2016活性污泥法的发展与新工艺NEW

第5章污水活性污泥处理工艺的工艺系统——活性污泥法的发展与新工艺5.2氧化沟活性污泥工艺系统（OD工艺系统）5.2.1氧化沟工艺概述氧化沟（oxidationditch）又名连续循环曝气池，是一种首尾相连的呈封闭状的循环流曝气沟渠。它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，是活性污泥法的一种变型。英国Shemeld（舍梅尔达）于1920年首次建成氧化沟，有人认为它是现代氧化沟的先驱，但当时未命名为氧化沟，而且未继续发展。现在将1954年由Pasveer为首的荷兰卫生工程研究所研制成功的氧化沟工艺称为最早的氧化沟。最早的氧化沟渠间歇进水间歇曝气运行，类似序批式污水处理技术。氧化沟不需另设初沉池、二沉池和污泥回流设备，整个运行过程如进水、曝气、沉淀、污泥稳定和出水等全部集中在氧化沟内完成（类似一体化池）。它采用延时曝气，所产生的污泥在污水曝气净化的同时得到稳定，不需设置污泥消化池，处理设施大大简化。这种新工艺的出现立刻引起各国环境保护机构和世界卫生组织（WH0）的重视，并积极推广。在美国建成的氧化沟有几百座，欧洲上千座。我国氧化沟技术的工程实践始于上世纪70年代，它以其经济简便的突出优势成为中小型城市污水厂的首选工艺。（1）氧化沟的特点与传统活性污泥法比较，氧化沟具有以下特征：(1)在构造方面的特征①氧化沟一般呈环形渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至上百米，沟深取决于曝气装置，为3～7m。②氧化沟的进水装置比较简单，只需伸入一根进水管即可，多沟平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内还应设自动控制装置，以变换水流投配方向。（1）氧化沟的特点(2)水流混合方面的特征污水在氧化沟内做几十次甚至上百次的循环流动，即可以认为在氧化沟内混合液的水质几乎一致，流态是完全混合；但又具有某些推流式的特征，如在曝气装置下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至出现缺氧段。(3)工艺方面的特征①操作单元少。原水经过格栅沉砂后，即可进入氧化沟，不需设置初沉池和调节池。还可考虑不单设二沉池，使氧化沟和二沉池合建，省去污泥回流装置，节省占地。②耐冲击负荷。有机负荷、水力负荷和有害物质的冲击负荷对氧化沟工作的影响不明确，氧化沟有完全混合的特征且活性污泥含量高。这就提高了系统对这些不良因素的抵抗能力。（1）氧化沟的特点③处理效果好，运行稳定氧化沟中的污泥总量比普通曝气池高10～30倍。在供氧充足的情况下，污水净化彻底，出水BOD5平均＜20mg/l。即使在严冬季节，出水仍能达到排放标准。只要负荷率＜0.16kgBOD5/(kgMlss·d)，就可得到高质量的出水。普通曝气池的污泥负荷一般为0.3～0.7kgBOD5/(kgMlSS·d)。④污泥产泥率低，剩余污泥较稳定氧化沟的污泥没有臭味，脱水快，可以不经消化直接脱水。⑤适用范围广氧化沟不仅适用大水量，也适用小水量；不仅生活污水，而且工业废水；不仅温暖区，也适用寒冷区。⑥氧化沟具有脱氮能力以普通carrousel氧化沟为例，其脱氮水平为40％～70％，而不需另加建造费和运行费。(4)经济方面特征氧化沟是一种经济的污水处理系统，凡是适宜采用活性污泥法的地方都可以修建氧化沟。（2）氧化沟工艺的演变和发展（四代发展历史）1、第一代氧化沟——Pasveer氧化沟，处理生活污水最早的Pasveer氧化沟当时用来处理村镇污水，服务人口仅340多人。它是加了护坡处理的土沟渠，采用间歇处理，白天进水曝气，夜间用作沉淀池，它把常规处理系统的四个主要环节合并在一沟中完成，采用卧式表面曝气及推流。沟深1～2.5m，结构简单。BOD5的去除率达到97%左右。Pasveer氧化沟后来发展出多种形式，采用连续运行，设置了二沉池。2、第二代氧化沟——规模型、推广至处理工业废水氧化沟因其简易、运行管理方便等优点，自60年代以来其数量和规模不断增长和扩大，处理能力已从几百人口水量发展到上千万人口水量。处理对象也从处理生活污水发展到既能处理城市污水又能处理工业废水。