（环境工程专业论文）新型a2c表曝型氧化沟工艺的优化设计与试验研究.pdf

新型a c 表曝型氧化沟工艺的优化设计与试验研究 摘要 在当前城市污水处理工程中。氧化沟工艺是应用最广泛的污水处理技术之一，它具 有处理污水效果好、有机物去除率高、运行稳定、运转经验丰富等优点，目前己成为污 水处理的主体技术。论文结合“8 6 3 ”项目课题和新会污水处理厂二期工程，探讨了a 2 c 氧化沟处理工艺，该处理工艺能有效地去除b 0 1 ) 、c o d 、s s 等，同时也能脱氮除磷。 国家“8 6 3 ”课题“城市污水氧化沟处理工艺的设备成套化研究”已取得部分研究成 果，将新会污水厂二期工程列为该课题的示范工程，以期通过示范工程对研究成果进行 实际检验。论文介绍了a 2 c 氧化沟独特的优点和工作原理，并根据污水处理厂迸水水质 和污水处理排放标准，应用活性污泥反应动力学，完成了氧化沟工艺的初步设计。论文 通过小试试验的方法，对氧化沟设计参数进行了验证和校核，得出了a 2 c 氧化沟的最佳 工艺参数，厌氧段、缺氧段和好氧段的水力停留时间分别为1 5h 、4 5h 和4h ，与初 步设计相比较，新会污水处理厂二期工程主要经济指标可以节省2 5 左右的费用。论文 最后对试验过程中的同步脱氮除磷现象作了进一步的分析。 在氧化沟工艺中实现同步硝化与反硝化的运行模式，将同步硝化反硝化理论与氧化 沟的工艺控制相结合，应用小试试验的方法，提高了氧化沟的脱氮除磷能力与处理效率。 这种模式和方法为今后的工作提供了新的思路。 关键词：a 2 c 表曝型氧化沟同步脱氮除磷设计计算水力停留时间技术经济分析 o p t i m u md e s i g na n de x p e r i m e n t a ls t u d yo fan e w s t y l ea z cs u r f a c e a e r a t i n go x i d a t i o nd i t c hf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t a b s t r a c t i nc u r r e n tc i t ys e w a g et r e a t m e n tp r o j e c t , t h eo x i d a t i o nd i t c hi so n eo ft h et e c h n o l o g y a p p l y i n gt h eb r o a d e s ts e w a g et r e a t m e n t ，i th a st h ee f f e c t i v et r e a tf o u lw a t e ra tr e d u c e dp r i c e ， o r g a n i ct a k eo f fr a t ei sh i g h ，n l n sm e r i ts u c ha ss t a b i l i z i n g ，m o v i n gb e i n gv e r ye x p e r i e n c e d ， a l r e a d yb e c o m e st h es e w a g et r e a t m e n tm a i nb o d yt e c h n o l o g ya tp r e s e n t t h e s i sc o m b i n e s “8 6 3 ”p r o j e e l sa n dx i nh u is e w a g et r e a t m e n tf a c t o r ys e c o n dp r o j e c t ，h a sa d o p tt h ea 2 c o x i d a t i o nd i t c h ，n o to n l yr e m o v e sb o d 、c o d 、s s e f f e c t i v e l y ，a l s ob e i n ga b l et od e n i t r i f y i n g p h o s p h o r u sa n dn u t r i e n tr e m o v a l t h ec o u n t r y 8 6 3 ”t o p i c t h ee q u i p m e n tr e s e a r c ho fm u n i c i p a ls e w a g e so x i d a t i o nd i t c hi n c o m p l e t es e t - r i z a t i o n ”h a sa l r e a d