污水处理的氧化沟技术

１1前言人们对利用氧化沟处理污水并不陌生。近年来，氧化沟的应用却引起了人们新的、极大的兴趣，许多厂商提供了自己独特的氧化沟系统，在氧化沟的应用方面做了大量工作。但有时由于受专利权的限制，人们难以方便地获得氧化沟设计和操作的有关资料，因此需要有一部汇集这方面资料的书，本书正是为满足这一需要而问世的。本书试图既从理论上、又从实践上向读者提供氧化沟的有关资料。为了使设计人员能够一举获得一切所需的资料，我们把设计中的动力学理论基础与实验数据和方程式融为一体，通过大量的例子来指导读者利用这些资料。本书所列的数据、动力学常数以及劳动力需要量之类的资料，为读者提供了一个有关氧化沟的综合资料来源。米克尔G·曼特布鲁斯A·贝尔目录第一章历史、说明和发展……………………………………………………………………11．1基本情况………………………………………………………………………………11．2典型特性………………………………………………………………………………3第二章过程动力学……………………………………………………………………………42．1过程微生物学…………………………………………………………………………42．1．1微生物的分类…………………………………………………………………42．2新陈代谢和能量………………………………………………………………………52．2．1能量反应………………………………………………………………………52．3细菌动力学……………………………………………………………………………92．3．1环境条件………………………………………………………………………102.4动力学在氧化沟中的应用…………………………………………………………152．5动力学数据…………………………………………………………………………19第三章过程变型……………………………………………………………………………203．1生物法去除营养的过程变型………………………………………………………21第四章硝化和脱硝…………………………………………………………………………224．1氮和氨的存在………………………………………………………………………224．1．1氨对消毒的作用……………………………………………………………224．1．2生物的毒性…………………………………………………………………224．1．3氮需氧量……………………………………………………………………234．1．4富营养化作用………………………………………………………………234．1．5对公共卫生的影响…………………………………………………………234．2硝化中的生物化学反应……………………………………………………………234．3硝化动力学…………………………………………………………………………244．3．1环境因素对动力学的影响…………………………………………………254．3，2环境因素对硝化动力学的综合影响………………………………………274．4硝化动力学在氧化沟设计中的应用………………………………………………274．4．1安全系数……………………………………………………………………284．5脱硝作用……………………………………………………………………………314．5．1脱硝的生物化学……………………………………………………………314．5．2环境条件……………………………………………………………………324．5．3脱硝动力学…………………………………………………………………334．6脱硝动力学在氧化沟设计中的应用………………………………………………34２第五章需氧量和传氧………………………………………………………………………365．1传质理论……………………………………………………………………………365．1．1传质…………………………………………………………………………365．1．2平衡关系式…………………………………………………………………365．2传氧模式……………………………………………………………………………375．3用于模拟和分析不稳定状态试验数据的标准方法………………………………395．4需氧量的确定………………………………………………………………………40第六章混合与水力学………………………………………………………………………436．1混合的考虑…………………………………………………………………………436．2水力学的考虑………………………………………………………………………44第七章专利工艺……………………………………………………………………………477．1卡罗塞系统…………………………………………………………………………477．1．1卡罗塞系统的处理性能……………………………………………………497．1．2设计的考虑和程序…………………………………………………………507．2射流曝气氧化沟……………………………………………………………………527．3奥尔伯系统…………………………………………………………………………567．3，1奥尔伯曝气池池型…………………………………………………………567．3．2曝气圆盘……………………………………………………………………567．3．3系统模式……………………………………………………………………567．3．4硝化和脱硝…………………………………………………………………567．3．5奥尔伯系统的设计参数……………………………………………………577．4帕斯维尔氧化沟处理厂……………………………………………………………587．4．1转子………………………………………………………………………587．5障碍式氧化的………………………………………………………………………607．6综合式系统…………………………………………………………………………61第八章操作和维……………………………………………………………………………638．