【正文】 卡魯塞爾氧化溝工藝對比及計算二○一二年三月目 錄第一章 氧化溝綜述 一、氧化溝的技術特征 ……………………………………………………… 1 ㈠氧化溝簡介 ……………………………………………………………… 1 ㈡氧化溝的技術特征 ……………………………………………………… 1 二、氧化溝的曝氣設備 ……………………………………………………… 31. 水平曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤 ……………………………………………………32. 垂直軸表面曝氣機 ………………………………………………………3 三、常用的幾種氧化溝系統(tǒng) ………………………………………………… 41. 卡魯塞爾氧化溝………………………………………………………… 42. 交替工作式氧化溝 ………………………………………………………53. 奧貝爾型氧化溝 …………………………………………………………6第二章 氧化溝的設計計算一、 氧化溝的容積計算……………………………………………………… 8二、 曝氣機功率計算 ……………………………………………………… 8三、 堿度校核 ……………………………………………………………… 11四、 污泥回流計算 ………………………………………………………… 11五、 二沉池計算 …………………………………………………………… 12第三章 卡魯塞爾氧化溝在城市污水處理中的應用一、 污水生物脫氮工藝流程 ……………………………………………… 13二、 著重于反硝化脫氮作用的卡魯塞爾氧化溝 ………………………… 14三、 污水生物除磷工藝流程 ……………………………………………… 16四、 生物脫氮除磷工藝流程 ……………………………………………… 17五、 卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)計算例題 ……………………………………… 23２９第一章 氧化溝綜述 一、氧化溝的技術特征 ㈠氧化溝簡介 活性污泥法是當前世界各國應用最廣的一種歷史悠久的二級生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好等優(yōu)點。但傳統(tǒng)的活性污泥法存在基建費、運行費高，能耗大，管理也較復雜，易出現(xiàn)污泥膨脹、污泥上浮等問題，且不能去除氮、磷等無機營養(yǎng)物質(zhì)。 近年，從下列幾點改革傳統(tǒng)的活性污泥法： 1．簡化流程，壓縮基建費； 2．節(jié)約能耗，降低運行費； 3．增強功能，改善出水水質(zhì)（在去除BODSS的同時去除氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)）； 4．簡化管理，保證穩(wěn)定運行； 5．減少污泥產(chǎn)量，簡化污泥的后處理。 其中氧化溝活性污泥法可以能滿足上述各點要求。 氧化溝（Oxidation Ditch）是本世紀50年代由荷蘭工程師發(fā)明的一種新型活性污泥法，其曝氣池呈封閉的溝渠形，廢水和活性污泥的混合液在其中不斷循環(huán)流動，因此被稱為“氧化溝”。實際上它是活性污泥法的一種變型，因為廢水和活性污泥的混合液在環(huán)狀的曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端的曝氣系統(tǒng)”。
自1954年荷蘭建成第一座間歇運行的氧化溝以來，氧化溝在歐洲、北美、南非及澳大利亞得到了迅速的推廣應用。至1985年，美國已建有553座氧化溝污水處理廠，荷蘭216座，西德226座，丹麥300座。其工藝和構造也有了很大的發(fā)展和進步，處理能力不斷提高，至今已有規(guī)模達65萬m3／d的大型氧化溝處理廠；處理范圍不斷擴大，不僅能處理生活污水，也能處理工業(yè)廢水、城市廢水，而且在脫氮除磷方面表現(xiàn)了極好的性能。 我國近年來在氧化溝技術的研究及推廣應用方面有了很迅速的發(fā)展。尤其在城市污水處理廠中獲得應有的推廣。 ㈡氧化溝的技術特征
氧化溝污水處理技術能在近五十年來取得迅速的發(fā)展，主要是由于它出水水質(zhì)好，運行穩(wěn)定，管理方便，并具有區(qū)別于傳統(tǒng)活性污泥法的一系列技術特征，現(xiàn)概括如下：
1．采用的技術參數(shù)
氧化溝常用的技術參數(shù)如下：
有機物容積負荷 ～ kgBOD5／m3d