yg o t t e ns o m er e s e a r c hr e s u l t ，s ot h e yl i s tx i nh u is e w a g e t r e a t m e n tf a c t o r ys e c o n dp r o j e c ta sad e m o n s t r a t i o np r o j e c t f o rc h e c k i n gt h a tp h a s ec a r r i e s o u tr e a l i t yo nr e s e a r c hr e s u l t t h et h e s i si n t r o d u c e su n i q u ea 2 co x i d a t i o nd i t c hm e r i t sa n d o p e r a t i n gp r i n c i p l ef i r s t l y , a p p l y i n gt h es l u d g er e a c t i o nd y n a m i c sa c t i v i t y ，t h ef i r s ts t e ph a v i n g a c c o m p l i s h e dt h eo x i d a t i o nd i t c hd e s i g n ，a c c o r d i n gt ow a t e r - e n t e r i n gw a t e rq u a l i t yo fs e w a g e t r e a t m e n tf a c t o r ya n dt h es e w a g et r e a t m e n te f f l u e n ts t a n d a r d s e c o n d l y ，b ys p o te x p e r i m e n tt o c h e c ka n d v e r i f yt h eo x i d a t i o nd i t c hd e s i g np a r a m e t e r s ，h a v er e a c h e dt h eo p t i m u mp a r a m e t e r s o f co x i d a t i o nd i t c ht e c h n o l o g y , a n a e r o b i c 、a n o x i ca n da e r o b i cp r o c e s sh r ti s1 5h 、4 5 ha n d4h ，c o m p a r e dw i t hi n i t i a ld e s i g n ，t h em a i ne c o n o m i ct a r g e t so fx i nh u is e w a g e t r e a t m e n tf a c t o r ys e c o n dp h a s e sc a ne c o n o m i z e2 5 o rs o t h et h e s i sh a sa s s u m e daf u r t h e r s t u d yo i lt h ep h e n o m e n o no fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sa n dn u t r i e n tr e m o v a li nt h ep r o c e s s r e a l i z i n g t h e o p e r a t i o n p a t t e r n o f s i m u l t a n e o u s n i t r i f i c a t i o n a n d d e n i t r i c a t i o n ( s n d ) i n t h eo x i d a t i o nd i t c hp r o c e s s c o m b i n gs n da n do x i d a t i o nd i t c hp r o c e s sc o n t r o l 、b ys p o t e x p e r i m e n t ，h a v i n gr a i s e dt h eo x i d a t i o nd i t c hd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sa n dn u t r i e n tr e m o v a l a b i l i t ya n dh