TN TP的總?cè)コ史謩e達到 87.5 % 91.6 %, 63.6 % 66.9 %, 85.0 % 93.4 %，出水 TN為 9.0 10.1mg/l,TP 為 0.42 0.45mg/l, 出水水質(zhì)優(yōu)于國家二級出水排放標準。上述三種 PI 型氧化溝脫氮除磷工藝都有轉(zhuǎn)刷的調(diào)速,活門、出 水堰的啟閉切換頻繁的特點,對自動化要求高,轉(zhuǎn)刷利用率低,故在 經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)受到很大的限制。2.3 奧貝爾氧化溝脫氮除磷

16、工藝Orbal 氧化溝簡稱同心圓式,它也是分建式,有單獨二沉池,采 用轉(zhuǎn)碟曝氣,溝深較大,它的脫氮效果很好,但除磷效率不夠高,要求除磷時還需前加厭氧池。 應用上多為橢圓形的三環(huán)道組成， 三個環(huán) 道用不同的DO如外環(huán)為0,中環(huán)為1,內(nèi)環(huán)為2)，有利于脫氮除磷。 采用轉(zhuǎn)碟曝氣，水深一般在 4.04.5m,動力效率與轉(zhuǎn)刷接近，現(xiàn)已 在山東濰坊、北京黃村和合肥王小郢的城市污水處理廠應用。2.4 卡魯塞爾氧化溝脫氮除磷工藝2.4.1 傳統(tǒng)的卡魯塞爾氧化溝工藝卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開發(fā)研 制的。它的研制目的是為滿足在較深的氧化溝溝渠中使混合液充分混 合,并能維持

17、較高的傳質(zhì)效率,以克服小型氧化溝溝深較淺,混合效 果差等缺陷。 至今世界上已有 850 多座 Carrousel 氧化溝系統(tǒng)正在運 行,實踐證明該工藝具有投資省、處理效率高、可靠性好、管理方便 和運行維護費用低等優(yōu)點。 Carrousel 氧化溝使用立式表曝機,曝氣 機安裝在溝的一端, 因此形成了靠近曝氣機下游的富氧區(qū)和上游的缺 氧區(qū),有利于生物絮凝,使活性污泥易于沉降,設計有效水深 4.0 4.5米，溝中的流速0.3米/秒。BOD的去除率可達95% 99%，脫 氮效率約為 90,除磷效率約為 50,如投加鐵鹽,除磷效率可達 95%。2.4.2. 單級卡魯塞爾氧化溝脫氮除磷工藝單級卡魯塞爾氧化

18、溝有兩種形式： 一是有缺氧段的卡魯塞爾氧化 溝,可在單一池內(nèi)實現(xiàn)部分反硝化作用,使用于有部分反硝化要求, 但要求不高的場合。 另一種是卡魯塞爾 A/C 工藝，即在氧化溝上游加 設厭氧池，可提高活性污泥的沉降性能，有效控制活性污泥膨脹，出 水磷的含量通常在 2.0mg/l 以下。以上兩種工藝一般用于現(xiàn)有氧化溝 的改造，與標準的卡魯塞爾氧化溝工藝相比變動不大， 相當于傳統(tǒng)活 性污泥工藝的A/0和A/O工藝。2.4.3. 合建式卡魯塞爾氧化溝缺氧區(qū)與好氧區(qū)合建式氧化溝式美國 EIMC%司專為卡魯塞爾 系統(tǒng)設計的一種先進的生物脫氮除磷工藝（卡魯塞爾 2000型）。它 的構(gòu)造上的主要改進是在氧化溝內(nèi)設置

19、了一個獨立的缺氧區(qū)。 缺氧區(qū) 回流渠的端口處裝有一個可調(diào)節(jié)的活門。 根據(jù)出水含氮量的要求， 調(diào) 節(jié)活門張開程度， 可控制進入缺氧區(qū)的流量。 缺氧和好氧區(qū)合建式氧 化溝的關鍵在與于對曝氣設備充氧量的控制， 必須保證進入回流渠處 的混合液處于缺氧狀態(tài)， 為反硝化創(chuàng)造良好環(huán)境。 缺氧區(qū)內(nèi)有潛水攪 拌器，具有混合和維持污泥懸浮的作用。在卡魯塞爾 2000 型基礎上增加前置厭氧區(qū)，可以達到脫氮除磷 的目的，被稱為 A2/C 卡魯塞爾氧化溝。四階段卡魯塞爾 Bardenpho 系統(tǒng)在卡魯塞爾 2000型系統(tǒng)下游增 加了第二缺氧池及再曝氣池， 實現(xiàn)更高程度的脫氮。 五階段卡魯塞爾 Bardenpho系統(tǒng)在A

