奧貝爾氧化溝的工程應(yīng)用性能研究

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簡(jiǎn)介： 通過(guò)對(duì)奧貝爾氧化溝工程實(shí)際運(yùn)行工況的測(cè)試，分析研究了脫氮功能、抗沖擊負(fù)荷能力、去除難降解有機(jī)物能力以及污泥性能等特征，并就其三溝DO呈0-1-2的梯度分布與氮的去除機(jī)理進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵字：污水處理 奧貝爾氧化溝 工程應(yīng)用 脫氮性能

Study of Performance of Orbal Oxidation Ditch in Practical Application

Yan Xiuqin　Zhang Yue　Zheng Xingcan et al
(North China Munic.Eng.Res.and Design Institute,Tianjin 300074,P.R.China)

　　Abstract：The performance of Orbal oxidation ditch used in Niukouyu Wastewater Treatment Plant is presented in this paper.The efficacy of nitrogen removal,shock load tolerance,removal of refractory organic materials and sludge characteristics were analyzed through field-test.A discussion of nitrogen removal mechanism under dissolved oxygen concentration distribution of 0-1 -2mg/L in outer,middle and inner ditch respectively is given.
　　Keywords：wastewater treatment　Orbal oxidation ditch　practical application　nitrogen removal performance

　　起源于南非發(fā)展于美國(guó)的奧貝爾(Orbal)氧化溝是具有除磷脫氮功能的新工藝之一，因其在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而受到國(guó)內(nèi)外污水處理界越來(lái)越多的重視。
　　我國(guó)80年代就引進(jìn)了這門(mén)技術(shù)，但真正引起重視卻是在最近幾年。隨著奧貝爾氧化溝工藝優(yōu)越性的展現(xiàn)，采用此工藝的污水處理廠日益增多。但由于對(duì)奧貝爾系統(tǒng)的研究還不夠成熟，故引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)設(shè)備多，自己的東西少，缺乏系統(tǒng)的研究與總結(jié)，也缺乏實(shí)際操作、運(yùn)行、控制經(jīng)驗(yàn)。對(duì)奧貝爾氧化溝工藝進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用考察和性能研究的目的是為了更深入地了解該工藝，為工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供參考依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，使其適合國(guó)內(nèi)需要且能最大限度地發(fā)揮功效。

1　實(shí)際工程簡(jiǎn)介
　　北京燕山石化公司?？谟鬯幚韽S設(shè)計(jì)規(guī)模為6×10⁴m³/d，主要處理乙烯生產(chǎn)過(guò)程中所排廢水及居民區(qū)少量的生活污水。該廠采用二級(jí)生物處理工藝，生物處理工段為奧貝爾氧化溝，全套技術(shù)由美國(guó)引進(jìn)，配套設(shè)備為國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，于1994年12月建成投產(chǎn)。污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1，工藝流程如圖1所示。

表1　污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)　mg/L

圖1　污水處理廠工藝流程示意圖

　　生物處理工段設(shè)計(jì)為平行的兩個(gè)系列，每個(gè)系列包括1個(gè)奧貝爾氧化溝和2個(gè)輻流式二沉池。每個(gè)氧化溝設(shè)24組曝氣轉(zhuǎn)碟，外、中、內(nèi)溝各安裝8組。氧化溝的平面布置如圖2所示。

圖2　奧貝爾氧化溝平面布置簡(jiǎn)圖

　　單個(gè)氧化溝的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
　　設(shè)計(jì)進(jìn)水流量　　1250m³/h
　　水力停留時(shí)間　　14.2h
　　泥齡　　　　　　35d
　　有效水深　　　　4.26m
　　MLSS　　　　　　4000mg/L
　　污泥負(fù)荷0.074kgBOD/(kgMLVSS^.d)
　　0.110kgCOD/(kgMLVSS^.d)
　　容積分配56∶26∶18(外∶中∶內(nèi))
　　溶解氧分配0-1-2mg/L(外-中-內(nèi))

2　結(jié)果與討論
2.1　污水處理廠運(yùn)行效果
　　污水處理廠建成以來(lái)，由于進(jìn)水流量只有2×10⁴～2.4×10⁴m³/d，尚不到設(shè)計(jì)流量的一半，故基本上只運(yùn)行一個(gè)系列。測(cè)試期間(1997年11月—12月)污水處理廠運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2，處理效果見(jiàn)表3。

表2　運(yùn)行參數(shù)

