卡鲁塞尔氧化沟工艺对比及计算

０卡鲁塞尔氧化沟工艺对比及计算二○一二年三月１目录第一章氧化沟综述一、氧化沟的技术特征………………………………………………………1㈠氧化沟简介………………………………………………………………1㈡氧化沟的技术特征………………………………………………………1二、氧化沟的曝气设备………………………………………………………31.水平曝气转刷或转盘……………………………………………………32.垂直轴表面曝气机………………………………………………………3三、常用的几种氧化沟系统…………………………………………………41.卡鲁塞尔氧化沟…………………………………………………………42.交替工作式氧化沟………………………………………………………53.奥贝尔型氧化沟…………………………………………………………6第二章氧化沟的设计计算一、氧化沟的容积计算………………………………………………………8二、曝气机功率计算………………………………………………………8三、碱度校核………………………………………………………………11四、污泥回流计算…………………………………………………………11五、二沉池计算……………………………………………………………12第三章卡鲁塞尔氧化沟在城市污水处理中的应用一、污水生物脱氮工艺流程………………………………………………13二、着重于反硝化脱氮作用的卡鲁塞尔氧化沟…………………………14三、污水生物除磷工艺流程………………………………………………16四、生物脱氮除磷工艺流程………………………………………………17五、卡鲁塞尔氧化沟系统计算例题………………………………………23１第一章氧化沟综述一、氧化沟的技术特征㈠氧化沟简介活性污泥法是当前世界各国应用最广的一种历史悠久的二级生物处理流程，具有处理能力高，出水水质好等优点。但传统的活性污泥法存在基建费、运行费高，能耗大，管理也较复杂，易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且不能去除氮、磷等无机营养物质。近年，从下列几点改革传统的活性污泥法：1．简化流程，压缩基建费；2．节约能耗，降低运行费；3．增强功能，改善出水水质（在去除BOD5、SS的同时去除氮、磷等营养物质）；4．简化管理，保证稳定运行；5．减少污泥产量，简化污泥的后处理。其中氧化沟活性污泥法可以能满足上述各点要求。氧化沟（OxidationDitch）是本世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”。实际上它是活性污泥法的一种变型，因为废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，有人称其为“循环曝气池”、“无终端的曝气系统”。自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。至1985年，美国已建有553座氧化沟污水处理厂，荷兰216座，西德226座，丹麦300座。其工艺和构造也有了很大的发展和进步，处理能力不断提高，至今已有规模达65万m3／d的大型氧化沟处理厂；处理范围不断扩大，不仅能处理生活污水，也能处理工业废水、城市废水，而且在脱氮除磷方面表现了极好的性能。我国近年来在氧化沟技术的研究及推广应用方面有了很迅速的发展。尤其在城市污水处理厂中获得应有的推广。㈡氧化沟的技术特征氧化沟污水处理技术能在近五十年来取得迅速的发展，主要是由于它出水水质好，运行稳定，管理方便，并具有区别于传统活性污泥法的一系列技术特征，现概括如下：1．采用的技术参数氧化沟常用的技术参数如下：有机物容积负荷0.2～0.4kgBOD5／m3·d有机物污泥负荷0.05～0.15kgBOD5／kgVSS·d水力停留时间10～24hr污泥龄10～30day活性污泥浓度2000～6000mg/L出水水质BOD510～15mg/L２SS10～20mg／LNH3-N1～3mg／L氧化沟所采用的有机物负荷和水力停留时间与延时曝气法接近，但所取得的出水水质较好。当然，氧化沟也可采用不同于上列的技术参数。