新型曝氣生物濾池.doc

新型曝氣生物濾池-Biostyr0前言 現(xiàn)代曝氣生物濾池是在生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上引入飲用水處理中過(guò)濾的思想而產(chǎn)生的一種好氧廢水處理工藝，70年代末80年代初出現(xiàn)于歐洲，其突出特點(diǎn)是在一級(jí)強(qiáng)化處理的基礎(chǔ)上將生物氧化與過(guò)濾結(jié)合在一起，濾池后部不設(shè)沉淀池，通過(guò)反沖洗再生實(shí)現(xiàn)濾池的周期運(yùn)行。由于其良好的性能，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在經(jīng)歷了80年代中后期的較大發(fā)展后，到90年代初已基本成熟。在廢水的二級(jí)、三級(jí)處理中，曝氣生物濾池(biological aerated filter,以下簡(jiǎn)稱(chēng)BAF)體現(xiàn)出處理負(fù)荷高、出水水質(zhì)好，占地面積省等特點(diǎn)。90年代以后，BAF的發(fā)展方興未艾，工藝形式不斷推陳出新，本文要介紹的即是現(xiàn)代BAF的代表工藝之一Biostyr。1Biostyr的結(jié)構(gòu)和原理 Biostyr是法國(guó)OTV公司的注冊(cè)工藝，由于采用了新型輕質(zhì)懸浮填料- -BIOSTYRENE(主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1g/cm3)而得名。下面以去除BOD、SS并具有硝化脫氮功能的反應(yīng)器為例說(shuō)明其工藝結(jié)構(gòu)與基本原理。1.1基本結(jié)構(gòu) 如圖1所示，濾池底部設(shè)有進(jìn)水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為2.53m，填料頂部裝有擋板，防止懸浮填料的流失。擋板上均勻安裝有出水濾頭。擋板上部空間用作反沖洗水的儲(chǔ)水區(qū)，其高度根據(jù)反沖洗水頭而定，該區(qū)內(nèi)設(shè)有回流泵用以將濾池出水泵至配水廊道，繼而回流到濾池底部實(shí)現(xiàn)反硝化。填料層底部與濾池底部的空間留作反沖洗再生時(shí)填料膨脹之用。 1 配水廊道2 濾池進(jìn)水和排泥3 反沖洗循環(huán)閘門(mén)4 填料5 反沖洗氣管6 工藝空氣管7 好氧區(qū)8 缺氧區(qū)9 擋板10 出水濾頭11 處理后水的儲(chǔ)存和排出12 回流泵13 進(jìn)水管圖1Biostyr濾池結(jié)構(gòu)示意 濾池供氣系統(tǒng)分兩套管路，置于填料層內(nèi)的工藝空氣管用于工藝曝氣，并將填料層分為上下兩個(gè)區(qū)：上部為好氧區(qū)，下部為缺氧區(qū)。根據(jù)不同的原水水質(zhì)、處理目的和要求，填料層的高度可以變化，好氧區(qū)、厭氧區(qū)所占比例也可有所不同。濾池底部的空氣管路是反沖洗空氣管。1.2工作原理 反應(yīng)器為周期運(yùn)行，從開(kāi)始過(guò)濾至反沖洗完畢為一完整周期，具體過(guò)程如下：經(jīng)預(yù)處理的 污水(主要是去除SS以避免濾池頻繁反沖洗)與經(jīng)過(guò)硝化后的濾池出水按照回流比混合后通過(guò) 濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，并向上首先流經(jīng)填料層的缺氧區(qū)。此時(shí)反沖洗空氣管處于關(guān)閉狀 態(tài)。缺氧區(qū)內(nèi)，一方面，反硝化細(xì)菌利用進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源將濾池進(jìn)水中的NO3-N 轉(zhuǎn)化為N2，實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。另一方面，填料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧和反硝化過(guò)程 中生成的氧降解BOD，同時(shí)，SS也通過(guò)一系列復(fù)雜的物化過(guò)程被填料及其上面的生物膜吸附 截留在濾床內(nèi)。