有機物污泥負荷 ～ kgBOD5／kgVSSd 水力停留時間 10～24hr 污泥齡 10～30day 活性污泥濃度 2000～6000 mg/L 出水水質(zhì) BOD5 10～15mg/L SS 10～20mg／L NH3N 1～3mg／L 氧化溝所采用的有機物負荷和水力停留時間與延時曝氣法接近，但所取得的出水水質(zhì)較好。當然，氧化溝也可采用不同于上列的技術參數(shù)。如采用較高的有機物負荷、較短的水力停留時間，使其運行的特征接近于高負荷活性污泥法或其他類型的活性污泥法。 2．采用的處理流程 以氧化溝處理城市污水時，可不設初次沉淀池，懸浮狀有機物可在氧化溝中得到好氧穩(wěn)定，這比設初沉池及污泥穩(wěn)定池要經(jīng)濟。由于氧化溝所采用的污泥齡很長，其剩余污泥量少于一般活性污泥法，而且已經(jīng)得到好氧穩(wěn)定，不需再經(jīng)污泥消化處理。 為防止無機沉渣在氧化溝中積累，原污水應先經(jīng)格柵及沉砂池預處理。 一般，氧化構污水廠的處理流程如圖11所示。 流程中的二沉池可與曝氣池分建，也可與其合建，稱一體化氧化溝，此時可省去二沉池與污泥回流系統(tǒng)，但無法調(diào)節(jié)污泥回流量。
由此可見，氧化溝污水廠的處理流程比一般活性污泥法簡單得多。
3．水流混合特征
從水流混合特征出發(fā)，可將活性污泥系統(tǒng)區(qū)分為推流式和完全混合式兩大類，氧化溝界于推流式和完全混合式之間，或者說基本上是完全混合式，同時又具有推流式的某些特征。 設水流在曝氣溝渠中的流速v為 ～／秒，氧化溝的總長為L，則水流完成一個循環(huán)所需時間t＝L/v。當L＝90～600米時，t＝5～20分鐘。由于廢水在氧化溝中的設計水力停留時間T為10～24小時，因此可以計算出廢水在整個停留時間內(nèi)要完成的循環(huán)數(shù)為30～280次不等。 可見，如果著眼于整個氧化溝，即以較長的時間間隔為觀察基礎，可以認為氧化溝是一個完全混合池，其中的污水水質(zhì)幾近一致，原水一進入氧化溝，就會被幾十倍甚至上百倍的循環(huán)流量所稀釋，因此氧化溝和其它完全混合式的活性污泥系統(tǒng)一樣，適宜于處理高濃度有機廢水，能夠承受水量和水質(zhì)的沖擊負荷。 但如果著眼于氧化溝中的某一段，即以較短的時間間隔為觀察基礎，就可以發(fā)現(xiàn)某些推流式的特征。因為在氧化溝中曝氣裝置并不是沿池長均布而是只要裝在某幾處，在曝氣器下游附近地段，水流攪動激烈，溶解氧濃度較高，但隨著與曝氣器距離的不斷增加，水流攪動變緩，溶解氧濃度不斷減少，還可能出現(xiàn)缺氧區(qū)。這種水流攪動情況和溶解氧濃度沿池長變化的特征，十分有利于活性污泥的生物凝聚作用。且可利用來進行硝化、反硝化，達到生物脫氮的目的。 二、氧化溝的曝氣設備 曝氣設備的功能有三：⑴曝氣充氧；⑵推動水流作不停的循環(huán)流動，防止活性污泥沉淀；⑶攪拌水流，使有機物、微生物及氧三者充分混合、接觸。 常用的氧化溝曝氣設備有兩大類，即⑴曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤；⑵表面曝氣機。1．水平軸曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤 曝氣轉(zhuǎn)刷構造見圖12。它以鋼管為轉(zhuǎn)軸，在軸的外部沿軸長連接有很多鋼質(zhì)葉片，即為刷子。 曝氣轉(zhuǎn)刷國內(nèi)外早期應用較多。，～，轉(zhuǎn)刷充氧能力約為2kgO2／。調(diào)整轉(zhuǎn)速和浸沒深度，可改變其充氧量，適應不同的工作條件。采用曝氣轉(zhuǎn)刷時。 曝氣轉(zhuǎn)盤構造見圖13。它是在水平軸上帶動的一組轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上有小孔及凸出的三角形塊，藉以提高充氧性能。其轉(zhuǎn)速一般為46～60轉(zhuǎn)／分，其直徑可達1372mm，～／kwh。采用轉(zhuǎn)盤時。 曝氣轉(zhuǎn)盤軸長最大為6m，可安裝1～25個曝氣轉(zhuǎn)盤。其推力及混合能力較高，1馬力可攪拌200～900m3 池容積。 2．垂直軸表面曝氣機 氧化溝專用表曝機在荷蘭首先應用，后來在美國和新加坡等地獲得進一步發(fā)展。氧化溝專用表曝機如圖14所示。由圖可見，它的主要特點是葉輪高度較大，上口呈敞開形，葉片呈旋轉(zhuǎn)雙曲面曲線。因此它兼顧了充氧、推動和強烈攪拌的作用。除具有較高的充氧動力效率外，尚具有較大的提升推動能力，可增加氧化溝水深，縮小其占地面積，～ 。這種表曝機推動氧化溝水流的作用依靠葉輪外緣的線速度，通常達6～7m/s。在適當?shù)臏仙钆c葉輪直徑比等條件下，～。