4萬噸污水處理廠-氧化溝工藝設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 國外從二十世紀六十年代開始系統地進行了脫氮除磷的物化處理方法研究，結果認為物化法的缺點是耗藥量大、污泥多、運行費用高等。因此，城市污水廠一般推薦采用。從二十世紀七十年代以來，國外開始研究并逐步采用活性污泥法生物脫氮除磷。我國從二十世紀八十年代開始研究生物脫氮除磷技術，隨后逐步實現污水處理設備國產化配套。目前，常用的生物脫氮除磷工藝有A2/O法、氧化溝法等多種工藝。1. 生物脫氮基本原理污水中的有機氮、蛋白氮等在好氧條件下首先被氨化菌轉化為氨氮，而后在硝化。隨后在缺氧條件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮還原成氮氣從污水中逸出，此階段稱為缺氧反硝化。在硝化與反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素是溫度、溶解氧、pH值以及反硝化碳源 。生物脫氮系統中，消化菌增長速度較緩慢，所以，要有足夠的污泥齡。反硝化菌的生長主要在缺氧條件下進行，并且要有充足的碳源提供能量，才可促使反硝化作用順利進行。按照上述原理，要進行脫氮，必須具有缺氧/好氧過程，可組成缺氧池和好氧池，即所謂A2/O系統。A2/O系統設計中需要控制的幾個主要參數就是要有足夠的污泥齡和進水的碳氮比。2. 生物除磷基本原理生物除磷是利用污水中的聚磷菌在厭氧條件下，受到壓抑而釋放出體內的磷酸鹽，產生能量用以吸收快速降解有機物，并轉化為PHB（聚β羥丁酸）儲存起來。當這些聚磷菌進入好氧條件時就會降解體內儲存的PHB產生能量，用于細胞的合成和吸收磷，形成含磷量高的污泥，隨剩余污泥一起排除系統，從而達到除磷的目的。影響生物除磷的因素是要有厭氧條件，同時要有可快速降解的有機物，即BOD5/P比值恰當。同時，希望含磷污泥盡快排出系統，以免污泥中的磷又返回到液體中。按照上述原理，要進行除磷，必須具備厭氧/好氧過程，若在生物脫氮系統前再設置一個厭氧池，這樣就形成A2/O系統，即厭氧——缺氧——好氧系統。根據武穴市污水處理廠的設計進水水質和要求達到的出水水質標準，本工程最合適的處理工藝是生物脫氮除磷工藝，在滿足生物脫氮除磷要求的前提下，BODCOD和SS的去除都可以滿足排放標準要求。3. 本工程采用生物脫氮除磷工藝的可行性BOD5: N : P的比值是影響生物脫氮除磷的重要因素，氮和磷的去除率隨著BOD5/N和BOD5/P比值的增加而增加。從理論上講，BOD5/N，實際運行資料表明，BOD5/N3時才能使反硝化正常運行。在BOD5/N＝34時氮的去除率大于50％,磷的去除率也可達到55％左右。對于生物除磷工藝，要求BOD5/P30，且BOD5/N3。本工程進水BOD5/N＝，BOD5/P＝40，能滿足生物脫氮除磷工藝對碳源的要求。因此，本工程采用生物脫氮除磷工是可行的。實際上，生物脫氮除磷工藝對BOD5: N : P的要求是指進入曝氣池的污水水質，而不是指原污水水質。因為在設有初沉池的情況下，其比值會有所變化。按照我國現行規范，初次沉淀池對BOD5去除率為2030％。德國排水規范（ATV A131）中給出了不同停留時間的沉淀池對污染物的去除率。 沉淀池對污染物的去除率　　　　項　目停留時間（h）BOD5％％％COD％％％SS％50％％N％％％P％％％，本工程若設初沉池，則經過初沉池沉淀之后的污水（即進入曝氣池的污水）的BOD5/N和BOD5/。 