經(jīng)過(guò)缺氧區(qū)處理的污水流經(jīng)填料層內(nèi)的曝氣管后即進(jìn)入了好氧區(qū)，并與空氣 泡均勻混合繼續(xù)向上流經(jīng)填料層。水氣上升過(guò)程中，該區(qū)填料上的微生物利用氣泡中轉(zhuǎn)移到 水中的溶解氧進(jìn)一步降解BOD，濾床繼續(xù)去除SS，污水中的NH3-N被轉(zhuǎn)化為NO3-N，發(fā) 生硝化反應(yīng)。值得指出的是，以SS形態(tài)被截留在濾床內(nèi)的可降解污染物以及被生物膜吸附的難降解有機(jī)物實(shí)際被降解吸收的時(shí)間可接近一個(gè)運(yùn)行周期，這一點(diǎn)有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。流出填料層的凈化后廢水通過(guò)濾池?fù)醢迳系某鏊疄V頭排出濾池，出路分為：(1)排出處理系統(tǒng)外 ；(2)按回流比例與原污水混合進(jìn)入濾池實(shí)現(xiàn)反硝化；(3)用作反沖洗水(在多個(gè)濾池并聯(lián)運(yùn)行的情況下，當(dāng)某一個(gè)濾池反沖洗時(shí)，反沖洗水由其它工作著的濾池出水共同提供)。 隨著過(guò)濾的進(jìn)行，由于填料層內(nèi)生物膜逐漸增厚，SS不斷積累，過(guò)濾水頭損失逐步加大，在一定進(jìn)水壓力下，設(shè)計(jì)流量將得不到保證，此時(shí)即應(yīng)進(jìn)入反沖洗再生以去除濾床內(nèi)過(guò)量的生物膜及SS，恢復(fù)濾池的處理能力。依據(jù)不同的處理情況，濾池出水指標(biāo)(如SS)也可通過(guò)自控系統(tǒng)成為反沖洗的控制條件。 反沖洗采用氣水交替反沖，反沖洗水即為貯存在濾池頂部的達(dá)標(biāo)排放水，反沖洗所需空 氣來(lái)自濾池底部的反沖洗氣管。反沖再生過(guò)程如下：(1)關(guān)閉進(jìn)水和工藝空氣；(2)水單獨(dú)沖 洗；(3)空氣單獨(dú)沖洗；繼而(2)、(3)步驟交替進(jìn)行并重復(fù)幾次；(4)最后用水漂洗一次。反 沖洗水自上而下，填料層受下向水流作用發(fā)生膨脹，填料層在單獨(dú)水沖或氣沖過(guò)程中，不斷 膨脹和被壓縮，同時(shí)，在水、氣對(duì)填料的流體沖刷和填料顆粒間互相摩擦的雙重作用下，生 物膜、被截留吸附的SS與填料分離，沖洗下來(lái)的生物膜及SS在漂洗中被沖出濾池。反沖洗污 泥回流至濾池預(yù)處理部分的沉淀系統(tǒng)。再生后的濾池進(jìn)入下一周期運(yùn)行。由于正常過(guò)濾與反 沖時(shí)水流方向相反，填料層底部的高濃度污泥不經(jīng)過(guò)整個(gè)濾床，而是以最快的速度通過(guò)池底 排泥管離開(kāi)濾池?？陀^的講，反沖過(guò)程沒(méi)有太多的理論依據(jù)，基本是從再生效果考慮的，既 要恢復(fù)過(guò)濾能力，又要保證填料表面仍附著有足夠的生物體，使濾池能滿(mǎn)足下一周期凈化處 理要求。2工藝特點(diǎn) Biostyr工藝最初是為在污水的二級(jí)、三級(jí)處理中實(shí)現(xiàn)硝化、反硝化開(kāi)發(fā)的，設(shè)計(jì)思想來(lái)自A/O法。在具體工藝形式的實(shí)現(xiàn)中，該工藝抓住了BAF的技術(shù)關(guān)鍵-填料，并由此帶來(lái)了一系列的工藝特點(diǎn)。 (1)采用新型填料。從化工原理的角度看，填料技術(shù)的改進(jìn)是對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)造的改善， 是加強(qiáng)傳質(zhì)、改善反應(yīng)器內(nèi)水力條件、生化反應(yīng)條件的基本手段，是提高負(fù)荷的根本途徑。 在BAF工藝中，填料一方面起著生物載體的作用，為生物膜提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，另一方面 也起著過(guò)濾的作用。事實(shí)上，BAF性能的優(yōu)劣很大程度上取決于填料的特性。