第二代氧化沟由于采用直径1米的曝气刷和立式曝气器，使氧化沟的沟深逐步扩大。使用曝气刷沟深可达3.5m，沟宽可达20m。而使用立式曝气器的氧化沟，后来称为Carrousel氧化沟，沟深可达4.5m。这一阶段的氧化沟考虑到了硝化和反硝化。（2）氧化沟工艺的演变和发展3、第三代氧化沟——多样性发展随着氧化沟技术的发展，人们从不同的角度对氧化沟作了深入细致的研究，出现了许多种新型的氧化沟，如：Carrousel2000型、CarrouselDlenit型、DHV—EIMCOCarrousel氧化沟，丹麦的双沟、三沟式氧化沟，德国的深型氧化沟，美国的Orbal多环型氧化沟等。这一阶段的氧化沟进一步考虑了脱氮除磷处理，产生了许多新的概念和新的设计方法。在这一时期，氧化沟出现不只是延时曝气低负荷系统，还出现了所谓“高负荷氧化沟”、“要求硝化的氧化沟”、“要求硝化反硝化及除磷的氧化沟”及“要求污泥稳定的氧化沟”等等。（2）氧化沟工艺的演变和发展4、第四代氧化沟——曝气净化与污泥沉淀分离一体化80年代初期，美国最早提出将二沉池直接设置在氧化沟中的一体化氧化沟的概念，后来这一概念在实际中得到迅速发展，并显示出极为广阔的前景。一体化氧化沟，就是在不影响氧化沟正常运行的情况下，通过改进氧化沟部分区域的结构或在沟内设置一定的装置，使污水分离过程在氧化沟内完成。一体化氧化沟因沉淀区结构形式及运行方式不同，有多种型式：1）带沟内分离器的一体化氧化沟（BMTS式）2）船形一体化氧化沟3）侧沟或中心岛式一体化氧化沟（中国）4）交替曝气式氧化沟（2）氧化沟工艺的演变和发展氧化沟曝气设备a)水平轴曝气转刷曝气转刷设备(OTV-Gruger产品)泵形倒伞形平板形表面曝气机b)水平轴曝气转盘曝气转盘设备(美国USFilter产品)射流曝气器5.2.2几种氧化沟介绍1、帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟Pasveer氧化沟是最早的氧化沟，1954年在荷兰的沃绍本建成，由Pasveer博士设计，采用间歇式运行，白天曝气，夜间沉淀。以后几经改革，改为连续式运行，采用分建的二沉池。沟上装设一个或数个曝气器推动混合液在沟内循环流动，平均流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈悬浮状态并充氧。混合液入二沉池，部分污泥回流到氧化沟中，剩余污泥比较稳定，经浓缩后可以直接脱水，或贮存在污泥池中以待进一步处理。Pasveer氧化沟的缺点：由于采用转刷曝气，沟深有限，占地相对较大。1、帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟2、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟Carrousel氧化沟是由荷兰DHV公司在1967发明的。在氧化沟的顶端设有垂直表面曝气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水在沟道内循环流动，处于完全混合状态，有机物不断氧化而去除。Carrousel氧化沟独特池型与相应的曝气设备布局使之形成了靠近曝气机下游的富氧区和曝气机上游及外环的缺氧区，这不仅可以生物脱氮，还有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。卡鲁塞尔氧化沟特点具备一般氧化沟的共同优点:①工艺流程简单，②抗冲击负荷能力强，③出水水质较稳定。其独特优点：①单台曝气设备功率大，数量较少，投资较省；②氧化沟沟深加大，可达5米以上，使氧化沟占地面积减少，土建费用降低；③曝气设备维护点较少，更易于管理维护。缺点：①有时难以避免供氧和搅拌的矛盾：表曝机数量少，沟内混合液自由流程很长，由紊流导致的流速不均有可能引起污泥沉淀，影响运行效果。尤其在进水水质浓度较低的工况下，为节能须降低表曝机的转速，但会急剧减弱搅拌能力，导致严重沉淀，淤积污泥；②单点供氧强度过大，能耗较高。采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟(英国ASHVale污水处理厂)卡鲁塞尔氧化沟的工艺发展近些年来，Carrousel氧化沟在原有的基础上又开发了许多新的形式。