20、2/C卡魯塞爾系統(tǒng)的下游增加了第二缺氧池和在曝 氣池，實現(xiàn)更高程度的脫氮和除磷。綜上所述， 厭氧，缺氧與好氧合建的氧化溝系統(tǒng)可以分為三階段A/0系統(tǒng)以及四、五階段Bardenpho系統(tǒng)，這幾個系統(tǒng)均是A/O系統(tǒng) 的強化和反復，因此這種工藝的脫氮除磷效果很好，脫氮率達 90 95。另外，卡魯塞爾 3000 型氧化溝也有較好的脫氮除磷效果。在此 不加以詳述。2.4.4. 合建式一體化氧化溝是指集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流功能為一體，無需建造 單獨二沉池的氧化溝。這種氧化溝設有專門的固液分離裝置和措施。 它既是連續(xù)進出水，又是合建式，且不用倒換功能，從理論上講最經(jīng) 濟合理，且具有很好的脫氮除磷效

21、果。一體化氧化溝除一般氧化溝所具有的優(yōu)點外， 還有以下獨特的優(yōu) 點：八、 工藝流程短，構(gòu)筑物和設備少，不設初沉池、調(diào)節(jié)池和單獨的二沉池； 污泥自動回流，投資少、能耗低、占地少、管理簡便； 造價低，建造快，設備事故率低，運行管理工作量少； 固液分離效果比一般二次沉淀池高， 使系統(tǒng)在較大的流量濃度 范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。一體化氧化溝的工藝特點見下圖：3 討論1）提高中小城市污水治理率是今后污水治理領域的重點，對于 規(guī)模小于10萬噸/天的中小型污水處理廠來說，氧化溝和SBR是首選 工藝，目前總體來說應用最多的是氧化溝工藝， 在氧化溝各種工藝中， 考慮其各自的特點及污水脫氮除磷的要求， 推薦中小城市使用較成

22、熟 的卡魯塞爾氧化溝 .對于合建式一體化氧化溝，國內(nèi)應用該工藝的污 水廠已超過十余座， 其示范工程四川新都污水處理廠己成功運行 5年多，是未來氧化溝工藝發(fā)展的一個主要方向。2）近年來，在氧化溝中嘗試使用各種綜合曝氣裝置，即采用曝 氣器與水下混合器獨立運行， 將氧化溝中的水流循環(huán)混合作用與曝氣 傳氧作用區(qū)分開來， 使氧化溝中交替出現(xiàn)缺氧與好氧狀態(tài)， 已達到脫 氮除磷目的，同時這種運行方式還能取得節(jié)能的效果。據(jù)報道，這種 綜合曝氣系統(tǒng)已在國外得到應用， 在國內(nèi)也可嘗試并推廣采用這種綜 合曝氣設備。3）微孔曝氣氧化溝工藝即保留了氧化溝沿水流方向間斷曝氣和 循環(huán)流動的特點，又克服了氧化溝因采用表面曝氣

23、機而占地面積大， 充氧效率低，水流斷面流速不均，池底易沉淀等不足，不失為一種可 推廣使用的工藝。4）在土地十分緊張的地區(qū)， 在取得較準確的設計參數(shù)的基礎上， 可考慮使用立體式循環(huán)氧化溝。5）在氧化溝工藝設計中，溝深的設計是一個很重要的問題，盡 管水下推進器的使用使溝深有所提高， 但也并非越大越好， 因為有效 水深的增加會引起能量模式的改變， 從而需增加動力設備就不同， 引 起投資和運行費用的提高。 不同地質(zhì)情況，不同進水水質(zhì)及處理要求， 有不同的溝深要求。因此， 每一個選用氧化溝工藝的污水廠，都因根 據(jù)各種因素綜合分析以確定最佳的溝深。氧化溝工藝一般設計方法討論目前，我國氧化溝技術(shù)水平與國際先