初沉池出水BOD5/N和BOD5/P值　　　　　停留時間（h） BOD5/NBOD5/P363329，可以發現，對于不同停留時間的初沉池，其出水BOD5/N和BOD5/P值均有下降，除沉池停留時間越長，比值下降越多。設初沉池對脫氮除磷不利。因此，本工程布設初次沉淀池。 污水生物脫氮除磷工藝目前，用于城市污水處理具有一定脫氮除磷效果的污水處理工藝可以分為兩大類：第一類為按空間進行分割的連續流活性污泥法；第二類為按時間進行分割的間歇式活性污泥法。1. 按空間分隔的連續流活性污泥法按空間進行分割的連續流活性污泥法是指各種功能在不同的空間（不同的池子）內完成。目前，較為成熟的工藝有：A2/O法、氧化溝法等。(1) 傳統A2/O法A2/O處理工藝是Anaerobic－Anoxic－Oxic的英文縮寫，它是厭氧－缺氧－好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱，A2/O工藝是在厭氧－好氧除磷工藝的基礎上開發出來的，該工藝同時具有脫氮除磷的功能。傳統A2/O法即厭氧——缺氧——好氧活性污泥法。污水在流經三個不同功能分區的過程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有機物、氮和磷得到去處。.　A2/O法流程簡圖該工藝在系統上是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間小與其它同類工藝，在厭氧、缺氧、好氧交替運行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI值一般小于100，有利于處理后污水與污泥的分離，運行中在厭氧和缺氧段內只需輕微攪拌，運行費用低。由于厭氧、缺氧和好氧三個區嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此，脫氮除磷效果較好。目前，該法在國內外使用較為廣泛。但傳統A2/O工藝也存在著本身固有的缺點。脫氮和除磷對外部環境條件的要求是相互矛盾的，脫氮要求有機負荷低，污泥齡較長，而除磷要求有機負荷較高，污泥齡較短，往往很難權衡。另外，匯流污泥中含有大量的硝酸鹽，回流到厭氧池中會影響厭氧環境，對除磷不利。此外，還有取消混合液回流的A2/O工藝和倒置型A2/O工藝等改良型，但都處于試驗研究階段。(2) 氧化溝法氧化溝（oxidation ditch）又名連續循環曝氣池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一種變形。氧化溝污水處理工藝是在20世紀50年代由荷蘭衛生工程研究所研制成功的。自從1954年在荷蘭的首次投入使用以來。由于其出水水質好、運行穩定、管理方便等技術特點，已經在國內外廣泛的應用于生活污水和工業污水的治理[1]。目前應用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾（Pasveer）氧化溝、卡魯塞爾（Carrousel）氧化溝 、奧爾伯（Orbal）氧化溝、T型氧化溝（三溝式氧化溝）、DE型氧化溝和一體化氧化溝。這些氧化溝由于在結構和運行上存在差異，因此各具特點。傳統的Passveer單溝型和Carrousel型氧化溝不具備脫氮除磷功能，但是在Carrousel氧化溝前增設厭氧池，在溝體內增設缺氧區，形成改良型氧化溝，便具備生物脫氮除磷功能。 氧化溝流程簡圖Carrousel氧化溝系多溝竄聯系統，在溝體內存在缺氧區和好氧區，但是缺氧區要求的充足的碳源和缺氧條件不能很好地滿足，因此，脫氮效果不是很好。為了提高脫氮效果，荷蘭DHV公司通過研究，在溝內增加了一個預反硝化區，從而發明了Carrousel 2000型氧化溝工藝。