地處西北高原的表曝型氧化溝處理廠設計

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簡介： 介紹了采用國產(chǎn)大功率倒傘曝氣機的表曝型氧化溝設計及設備選型，指出了在運行中應注意的問題，供設計人員參考。
關鍵字：表曝型氧化溝 除磷脫氮 倒傘曝氣機

中圖分類號：X703.1
文獻標識碼：C 
文章編號：1000-4602（2003）09-0083-03

Abstract:The paper mainly introduce how to design the oxidation ditch which adopting the domestic reverse umbrella aerator in the northwest plateau.

Key words: surface aerator type oxidation ditch、nitrogen and phosphorus removal、reverse umbrella aerator

　　西北地區(qū)（海拔1200米）某污水處理廠設計水量Q=30000m³/d，進出水水質(zhì)參數(shù)如下表：

表1  單位：mg/L

名 稱

CODcr

BOD₅

SS

NH₃-N

TN

Tp

進 水

300

120

180

30

40

4

出 水

≤60

≤20

≤20

≤15

≤1

1  污水處理工藝流程確定

　　由進水水質(zhì)可知，其BOD₅ /CODcr=0.4>0.3、BOD₅ /NH₃-N=4.67>4、BOD₅ /TP=30～45>20，可生化性較好且滿足生物脫氮除磷的要求。因此采用了如圖1所示的工藝流程（共2個系列）。

2 主要構筑物

2.1厭氧池容積的確定

　　為防止污泥膨脹，厭氧池設計均分為三格，以推流的方式運行。第一格（停留時間30min）中有機物濃度較高、F/M值較大，因此可有效地抑制絲狀菌的生長，保證后續(xù)氧化溝內(nèi)污泥沉降性能良好；同時二沉池回流污泥與中的微量硝酸鹽在第一格內(nèi)能很快地被去除，消除了后續(xù)工藝對磷去除的不利影響。經(jīng)過預處理后，在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細菌可在后面兩格內(nèi)將溶解性BOD₅轉(zhuǎn)化成低分子發(fā)酵產(chǎn)物，生物聚磷菌將優(yōu)先吸附這些低分子發(fā)酵物，同化成細胞內(nèi)碳源存儲物，并導致磷酸鹽的釋放，最終通過好氧過量吸收的剩余污泥排放將磷從系統(tǒng)中出去。

　　本工程設計厭氧池停留時間為1.5h，保證磷的釋放達到約80%。

　　工藝尺寸為：L×B×H_有效=32.0×7.0×4.2m³，超高0.6m。

2.2缺氧區(qū)及氧化溝主體容積的確定

　　由德國ATV標準中的計算公式可知：

　　設計MLSS=4000mg/l，T=10℃

　　則θc=S.F×（1／u₀）=17.5d

　　式中u₀——硝化菌比生長速率，u₀=0.47×e^{0.098（T－15）}×(N/（N+10^0.051T-1.158）) ×(D0/（k₀+D0）) ×(1-0.833×(7.2-pH))，其中N為出水NH₃-N含量，N=15mg/l、D0=2mg/l、氧的半速常數(shù)k₀取=1.3mg/l。

　　S.F——安全系數(shù)，考慮北方地區(qū)氣溫較低，S.F取3.0。

　　對于中小型污水處理廠而言，單獨處置污泥造價偏高，本工程設計經(jīng)氧化溝后污泥相對穩(wěn)定，確定污泥齡為18d。

　　則剩余污泥產(chǎn)率Y =K×0.6（SS_進水/BOD_5進水+1）-（0.072×0.6×θc×F）/（1+0.08θc×F）=0.988 kgSS/（kgBOD₅.d）

　　式中  F——溫度修正系數(shù)，F(xiàn)=1.072^(T-15)　

　　K——水質(zhì)變化系數(shù)，一般在0.8～0.9之間，本設計取0.9

　　則V_總=Q×θc×Y×ΔBOD₅／MLSS=15000×18×0.988×120/4000≈8000m³，水力停留時間t₃=12.8h。污泥負荷Nv=Q×ΔBOD₅/MLVSS×V=0.08kgBOD₅/kgVSS.d（其中MLVSS=MLSS×0.70=2800mg/l），在0.05～0.15kgBOD₅/kgMLVSS范圍內(nèi)。

　　缺氧區(qū)容積取氧化溝總池容的18%，則V₁=1440m³ ，HRT≈2.3h。

　　工藝尺寸為：L×B×H_有效=32.0×10.7×4.2m³，超高0.6m。

　　氧化溝主體部分工藝尺寸為：L_總×B×H_有效=54.2×32.0×4.2m³，超高0.6m。

2.3需氧量的確定

　計算得出總需氧量AOR=氧化有機物需氧量＋細胞內(nèi)源呼吸需氧量＋硝化過程需氧量－脫氮過程產(chǎn)氧量=184.5kgO₂/h，轉(zhuǎn)化為標準狀態(tài)需氧量：

(SOR) =AOR×C_s(20)/(α×(β×ρ×C_s(t)-C)×1.024^(t-20))

式中α——不同污水的氧轉(zhuǎn)移速率參數(shù)，取0.9
　　　β——不同污水的飽和溶解氧參數(shù)，取0.97
　　　ρ——大氣壓修正參數(shù)，1200米時大氣壓=88350Pa    
　　　C_S—— 溫度T時飽和溶解氧   其中t=20℃