如采用较高的有机物负荷、较短的水力停留时间，使其运行的特征接近于高负荷活性污泥法或其他类型的活性污泥法。2．采用的处理流程以氧化沟处理城市污水时，可不设初次沉淀池，悬浮状有机物可在氧化沟中得到好氧稳定，这比设初沉池及污泥稳定池要经济。由于氧化沟所采用的污泥龄很长，其剩余污泥量少于一般活性污泥法，而且已经得到好氧稳定，不需再经污泥消化处理。为防止无机沉渣在氧化沟中积累，原污水应先经格栅及沉砂池预处理。一般，氧化构污水厂的处理流程如图1-1所示。流程中的二沉池可与曝气池分建，也可与其合建，称一体化氧化沟，此时可省去二沉池与污泥回流系统，但无法调节污泥回流量。由此可见，氧化沟污水厂的处理流程比一般活性污泥法简单得多。3．水流混合特征从水流混合特征出发，可将活性污泥系统区分为推流式和完全混合式两大类，氧化沟界于推流式和完全混合式之间，或者说基本上是完全混合式，同时又具有推流式的某些特征。设水流在曝气沟渠中的流速v为0.3～0.5米／秒，氧化沟的总长为L，则水流完成一个循环所需时间t＝L/v。当L＝90～600米时，t＝5～20分钟。由于废水在氧化沟中的设计水力停留时间T为10～24小时，因此可以计算出废水在整个停留时间内要完成的循环数为30～280次不等。可见，如果着眼于整个氧化沟，即以较长的时间间隔为观察基础，可以认为氧化沟是一个完全混合池，其中的污水水质几近一致，原水一进入氧化沟，就会被几十倍甚至上百倍的循环流量所稀释，因此氧化沟和其它完全混合式的活性污泥系统一样，适宜于处理高浓度有机废水，能够承受水量和水质的冲击负荷。但如果着眼于氧化沟中的某一段，即以较短的时间间隔为观察基础，就可以发现某些推流式的特征。因为在氧化沟中曝气装置并不是沿池长均布而是只要装在某几处，在曝气器下游附近地段，水流搅动激烈，溶解氧浓度较高，但随着与曝气器距离的不断增加，水流搅动变缓，溶解氧浓度不断减少，还可能出现缺氧区。这种水流搅动情况和溶解氧浓度沿池长变化的特征，十分有利于活性污泥的生物凝聚作用。且可利用来进行硝化、反硝化，达到生物脱氮的目的。３二、氧化沟的曝气设备曝气设备的功能有三：⑴曝气充氧；⑵推动水流作不停的循环流动，防止活性污泥沉淀；⑶搅拌水流，使有机物、微生物及氧三者充分混合、接触。常用的氧化沟曝气设备有两大类，即⑴曝气转刷或转盘；⑵表面曝气机。1．水平轴曝气转刷或转盘曝气转刷构造见图1-2。它以钢管为转轴，在轴的外部沿轴长连接有很多钢质叶片，即为刷子。曝气转刷国内外早期应用较多。其产品的轴长为4.5m及9m，转刷直径为0.8m～1.5m，转刷充氧能力约为2kgO2／kw.h。调整转速和浸没深度，可改变其充氧量，适应不同的工作条件。采用曝气转刷时，曝气沟渠的水深一般不超过2.5m，但也有采用至3.0m的。曝气转盘构造见图1-3。它是在水平轴上带动的一组转盘，转盘上有小孔及凸出的三角形块，藉以提高充氧性能。其转速一般为46～60转／分，其直径可达1372mm，充氧能力为1.8～2.0kgO2／kwh。采用转盘时，曝气沟渠水深可达3.5m。曝气转盘轴长最大为6m，可安装1～25个曝气转盘。其推力及混合能力较高，1马力可搅拌200～900m3池容积。2．垂直轴表面曝气机氧化沟专用表曝机在荷兰首先应用，后来在美国和新加坡等地获得进一步发展。氧化沟专用表曝机如图1-4所示。由图可见，它的主要特点是叶轮高度较大，上口呈敞开形，叶片呈旋转双曲面曲线。因此它兼顾了充氧、推动和强烈搅拌的作用。除具有较高的充氧动力效率外，尚具有较大的提升推动能力，可增加氧化沟水深，缩小其占地面积，氧化沟水深达3.6～5.5m。这种表曝机推动氧化沟水流的作用依靠叶轮外缘的线速度，通常达6～7m/s。在适当的沟深与叶轮直径比等条件下，可以使氧化沟的沟内平均流速达到0.3～0.5m/s。４因此，为保证氧化沟沟内流速，这类表曝机不必另设推流设备；要注意的是调整表曝机充氧量宜用调整水位，而不宜调整外缘线速。强烈搅拌能使活性污泥加速更新，提高生物处理效果。图1-4叶轮构造可对水流起到强烈的搅拌作用。水体在叶片的带动下沿叶轮径向运动，引起下部水流补充的轴向流动。因上口呈敞开形形成水流径、轴向的强烈搅动。