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氧化沟工艺原理及运行 一、氧化沟工艺(OD)
指污水在一个首尾相接的曝气沟渠中循环流 动,而使污水得到净化的工艺. 1. 氧化沟工艺的基本原理 氧化沟的基本原理与活性污泥法相同,它是 活性污泥法的发展,即循环式活性污泥法 .
在OD系统中,通过转刷(或转盘、其他机械曝气设备) 使废水和混合液在环状的渠内循环流动,依靠转刷推动废水 和混合液流动并进行曝气。 混合液通过转刷后,溶解氧升高,随后在渠内流动过程 中又下降。OD的HRT=10~24 hr,SRT=20~30 d。 通过设置进水与出水位置、污泥回流位置、曝气设备位 置,可以使OD完成硝化和反硝化功能。如果主要去除BOD5 或进行硝化,进水点通常设在靠近转刷的位置(转刷的上 游),出水点在进水点的上游处。
3. 氧化沟的技术特征 1)氧化沟工艺不要求设置初沉池和污泥消化池
OD的HRT和SRT比一般的生物处理法长得多,悬浮状有机物可以 在曝气池中与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定,也因此简化了剩 余污泥的后处理工艺.
2)氧化沟工艺结合了推流和完全混合两种流态
氧化沟在短时间内呈现推流式,而在长时间则呈现完全混合特 征,两者的结合,可以减小短流,使进水被数十倍甚至数百倍的循环 水所稀释,从而提高氧化沟系统的缓冲能力.
3)氧化沟具有明显的溶解氧梯度
富氧区缺氧区甚至厌氧区的存在有利于脱氮的进行.
4)氧化沟的整体体积功率密度较低
氧化沟中的流速可以防止混合液中悬浮固体的沉淀,同时充入 混合液中的 DO 随水流流速也加强了氧的传递.水流在循环中仅需要 克服沟的沿程损失和局部损失.另外,氧化沟中的曝气设备不是沿沟 长均匀分布,而是集中在几处布置,所以氧化沟可在比其它系统低得 多的整体体积功率密度下保持液体流动、固体悬浮和充氧. 曝气的功率密度:氧化沟 100~210 KW·h/m3 (传统活性污泥法 20~30 KW·h/m3)
5)氧化沟处理效果稳定,出水水质良好 6)基建、运行费用低
4. 氧化沟的工艺流程类型 1)Pasveer氧化沟
二沉池 出水
进水
曝气转刷
回流污泥
剩余污泥
沟型为一跑道形的沟渠。沟上装设一个或数个曝气器, 曝气器推动混合液在沟内循环流动,平均流速保持在0.3m/s 以上。混合液到二沉池中进行泥水分离。部分污泥和二沉 池表面的浮渣回流到氧化沟中,剩余污泥比较稳定,经浓 缩后可以直接脱水,或贮存在污泥池中以待进一步处理。
2)Carrousel 氧化沟
Carrousel氧化沟主要采用特殊设计的立式低速表曝 机作为主要设备.有Carrousel 1000、 Carrousel 2000、 Carrousel 3000型等 .
3)Orbal氧化沟
硝化液
回流(为反硝 化提供硝态氮)
好氧吸磷,好氧硝化(将 氨氮转化为硝态氮),消 耗有机物
典型的奥贝尔氧化沟有三个同心沟道。三个沟道由于进水负 荷和供氧量的不同,溶解氧浓度形成明显的梯度分布:外沟溶解氧 一般接近于 0mg/L ,中沟溶解氧平均为 1mg/L ,内沟溶解氧平均 为 2-3mg/L ,从而在三个沟道内形成了恒定的缺氧区和好氧区, 为生物硝化和反硝化提供了条件,达到生物脱氮的目的。而发生 在外沟道的“同时硝化/反硝化”作用更加强了系统的脱氮功能。 另外在外沟道内由于可保持溶解氧浓度为0mg/L、硝酸盐很 快被反硝化成厌氧状态,也可使微生物释放磷,之后在好氧状态 下再对磷进行过量吸收,达到同时脱氮和除磷的效果。ORBAL氧 化沟如果设置内循环系统,脱氮率可达95%或95%以上。
4)一体化氧化沟 集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能于一体 .如 带侧沟分离器的氧化沟( BMFS )、船式分离的氧化沟、 侧沟式一体化氧化沟、中心岛式一体化氧化沟. 5)交替式运行氧化沟 专为脱氮除磷开发的工艺,分为双沟式( DE 型)和 三沟式(T型). 6)其他 导流管式氧化沟和射流曝气式氧化沟.