24、進水平相比差距很大。 究其原因， 是我國還未系統(tǒng)地研究氧化溝技術(shù)與設備， 對國際上氧化 溝技術(shù)跟蹤也不夠。 故對氧化溝技術(shù)的掌握尚不夠全面， 在工程上還 缺乏系統(tǒng)和科學的設計方法，對氧化溝新工藝、新池型、新配套設備 了解甚少。 我國現(xiàn)已引進數(shù)種氧化溝技術(shù)， 應有條件來分析比較和吸收消化首先，氧化溝屬延時曝氣活性污泥工藝， 其原理和參數(shù)已有大量 文獻報道。 氧化溝設計中除了要考慮碳源污染物的去除， 還要考慮污 水硝化和污泥穩(wěn)定化問題。 去除不同的污染物， 設計參數(shù)和方法是不 同的。例如，考慮污泥穩(wěn)定的氧化溝設計，其設計參數(shù)主要考慮污泥 齡和內(nèi)源呼吸速率， 而不是傳統(tǒng)活性污泥工藝中的污泥負荷， 這

25、時氧 化溝的停留時間事實上是一個導出的參數(shù)。 其次氧化溝最重要的特點 之一是，專用的曝氣設備需要同時滿足池內(nèi)充氧和推動水沿溝渠流動 的要求。 全面了解和掌握氧化溝的水力學特性尤為需要。 有關設備的 水力學特性，是廠家產(chǎn)品的特性。大部分設計單位恰恰掌握不夠，致 使在設計中由于設備型號和參數(shù)不準， 常常導致設計沒有達到預期效 果。這也與大多數(shù)氧化溝工藝及其擁有的專利和設備密切相關。 由于 國外公司對專有技術(shù)保密， 因此出現(xiàn)了氧化溝技術(shù)不斷發(fā)展， 可是用 于了解基本工藝的公開技術(shù)資料未見增加的現(xiàn)象。 由此就更需要加強 創(chuàng)新性的研究， 才能提高我國在氧化溝工藝上的技術(shù)水平。 本文通過 對國內(nèi)外資料的綜

26、合分析， 提出氧化溝一般的設計方法以供國內(nèi)同行 在設計中參考。1 氧化溝的設計方法1.1 BOD 的去除氧化溝中碳源基質(zhì)去除動力學與活性污泥法動力學是完全一致1 _-S）兀_ XV則上式可改寫為:Y氏 Q（5°-S）的。對于完全混合系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下有以下公式式中(XV 參與反應的污泥量Q處理污水量V參與反應的好氧區(qū)體積S 出水基質(zhì)BOD濃度Y污泥產(chǎn)率系數(shù)X污泥濃度9 c污泥齡So進水基質(zhì)BOI5濃度Ks半飽和常數(shù)Kd內(nèi)源代謝常數(shù)a max 比基質(zhì)利用率1.2 硝化反應氨氮的硝化反應涉及到亞硝化毛桿菌和硝化桿菌兩種不同的硝 化細菌。在水的作用下： 2NH3NH+4在亞硝化毛桿菌作用下：

27、2NH+4+3O22NO-2+2H2O+8H+在硝化桿菌作用下：2NO-2+O22NO-3總的反應：NH4+2O2NO3-+2H+H2O因此從化學計量學角度， 1.0 kg 氮需要 4.6 kg 的氧，實際生產(chǎn) 中的數(shù)據(jù)較小，為3.9 4.3 kgOJkgN。這是因為一部分氮用于細菌 合成，并且硝化細菌可以從污水中二氧化碳和重碳酸鹽獲得一部分 氧。由于上述反應產(chǎn)生氫離子，所以會消耗堿度，每氧化 1 mgNH3-N 消耗7.14 mg/L的堿度。另外從文獻可知氧化1 mgBOD產(chǎn)生0.3 mg/L 的堿度2。據(jù)報道硝化反應的溫度范圍是(545) C ,但是(2532) C是 最佳溫度范圍。最佳的