表3　處理效果

測(cè)試結(jié)果表明，奧貝爾氧化溝工藝處理效果很好，出水各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。COD、氨氮的去除率都超過(guò)90%。在控制外溝中DO(指非曝氣區(qū)域)接近于零后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)TN的去除率大大提高。測(cè)試期間由于檢修設(shè)備等原因，曾一度同時(shí)開(kāi)啟兩個(gè)系列，造成氧化溝的三個(gè)溝道完全處于好氧狀態(tài)，此間TN的去除率只有約50%，由于進(jìn)水BOD負(fù)荷較低，其去除途徑主要是生物合成。調(diào)整運(yùn)行工況(關(guān)閉一個(gè)系列)至正常后，盡管水量及有機(jī)負(fù)荷增加了約一倍，卻能獲得更好的處理效果，在外溝形成的缺氧區(qū)域使TN的去除率迅速提高到90%以上。
2.2　分析與討論
2.2.1　DO的分布特征與氮的去除
　　根據(jù)硝化和反硝化原理，脫氮過(guò)程需先將氨氮在有氧條件下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，然后在無(wú)分子態(tài)氧存在的條件下把硝態(tài)氮還原成氮?dú)猓@就要求創(chuàng)造一個(gè)好氧和缺氧環(huán)境。奧貝爾氧化溝特有的三溝(外溝、中溝、內(nèi)溝)溶解氧呈0-1-2mg/L的分布正創(chuàng)造了一個(gè)極好的脫氮條件，其獨(dú)特之處是有大部分硝化反應(yīng)發(fā)生的第一溝(即外溝)。如果硝化只發(fā)生在后面兩個(gè)溝內(nèi)，則可以反硝化的只有回流污泥中的硝酸鹽。即使污泥回流比高達(dá)100%，也只有50%的硝酸鹽進(jìn)行反硝化，而根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在污泥回流比為60%時(shí)，外溝測(cè)得的TN去除率即達(dá)88%，這與在許多奧貝爾氧化溝污水處理廠中觀察到的現(xiàn)象是一致的。對(duì)這一現(xiàn)象，筆者結(jié)合測(cè)試結(jié)果認(rèn)為可用一種發(fā)生在第一溝內(nèi)稱(chēng)為“同時(shí)硝化/反硝化”的機(jī)理作出解釋。這種“同時(shí)硝化/反硝化”機(jī)理包括兩層含義：
　?、佟≡谡麄€(gè)第一溝內(nèi)存在缺氧與曝氣區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，在曝氣轉(zhuǎn)碟上游1m至下游3m的溝長(zhǎng)范圍內(nèi)一般DO＞0.5mg/L，部分區(qū)域甚至可達(dá)2～3mg/L，可將此看作曝氣區(qū)域，其他區(qū)域則為缺氧區(qū)域。以牛口峪污水處理廠為例，當(dāng)外溝內(nèi)轉(zhuǎn)碟開(kāi)啟5組時(shí)，外溝的缺氧區(qū)容積與曝氣區(qū)容積之比約為7∶1。生物處理系統(tǒng)為多種微生物群體共生的系統(tǒng)，污水在經(jīng)過(guò)曝氣區(qū)域時(shí)可發(fā)生硝化反應(yīng)，在缺氧區(qū)域則進(jìn)行氮的脫除，加上污水是先進(jìn)入外溝，為反硝化反應(yīng)提供了充足的碳源。
　?、凇∥⑿〉奈⑸飩€(gè)體所處的環(huán)境可稱(chēng)為微環(huán)境。微環(huán)境直接決定微生物個(gè)體的活動(dòng)狀態(tài)，而宏觀環(huán)境的變化往往導(dǎo)致微環(huán)境的急劇變化，從而影響微生物群體的活動(dòng)狀態(tài)并在某種程度上表現(xiàn)出“表里不一”的現(xiàn)象。事實(shí)上，在活性污泥菌膠團(tuán)內(nèi)部存在多種多樣的微環(huán)境類(lèi)型，而每一種微環(huán)境往往適合于某一類(lèi)微生物的活動(dòng)，不適合其他種類(lèi)微生物的活動(dòng)。受各種因素(物質(zhì)傳遞、菌膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征)的影響，微環(huán)境所處的狀態(tài)是可變的。例如，某一好氧性微環(huán)境，當(dāng)耗氧速率高于氧傳遞速率時(shí)可變成厭氧或缺氧性微環(huán)境。
　　對(duì)于菌膠團(tuán)尤其是大顆粒菌膠團(tuán)來(lái)說(shuō)，微環(huán)境的變化可能非常明顯，即由于受菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)、氧傳遞和硝態(tài)氮傳遞的不均勻性影響，外部曝氣狀態(tài)下菌膠團(tuán)內(nèi)部也可形成缺氧環(huán)境。因而曝氣狀態(tài)下也可出現(xiàn)某種程度的反硝化，即“同時(shí)硝化/反硝化”現(xiàn)象。
　　由于已在所測(cè)試的奧貝爾系統(tǒng)中觀察到了第一溝內(nèi)明顯的缺氧與好氧區(qū)域，而且有初沉池的設(shè)計(jì)也不易于形成大顆粒菌膠團(tuán)，故認(rèn)為在所測(cè)試的奧貝爾氧化溝系統(tǒng)中，第一種類(lèi)型的“同時(shí)硝化/反硝化”占主導(dǎo)地位。
2.2.2　抗沖擊負(fù)荷能力
　　測(cè)試期間，系統(tǒng)遭受了一次前所未有的高濃度廢水的沖擊，這是污水處理廠運(yùn)行以來(lái)所承受的最大一次沖擊負(fù)荷。連續(xù)14h污水處理廠進(jìn)水COD濃度高出設(shè)計(jì)值2～9倍，氧化溝進(jìn)水COD亦高出設(shè)計(jì)值2～8倍，COD負(fù)荷最高時(shí)達(dá)設(shè)計(jì)值的3倍，但整個(gè)系統(tǒng)的出水水質(zhì)始終相當(dāng)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均未超標(biāo)，說(shuō)明奧貝爾氧化溝工藝有很強(qiáng)的抗高濃度廢水沖擊負(fù)荷能力，具體結(jié)果見(jiàn)圖3。