5.井口污水处理厂的改良型Carrousel2000氧化沟
本厂所采用的改良型卡鲁塞尔2000氧化沟是在传统卡鲁 塞尔2000氧化沟前增加了一个选择池和一个厌氧池,两者 形成一个组合式生化池。而传统传统卡鲁塞尔2000氧化沟 由于其特殊的预反硝化区的设计(占氧化沟体积的15%), 在缺氧条件下进水与一定量的混合液混合(该量可通过内 部回流控制阀调节);剩余部分(体积的85%)包括有氧和缺 氧区,用于进行同时硝化反硝化,也用于磷的富集吸收。 每座Carrousel2000型氧化沟中配有相当数量的表曝机,实 现沟内水体的推流、混合和充氧。系统的供氧量可以通过 控制沟内表曝机运行台数的多少进行调节,另外从节能的 角度考虑,每座沟中还装有一定数量的推进器用于保证混 合液具有一定的流速,并防止污泥在进水BOD5含量低的 情况下发生沉淀
5.1本厂改良型 Carrousel2000氧化沟处理污水的原理
改良型Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增 加了一个生物选择器,厌氧区和缺氧区(又称预反硝化 区)。全部回流污泥和沉砂池的污水混合后先进入生物选 择器使其絮状菌占优势,然后进入厌氧区,在厌氧区中的 兼性细菌将可溶性BOD 转化成VFA,聚磷菌获得VFA将其 同化成PHB,所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的 释放,使聚磷菌能充分释磷,同时可将回流污泥中的残留 硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化 。 污水出 厌氧区后直接进入
缺氧区,在该区污水在反硝化细菌的作 用下异化厌氧出水和普通Carrousel 氧化沟中分流过来的硝 酸盐和亚硝酸盐,使脱氮更加充分。从缺氧区出来的污水 这时进入氧化沟主体即普通Carrousel 氧化沟在活性污泥的 作用下完成氨化,硝化,吸磷和去除有机物。
5.2氧化沟各部分的作用及机理
1.生物选择器 1. 作用:防止丝状菌性污泥膨胀 原理:丝状菌在低基质浓度下,有比菌胶团细菌高的净 生长速率,因此在曝气池前设置一个小池子(生物选择 器),在池中可以保持高的基质浓度,从而使菌胶团细菌 占主导地位,产生了良好的沉淀性能;同时,菌胶团细菌 具有高的饱和系数,因此也很难将基质降至很低的水平, 这种浓度对保持丝状菌维持在一定水平十分有利,这就使 得菌胶团细菌与丝状菌保持一个合适的比例关系.
5.2改良型 Carrousel2000氧化沟各部分的作用及机理
2.厌氧区 作用:聚磷菌能充分释磷。 原理:兼性细菌将可溶性BOD 转化成VFA,聚磷菌获得 VFA将其同化成PHB,所需能量来源于聚磷的水解并导致 磷酸盐的释放,使聚磷菌能充分释磷。
5.2氧化沟各部分的作用及机理
3缺氧区 作用:脱氮 原理:在无分子氧时,硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下, 被还原为气态氮的过程。 短程反硝化: 全程反硝化:
2
NO
N
2
N
2
Org N NH N NO N NO N N2 3
3
5.2氧化沟各部分的作用及机理
4.氧化沟主体 作用:完成氨化,硝化,吸磷和去除有机物 原理: 1)氨化:有机氮化合物在氨化菌的作用下分解转化为氨态氮的过程 2)硝化:在好氧条件下,通过硝化菌的作用,将氨氮分别连续地转变为硝酸 盐的过程,反应式为:
硝化菌 NH4 1.5O2 NO2 2 H H2O
NO 2
0 .5 O 2
硝化菌
NO3
总反应式为:
硝化菌 NH4 2O2 NO H2O 2 H 3
5.2氧化沟各部分的作用及机理
3)吸磷:在好氧区,通过PHB/PHV的氧化代谢产生能量,用于磷的吸收与聚磷菌的合 成,并以聚磷酸高能键的形式捕集存贮能量。同时形成新的聚磷细胞,产生富磷污 泥。因此,通过剩余污泥的排放,可以实现磷的去除。 4)去除有机物:1. 初期吸附去除 在活性污泥系统内,在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(5~10 min)内,污水 中有机污染物即被大量去除,出现很高的BOD 去除率。这种初期高速去除现象是由 物理吸附和生物吸附交织在一起的吸附作用所导致产生的。 对于含胶体、悬浮物较多的有机废水,会有再扩散现象。 2. 微生物代谢阶段 主要目的:氧化分解前阶段吸附的有机物。
氧
化分解 1/3 可降解 有机物 无 机 物 +能 量
2/3 新细胞物质 合 成 80% 20% 内源代谢
无 机 物 +能 量
残留物质
5.3Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法
1. 污泥膨胀 (1)基本概念 指由于某种原因,活性污泥沉降性能恶化,SVI不断升, 沉淀池污泥面也不断上升,造成污泥流失,曝气池的MLSS 浓度降低,从而破坏正常的处理工艺操作的现象。
5.3Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法
(2)污泥膨胀的原因 丝状菌性膨胀 ——由于活性污泥中大量丝状菌繁殖造成.大量丝状 菌从污泥絮凝体中伸出很长的菌丝体,菌丝体之间互相接 触架桥,构成了一个框架结构,支撑着污泥絮凝体,由此 阻碍了它们的沉降. 非丝状菌性膨胀 ——由于菌胶团丝菌在特定的环境条件下分泌高粘性 物质积累造成.高粘性物质保持的结合水高达380%,造 成污泥比重减轻,形成膨胀.