为了说明问题，图1-5系用于表面曝气池的到伞型（Simcar）表曝机。国内生产的曝气机叶轮叶片属直板直线型的。它适用于表面曝气池，能起到曝气池充氧作用，不能满足上述氧化沟的三个功能要求。这种表曝机叶片上口封闭，以避免搅拌水体向上飞溅。其他曝气设备，诸如射流曝气、鼓风曝气等也可用于氧化沟，但在应用上比较少见。三、常用的几种氧化沟系统1.卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟卡鲁塞尔氧化沟是60年代末期由荷兰DHV公司研制成功的。其构造特征如图1-6所示。由图可见，这是一个多沟串联的系统，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。卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气机，每组沟渠安装一个，均安设在一端，因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚，使活性污泥易于沉淀，而且创造了良好的生物脱氮的环境。如前所述，卡鲁塞尔氧化沟由于采用了表面曝气机，其水深可采用3.6～5.5m，沟内水流速度约为0.3～0.5m/s。由于表曝机周围的局部地区能量强度比传统活性污泥法曝气池中的强度高得多，因此氧的转移效率大大提高。当有机负荷较低时，可以停止某些表曝机的运行或降低水位，在保证水流搅拌混合循环流动的前提下，节约能量消耗。卡鲁塞尔氧化沟系统的规模小至200m3/d，大至657000m3/d。其BOD5去除率可达95～99％，脱氮效率可达90％，除磷效率约为70～80％，如配以投加铁盐，除磷效率可达95％。主要问题是发现氧化沟中有污泥沉淀现象，最大积泥高度达1.0m以上，并有污泥成团上翻。说明推动力尚不能满足需要。此外，实际运行的动力费用也较原设计值为高。５2.交替工作式氧化沟⑴三沟交替式氧化沟这种类型的氧化沟是由SBR间歇式氧化沟发展而来，有二池或三池交替工作的两种系统。图1-7是三池交替工作的氧化沟，其运行过程是两侧的A、C二池交替地用作曝气池，中间的B池则一直维持曝气，进水交替地引人A池或C池，出水相应地从C池或A池引出。这样做提高了曝气转刷（盘）的利用率，达68％(2/3)左右，还有利于生物脱氮。三池的交替工作氧化沟的运行过程可分为6个阶段，如图1-8。阶段A，延续1.5小时。进水引入Ⅰ池，出水自Ⅲ池引出。三池的工作状态分别为：Ⅰ池缺氧状态，进行反硝化及有机物的部分降解；Ⅱ池好氧状态，进行有机物的进一步降解及氨氮的硝化作用；Ⅲ池则为沉淀池。阶段B，延续1.5小时。进水引人Ⅱ池，出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池和Ⅱ池均在好氧条件下运行，Ⅲ则保留为沉淀池。阶段C，延续1.0小时。进水引入Ⅲ池，出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池转变为静置沉淀状态，Ⅱ池在缺氧条件下运行，以便对阶段B中积累的硝酸盐进行反硝化，Ⅲ池仍为沉淀池。阶段D，延续1.5小时。进水引人Ⅲ池，出水自Ⅰ池引出。Ⅰ池与Ⅲ池的工作状态正好与阶段A相反，B池则与阶段A时相同。阶段E，延续1.5小时。Ⅱ池工作状态与阶段B相同，Ⅰ池Ⅲ池的情况则与阶段B相反。阶段F，延续1.0小时。Ⅱ池工作状态与阶段C相同，Ⅰ池Ⅲ池的情况则与阶段C相反。整个工作周期为8小时。显然，三池交替工作的氧化沟就是一个A-O活性污泥系统，可以完成有机物的降解和硝化反硝化过程，取得良好的BOD5去除效果和脱氮效果。依靠三池工作状态的转换，这种系统免除了污泥回流。交替工作的氧化沟必须有自动控制系统，根据预先设定的程序控制进、出水的方向，溢流堰的启闭以及曝气机的开动和停止。上述各工作阶段的时间，也应根据水质情况进行调整。⑵三沟交替式氧化沟与卡鲁塞尔氧化沟的比较６卡鲁塞尔氧化沟的系统，包括二沉池和污泥回流，表面上看，似乎比三沟交替式氧化沟复杂。我们从上述的介绍中，可以比较下列各点。A．三沟交替式氧化沟虽然不设二沉池，但它有三分之一的时间用