1操作要求……………………………………………………………………………638．1．1氧化沟的控制………………………………………………………………638．1．2氧……………………………………………………………………………648．1．3仪表的使用…………………………………………………………………648．2操作和维修要求……………………………………………………………………648．3氧化沟处理广的性能与对比工艺…………………………………………………658．3．1氧化沟的性能………………………………………………………………658．3．2氧化沟的对比工艺…………………………………………………………67第九章氧化沟的设计………………………………………………………………………689．1预处理和一级处理…………………………………………………………………689．2反应池的设计………………………………………………………………………689．2．1动力学设计…………………………………………………………………699．2．2氧的供给……………………………………………………………………709．2．3沉淀池的设计………………………………………………………………709．2．4污泥…………………………………………………………………………719．2．5设计举例……………………………………………………………………729．2．6例9．1设计小结…………………………………………………………76第十章经济考虑……………………………………………………………………………7710．1费用的种类………………………………………………………………………7710．1．1因工艺而异的费用………………………………………………………7710．1．2因地区或气候而异的费用………………………………………………7710．1．3因厂址而异的费用………………………………………………………7810．2费用数据………………………………………………………………………………7810．2．1建造费用…………………………………………………………………7810．2．2操作和维修费用…………………………………………………………7910．2．3总费用……………………………………………………………………8010．3小结………………………………………………………………………………80３第一章历史、说明和发展1．1基本情况连续环式反应池（ContinuousLoopReactor，简称CLR),通常称为氧化沟。它是由荷兰卫生工程研究所(TNO)在五十年代研制成功的。第一家氧化沟处理厂于1954年在荷兰的沃绍本（Voorshopen）投入使用，它是由该所的帕斯维尔（A.Pasveer)博士设计的，服务人口为三百六十人。这是一种间歇流的处理厂，其中氧化沟同时用作二次沉淀池。由于帕斯维尔博士的贡献，这项技术又被称为帕斯维尔沟。氧化沟最初应用于荷兰，而今，它已成为欧洲、大洋洲、南非和北美洲的一种重要污水处理技术。截止到1976年，仅北美洲就有五百多座处理厂。近年来，采用氧化沟处理厂的速度有了惊人的进展。氧化沟是活性污泥法的一种改型，它把连续环式反应池用作生物反应池。混合液在该反应池中以一条闭合式曝气渠道进行连续循环。氧化沟通常在延时曝气条件下使用，因为这时水和固体的停留时间长，有机物质的负荷低，它使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式曝气渠道中循环。最初由荷兰卫生工程研究所研制的帕斯维尔沟，目的是为小型居民区提供一种廉价、可靠的污水处理系统。原始的形式只是一种污水排放区域，两边呈坡形，坡上植有草皮,以保证其稳固性，在其中流动的液体深度通常为1m（图1．1）。充氧、推进和搅动是由一个卧式表面转子（凯斯纳刷KesnerBrush）来保证的。凯斯纳刷过去是在矩形池中使用，产生表面曝气，其方式与旋流曝气相似，帕斯维尔沟通常在间歇曝气的情况下使用。白天把原污水引到沟中，在沟中曝气和搅动，晚上关闭表面转子，使固体沉淀，然后把上清液从氧化沟中抽走。最初建立的处理厂获得了惊人的成功，生化需氧量（BOD）的去除率达97％。后来，帕斯维尔博士在观察了曝气不充分的系统之后，又对氨和硝酸盐的去除进行了试验。为了适应流量和有机负荷的增加，出现了连续流帕斯维尔沟。到六十年代，氧化沟己遍及欧洲各地。1964年，安大略省的加拿大水资源委员会对氧化沟进行了调查，并作出了下述结论：“根据现已获得的资料，可以得出这样的结论：氧化沟污水处理系统的造价低廉，操作简便，其出水的质量符合要求，且水质稳定”。1967年，勒孔特（LeCompt）和曼特（Mandt）首次把淹没式曝气推流系统用于氧化。４他们用一套以回流混合液为动力的射流器和压缩空气配合使用，沿水流途径喷射，从而提供必要的充氧和推进作用，见图1．2。这种技术后来被称为射流曝气沟（JetAerationChannel，JAC）。1968年，杜瓦尔斯-希德里克维尔海有限公司（Dwars,Heederik，andVerhay，Ltd）的池上使用了低速表面涡轮，这种涡轮安装在中心挡板的末端，利用从低速表面曝气机中所排荷兰工程师们，在一个折流式连续环反应出的辐射流为氧化沟提供推进力，这项技术后来被称为卡罗塞（Carrousel）法（图1．3）。从帕斯维尔、勒孔特，曼特、以及杜瓦尔斯-希德里克-维尔海有限公司的早期研制工作以来，氧化沟在工艺和机械方面已经进行了无数次改进。氧化沟的适应性和应用范围己由最初的排污沟显著地扩大了。现在，氧化沟这项技术已牢固确立，作为一种污水处理技术而被人们所接受，1978年，美国环境保护署发表了一份题为《氧化沟处理厂与其它城市污水二级处理先进技术的比较》的报告。报告中的图1．4表明，城市氧化沟处理厂的数量在美国有了明显增长。这份报告得出结论，“氧化沟处理厂能够通过最低限度的操作，稳定地达到五日生化需氧量（BOD5）和总悬浮固体（TSS）去除率的要求