28、pH范圍是7.89.2。雖然硝化過程也可在低 溶解氧的條件下發(fā)生，但是硝化菌的生長速率較低。為了避免氧的限 制，反應池中的溶解氧最好控制在 34 mg/L。溫度對生長速度的影 響公式可以用阿倫繆斯公式表示，其中溫度常數(shù)0 =1.12(5 C20 °C)。對于城市污水可以采用表1中污泥齡0 c：2：表1硝化工藝在不同溫度下采用的污泥齡污水溫度(C)完全硝化的0 c(d)512109.5156.5203.5在冬季水溫低于10 C,如果0 cv 10 d,硝化反應一般進行較差 若0 c>10 d，只要氧化溝的曝氣能力可滿足總的氧化需求，并且保持 較高的溶解氧，即可取得很好的硝化率。在

29、北歐國家，硝化負荷階段 一般選在0.050.10 kgBODs/kgMLSS,硝化速率大約為1.6 mgNHN/(gVSS*d)(10 C)。1.3污泥穩(wěn)定性在氧化溝設計中考慮的第二個因素是污泥的穩(wěn)定性問題。理論上講氧化溝污泥齡的選取應該使得所有的揮發(fā)性固體通過內(nèi)源呼吸全 部被降解，無論是厭氧消化還是好氧消化。如果反應時間足夠長，細 胞降解過程中有23%勺殘余物為不可生物降解。因為每天 VSS產(chǎn)量為 YQ(S S)，其中可生物降解部分是0.77YQ(S。一 S)。如果系統(tǒng)中可以 生物降解部分的固體物質(zhì)是fbX(fb為VSS可生物降解系數(shù))，貝S在穩(wěn) 定狀態(tài)：0.77 YQ(So S)=Kdf

30、b(XV)(5)從而按照污泥齡的定義:一 (XV _0.77(6)Adams和Eckenfelder給出了混合液VSS可以生物降解部分的比 值fb的計算公式：3 :0.77 YQ(S0-S)/(2KdXV)也可推算出污泥負荷(F/M)的比值：F_ Q(SC-S)_M XV 一 0.77 Y' '方程(6)和(8)是考慮污泥穩(wěn)定性問題時污泥齡和有機負荷計算公式。無疑溫度對于上述公式中參數(shù)Y、Kd的影響是十分重要的。對 于延時曝氣氧化溝溫度常數(shù)（0 =1.011.03）數(shù)值較小，因此對溫度 的影響不大。污泥穩(wěn)定化要求的有機負荷和污泥齡一般遠遠超過完全 硝化所要求的數(shù)值。1.4 脫氮

31、反應在沒有溶解氧 （缺氧）條件下，雖然在氧化溝的主體溶液中存在溶 解氧，但缺氧條件事實上是指微生物生長的微環(huán)境 （ 即生物絮體中或 生物膜中 ） 。除碳的異養(yǎng)微生物可以利用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子 受體，將其還原成氮。還原1.0 mgN2產(chǎn)生2.86 kgQ。污水如需脫氮， 需要去除的氮量 N（kg/d）為： N=Q（N N） - XX f n（9）式中 M、N進、出水總氮濃度 X剩余污泥量fN剩余污泥的含氮量，一般為 0.07 kgN/kgMLVSS脫氮需要考慮排放污泥中細胞的氮含量。 按照細胞合成的碳氮磷 的比例為C： N： P=106： 16： 1，即污泥中最多包含12.3 %的N和 2

32、.6 %的P。一般在內(nèi)源呼吸階段，不可生物降解部分僅僅包含7%的 N和1%的P,剩余污泥中的其他 N P回到主體溶液中。因此污泥中 的含氮量依賴于污泥齡（0 c），污泥齡越長，污泥中的含氮量越小。 由需要去除的氮量，確定反硝化的污泥量：(VX) dn= N/Kdn(10)式中(VX) dn參與脫氮反應的污泥量，kgKdn污泥脫氮負荷，kgNC3-N/(kgMLSS.d)1.5氧化溝的總污泥量氧化溝的總污泥量(VX)t和總?cè)莘e計算如下：(VX) T= : (XV) + (VX) dn /fa(11)(12)Vr=(XV)T/(f aX)對于不同類型的氧化溝，需要引入有效性系數(shù)fa,其中帶有體外沉