Biostyr采用的是比重小于水的球形有機(jī)填料，粒徑3.55mm，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，在為微生物提供生長(zhǎng)環(huán)境、截留SS、促進(jìn)氣水均勻混合等方 面有一定優(yōu)勢(shì)。 目前，用于BAF的填料有許多種，BAF的另一代表形式BIOFOR使用的Biolite膨脹硅鋁酸鹽，屬于沉沒(méi)填料(sunken media)。相比之下，Biostyrene易于反沖洗， 結(jié)合其具體的運(yùn)行方式，就為Biostyr擁有高的處理能力、延長(zhǎng)運(yùn)行周期 ，減少反沖洗水量創(chuàng)造了條件。目前有資料表明，懸浮填料在截留SS、降解COD等方面要優(yōu) 于沉沒(méi)填料。 表1Biostyr試驗(yàn)裝置用于二級(jí)處理中的試驗(yàn)記錄檢測(cè)指標(biāo)反應(yīng)器進(jìn)水反應(yīng)器出水廢水排放指標(biāo)備注總COD(mg/L)32444901.反應(yīng)器進(jìn)水為經(jīng)過(guò)斜板沉淀的市政污水 2.HRT小于2h 3.在滿(mǎn)足脫氮的前提下，COD負(fù)荷可達(dá)10kg/(m3d) 4. 17、NH3-N負(fù)荷為1kg/(m3d)的條件下， NH3-N去除率達(dá)95%； NO3-N負(fù)荷為1.5kg/(m3d)(以缺氧區(qū)計(jì))時(shí)，NO3-N去除率75% 溶解性COD(mg/L)1723230(BOD5)SS(mg/L)1051230TKN(mg/L)40510NOx-N(mg/L)-910 (2)試驗(yàn)研究表明，濾池內(nèi)微生物濃度大，活性高，結(jié)合具體的運(yùn)行方式，Biostyr處理負(fù)荷高，出水水質(zhì)優(yōu)，性能穩(wěn)定。廢水先流經(jīng)缺氧區(qū)，不但提供反硝化所 需的碳源，還有部分BOD被異養(yǎng)微生物降解掉，降低了進(jìn)入曝氣區(qū)的污染負(fù)荷，達(dá)到了好氧 區(qū) 內(nèi)降低曝氣量、為硝化創(chuàng)造條件的目的。硝化過(guò)程得益于生物膜法的特點(diǎn)，擺 脫了因硝化細(xì)菌世代期長(zhǎng)而造成的泥齡限制。填料對(duì)水流的阻力，保障了水流的均勻分布， 創(chuàng)造了濾池內(nèi)半推流的水力條件以及較好的傳質(zhì)條件。水氣平行向上流動(dòng)，促進(jìn)了氣水的均 勻混合，避免了氣泡的聚合，有利于降低能耗，提高氧轉(zhuǎn)移效率。表1是F.Rogalla等人將Biostyr試驗(yàn)裝置應(yīng)用于二級(jí)處理中的試驗(yàn)記錄，從中可對(duì)Biostyr 的性能有定量的了解。 (3)占地省，投資少。這一點(diǎn)是由于Biostyr的高處理能力，加上濾 池易于規(guī)范化設(shè)計(jì)，故工程結(jié)構(gòu)緊湊。此外，濾池運(yùn)行過(guò)程中，原污水以及反沖洗污泥從不 暴露于外部，所以本工藝在處理系統(tǒng)外觀、減少不良?xì)馕兜拳h(huán)境方面有著好的表現(xiàn)。 (4)運(yùn)行靈活，管理方便。Biostyr工藝一般具有自動(dòng)化程度較高的控 制系統(tǒng)，濾池的過(guò)濾、反沖洗均可有保障的進(jìn)行。實(shí)際工程中，對(duì)于多格濾池的情形，Biostyr的運(yùn)行可類(lèi)似于給水處理中的虹吸濾池，當(dāng)某一格濾池反沖洗，乃至 檢修時(shí)，濾池系統(tǒng)自身發(fā)生調(diào)節(jié)，而不影響整個(gè)處理系統(tǒng)。 (5)工藝流程簡(jiǎn)單。 Biostyr工藝將BOD降解、硝化、反硝化集于一個(gè)處 理單元內(nèi)，簡(jiǎn)化了工藝流程。 在工藝流程上，具備預(yù)處理系統(tǒng)、不設(shè)置二沉池是以BAF為核心的處理系統(tǒng)的特點(diǎn)，Biostyr也不例外。由此也導(dǎo)致了一些不足之處。 (6)增加日常藥劑費(fèi)用。