a n d l e se f f i c i e n c y t h i sp a t t e r na n dm e t h o dh a v ep r o v i d e dan e wt r a i no ft h o u g h t f o rt h ej o bt h ed a y sa f t e r k e yw o r d s ：a 2 cs u r f a c ea e r a t i n go x i d a t i o nd i t c h ，s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i c a t i o n ， d e s i g na n dc a l c u l a t i o n ，h r t ，t e c h n i c a le c o n o m ya n a l y z e 表格清单 表3 一l 设计进、出水水质指标 表4 1 反应器模型尺寸 1 8 表4 2 工艺运行参数3 0 表4 4 第一组验证试验污染指标平均去除率3 1 表4 3 第一组验证试验运行参数数据汇总表3 3 表4 6 第二组验证试验污染指标平均去除率 表4 5 第二组验证试验运行参数数据汇总表。 3 4 3 5 表4 8 第三组验证试验污染指标平均去除率3 6 表4 7 第三组验证试验运行参数数据汇总表3 8 表4 一1 0 第四组验证试验污染指标平均去除率。3 9 表4 9 第四组验证试验运行参数数据汇总表4 0 表4 - - 1 1第五组验证试验运行参数数据汇总表4 1 表4 1 2 第五组验证试验污染指标平均去除率。4 1 表4 1 3c o d 、b o d 、氨氮、t n 、t p 和s s 平均去除率4 2 4 插图清单 图2 - - 1 处理工艺流程 图2 - - 2a 2 c 氧化沟平面图9 图4 - 1 厌氧池的原始尺寸平面图 图4 2 厌氧池的i i 原始尺寸剖面图。2 5 图4 3 厌氧池l i l i 剖面图。 2 5 图4 4 二沉池原始尺寸立面图。2 6 a 2 0 模型装置试验流程 2 7 活性污泥2 7 图4 5 试验流程示意图 图4 6 试验装置流程图 2 8 图4 7b o o - 污泥负荷与s v i 值之间的关系图图4 - 8s v i 、m l s s 、及污泥回流比 之间的关系 图4 9l 5 组水质去除率4 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果。也不包含为获得金日l 王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材科。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签与j ；! 睦( 式 签字日期：呷年占月，。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒日b 至墼太堂有关保留、使用学位论文豹规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权 金胆王些盔堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做者繇立夏斌 签字日期：砷年6 月f o 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师躲罗乏蓼捉 签字日期：多呻年占月沁日 电话： 邮编： 致谢 本论文是在导师汪家权教授的精心指导下完成的。值此论文完成之际，谨向 导师汪家权教授致以诚挚的感谢和由衷的敬意。在论文完成期间，本院胡淑恒老 师给予我悉心的帮助，在此也表示我深深的谢意。 在试验和论文的撰写过程中，国祯环保公司提供了实验场地和大量的基础资 料，在此表示衷心的感谢。 感谢我的同学李云霞、笪春年、蒙媛、赵怀全、施项、杜汪洋、u m b r e l l a 、 陶博、邱峰等，他们给了我无私的帮助和鼓励，从他们身上我学到了很多东西， 深深感受到了团队协作的重要性。 还要感谢我的父母，姐姐及亲人多年来对我在学习生活上的关心和支持，让 我在学习和生活上没有后顾之忧，至今仍无以为报，甚为惭愧。今后，我将以加 倍的努力和不断进取来报答他们，以及关心、支持和帮助过我的人。 作者：王文斌 2 0 0 7 年5 月 前言 2 0 0 4 年，国家“8 6 3 ”计划“城市污水氧化沟处理工艺的设备成套化研究”( 编号： 2 0 0 4 a a 6 0 1 0 6 0 ) 落户国祯环保公司。