carrousel氧化沟的脱氮除磷工艺设计

CARROUSEL氧化沟的脱氮除磷工艺设计摘要设置厌氧、缺氧段的CARROUSEL氧化沟文中简称A2/C氧化沟具有生物脱氮除磷功能，是目前城市生活污水处理的主流工艺之一。结合工程实例，从工作原理、工艺设计等方面对A2/C氧化沟进行了详细介绍，可供从事污水处理工程设计的技术人员参考。关键词脱氮除磷厌氧缺氧CARROUSEL氧化沟中图分类号X703文献标识码C文章编号10004602200201006704在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件，但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。A2/C氧化沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成，各部分用隔墙分开自成体系，但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性，把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现无动力回流，节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。1工艺流程及设计11工艺流程A2/C氧化沟的平面布置如图1所示。流经沉砂池的生活污水与二沉池回流污泥在A2/C氧化沟内设置的圆形混合井进行充分混合后进入厌氧区。该区分为3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，并与由氧化沟经回流通道进入缺氧区的回流液充分混合，进行反硝化脱氮和除磷反应。缺氧区的中间部位设导流隔墙，并在适当位置安装水下搅拌器，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进行氧化、硝化、反硝化反应，氧化沟的充氧机械采用倒伞形曝气叶轮，可根据池内DO测定仪控制调节堰出水、改变曝气叶轮浸水深度以达到调节供氧的目的。处理后的水经排出口进入二沉池沉淀，其出水中氨氮含量15MG/L，磷含量10MG/L。如果要求出水磷含量05MG/L，需在工艺流程的适当位置投加混凝剂。12工艺设计A2/C氧化沟主要由3部分组成，即厌氧区、缺氧区、氧化沟区。其工作原理、计算方法、设计参数、容积大小等因素的确定是设计中要解决的主要问题。121厌氧区在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD转化成低分子发酵产物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵产物，并将其运送到细胞内、同化成胞内碳源存贮物，所需能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的水解，并导致磷酸盐的释放。经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在好氧状态下具有很强的吸磷能力，吸收、存贮超出生长需求的磷量，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除去。根据其工作原理，在A2/C氧化沟厌氧区的设计中分3格，第1格的功能在于使混合液中的微生物利用进水中的有机物去除回流污泥中的硝态氮，消除硝态氮对厌氧区的不利影响，保证第2、3格中磷酸盐的正常释放。厌氧区的主要设计参数是混合液停留时间。泥水混合液在厌氧区的停留时间一般为12H释磷量就已达到可释磷总量的80左右，过长的厌氧停留时间可导致没有低分子发酵产物的磷释放，使得碳源贮存量不足，不能在好氧区产生足够的能量来吸收所有释放的磷。对一般城市生活污水BOD/TP2025MG/L、出水磷浓度10MG/L，厌氧区的停留时间取15H，据此可计算厌氧区的容积。122缺氧区泥水混合液由厌氧区进入缺氧区，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PHB聚羟基丁酸，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，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。A除磷所需容积在缺氧条件下聚磷菌吸收磷的速度大于好氧区的速度，为充分利用这一有利条件，在缺氧区磷被吸收所需停留时间一般为0510H；B脱硝所需容积缺氧区反硝化菌利用污水中的有机物作反硝化碳源，但是其快速生物降解有机物在厌氧区已被利用，而在缺氧区所能利用的大部分有机物只能是慢速生物降解有机物，因此其反硝化速率可参照后续氧化沟中所采用的数据。通过反硝化速率和确定的混合液MLVSS浓度及要去除的NO3N量，可求得脱硝所需容积。123氧化沟区氧化沟兼有推流型和完全混合型反应池两者的特性，完成一次循环所需时间约为520MIN，而总的停留时间却很长。