為了使濾池能以較長(zhǎng)的周期運(yùn)行，減少反沖次數(shù)，降低能耗，須 對(duì)濾池進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理以降低進(jìn)水中的SS，尤其是濾池用于二級(jí)處理的情況下，往往須投加藥劑才能達(dá)到這一要求。藥劑的使用不僅僅增加運(yùn)行費(fèi)用，許多藥劑還將降低進(jìn)水的堿度，進(jìn)而影響反硝化，當(dāng)然，BAF用于三級(jí)處理時(shí)，由于濾池進(jìn)水來(lái)自二級(jí)處理的沉淀池，所以這一矛盾并不突出。目前，水處理工作者正在從事如何利用自控系統(tǒng)有效控制加藥量的研究67。 (7)污泥量相對(duì)較大，污泥穩(wěn)定性較差。對(duì)好氧生物處理來(lái)講，負(fù)荷越高，單位體積處理能力越強(qiáng)，產(chǎn)生的生物體越多，再加上濾池中截留的大量SS，無(wú)疑增加了污泥的產(chǎn)量。當(dāng)然，減少反沖洗水量會(huì)降低污泥體積，這也就提出了在保證反沖效果的前提下，如何提高反沖效率的問(wèn)題。濾床中截留的SS有許多屬于可生物降解的，但在過(guò)濾運(yùn)行后期，由于來(lái)不及被降解而經(jīng)反沖洗轉(zhuǎn)化為反沖洗污泥，成為降低污泥穩(wěn)定性的因素之一。 3應(yīng)用 Biostyr工藝在歐美應(yīng)用較為普遍，而且許多集中在處理廠(chǎng)用地緊張、 出水水質(zhì)要求高的地方。對(duì)于已實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳降解、硝化的處理廠(chǎng)，該工藝可在外加有機(jī)碳源 的情況下，完成反硝化8。也可對(duì)只進(jìn)行有機(jī)碳降解的二級(jí)處理廠(chǎng)進(jìn)行升級(jí)，達(dá)到脫氮的水平。在具備一級(jí)強(qiáng)化處理的條件下，該工藝又能完全勝任工業(yè)廢水、市政污水的二級(jí)處理。此外，與化學(xué)混凝沉淀結(jié)合，還能有效除P。從功能上講，在去除廢水中BOD、SS以及硝化、脫氮等方面，該工藝已經(jīng)系列化7，通過(guò)具體工藝形式的改變(是否設(shè) 置回流、改變工藝空氣管在濾池內(nèi)的高度以及曝氣量等)，Biostyr即可單 獨(dú)實(shí)現(xiàn)去除SS和降解BOD、完成硝化和反硝化的功能。表2記錄了Biostyr 在丹麥的幾個(gè)運(yùn)行實(shí)例。 表2丹麥Biostyr的運(yùn)行實(shí)例(所有處理廠(chǎng)Biostyr的預(yù)處理中均投加FeCl3用于除P)9 處理廠(chǎng)NyborgHobroFrederikshavn處理目的硝化反硝化硝化 Biostyr反硝化硝化反硝化污水性質(zhì)城市污水 (含50%工業(yè)廢水)(BiostyrDynasand) 城市污水(含40%工業(yè)廢水)城市污水 (含20%工業(yè)廢水)設(shè)計(jì)流量(m3/d)13000910010100濾速(m/h)1.12.21COD負(fù)荷(kg/(m3d)2.42.22.3濾池面積(m2)504168441好氧區(qū)高度/缺氧區(qū)高度 (m)1.5/1.02.4/0.62.1/0.9 (后置DN濾床深3.0m)回流比(%)300100200反硝化碳源甲醇乙醇-甲醇(1996.1以后)甲醇出水 水質(zhì) (mg/L)NH3-N1994 官方 數(shù)據(jù)1.81995.8.11996.9.1的數(shù)據(jù) 流量為8350m3/d0.351995.6的數(shù)據(jù) 流量為6979m3/d0.9NO2/NO3-N4.6-3.9TN6.56.34-TP0.80.06-COD7(BOD5) 3858.5SS1175.9備注: Hobro和Frederikshavn處理廠(chǎng)的Biostyr只部分 地完成反硝化，其余的反硝化由其他反硝化裝置(仍是生物濾池)完成 Biostyr目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)工程應(yīng)用，但值得一提的是，大連市引進(jìn)BAF的另一工藝形式-BIO FOR工藝成為國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)BAF新的契機(jī)，與之相關(guān)的填料技術(shù)的進(jìn)展也已取得一定成果。