主要包括：有缺氧带的Carrousel工艺；CarrouselAC工艺;CarrouseldenitIR/Carrousel2000型工艺；A2C/Carrousel2000工艺；新型的四段、五段Carrousel-Bardenpho；Carrousel3000型。（1）有缺氧带的氧化沟工艺可以在单一池内实现部分反硝化作用，适用于有反硝化要求的场合。对BOD、COD、N、P的去除率分别达到95%、90%、75%和60%。（2）CarrouselAC工艺这种工艺在氧化沟上游加设前置厌氧池，可有效抑制活性污泥膨胀，提高活性污泥的沉降性能．同时为生物除磷提供了条件。水中磷的含量通常在2mg／L以下。（3）Carrousel2000工艺1993年推出Carrousel2000系统。Carrousel2000型系统是在原Carrousel系统上增加了缺氧池。这个预反硝化池通过两条窄沟与原Carrousel系统连接在一起。当缺氧区富含硝酸盐的混合液流向曝气机时，部分液体被导入缺氧池，与污水接触，未处理的污水BOD浓度高，可作为碳源满足并促进反硝化过程。分解出的氮气释放到空气中，硝酸盐中结合的氧用于BOD氧化。上述安排解决了碳源的补充问题和硝酸盐中氧的再利用问题。无需动力实现硝化液的回流。A2/C型氧化沟，在传统的氧化沟前端增设了厌氧池，在沟体内增加了缺氧池，因此具有生物除磷脱氮功能。A2/C氧化沟与A2/O很相似。由于该型氧化沟采用了独特的水力构造，可以取消由好氧池至缺氧池的混合液回流设备，因而节约用于混合液回流的能耗。因为增加了独立的厌氧池和缺氧池，使A2/C氧化沟出水指标可以达到BOD5＜10mg/L，SS＜15mg/L，TN＜7mg/L，TP＜1mg/L的较高水平。（4）A2C/Carrousel2000工艺（5）4/5段Carrousel-Bardenpho卡鲁塞尔-巴登弗型氧化沟4段Carrousel-Bardenpho系统是在Carrousel2000下游增设了第二缺氧池及再曝气池，达到更高程度的脱氮。5段Carrousel-Bardenpho系统是在是在A2C/Carrousel2000系统的下游增加了第二缺氧池及现曝气池。从而提高了脱氮除磷的效果。厌氧区缺氧区缺氧区好氧区4/5段Carrousel-Bardenpho氧化沟（6）Carrousel3000工艺该系统也称为DeepCarrousel，其在Carrousel2000系统前增加了一个生物选择区，生物选择区利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌增长，提高各污染物的去除率，其后工艺同Carrousel2000系统。池深可达7.5-8m，同心圆式池壁共用，减少占地，降低造价提高耐低温能力（可达7℃）。表曝机下设导流筒提高充氧深度，水下设推进器保障流速。根据在线DO、硝酸盐测定值控制转速，多变量灵活控制充氧量。一体化设计。将进水井、回流污泥分配装置、选择池、厌氧池、反硝化池、环形Carrousel氧化沟、出水井全部设计建造为一个单元，系统紧凑，节省管线。可整体加盖，解决臭味、噪音问题。昆明第一污水处理厂采用了Carrousel-Bardenpho氧化沟，其主要设计指标如表所示。设计运行参数：混合液浓度：4g/L污泥负荷：0.05kgBOD5/kgMLSSd污泥产率：0.65kgMLSS／kgBOD5回流污泥浓度：8g/L污泥回流比：100%污泥龄：＞30d流速：0.3m/s项目BOD5(mg/L)COD(mg/L)SS(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)进水18036020030－出水153010100.5~1（8）Carrousel氧化沟工程实例于1991年投产以来，大部分出水指标均能达到设计要求；磷的去除效果十分理想，出水TP能维持在0.5mg/L以下，去除率稳定在90%左右；效果较差、不稳定的是TN指标；运行中主要存在的问题是氧化沟流速不够，推动力不能满足需要，使得氧化沟中存在污泥沉淀现象；氧化沟供氧不足，造成NH4+-N硝化不好、总氮去除效果差。昆明第一污水处理