Carrousel氧化溝的脫氮除磷工藝設計

時間：2007-07-05 來源： 作者：劉長榮， 常建一

　　在污水脫氮除磷的工藝設計中必須具備厭氧、缺氧、好氧3個基本條件，但是在實施過程中由于所需的處理構筑物多、污泥回流量大，從而造成投資大、能耗多、運行管理復雜。A2 /C氧化溝將厭氧、缺氧、好氧過程集中在一個池內完成，各部分用隔墻分開自成體系，但彼此又有聯系。該工藝充分利用污水在氧化溝內循環流動的特性，把好氧區和缺氧區有機結合起來，實現無動力回流，節省了去除硝酸鹽氮所需混合液回流的能量消耗。

1 工藝流程及設計

1.1 工藝流程
　　A2/C氧化溝的平面布置如圖1所示。

　　流經沉砂池的生活污水與二沉池回流污泥在A2/C氧化溝內設置的圓形混合井進行充分混合后進入厭氧區Ⅰ。該區分為3格，每格都設有水下攪拌器 以防止污泥沉淀。經厭氧反應后的混合液進入缺氧區Ⅱ，并與由氧化溝Ⅲ 經回流 通道Ⅳ進入缺氧區的回流液充分混合，進行反硝化脫氮和除磷反應。缺氧區Ⅱ的中間部位設導流隔墻，并在適當位置安裝水下攪拌器，使該區具有良好的混合與循環條件。經厭氧、缺氧反應后的混合液流入氧化溝Ⅲ 進行氧化、硝化、反硝化反應，氧化溝Ⅲ的充氧機械采用倒傘形曝氣葉輪，可根據池內DO測定儀控制調節堰出水、改變曝氣葉輪浸水深度以達到調節供氧的目的。處理后的水經排出口Ⅴ進入二沉池沉淀，其出水中氨氮含量＜15 mg/L，磷含量＜1.0 mg/L。如果要求出水磷含量＜0.5 mg/L，需在工藝流程的適當位置投加混凝劑。
1.2 工藝設計
　　 A2/C氧化溝主要由3部分組成，即厭氧區Ⅰ、缺氧區Ⅱ、 氧化溝區Ⅲ。其工作原理、計算方法、設計參數、容積大小等因素的確定是設計中要解決的主要問題。
1.2.1 厭氧區Ⅰ
　　在沒有溶解氧和硝態氮存在的厭氧條件下，兼性細菌將溶解性BOD轉化成低分子發酵產物，生物聚磷菌將優先吸附這些低分子發酵產物，并將其運送到細胞內、同化成胞內碳源存貯物，所需能量來源于聚磷的水解以及細胞內糖的水解，并導致磷酸鹽的釋放。經厭氧狀態釋放磷酸鹽的聚磷菌在好氧狀態下具有很強的吸磷能力，吸收、存貯超出生長需求的磷量，并合成新的聚磷菌細胞、產生富磷污泥，通過剩余污泥的排放將磷從系統中除去。根據其工作原理，在A2/C氧化溝厭氧區Ⅰ的設計中分3格，第1 格的功能在于使混合液中的微生物利用進水中的有機物去除回流污泥中的硝態氮，消除硝態氮對厭氧區的不利 影響，保證第2、3格中磷酸鹽的正常釋放。厭氧區Ⅰ的主要設計參數是混合 液停留時間。泥水混合液在厭氧區的停留時間一般為1～2 h(釋磷量就已達到可釋磷總量的80%左右)，過長的厭氧停留時間可導致沒有低分子發酵產物的磷釋放，使得碳源貯存量不足，不能在好氧區產生足夠的能量來吸收所有釋放的磷。對一般城市生活污水(BOD /TP≥20～25 mg/L、出水磷濃度≤1.0 mg/L)，厭氧區的停留時間取1.5 h，據此可計算厭氧區的容積。
1.2.2 缺氧區Ⅱ
　　泥水混合液由厭氧區Ⅰ進入缺氧區Ⅱ，一部分聚磷菌利用后續工藝的混合液(內回流帶來的)中硝酸 鹽作為最終電子受體以分解細胞內的PHB(聚β羥基丁酸)，產生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成，同時反硝化菌利用內回流帶來的硝酸鹽，以及污水中可生物降解的有機物進行反硝化，達到部分脫碳與脫硝、除磷的目的。缺氧區容積包括脫硝、除磷兩部分。a.除磷所需容 積：在缺氧條件下聚磷菌吸收磷的速度大于好氧區的速度，為充分利用這一有利條件，在缺氧區磷被吸收所需停留時間一般為0.5～1.0 h；b.脫硝所需容積：缺氧區反硝化菌利用污水中的有機物作反硝化碳源，但是其快速生物降解有機物在厭氧區已被利用，而在缺氧區所能 利用的大部分有機物只能是慢速生物降解有機物，因此其反硝化速率可參照后續氧化溝中所采用的數據。通過反硝化速率和確定的混合液MLVSS濃度及要去除的NO3-N量，可求得脫硝所需容積。
1.2.3 氧化溝區Ⅲ
　　氧化溝兼有推流型和完全混合型反應池兩者的特性，完成一次循環所需時間約為5～20 min，而總的停留時間卻很長。氧化溝中有好氧、缺氧交替出現的區域，具有硝化、生物除磷、反硝化的條件。在氧化溝好氧區聚磷菌除了吸收、利用污水中的可生物降解有機物外，主要是分解體內貯積的PHB，產生的能量可供自身生長繁殖，此外還可主動吸收周圍環境中的溶解磷，并以聚磷的形式在體內超量貯積。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氧化溝系統的除磷效果。同時污水中的氨氮被亞硝酸菌、硝酸菌轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，氧化1.0gNH4+-N為NO3-N共耗氧4.57 g，消耗堿度為7.14 g(以CaCO3 計)。在缺氧區反硝化菌利用亞硝酸鹽和硝酸鹽中的N3+和N5+(被還原為N2) 作為能量代謝中的電子受體，O2-作為受氫體生成H2O和OH-堿度，有機物作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩定。將1.0gNO2-N轉化為N2時消耗有機物(以BOD計)1.71 g，將1.0gNO3-N轉化為N2時消耗有機物(以BOD計)2.86 g，與此同時產生3.57 g堿度(以CaCO3計)。氧化溝區Ⅲ的容積由好氧區和缺氧區組成，通過計算好氧區有機物的去除速率q0和缺氧區的反硝化速率q1，并根據已確定的MLVSS濃度可求得好氧和缺氧區所需容積。
　�、� 好氧區有機物去除速率q0的確定
　　　　 q0=(μ+k)/y　　　　(1)
　　式中 q0——有機物去除速率，kgBOD5/(kgVSS·d)
　　　　　μ——硝化菌比增長率，d-1，μ=1/θ，θ為污泥齡，d
　　　　　k——異養微生物內源衰減系數，一般取0.05d-1
　　　　　y——異養微生物的產率系數，一般取0.6kgVSS/kgBOD5
　�、� 缺氧區反硝化速率q1的確定

　　　　　　q1=μ1/y1　　　　(2)
　　式中 q1——反硝化速率，一般取0.02 kgNO3-N/kgVSS·d
　　　　 μ1——脫硝菌的生長率，d-1
　　　　 y1——脫硝菌的產率系數，kgVSS/kgNO3-N

2 設計實例

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