该项目将在对传统的氧化沟工艺进行改进的基础上， 提出能够在氧化沟内实现同步硝化反硝化( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o n ，s n d ) 和生物除磷的新型氧化沟工艺，开发研制深水型大功率表面曝 气机、超细格栅等关键设备并对与该工艺配套主体设备进行标准化系列化成套化研究。 本课题是该计划的一个子课题，目的是通过新会污水处理厂二期示范工程的建设( 主 体工程应用a 2 c 型氧化沟) ，在实际应用中体现新型氧化沟的工艺特点，并进行技术经济 分析，具体研究内容如下： ( 1 ) 根据活性污泥反应动力学和生物脱氮除磷原理初步设计出a 2 c 氧化沟工艺， 提出了氧化沟的运行参数。 ( 2 ) 应用与a 2 c 氧化沟工艺原理相类似的a 2 o 模型对新会二期工程的工艺设计参 数进行验证试验，研究该工程氧化沟系统最佳的运行参数，为工程设计和运行提供参考。 ( 3 ) 氧化沟工艺的水力停留时间较长，沟内流体同时具备推流和完全混合流的特征， 因此，研究探讨合理的控制反应内溶解氧浓度和厌氧、缺氧、好氧区的反应时间，在一 个反应器内更好的完成硝化反硝化过程，提高反应器的脱氮效率。 ( 4 ) 在试验的基础上，探讨了生物除磷技术，充分利用生物除磷能力，提高生物除 磷的效率。 随着人口不断增长和经济的飞速发展，废水排放量急剧增长，全球性水污染问题已 对人类生存和社会经济的发展构成了严重的威胁，因此世界各国对污水处理要求也越来 越严格，对传统活性污泥工艺在多功能上、稳定性和经济性等方面提出了更高的要求， 使得传统污水处理工艺不仅能有效地去除有机物污染物以外，同时还具备了脱氮除磷的 功能。氧化沟工艺作为活性污泥法的一种变形，在形式和功能上也在不断的演变着。a 2 c 型氧化沟作为c a r r o u s e l 氧化沟一种变形，它是在普通c a r r o u s e l 氧化沟前增设了一个 厌氧区和缺氧区( 又称前置反硝化区) ，强化了普通氧化沟的同步硝化反硝化生物脱氮的 功能，同时达到了生物除磷的目的。但在氧化沟设计和运行过程中，沟内的厌氧区、缺 氧区与好氧区各自的水力停留时间和溶解氧浓度很难准确地加以控制，从而影响脱氮除 磷的效果，所以，通过试验优化氧化沟设计运行和加强脱氮除磷的研究具有重要的意义。 最后，由于个人的水平有限，论文难免有很多不足之处，敬请大家批评指正。 1 1 氧化沟技术的发展 1 1 1 氧化沟发展阶段 第一章概述 氧化沟又名氧化渠，因其污水和活性污泥混合液在曝气渠道中不断循环流动而得名， 属于活性污泥法得一种改型，由于其构造简单、运行稳定、出水水质好等特点，自上世 纪研制成功以来，在欧洲、北美等地区被广泛采用，至今，其工艺和功能都得到了很大 的发展和进步。大致可分为以下几个阶段：“- 。1 ( 1 ) 1 9 2 0 年，在英国的s h e f f i e l d 建成了首座浆板式曝气池，被认为是现代氧化 沟工艺的先驱。 ( 2 ) 初期氧化沟p a s v e e r 氧化沟，1 9 5 4 年由荷兰的国立卫生研究所帕斯维尔 ( a p a s v e e r ) 教授发明的，并在荷兰沃绍本( v o o r s h o p e n ) 建造了第一座氧化沟污水 处理厂。其原型为一个环状的斜坡池壁的沟渠，采用间歇曝气运行，分为进水、曝气、 沉淀和排水四个基本工序，没有二沉池，由于收到曝气设备的限制，池深一般只有1 5 m 左右。p a s v e e r 氧化沟主要用来处理生活用水，且服务人口少，但b o d 去除率高达9 7 。 ( 3 ) 多样型氧化沟。经过几十年发展，氧化沟工艺在池型、结构、运行方式、曝气 装置、处理规模、适用范围等方面都得到了长足的发展。6 0 7 0 年代出现了形式多样的 氧化沟，这一时期要求采用连续曝气方式，增加了二沉池，可以连续进水，还满足了脱 氮除磷的需要。例如：2 0 世纪6 0 年代，荷兰d h v 公司发明的卡鲁塞尔( c a r r o u s e l ) 氧 化沟：l e c o m p t e 和m a n d t 发明的射流曝气氧化沟( j a c ) ；h u i s m a n 发明奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟；丹麦k r u g e r 公司的双沟、三沟式氧化沟等。 ( 4 ) 一体化氧化沟，顾名思义，就是将沉淀池建在氧化沟内，形成一体化。充分利 用氧化沟较大的池容和水面，通过在池内设置专门的固液分离装置，在不影响氧化沟正 常运行的前提下，实现泥水的分离。这一技术在8 0 年代得到了迅速发展，有多种形式， 如：船形、侧沟式、中心岛式一体化氧化沟：b m t s 式；二池交替工作的氧化沟v r 型和d 型等。 