從動(dòng)態(tài)的角度看，隨著我國(guó)對(duì)現(xiàn)代BAF試驗(yàn)與開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，該工藝的各個(gè)工程環(huán)節(jié)-各類(lèi)填料、自控系統(tǒng)、運(yùn)行方式等諸多方面必將會(huì)有不同程度的突破，生物膜的作用機(jī)理的研究也將以這一較新的工藝形式為載體逐步深入。 4結(jié)論 Biostyr是現(xiàn)代BAF的代表工藝之一，具有處理負(fù)荷高、出水水質(zhì)優(yōu)、占地省等特點(diǎn)，而且功能完善，一定程度上體現(xiàn)了生物膜法好氧處理的本質(zhì)。新型一體化氧化溝工藝的節(jié)能特點(diǎn) 到2010年，我國(guó)城市污水治理率將從目前的不到10%提高到40%，這個(gè)任務(wù)非常艱巨，而資金緊缺則會(huì)是面臨的首要問(wèn)題。因此，選擇并推廣一些適合中小城市、具有高效、節(jié)能、投入低而且可靠的污水處理新技術(shù)有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。近幾年發(fā)展較快的一體化氧化溝技術(shù)對(duì)解決上述問(wèn)題有針對(duì)性，其較多的經(jīng)濟(jì)和節(jié)能特點(diǎn)是該技術(shù)得以廣泛推廣的基礎(chǔ)。目前應(yīng)用該技術(shù)在國(guó)內(nèi)興建的污水處理廠(chǎng)已超過(guò)10余座，現(xiàn)以四川省示范工程成都城北污水處理廠(chǎng)為例，闡述該技術(shù)在節(jié)能方面的特點(diǎn)。 1城北污水廠(chǎng)概況城北污水處理廠(chǎng)的工藝流程如圖1。該污水廠(chǎng)設(shè)計(jì)處理水量為1104m3/d，考慮N、P的去除，在氧化溝前段設(shè)置缺氧段和厭氧段，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為15 h，其中缺氧段為2 h，厭氧段為1 h。氧化溝的總有效容積為5 953m3，有效水深為4.5 m，溝寬為10.5 m。設(shè)計(jì)污泥濃度MLSS=3000 mg/L，污泥負(fù)荷為0.1kgBOD5/(kgMLSSd)。該污水廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，主要設(shè)備包括：D1000mm，L9000 mm的轉(zhuǎn)刷2臺(tái)，配用電機(jī)的功率為45 kW；7.5 kW的水下推進(jìn)器2臺(tái)，設(shè)置于主溝，2.2 kW的1臺(tái)，設(shè)置于缺氧段，0.75 kW的2臺(tái)，缺氧段和厭氧段各1臺(tái)。經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：投資為761.46 元/m3，運(yùn)行費(fèi)用為0.2 元/m3。設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD為100150 mg/L，COD為200300 mg/L，SS為250 mg/L。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 89781996)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。表1污水廠(chǎng)進(jìn)、出水水質(zhì)mg/L項(xiàng)目CODBODSSNH3-NTN進(jìn)水77.957855153225411327.818 30.7進(jìn)水平均值197.473.2123.12023.4出水26.046.09.220.63.021.00.82.33.112.4出水平均值33.615.413.11.56.9該廠(chǎng)出水TP指標(biāo)未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)(0.5mg/L)，主要是由于進(jìn)水有機(jī)物濃度 較低及運(yùn)行調(diào)試期間未正常排泥所致。