Carrousel 2000系統在普通Carrousel氧化溝前增加了一個厭氧區和絕氧區（又稱前反硝化區）。全部回流污泥和1030%的污水進入厭氧區，可將回流污泥中的殘留硝酸氮在缺氧和1030%碳源條件下完成反硝化，為以后的絕氧池創造絕氧條件。同時，厭氧區中的兼性細菌將可溶性BOD轉化成VFA，聚磷菌獲得VFA將其同化成PHB，所需能量來源于聚磷的水解并導致磷酸鹽的釋放。厭氧區出水進入內部安裝有攪拌器的絕氧區，所謂絕氧就是池內混合液既無分子氧，也無化合物氧（硝酸根）， 在此絕氧環境下，7090%的污水可提供足夠的碳源，使聚磷菌能充分釋磷。絕氧區后接普通Carrousel氧化溝系統，進一步完成去除BOD、脫氮和除磷。最后，混合液在氧化溝富氧區排出，在富氧環境下聚磷菌過量吸磷，將磷從水中轉移到污泥中，隨剩余污泥排出系統。這樣，在Carrousel 2000系統內，較好的同時完成了去除BOD、COD和脫氮除磷。Carrousel氧化溝使用定向控制的曝氣和攪動裝置，向混合液傳遞水平速度，從而使被攪動的混合液在氧化溝閉合渠道內循環流動。因此氧化溝具有特殊的水力學流態，既有完全混合式反應器的特點，又有推流式反應器的特點，溝內存在明顯的溶解氧濃度梯度。氧化溝斷面為矩形或梯形，平面形狀多為橢圓形，～，寬深比為2:1，亦有水深達7m的。氧化溝曝氣混合設備有表面曝氣機、曝氣轉刷或轉盤、射流曝氣器、導管式曝氣器和提升管式曝氣機等，近年來配合使用的還有水下推動器。綜合采用該工藝的昆明第一污水廠、長沙市第二污水凈化中心及漯河市污水處理廠的運行效果可見：經過Carrousel 2000系統處理后，BOD、COD、SS的去除率均達到了90%以上，TN的去除率達到了80%，TP的去除率也達到了90%。氧化溝池型具有獨特指出，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系統，但氧化溝采用機械表面曝氣，水深不宜過大，充氧動力效率較低，能耗較高，占地面積較大。Orbal氧化溝，即“0、2”工藝，由外到內分別形成厭氧、缺氧和好氧三個區域，采用轉碟曝氣。由于從內溝（好氧區）到中溝（缺氧區）之間沒有回流設施，所以總的脫氮效率較差。在厭氧區采用表面攪拌設備，不可避免地會帶入相當數量的溶解氧，使得除磷效率較差。D型氧化溝為雙溝交替工作式氧化溝，由池容完全相同的兩個氧化溝組成，兩溝串聯運行，交替地作為曝氣池和沉淀池，不單獨設二沉池。為了達到脫氮目的，在D型氧化溝的基礎上有發展了半交替工作式的DE型氧化溝。該溝設有獨立的二沉池和回流污泥系統，兩溝交替進行消化和反硝化。D型氧化溝的缺點主要是曝氣設備利用率低、池容積利用率低。T型三溝式氧化溝集缺氧、好氧和沉淀于一體，兩條邊溝交替進行反應和沉淀，無需單獨的二沉池和污泥回流，流程簡潔，具有生物脫氮功能。由于無專門的厭氧區，因此，生物除磷效果差。而且，由于交替運行，總的容積利用率低，約為55％，設備總數量多，利用率低。2. 按時間進行分割的間歇式活性污泥法—序批式活性污泥法序批式活性污泥法又稱間歇式活性污泥法，近幾年來，已發展成多種改良型，主要有：傳統SBR法、ICEAS法、CAST法、Unitank法等。(1) 傳統SBR法序批式活性污泥法（SBR—Sequencing Batch Reactor）是早在1914年就由英國學者Ardern和Locket發明了的水處理工藝。70年代初，美國Natre Dame 教授采用實驗室規模對SBR工藝進行了系統深入的研究，并于1980年在美國環保局（EPA）的資助下，在印第安那州的Culwer城改建并投產了世界上第一個SBR法污水處理廠。