5.3Carrousel氧化沟运行存在的问题及解决方法
(3)
丝状菌性膨胀的控制方法
临时控制措施:污泥助沉法;灭菌法. 工艺运行控制措施:1.由缺氧、水温高造成的,可加大曝气量或降低 进水量以减轻负荷,或适当降低MLSS(控制污泥回流量),使需氧 量减少;2.如污泥负荷过高,可提高MLSS,以调整负荷,必要时可停 止进水,闷曝一段时间;3.可通过投加氮肥、磷肥,调整混合液中的 营养物质平衡(BOD5:N:P=100:5:1);4.pH值过低,可投加石 灰调节;5.漂白粉和液氯(按干污泥的0.3%~0.6%投加),能抑制丝状 菌繁殖,控制结合水性污泥膨胀。 永久性控制措施:在曝气池前设生物选择器
5.3Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法
2. 污泥解体 处理水质混浊,污泥絮凝体微细化,处理效果变坏等现象。 导致这种现象的原因可能是运行中的问题(搅拌混合过大等),也可能是由 于污水中混入了有毒物质。具体问题应具体分析。 3. 污泥腐化 在二沉池有可能由于污泥长期滞留而产生厌氧发酵生成气体H2S、CH4等,从 而使大块污泥上浮的现象,此时污泥腐败变黑,产生恶臭。 防治措施: (1)安设不使污泥外溢的浮渣清除设备; (1) (2)消除沉淀池的死角地区; (3)加大池底坡度或改进池底刮泥措施,不使污泥滞留于池底。
5.3Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法
4. 污泥上浮 由于曝气池内污泥龄过长,硝化程度较高,在二沉池底部产生反硝化,氮气 脱出附于污泥上,从而使污泥比重降低,整块上浮的现象。 防治措施: (1) 加大回流污泥量或及时排除剩余污泥; (2) 降低混合液污泥浓度,缩短污泥龄,降低溶解氧。 5. 泡沫问题 化学泡沫(白色),主要原因是污水中存在大量合成洗
涤剂或其他起泡物 质;生物泡沫(褐色),主要原因是污水中存在诺卡氏菌。
生物泡沫产生条件及成因 诺卡氏菌为树枝状丝体,具有极强的疏水性,密度极小.在曝气作用 下,菌丝体能伸出液面,形成泡沫.诺卡氏菌在温度较高(>20℃)、富 油脂类物质的环境中易大量繁殖。绝大部分诺卡氏菌的世代周期都在9天 以上,所以超低负荷的活性污泥系统中更易产生生物泡沫。诺卡氏菌有 疏水性极强的细胞表面,迁移并留在气泡表面,因而使气泡稳定,引发 泡沫。
5.3Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法
6.流速不均及污泥沉积问题 在Carrousel氧化沟中,为了获得其独特的混合和处理 效果,混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。一般认 为,最低流速应为0.15m/s,不发生沉积的平均流速应达到 0.3~0.5m/s。氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转 盘,转刷的浸没深度为250~300mm,转盘的浸没深度为 480~ 530mm。氧化沟上部流速较大(约为0.8~1.2m,甚至 更大),而底部流速很小(特别是在水深的2/3或3/4以 下,混合液几乎没有流速),致使沟底大量积泥(有时积 泥厚度达 1.0m),大大减少了氧化沟的有效容积,降低了 处理效果,影响了出水水质。
5.3Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法
加装上、下游导流板是改善流速分布、提高充氧能力的有 效方法和最方便的措施。上游导流板安装在距转盘(转 刷)轴心4.0m处(上游),导流板高度为水深的 1/5~1/6,并垂直于水面安装;下游导流板安装在距转盘 (转刷)轴心3.0m处。导流板的材料可以用金属或玻璃 钢,但以玻璃钢为佳。导流板与其他改善措施相比,不仅 不会增加动力消耗和运转成本,而且还能够较大幅度地提 高充氧能力和理论动力效率[13]。 另外,通过在曝气机上游设置水下推动器也可以对曝 气转刷底部低速区的混合液循环流动起到积极推动作用, 从而解决氧化沟底部流速低、污泥沉积的问题。设置水下 推动器专门用于推动混合液可以使氧化沟的运行方式更加 灵活,这对于节约能源、提高效率具有十分重要的意义