　　計算得出SOR=323kgO₂/h。曝氣機動力效率取：2.1kgO₂/kw

　　則需配置功率數(shù)N=323/2.1=154kw

　　氧化溝的平面布置如圖2所示：

圖2 脫氮除磷氧化溝系統(tǒng)平面布置圖

3  設備、儀表選型及說明

3.1厭氧池

　　為防止污泥沉降并保證≥0.3m/s的流速，厭氧池設計攪拌功率密度為7.0W/m³，采用3臺GQT022×480（功率2.2kw/臺）的潛水高速推進器，可有效防止污泥沉積，兼具攪拌混合和推流的功能；同時設置一臺MLSS計及ORP儀，對厭氧段進行在線檢測，分析是否存在磷的釋放和吸收。并通過ORP(氧化還原電位)值的變化及NO₃-N的濃度來調(diào)整污泥外回流比，使厭氧池處于厭氧環(huán)境。

　　實際運行表明：當明顯存在磷的釋放和吸收時，厭氧池的硝酸鹽濃度在0.5mg/L以下，同時由于系統(tǒng)中溶解氧濃度極低（DO＜0.05mg/l〉且厭氧氨化作用，造成還原物種COD及NH⁴⁺-N濃度積累，氧化還原電位值會突然下降，一般降至-150mv～-250mv左右。

3.2 缺氧池

　　采用2臺DQT055×1800（功率=5.5kw/臺）的潛水低速推進器，功率密度7.6W/m³；調(diào)節(jié)氧化溝好氧區(qū)混合液回流至缺氧池的內(nèi)回流控制閘門采用LB2.0×1.5型，控制范圍：100%～600%。同時，設置一臺ORP儀與內(nèi)回流控制閘門組成閉環(huán)控制，通過ORP檢測數(shù)值確定內(nèi)回流閘門的開啟角度，從而有效保證反硝化處理效果。由于在缺氧區(qū)內(nèi)NO₃-N還原成N₂，濃度將逐漸降至最低，而NH⁴⁺-N濃度則因為基質(zhì)持續(xù)推流累積而增高，因此氧化還原電位將下降至-30mv～-45mv左右，實際檢測運行正常情況下ORP值在-37～44mv范圍內(nèi)變化。

3.3 氧化溝主體反應區(qū)

　　本工程選用90kw、DS350型大倒傘表面曝氣機兩臺，總供氧量=90×2.1×2=378 kgO₂/h，氧富余55kgO₂/h。從節(jié)能方面考慮采用一臺變頻調(diào)速曝氣機（充氧量90～189 kgO₂/h）、一臺恒速曝氣機（充氧量189 kgO₂/h）。根據(jù)工藝要求，氧化溝前置缺氧區(qū)應保證為缺氧狀態(tài)才能達到預期的反硝化處理效果，因此，靠近內(nèi)回流閘門的曝氣機采用變頻，在滿足充氧要求的同時盡量避免對回流混合液溶解氧的影響。同時在附近配置一臺DO計，組成閉環(huán)控制，通過改變曝氣機的轉(zhuǎn)速來改變混合液中的溶解氧值，使其達到最佳工況。氧化溝出水端為有效保證段溶解氧≥2mg/l，設計該處曝氣機為恒速，并設置在線檢測DO計一臺。溝中還設置了一臺MLSS計，用于在線檢測污泥濃度。

4  運行結果

　　該廠自投產(chǎn)以來運行穩(wěn)定、處理效果好（見表2），運行費用僅為0.24～0.26元/m³。

表2   運行結果  單位：mg/L

項目

CODcr

SS

NH₃-N

Tp

進 水

224

148

23.6

2.1

出 水

39.0

17.6

8.48

0.87

注：進水流量為646m³/h，水溫＞14℃

5  應注意的問題

　?、贋楸ＷC氧化溝系統(tǒng)在寒冷條件下能夠穩(wěn)定運行，防止曝氣機葉輪和軸在嚴寒氣候下產(chǎn)生冰棱，可對設備采取一定的保溫措施：在倒傘曝氣機安裝平臺上，建造方亭，高度不小于3500mm。夏天可遮陽，冬天用加芯保溫版材質(zhì)圍起，內(nèi)用電暖器加熱空氣保溫，可有效改善寒冷氣候下的工藝狀況；同時可消減噪音，改善污水處理廠環(huán)境條件。

　?、趹摰c除磷兼顧，即努力控制氧化溝系統(tǒng)內(nèi)的硝化和反硝化以降低回流污泥中NO₃^-－N對生物除磷的影響。

參考文獻

［1］ 劉長榮.Carrousel氧化溝的脫氮除磷工藝設計（J）.中國給水排水.2002 Vol.18 NO.1：67-70

［2］周雹等. 活性污泥工藝的設計計算方法探討（J）.中國給水排水，2001，17（5）：45-47

［3］米克爾G·曼特（美）、布魯斯A·貝爾.污水處理的氧化溝技術（M）.中國建筑工業(yè)出版社.1988.

第一作者：胡天媛（1977.11-） 女 漢族 安徽  工程師

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