1 1 2 国内外发展研究现状 目前，氧化沟技术在世界各国得到了很快的发展”_ 1 ”。处理对象从处理生活污水发 展到工业和生活污水，处理能力从最初的3 0 0 人口当量发展到1 0 0 0 万人口当量，处理规 模从几百吨发展到百万吨级，污水处理厂的数量也是激增。据报道，欧州的氧化沟污水 厂已有几千座，比如英国到1 9 7 4 年就兴建了3 0 0 多座氧化沟污水处理厂，丹麦的氧化沟 污水处理厂占全国污水厂的4 0 ；北美有9 0 0 0 多座氧化沟，到1 9 7 6 年美国有5 0 0 多座 氧化沟，加拿大有9 0 多座；亚洲也有1 0 0 0 多座氧化沟污水处理厂投入应用。我国自8 0 2 年代引进氧化沟处理技术，发展迅速，到现在已有多种形式的氧化沟技术得到了应用， 据估计已有上百座氧化沟污水处理厂，如北京大兴污水厂、上海青浦经济开发区污水厂、 昆明市污水厂、长沙第二污水厂等。 尽管氧化沟技术在我国得到了广泛的使用和推广，但由于缺乏系统科学的研究其运 行原理和过程，造成了我国的氧化沟技术水平与国际先进水平仍有很大差距。所以一方 面我们在引进氧化沟技术的同时，也要加强消化吸收，在此基础上研制出我国特色的氧 化沟技术和设备，促进我国氧化沟技术的发展。 1 2 氧化沟的基本构成与特征 1 2 1 基本构成 氧化沟工艺的基本构成包括：氧化沟池体，曝气设备，导流墙和挡流板，水下推动 器、进、出水口以及附属构筑物。1 1 嘲“1 ( 1 ) 氧化沟池体 氧化沟池体是氧化沟的主体部分，生物反应过程都在其中完成。池体一般建成环装 沟渠，平面布置上有圆形、椭圆形、长方形、l 形，马蹄形和其他形状，断面一般呈矩形 或是梯形。氧化沟的多样式构造适应了不同污水处理要求，运行管理方式更加方便简单。 ( 2 ) 曝气设备 氧化沟的曝气设备主要是向氧化沟池体内的污水、活性污泥混合液提供生物反应所 需要的氧气，保证有机物、微生物和氧气能充分搅拌、混合、接触，并推动水流不停的 流动( v 0 2 5 m s ) 。设备类型有曝气转刷、表面曝气机、射流曝气机、导管式曝气机 等。 ( 3 ) 导流墙和挡流板 导流墙一般设在氧化沟转折处，防止污泥沉淀和减少水流的能量损失，宜设置成偏 心导流墙。挡流板只要使氧化沟断面水流流速均匀分布，增加水下流速，一般设置在曝 气设备的上、下游。 ( 4 ) 水下推动器 水下推动器强化了氧化沟的混合功能，避免了流速、溶解氧在断面上出现的分层现 象，增加了氧化沟池体的深度。 ( 5 ) 进、出水口 进水口一般设在氧化沟的上游，促使进水能够迅速与混合液立即混合。出水口一般 设置在下游，以免沟内出现短流。现在比较多是设置可调出水堰，通过调节堰口的位置 来调节水位和曝器设备的浸没深度。 ( 6 ) 附属构筑物 主要包括调节池、二沉池和污泥回流系统等。 3 1 2 2 氧化沟的特点 氧化沟是以活性污泥法为基础的一种污水处理工艺。氧化沟为连续环行曝气池，由 若干个沟渠组成。氧化沟采用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池的混合液在 沟渠内循环流动，它具用特殊的循环流态，即完全混合式，又具有推流式的特征。氧化 沟通常采用延时曝气，污水通常在封闭的沟渠中循环流动多次，并且由于曝气装置在沟 渠中布置的特点，使得氧化沟中的溶解氧呈现分区变化。氧化沟中某一段会出现缺氧区， 这样在氧化沟内形成的溶解氧、有机物( b o d ) 和氨氮浓度剃度十分有利于活性污泥的生 物絮凝和生物脱氮。池中形成好氧区和缺氧区交替出现的状态，在沟内同时实现硝化和 反硝化，将碳源代谢、硝化和反硝化等一系列生物化学工程在一个闭合环路内连续进行。 氧化沟工艺可以不设初沉池，由于氧化沟的泥龄通常较长，剩余污泥得到一定程度 的好氧稳定，污泥不再需要进行厌氧硝化处理，从而简化了污泥处理的流程。 综上所叙，可总结出氧化沟具有的优点： ( 1 ) 运行中水力条件好，因而使出水水质稳定。 ( 2 ) 循环流量大使进水达到快速混合稀释，具有很强的抗冲击负荷的能力。同时由 于氧化沟负荷低，一般是延时曝气条件下运行，水和固体停留时间长，固体总量大，因 而对冲击负荷也有一定的缓冲作用。 ( 3 ) 可以通过改变曝气机的工作数量、转速调整其供氧能力和电耗水平。 ( 4 ) 该工艺由于泥龄长，污泥在氧化沟中趋于相对稳定。 ( 5 ) 该工艺流程简单，构筑物少，控制管理较方便。 但氧化沟也存在着一些缺点： ( 1 ) 由于池深较浅，有机负荷低，占地面积较大，基建投资较高。 ( 2 ) 由于受水质和温度等条件的影响，氧化沟在实际运行中容易产生污泥膨胀，必 须增加选择器来解决。 ( 3 ) 必须建设较庞大的二沉池和污泥汇流系统，使占地面积和工程造价进一步增加。 ( 4 ) 一般来说，该工艺耗电相对较大。 1 3 氧化沟类型简介 1 3 1 卡罗塞尔( c a r r o u s e l ) 氧化沟 c a r r o u s e l 氧化沟是在6 0 年代由荷兰d h v 公司开发，该氧化沟为多沟串连工艺，采 用表面曝气器进行曝气，并设水下推进器，有效水深可达5 m ，在曝气器附近能形成富氧 区，在较远的位置可能形成缺氧区，这样就可以在池内实现部分硝化反硝化。 c a r r o u s e l 氧化沟在国内外都有广泛的应用，全世界范围内有8 0 0 多座，处理规模 从几百吨到l o 万吨，b o d 去除率达9 9 ，除磷率达5 0 左右。 最近，c a r r o u s e l 氧化沟出现了多种改进型式，如c a r r o u s e l1 0 0 0 、c a r r o u s e l 2 0 0 0 、 4 c a r r o u s e l 3 0 0 0 等 1 3 2 奥贝尔( o r b a l ) 氧化沟“” o r b a l 氧化沟是有多个圆形或椭圆形的同心沟渠组成的，污水由最外层的沟渠依次 进入内层沟渠，最后由中心的沟渠流出进入二沉池。o r b a l 氧化沟采用曝气转盘曝气，水 深可达3 5 4 5 m ，通过控制不同层次沟渠中溶解氧浓度，可实现氧化沟的脱氮除磷效果。 由于其特殊的构造，所以o r b a l 氧化沟占地少，水力条件好，节约能耗。 1 3 3 交替式氧化沟“”( a l t e r n a n to x i d a t i o nd i t c h ) 交替式氧化沟是由丹麦k r u g e r 公司创建的，是指通过时间顺序的调整在空间上对氧 化沟曝气和沉淀区域作交替变换，即曝气区可作沉淀池使用，沉淀区又可作为曝气区使 用，其特点是可以不设二沉池和污泥回流系统，缺点是氧化沟机械设备利用率低。主要 有两池( d 型) 和三池( t 型) 交替工作的两种类型，简单的有v r 型。 ( 1 ) v r 型 v r 型是将氧化沟分为两个区，通过定时改变曝气转刷的旋转方向，来改变沟渠中的 水流方向，使两个区交替作为曝气区和沉淀区，属于单沟式氧化沟。v r 型氧化沟主要用 于b o d 和氮的去除，且处理规模较小。 ( 2 ) d 型 d 型是由两个容积相同的氧化沟串联运行，交替作为曝气池和沉淀池，不需另设二 沉池，主要也是用于b o d 的去除和硝化。 ( 3 ) t 型 t 型氧化沟是由3 个氧化沟并联布置、串连运行，两侧的氧化沟交替作为曝气池和 沉淀池，中间的氧化沟一直作为曝气池，具有去除b o d 及硝化脱氮的功能。 1 3 4d e 型氧化沟1 d e 型氧化沟与d 型氧化沟相似，不同是d e 型氧化沟设有独立的二沉池和污泥回流 装置。 1 3 5 一体化氧化沟n 5 1 ( i n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c h ) 这种氧化沟将曝气、沉淀和泥水分离集中于一体，不单建二沉池。8 0 年代在美国开 发以来，得到了迅速发展，有船式沉淀器、b m t s 系统、c a r r o u s e l 渠内分离器、边墙分 离器、导管式曝气内渠、边渠沉淀分离器和竖直式氧化沟等。 5 1 3 6 导管式氧化沟n 町( d t a d r a f t t u b e r a e r a t o r ) 导管式氧化沟是上世纪8 0 年代由美国研究开发的，它是在氧化沟内设嚣阻流墙，在 阻流墙的底部用j 形导流管连通两侧水流，水流从氧化沟底部流动，有较大流速，避免 了底部污泥的淤积。该技术在日本被推广使用，目前已有d t a 系列产品。 1 3 7 微孔曝气氧化沟n 力( m i c r o p o r o u s a e r a t i o no x i d a t i o nd i t c h ) 微孔曝气氧化沟保留了一般氧化沟工艺特点，改变了系统的曝气方式，提高了充氧 效率，避免了池底污泥沉淀，是一种值得推广的技术。 1 4 氧化沟的发展前景和方向 氧化沟技术的发展方向表现在以下几个方面： ( 1 ) 由氧化沟和二沉池分建式向两者一体化氧化沟转化，这样可以取消污水回流系 统。在生物脱氮方面，氧化沟和缺氧池也实现了一体化，可完成硝化液的无动力回流， 整个氧化沟流程更加简练，使氧化沟具有更强的技术经济竞争力。 ( 2 ) 在氧化沟前增加一个厌氧池，氧化沟工艺能够进行生物脱氮除磷，但提高氧化 沟脱氮除磷的效率，有待进一步科学系统的研究。 ( 3 ) 充分利用氧化沟的循环流动的特征，优化氧化沟的水力设计，开发新池型，减 少占地面积，降低工程造价和节能降耗等。 ( 4 ) 加快城市污水氧化沟处理工艺的设备成套化研究，实现产品的标准化、系列化。 ( 5 ) 提高氧化沟自动化控制技术，利用d o 、o r p 等多指标及变频技术加强对氧化沟 的运行管理。 1 5 本文研究内容 本文研究的氧化沟工艺属于改良型的c a r r o u s e l 氧化沟，研究主要内容有： ( 1 ) 根据活性污泥反应动力学和生物脱氮除磷原理初步设计出a 2 c 氧化沟工艺， 提出了氧化沟的运行参数。 ( 2 ) 应用与a 2 c 氧化沟工艺原理相类似的a v o 模型对新会二期工程的工艺设计参 数进行验证试验，研究该工程氧化沟系统最佳的运行参数，为工程设计和运行提供参考。 ( 3 ) 氧化沟工艺的水力停留时间较长，沟内流体同时具备推流和完全混合流的特征， 因此，研究探讨合理的控制反应内溶解氧浓度和厌氧、缺氧、好氧区的反应时间，在一 个反应器内更好的完成硝化反硝化过程，提高反应器的脱氮效率。 ( 4 ) 在试验的基础上，探讨了生物除磷技术，充分利用生物除磷能力，提高生物除 磷的效率。 6 1 6 研究方法 通过室内模型试验，研究a 2 a c 氧化沟工艺的最佳参数，优化组合工艺，为新会二 期工程提供参考。 7 第二章a 2 c 氧化沟工艺及其特点 2 1 新会污水处理厂二期工程简介 国家“8 6 3 ”课题“城市污水氧化沟处理工艺的设备成套化研究”已取得了部分研究 成果。为促进这些研究成果的推广应用，“8 6 3 ”课题组将新会二期工程列为“8 6 3 ”课题 的示范工程，以期通过示范工程对研究成果进行实际检验，并对工程设计、建设及运行 中的关键技术问题展开深入研究，最终完成高效脱氮除磷氧化沟工艺的技术集成和设备 的成套化和系统化。 2 1 1 污水处理规模 新会污水处理厂的建设分三期建设，一期建设规模为4 万吨日，通过b o x 形式建设 运营：二期建设规模增至8 万吨日，远期规模达到1 6 万吨日。 2 1 2 污水、污泥处理工艺流程图 污水 2 1 3 工艺说明 泥饼外运叫脱水机黟卜一鳖堡! 叫 图2 1 处理工艺流程 f i g 2 一l f l o wc h a r to f t e c h n i q u e 一外捧 经预处理( 粗格栅细格栅) 后的出水进入生化处理段，为了保证出水均匀分配至后 续处理工序，预处理出水首先进入氧化沟配水井。氧化沟的配水井有两种功能，一是对 氧化沟厌氧区进行配水；二是对二沉池回流污泥的均匀分配。经均匀分配后的污水和污 泥一起进入氧化沟。经上述处理后，大部分降解的污染物以污泥的形式存在于水中一起 进入辐流式二沉池，利用污泥与水的比重不同进行固液分离。分离后的上清液自流入消 毒渠道，经紫外线消毒后达标排放。为了保证出水中的总磷能稳定达标排放，设计在氧 化沟的出水堰处投加化学除磷药剃。 8 2 2a 2 c 氧化沟污水处理工艺设计特点 本工程采用的a 2 c 氧化沟属于改良型c a r r o u s e l2 0 0 0 氧化沟工艺，此工艺是在普 通c a r r o u s e l 氧化沟前增设了一个厌氧区和缺氧区( 又称前置反硝化区) ，利用了氧化沟 内的水力循环、硝化液无动力回流等特点，其平面布置如图2 2 所示。 图2 2a 2 c 氧化沟平面图 f i g 2 - - 2a 2 co x i d a t o nd i t c hp l a n s 二沉池回流污泥与生活污水在a 2 c 氧化沟前设置的配水井里充分混合后进入厌氧区 l 。该区分为三格，每格都设有水下搅拌器以防止污泥沉淀。经厌氧反应后的混合液进入 缺氧区2 ，与从氧化沟3 自回流消化液充分混合，进行反硝化脱氮和除磷反应。缺氧区2 的中间部位设导流隔墙，并在适当位置安装水下推进器，使该区具有良好的混合与循环条 件。经厌氧、缺氧反应后的混合液流入氧化沟3 进行氧化、硝化、反硝化反应，氧化沟3 采用变频倒伞型曝气机曝气，通过d 0 测定仪调节控制曝气机的转速来改变曝气需氧量。 处理后出水中氨氮含量可以 l o m g l ，磷含量 1 o m g l ”，甚至更高的要求。 2 3 氧化沟内发生的生化反应 氧化沟采用机械倒伞型表曝气方式，具有很强的充氧、搅拌和推流三种功能。并根 据曝气装置在沟渠中布置的特点，使得氧化沟中的溶解氧在时间、空间上形成厌氧区、 缺氧区和好氧区的分区变化，在沟内同时实现硝化和反硝化等一系列生物化学工程。a 2 c 表曝型氧化沟在工艺上还可以根据污水水质的不同，组合成不同比例的厌氧一缺氧一好 氧的生物处理，具有良好、稳定的脱氮除磷效果“”。 ( 1 ) 厌氧池 泥水混合液经配水井均匀分配后进入厌氧池，在没有溶解氧和硝态氮的厌氧条件下 ( 绝氧) ，兼性细菌可将溶解性b o d 。转化成低分子发酵产物v f a ，生物聚磷菌分解体内的 9 聚磷酸盐并加以释放，在此过程中产生的能量用于聚磷菌吸收这些低分子发酵物v f a ，并 将其运送到细胞内，同化成细胞内碳源存储物p h b 。经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在后 续的好氧段具有很强的吸磷能力，吸收存储超出生长需求的量，并合成新的聚磷菌细胞， 产生富磷污泥，通过剩余污泥的排放将磷从系统中去除。 ( 2 ) 缺氧池 泥水混合液由厌氧池自流进入氧化沟的缺氧区( 前置反硝化区) ，一部分聚磷菌利用 后续工艺的混合液( 内回流带来的) 中硝酸盐作为最终电子受体以分解细胞内的p h b ( 聚p 羟基丁酸) ，产生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成，同时反硝化菌利用内回流带来的硝 酸盐，以及污水中可生物降解的有机物进行反硝化，形成n 2 或n 。0 ；逸至大气中，达到部分 脱碳与脱硝、除磷的目的。缺氧区容积包括脱硝、除磷两部分。 ( 3 ) 氧化沟主体( 好氧、缺氧) 氧化沟主体兼有推流型和完全混合型反应池两者的特性，存在好氧、缺氧交替出现 的区域，具有硝化、生物除磷、反硝化的条件。在氧化沟好氧区聚磷菌除了吸收，利用 污水中可生物降解的有机物，主要是分解体内贮存的p h b ，产生的能量可供自身生长繁殖。 此外还可主动吸收周围环境中的溶解氧，并以聚磷的形式在体内超量贮存，吸收的磷远 大于其释的磷放的磷。同时污水中的氨氮存好氧区被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐 和硝酸盐。在缺氧区反硝化利用亚硝酸盐和硝酸盐中的n ”和n “( 被还原为n ：) 作为能量 代谢中的电子受体驴一作为受氢体生成h 2 0 和o h 一碱度，有机物作为碳源及电子受体提供 能量并得到氧化稳定。 2 4 同步硝化反硝化和生物除磷技术 本课题是针对新会污水厂二期工程a 2 c 氧化沟工艺是一种新型的生物脱氮除磷工 艺，该工艺的反应机理是基于传统脱氮理论、同步硝化反硝化脱氮技术( s n d ) 和生物除 磷理论并辅助前馈化学加药除磷，共同实现废水的脱氮除磷。目前，国内外尚无系统的 理论研究和工程实践。 2 4 1 1 同步硝化反硝化理论 传统的生物脱氮理论认为，废水必须经过典型的硝化和反硝化两个过程，由于硝化 和反硝化的反应条件要求不同，一般认为这两个过程不能同时发生。但科学家于2 0 世纪 8 0 年代发现了在曝气硝化的活性污泥工艺中存在着反硝化现象，在缺氧和厌氧段观察到 氮的非同化损失现象，人们把这一过程称为同步硝化反硝化- 衢“1 。 到目前为止，人们对同步硝化反硝化的作用机理却有着不同的解释，概括起来存在 三种理论： ( 1 ) 宏观环境理论 在氧化沟主反应区，由于曝气装置一般都是在氧化沟的一端布置，随着溶解氧的不 1 0 断消耗，使得氧化沟内有一个溶解氧浓度剃度，形成富氧区和缺氧区，在富氧区发生硝 化反应，缺氧区发生反硝化反应，这可用传统的脱氮理论解释，即实现废水生物脱氮需 要经历硝化和反硝化两个过程。 ( 2 ) 微环境理论 微环境理论是指在活性污泥处理系统中，微生物絮体外表层的溶解氧较高，在硝化 菌的作用下发生硝化反应。在絮体内部，由于溶解氧的大量消耗和氧传递阻力的影响， 形成缺氧微区，反硝化菌占优势，导致了反硝化反应的发生。活性污泥双氧区模型已经 成为微环境理论好氧反硝化生物脱氮的理论基础，但也存在一个问题就是污水中的有机 碳源很难进入内部的微氧区，作为反硝化反应的电子供体。微环境理论现在介绍的很多， 是一种广泛接受的理论。 ( 3 ) 微生物理论 微生物理论与前两种理论从反应机理上来说是截然不同的，因为宏观环境理论和微 生物理论基本上都是说硝化发生在好氧条件下，反硝化发生在缺氧或是厌氧条件下。微 生物理论是基于2 0 世纪8 0 年代科学家发现了硝化反硝化细菌，这样在好氧条件下对反 硝化的解释有了科学的依据。 2 4 1 2 硝化、反硝化基本过程 ( 1 ) 碳氧化( 氨化) 阶段 碳氧化阶段主要是指不含氮有机物的氧化，但包括含氮有机物的氨化以及氨化后生 成的不含氮有机物的继续氧化，也就是有机物中碳氧化为二氧化碳的过程，分解过程比 较快，可用下式简单的表示如下“1 ： 有机物+ 0 ：+ 微生物一c 0 2 + h 2 0 + n h 3 + 能量 ( 2 ) 硝化过程 生物硝化过程分两步完成，第一步是在硝化菌的作用下，将氨氮转化为亚