SBR法污水處理反應是在同一容器中進行。在同一容器中進水時形成厭氧（此時不曝氣）、缺氧，而后停止進水，開始曝氣充氧，完成脫氮除磷過程，并在同一容器中沉淀，在通過潷水器出水，完成一個程序。這種方法與以空間進行分割的連續流系統有所不同，它不需要回流污泥，也無專門的厭氧區、缺氧區、好氧區，而是在同一容器中，分時段進行攪拌、曝氣、沉淀，形成厭氧、缺氧、好氧過程。SBR工藝的過程是按時序來運行的，一個操作過程分五個階段：進水、反應、沉淀、潷水、閑置。 由于SBR在運行過程中，各階段的運行時間、反應器內混合液體積的變化以及運行狀態等都可以根據具體污水的性質、出水水質、出水質量與運行功能要求等靈活變化。對于SBR反應器來說，只是時序控制，無空間控制障礙，所以可以靈活控制。因此，SBR工藝發展速度極快，并衍生出許多種新型SBR處理工藝。(2) ICEAS法及CAST法ICEAS、CAST工藝即連續進水、間歇操作運轉的活性污泥法。與傳統SBR法不同之處在于通過設置多座池子，盡管單座池子為間歇操作運行，但使整個過程達到連續進水、連續出水。其進水、反應、沉淀、出水和待機在一座池子中完成，常用四座池子組成一組，輪流運轉，間歇處理。ICEAS法雖有它的優點，可在一組池中完成脫氮、去除BOD5全過程，但每座池子都須安裝曝氣設備、沉淀的潷水器及控制系統，間歇排水，水頭損失大，設備的閑置率較高、利用率低，設備投資大要求自動化程度相當高。(3) Unitank法Unitank工藝，又稱單池系統，是SBR法的另一種形式，為八十年代后期比利時的史格斯公司所開發，其專利權歸比利時Wespelear Sehgers工程公司所有。由三個矩形池組成，三個池水力相通，每個池內均設有供氧設備，在外邊兩側矩形池設有固定出水堰和剩余污泥排放口。中間池連續曝氣，兩側池內間斷曝氣，交替作為沉淀池和曝氣池。三個池交替地在缺氧、好氧和沉淀的狀態下工作，通過自控程序，控制曝氣器運轉和改變進水點可使池中發生消化和反硝化作用，在去除BODSS的同時，達到生物脫氮的目的。其優點是不需污泥回流、無二沉池、布置緊湊、占地面積小。但由于無專門的厭氧區，因此，生物除磷效果差。其總的容積利用率為67％。 污水處理廠工藝選擇的方案比較從上述各種工藝優缺點的定性分析來看，污水脫氮除磷工藝有多種，結合本工程規模不是很大、進水濃度較低、大部分為生活污水、管理水平有限的具體情況，初步選用運行管理經驗成熟，相對投資及運行成本較低，適合本工程的改良型氧化溝（即Carrousel 2000型氧化溝前加厭氧池）和A2/O工藝作為比較方案，進行全面技術經濟比較，從而推薦一個更適合本工程的最佳方案。 方案一Carrousel 2000氧化溝荷蘭的DHV公司和其在美國的專利特許公司EIMCO在原Carrousel系統的基礎上發明了Carrousel 2000系統，實現了更高要求的生物脫氮和除磷功能。至今世界上已有850多座Carrousel和Carrousel 2000系統正在運行，實踐證明該工藝具有投資省、處理效率高、可靠性好、管理方便和運行維護費用低等優點。 Carrousel 2000氧化溝簡圖Carrousel 2000型氧化溝由于其特殊的預反硝化區的設計(占氧化溝體積的15%)，在缺氧條件下進水與一定量的混合液混合(該量可通過內部回流控制閥調節)；剩余部分(體積的85%)包括有氧和缺氧區，用于進行同時硝化反硝化，也用于磷的富集吸收。每座氧化溝中配有表曝機實現溝內水體的推流、混合和充氧。系統的供氧量可以通過控制溝內表曝機運行臺數的多少進行調節，另外從節能的角度考慮，每座溝中還裝