33、淀池的氧化溝fa = 1.0，而其他類型的氧化溝fa是不同的。以三溝式氧化溝為例，如果假設三溝是等體積的，則 fa如下計算：式中 Xs1,2邊溝MLSS濃度Xm中溝MLSS度 ts邊溝一個周期的時間 ts1, 2邊溝一個周期內(nèi)的工作時間tm中溝在一個周期內(nèi)的工作時間假設污泥在氧化溝內(nèi)分布均勻，t為三個溝一周期總停留時間（包括沉淀）之和，貝心fa=（t S1 + t m+ t S1）/t（141.6剩余污泥雖然動力學設計能確定生物污泥產(chǎn)量，應考慮沉淀池的固體流失量和存在的惰性物質(zhì)，可以采用下式計算：QAS（1 + S ） + &Q-艾Q （15）式中 S去除BODX 進水懸浮固體中惰性部

34、分X出水TSS氧化溝以常規(guī)模式運行時，會產(chǎn)生不穩(wěn)定的剩余污泥，應在處置 前加以穩(wěn)定，氧化溝以延時曝氣模式運行時，污泥量少且穩(wěn)定。根據(jù) 回流污泥量和剩余污泥量可以選擇水泵和污泥處理系統(tǒng)。1.7氧化溝需氧量和曝氣設備在氧化溝系統(tǒng)，考慮以下幾個過程的需氧量：總需氧量（ D）=氧化有機物需氧+細胞內(nèi)源呼吸需氧+硝化過程需氧-脫氮過程產(chǎn)D=a Q(S-S) + b X.f + 4.6(N。一 N) 0.07 X.f-2.6 NQ(16)式中 f MLVSS/MLSS NO3被還原的NO3需氧量D(AOR確定之后，并轉(zhuǎn)化為標準狀態(tài)需氧量(SOR)。在標 準狀態(tài)需氧量確定之后，根據(jù)不同設備廠家的表曝機樣本和

35、手冊，計 算出氧化溝系統(tǒng)的總能耗?？偰芎囊坏┐_定，就可以確定氧化溝曝氣器的數(shù)目、氧化溝外形和分組情況。SOR =口(沁 - C) 1 * 024嚴(17)式中 a 不同污水的氧轉(zhuǎn)移速率參數(shù)，對生活污水取值0.5 0.95(3不同污水的飽和溶解氧參數(shù)，對生活污水取值0.900.97P 大氣壓修正參數(shù)CS溫度T時飽和溶解氧2設計結(jié)果和問題討論2.1 設計對比為了說明氧化溝的設計過程，以邯鄲三溝式氧化溝的數(shù)據(jù)為例，說明幾個設計上的問題。 根據(jù)下列數(shù)據(jù)設計處理生活污水的交替式氧 化溝(三溝)：進水：BOD5=130 mg/LNH N=22 mg/L(T=10 C)TN=42 mg/LSS=160 mg

36、/L堿度=280 mg/L( 以 CaCO3 計)出水：BOD5<15 mg/LNH N< 23 mg/L(T=10 C)TN< 1012 mg/L(T=10 C)TN=68 mg/L(T=25 C)TSS< 20 mg/L最低溫度=10 C (最高溫度=25 C)邯鄲氧化溝是按三個系列，每個系列流量 Q1=33 000 m3/d ，主要 設計結(jié)果見表 2。2.2 原設計存在的問題清華大學周律等人 4、5對邯鄲氧化溝進行了大量的現(xiàn)場測定工 作，總結(jié)起來也是以下三個問題： 停留時間與反應時間問題：出水 NH3 N 偏高，通過實驗發(fā)現(xiàn)延長硝化停留時間，可以降低出水的NH N。這說明原設計的停留時 間雖然對于BOD勺去除充分，但對于脫氮其停留時間是不夠的。上述 問題可能也與污泥齡和運行方式有關。 污泥停留時間問題：通過污泥耗氧速率和懸浮物干重損失率 等評價污泥穩(wěn)定化實驗方法， 對其污泥進