目前總磷去除率可達(dá)70%左右，若排泥正常則去除率更高。2節(jié)能特點(diǎn)及機(jī)理2.1固液分離和污泥無(wú)泵自動(dòng)回流一體化氧化溝比常規(guī)活性污泥法具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，其首要特點(diǎn)在于用固液分離器取代了傳統(tǒng)的二沉池，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污泥無(wú)泵自動(dòng)回流。固液分離器的設(shè)計(jì)表面負(fù)荷一般為5065m3/(m2d)，該值是傳統(tǒng)二沉池設(shè)計(jì)的1.52倍。成都城北污水處理廠(chǎng)的固液分離器采用側(cè)溝式和中心島式(尚未啟用)，在固液分離的 同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥自動(dòng)回流，省卻了一道機(jī)械回流，從而大大降低了運(yùn)行能耗。傳統(tǒng)的氧化溝法須設(shè)污泥回流系統(tǒng)，以MLSS=4000mg/L，SVI=150設(shè)計(jì)，就需100%的回流比，該回流比需設(shè)置NWL2408立式污泥泵2臺(tái)，運(yùn)行功率為22 kW，電耗增加約0.053 (kWh)/m3。而實(shí)現(xiàn)污泥自動(dòng)回流，則節(jié)能可達(dá)15%左右。固液分離及回流機(jī)理見(jiàn)圖2。主溝內(nèi)混合液在流經(jīng)組件進(jìn)入分離器內(nèi)部時(shí)，由于特殊的分離器組件結(jié)構(gòu)和水力條件，流動(dòng)方向發(fā)生了多次變化，客觀上消耗了液流的能量，為固液分離打下了基礎(chǔ)。分離后的污泥通過(guò)絮凝，體積變得越來(lái)越大，在其沉降過(guò)程中，不斷受到從主溝進(jìn)入到分離器內(nèi)的液流向上的沖擊，形成污泥反沖。當(dāng)這一沖擊作用與污泥的重力持平時(shí)，污泥便懸浮在分離器中，保持動(dòng)態(tài)靜止，形成一懸浮污泥層。當(dāng)混合液由下而上通過(guò)懸浮層時(shí)，混合液中的污泥便被懸浮污泥“網(wǎng)捕”下來(lái)，這就比傳統(tǒng)二沉池單靠靜沉作用多了一重作用。在分離器底部，混合液受到組件下側(cè)板的反力作用，該力可分解組件下側(cè)板流動(dòng)的兩束流上向流和下向流，因流速差的存在形成壓力差，該壓力差就直接導(dǎo)致了污泥自動(dòng)回流。成 都城北污水廠(chǎng)一年多的運(yùn)行情況表明，只要保證固液分離器底部的推動(dòng)力并及時(shí)排泥，就能 保證穩(wěn)定的分離及回流效果。2.2水力內(nèi)回流合建式一體化氧化溝其節(jié)能之處不僅在于曝氣/沉淀一體化，實(shí)現(xiàn)了污泥無(wú)泵自動(dòng)回流(見(jiàn)圖3中的a)，還在于直接將缺氧區(qū)和好氧區(qū)共壁合建實(shí)現(xiàn)了水力內(nèi)回流。該設(shè)計(jì)的獨(dú)到之處在于硝化液是通過(guò)好氧區(qū)的循環(huán)流動(dòng)直接流至缺氧區(qū)，與厭氧池中的出水混合后進(jìn)行反硝化反應(yīng)的，這樣就再次省卻了一道機(jī)械內(nèi)回流，并充分利用了一體化氧化溝的能量分區(qū)及水 力分布特點(diǎn)(見(jiàn)圖3中的b)。固液分離器和轉(zhuǎn)刷分別位于氧化溝的兩側(cè)，氧化溝在本質(zhì)上屬于延時(shí)曝氣，污泥負(fù)荷很低，曝氣池內(nèi)氧利用率高，使好氧段溶解氧濃度只要達(dá)到1.52.0 mg/L就能較好地去除BOD 及進(jìn)行硝化反應(yīng)。而在分離器底部及缺氧區(qū)內(nèi)回流進(jìn)口處為好氧段的溶解氧最低處，經(jīng)測(cè)定只有0.6 mg/L左右，實(shí)際上已經(jīng)處于缺氧階段(可稱(chēng)為預(yù)缺氧段)，并進(jìn)行著小規(guī)模的反硝化反應(yīng)。