因此，為保證氧化溝溝內(nèi)流速，這類表曝機不必另設推流設備；要注意的是調(diào)整表曝機充氧量宜用調(diào)整水位，而不宜調(diào)整外緣線速。 強烈攪拌能使活性污泥加速更新，提高生物處理效果。圖14葉輪構造可對水流起到強烈的攪拌作用。水體在葉片的帶動下沿葉輪徑向運動，引起下部水流補充的軸向流動。因上口呈敞開形形成水流徑、軸向的強烈攪動。 為了說明問題，圖15系用于表面曝氣池的到傘型（Simcar）表曝機。國內(nèi)生產(chǎn)的曝氣機葉輪葉片屬直板直線型的。它適用于表面曝氣池，能起到曝氣池充氧作用，不能滿足上述氧化溝的三個功能要求。這種表曝機葉片上口封閉，以避免攪拌水體向上飛濺。 其他曝氣設備，諸如射流曝氣、鼓風曝氣等也可用于氧化溝，但在應用上比較少見。 三、常用的幾種氧化溝系統(tǒng)(Carrousel)氧化溝卡魯塞爾氧化溝是60年代末期由荷蘭DHV公司研制成功的。其構造特征如圖16所示。
由圖可見，這是一個多溝串聯(lián)的系統(tǒng)，進水與活性污泥混合后沿箭頭方向在溝內(nèi)作不停的循環(huán)流動?？斎麪栄趸瘻喜捎么怪卑惭b的低速表面曝氣機，每組溝渠安裝一個，均安設在一端，因此形成了靠近曝氣器下游的富氧區(qū)和曝氣器上游以及外環(huán)的缺氧區(qū)。這不僅有利于生物凝聚，使活性污泥易于沉淀，而且創(chuàng)造了良好的生物脫氮的環(huán)境。 如前所述，卡魯塞爾氧化溝由于采用了表面曝氣機，～，～。由于表曝機周圍的局部地區(qū)能量強度比傳統(tǒng)活性污泥法曝氣池中的強度高得多，因此氧的轉(zhuǎn)移效率大大提高。當有機負荷較低時，可以停止某些表曝機的運行或降低水位，在保證水流攪拌混合循環(huán)流動的前提下，節(jié)約能量消耗。 卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)的規(guī)模小至200m3/d，大至657000m3/d。其BOD5 去除率可達95～99％，脫氮效率可達90％，除磷效率約為70～80％，如配以投加鐵鹽，除磷效率可達95％。 主要問題是發(fā)現(xiàn)氧化溝中有污泥沉淀現(xiàn)象，并有污泥成團上翻。說明推動力尚不能滿足需要。此外，實際運行的動力費用也較原設計值為高。 ⑴三溝交替式氧化溝這種類型的氧化溝是由SBR間歇式氧化溝發(fā)展而來，有二池或三池交替工作的兩種系統(tǒng)。 圖17是三池交替工作的氧化溝，其運行過程是兩側(cè)的A、C二池交替地用作曝氣池，中間的B池則一直維持曝氣，進水交替地引人A池或C池，出水相應地從C池或A池引出。這樣做提高了曝氣轉(zhuǎn)刷（盤）的利用率，達68％(2/3)左右，還有利于生物脫氮。三池的交替工作氧化溝的運行過程可分為6個階段，如圖 18。階段A。進水引入Ⅰ池，出水自Ⅲ池引出。三池的工作狀態(tài)分別為：Ⅰ池缺氧狀態(tài)，進行反硝化及有機物的部分降解；Ⅱ池好氧狀態(tài)，進行有機物的進一步降解及氨氮的硝化作用；Ⅲ池則為沉淀池。階段B。進水引人Ⅱ池，出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池和Ⅱ池均在好氧條件下運行，Ⅲ則保留為沉淀池。 階段C。進水引入Ⅲ池，出水自Ⅲ池引出。Ⅰ池轉(zhuǎn)變?yōu)殪o置沉淀狀態(tài)，Ⅱ池在缺氧條件下運行，以便對階段B中積累的硝酸鹽進行反硝化，Ⅲ池仍為沉淀池。 階段D。進水引人Ⅲ池，出水自Ⅰ池引出。Ⅰ池與Ⅲ池的工作狀態(tài)正好與階段A相反，B池則與階段A時相同。 階段E。Ⅱ池工作狀態(tài)與階段B相同，Ⅰ池Ⅲ池的情況則與階段B相反。 階段F。Ⅱ池工作狀態(tài)與階段C相同，Ⅰ池Ⅲ池的情況則與階段C相反。 整個工作周期為8小時。 顯然，三池交替工作的氧化溝就是一個AO活性污泥系統(tǒng)，可以完成有機物的降解和硝化反硝化過程，取得良好的BOD5去除效果和脫氮效果。依靠三池工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這種系統(tǒng)免除了污泥回流。 交替工作的氧化溝必須有自動控制系統(tǒng)，根據(jù)預先設定的程序控制進、出水的方向，溢流堰的啟閉以及曝氣機的開動和停止。上述各工作階段的時間，也應根據(jù)水質(zhì)情況進行調(diào)整。⑵三溝交替式氧化溝與卡魯塞爾氧化溝的比較卡魯塞爾氧化溝的系統(tǒng)，包括二沉池和污泥回流，表面上看，似乎比三溝交替式氧化溝復雜。我們從上述的介紹中，可以比較下列各點。A．三溝交替式氧化溝雖然不設二沉池，但它有三分之一的時間用于靜置沉淀。例如設計總停留時間18～21小時，其中用于靜置沉淀時間6～7小時，此值大于二沉池設計參數(shù)。 卡魯塞爾氧化