氧化沟中有好氧、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、利用污水中的可生物降解有机物外，主要是分解体内贮积的PHB，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磷，并以聚磷的形式在体内超量贮积。在剩余污泥中含有大量能超量聚磷的聚磷菌，大大提高了A2/C氧化沟系统的除磷效果。同时污水中的氨氮被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐，氧化10GNH4N为NO3N共耗氧457G，消耗碱度为714G以CACO3计。在缺氧区反硝化菌利用亚硝酸盐和硝酸盐中的N3和N5被还原为N2作为能量代谢中的电子受体，O2作为受氢体生成H2O和OH碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。将10GNO2N转化为N2时消耗有机物以BOD计171G，将10GNO3N转化为N2时消耗有机物以BOD计286G，与此同时产生357G碱度以CACO3计。氧化沟区的容积由好氧区和缺氧区组成，通过计算好氧区有机物的去除速率Q0和缺氧区的反硝化速率Q1，并根据已确定的MLVSS浓度可求得好氧和缺氧区所需容积。好氧区有机物去除速率Q0的确定Q0K/Y1式中Q0有机物去除速率，KGBOD5/KGVSSD硝化菌比增长率，D1，1/，为污泥龄，DK异养微生物内源衰减系数，一般取005D1Y异养微生物的产率系数，一般取06KGVSS/KGBOD5缺氧区反硝化速率Q1的确定Q11/Y12式中Q1反硝化速率，一般取002KGNO3N/KGVSSD1脱硝菌的生长率，D1Y1脱硝菌的产率系数，KGVSS/KGNO3N2设计实例某城市生活污水量Q15000M3/D，原水COD300MG/L、BOD5150MG/L、SS200MG/L、TKN30MG/L、TP40MG/L、PH79；设计出水水质为COD60MG/L、BOD520MG/L、SS20MG/L、NH4N50MG/L、NO3N100MG/L、TP10MG/L。21氧化沟区容积的确定好氧区容积V1好氧区需要的污泥量/混合液浓度硝化菌的比增长速率可用下式计算047E0098T15N/N100051T1158DO/K0DO3当最低温度T15、出水NH3N50MG/L、DO20MG/L、K013时，028D1，1/36D，安全系数取25，则设计污泥龄为90D。为保证污泥稳定，确定污泥龄为25D，004D1。好氧区有机物的去除速率Q0K/Y015KGBOD5/KGVSSD通过计算，则MLSS40KG/M3，MLVSS28KG/M3，好氧区需要的污泥量为13000KG，好氧区的容积V14643M3，水力停留时间TV1/Q74H。缺氧区容积V2脱硝需要的污泥量/混合液浓度假设生物污泥含124的氮，则每日用于生物合成的N合每日产生的污泥量124，而污泥产量YQBOD5/1K585KG/D，则N合7254KG/D，进水中用于生物合成的氮为48MG/L、被氧化的NH4N304850202MG/L。脱硝所需NO3N202100102MG/L；在15时反硝化速率Q100210500136KGNO3N/KGVSSD，需还原的NO3N10208150001031224KG/D，脱硝所需MLVSS1224/001369000KG。通过计算，缺氧区容积V23214M3，氧化沟区容积V1V27857M3，水力停留时间T11257H。22缺氧区容积的确定除磷所需容积V3若缺氧区水力停留时间取40MIN，则V3417M3。脱硝所需容积V4若需还原的NO3N306KG/D，脱硝所需的MLVSS2250KG，则V4804M3，缺氧区容积V3V41221M3，水力停留时间T2195H。23厌氧区容积的确定生物除磷系统的厌氧区水力停留时间取15H，所需容积V515000015/24938M3。24污泥回流比的确定外回流比R假设二沉池排放污泥浓度XR8000MG/L，A2/C氧化沟混合液浓度X4000MG/L，则RX/XRX100。内回流比R由氧化沟的通道回流到缺氧区的回流量为QR，通道宽度为10M、水深为40M、流速为03M/S，则QR12M3/S，最大回流比R1286400内回流量可以通过安装在回流通道上的闸板控制。通过上述计算可知，A2/C氧化沟总容积为10016M3，水力停留时间为16H，混合液浓度为4000MG/L，污泥负荷为005KGBOD5/KGMLSSD，污泥龄为25D。污泥外回流比R100，混合液内回流比R400600。3结语A2/C氧化沟利用沟内的水力循环、无动力回流等特点，实现了类似于A2/O工艺，以达到脱氮除磷的目的。一般城市生活污水若采用A2/C氧化沟处理，可使出水磷浓度10MG/L，其他指标可达到GB89781996的一级排放标准。主要设计参数的确定如下A厌氧区容积一般按1020H的水力停留时间确定。B缺氧区容积包括脱硝和除磷两部分，除磷