其回流比的大小對(duì)缺氧區(qū)溶解氧濃度影響不大，而氧化溝的完全混合加循環(huán)推流 的獨(dú)特水力特征，保證了在不用外加能量的情況下保持300%600%的回流比。而一般A2/O 法為取得良好的脫氮效果，通常要求有200%500%的高回流比。以設(shè)計(jì)r=200%，Q= 1104m3/d的機(jī)械內(nèi)回流系統(tǒng)為例，需設(shè)置WQ801245潛污泵1臺(tái)，運(yùn)行功率為45 kW，意味著電耗增加0.108 (kWh)/m3，而且高回流比往往會(huì)使缺氧段溶解氧濃度升高而影響脫氮效果。相比之下，一體化氧化溝的內(nèi)回流就具有節(jié)省能耗及控制簡(jiǎn)單兩方面的優(yōu)勢(shì) ，僅水力內(nèi)回流就可節(jié)能近30%。當(dāng)原水流經(jīng)厭氧池后，可快速降解有機(jī)物濃度大大增加，其出水與水力內(nèi)回流的硝化液混合(經(jīng)測(cè)定在混合處的COD/TN7.2)，即充足的碳源、理想的DO條件及高回流比的硝化液使反硝化反應(yīng)進(jìn)行得非常徹底。反應(yīng)的結(jié)果是NO3-作為電子受體代替溶解氧 去除大量的有機(jī)物質(zhì)，使整個(gè)系統(tǒng)耗氧量可節(jié)省近1/3，從而進(jìn)一步降低了運(yùn)行費(fèi)用。此外，缺氧段反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行，也為厭氧池磷的釋放打下了基礎(chǔ)，因?yàn)閰捬醭睾孜勰嗍菑娜毖鯀^(qū)回流的(見(jiàn)圖3中的c)，該回流液中NO3-含量越低，釋磷就越充分。合建式氧化溝實(shí)現(xiàn)了：將不同功能的反應(yīng)器以功能分區(qū)的形式融合在同一空間中，免去了頻繁的空間調(diào)配；結(jié)合設(shè)備配置，做到各功能區(qū)優(yōu)化和能量投入可調(diào)；利用水力內(nèi)回流而省卻了機(jī)械回流措施。2.3合理配置設(shè)備和優(yōu)化運(yùn)行模式曝氣轉(zhuǎn)刷與水下推進(jìn)器的合理配置，不僅能解決氧化溝溝深加大的問(wèn)題，而且為節(jié)能運(yùn)行提供了基礎(chǔ)。水下推進(jìn)器的配置使轉(zhuǎn)刷從眾多的功能中獨(dú)立出來(lái)，以充氧功能為主，而混合推 動(dòng)則由水下推進(jìn)器來(lái)承擔(dān)，轉(zhuǎn)刷可根據(jù)不同目的靈活應(yīng)用。試驗(yàn)表明，僅水下推進(jìn)器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，溝中的流速分布與轉(zhuǎn)刷單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相反；兩臺(tái)轉(zhuǎn)刷同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，氧化溝底部有積泥產(chǎn)生；而當(dāng)1臺(tái)轉(zhuǎn)刷和主溝的兩臺(tái)水下推進(jìn)器同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，混合推動(dòng)效果非常好且無(wú)沉泥現(xiàn)象，這 說(shuō)明曝氣轉(zhuǎn)刷和水下推進(jìn)器具有很大的互補(bǔ)性。從水力學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，側(cè)溝式一體化氧化溝比船式、BMTS等氧化溝的水頭損失更小，流態(tài)更好。城北污水廠(chǎng)的主溝有效水深達(dá)4.5 m，單獨(dú)使用轉(zhuǎn)刷則混合推動(dòng)得不到保證，而水下推 進(jìn)器的設(shè)計(jì)功率僅為4W/m3左右，它與轉(zhuǎn)刷的合理配置達(dá)到了充氧混合和循環(huán)流動(dòng)的目的，使運(yùn)行能耗得到了降低。為進(jìn)一步降低能耗，城北污水廠(chǎng)在日常還采取了優(yōu)化運(yùn)行的模式，即