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1、.第四章 廢水好氧生物處理工藝(2)生物膜法第一節(jié) 生物膜法的基本原理生物膜法又稱固定膜法,是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù);是土壤自凈過程的人工化和強(qiáng)化;與活性污泥法一樣,生物膜法主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物,同時(shí)對(duì)廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力;主要的生物膜法有: 生物濾池:其中又可分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池等; 生物轉(zhuǎn)盤; 生物接觸氧化法; 好氧生物流化床等。一、生物膜的結(jié)構(gòu)1、生物膜的形成生物膜的形成必須具有以下幾個(gè)前提條件: 起支撐作用、供微生物附著生長(zhǎng)的載體物質(zhì):在生物濾池中稱為濾料;在接觸氧化工藝中成為填料;在好氧生物流化床中成為載

2、體; 供微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),即廢水中的有機(jī)物、N、P以及其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì); 作為接種的微生物。(1) 生物膜的形成:含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在填料的表面流動(dòng),一定時(shí)間后,微生物會(huì)附著在填料表面而增殖和生長(zhǎng),形成一層薄的生物膜。(2) 生物膜的成熟:在生物膜上由細(xì)菌及其它各種微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)以及生物膜對(duì)有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定。生物膜從開始形成到成熟,一般需要30天左右(城市污水,20°C)2、生物膜的結(jié)構(gòu) 生物膜的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 生物膜結(jié)構(gòu)示意圖(1) 生物膜的性質(zhì): 高度親水,存在著附著水層; 微生物高度密集:各種細(xì)菌以及微型動(dòng)物,這些微生物起著主要

3、去除廢水中的有機(jī)污染物的作用,形成了有機(jī)污染物細(xì)菌原生動(dòng)物(后生動(dòng)物)的食物鏈。(2) 生物膜降解有機(jī)物的過程: 3、生物膜的更新與脫落(1) 厭氧膜的出現(xiàn): 生物膜厚度不斷增加,氧氣不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài); 成熟的生物膜一般都由厭氧膜和好氧膜組成; 好氧膜是有機(jī)物降解的主要場(chǎng)所,一般厚度為2mm。(2) 厭氧膜的加厚: 厭氧的代謝產(chǎn)物增多,導(dǎo)致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞; 氣態(tài)產(chǎn)物的不斷逸出,減弱了生物膜在填料上的附著能力; 成為老化生物膜,其凈化功能較差,且易于脫落。(3) 生物膜的更新: 老化膜脫落,新生生物膜又會(huì)生長(zhǎng)起來; 新生生物膜的凈化功能較強(qiáng)。(4) 生物膜法的運(yùn)

4、行原則: 減緩生物膜的老化進(jìn)程; 控制厭氧膜的厚度; 加快好氧膜的更新; 盡量控制使生物膜不集中脫落。二、生物膜處理工藝的特點(diǎn)1、微生物方面的特征(1) 微生物種類多樣化: 相對(duì)安靜穩(wěn)定環(huán)境; SRT相對(duì)較長(zhǎng); 絲狀菌也可以大量生長(zhǎng),無污泥膨脹之虞; 線蟲類、輪蟲類等微型動(dòng)物出現(xiàn)的頻率較高; 藻類、甚至昆蟲類也會(huì)出現(xiàn); 生物膜上的生物:類型廣泛、種屬繁多、食物鏈長(zhǎng)且復(fù)雜。表1 生物膜和活性污泥中出現(xiàn)的微生物在類型、種屬和數(shù)量的比較微生物種類活性污泥生物膜法微生物種類活性污泥法生物膜法細(xì)菌+輪蟲+真菌+線蟲+藻類-+寡毛蟲-+鞭毛蟲+其它后生動(dòng)物-+肉足蟲+昆蟲類-+纖毛蟲+(2) 生物膜上微生

5、物的食物鏈較長(zhǎng): 動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)者所占比例較大,微型動(dòng)物的存活率較高; 食物鏈長(zhǎng); 污泥產(chǎn)量少于活性污泥系統(tǒng)(僅為1/4左右)。(3) 能夠存活世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物¾¾有利于硝化作用的進(jìn)行。2、在處理工藝方面的特征(1) 對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)又較強(qiáng)的適應(yīng)性;(2) 剩余污泥的沉降性能良好,易于固液分離;(3) 能夠處理低濃度污水;(4) 易于維護(hù)運(yùn)行,運(yùn)行費(fèi)用少。第二節(jié) 生物濾池工藝一、生物濾池的基本原理生物濾池是在污水灌溉的實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的人工生物處理法;首先于1893年在英國(guó)試驗(yàn)成功,從1900年開始應(yīng)用于廢水處理中;主要有以下幾種形式:普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生

6、物濾池、活性生物濾池等。1、基本結(jié)構(gòu)圖2 生物濾池示意圖2、工藝流程初沉池生物濾池 池二沉池出水回流出水進(jìn)水剩余污泥圖3 生物濾池的基本流程 與活性污泥工藝的流程不同的是,在生物濾池中常采用出水回流,而基本不會(huì)采用污泥回流,因此從二沉池排出的污泥全部作為剩余污泥進(jìn)入污泥處理流程進(jìn)行進(jìn)一步的處理。3、生物濾池的工作原理:含有污染物的廢水從上而下從長(zhǎng)有豐富生物膜的濾料的空隙間流過,與生物膜中的微生物充分接觸,其中的有機(jī)污染物被微生物吸附并進(jìn)一步降解,使得廢水得以凈化;主要的凈化功能是依靠濾料表面的生物膜對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附氧化作用。二、生物濾池的構(gòu)造與組成生物濾池一般主要由濾床(池體與濾料)、布水

7、裝置和排水系統(tǒng)等三部分組成,下面將分別予以說明。1、池體在20世紀(jì)30、40年代以前,生物濾池的池體多為方形或矩形;在出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)布水器之后,則大多數(shù)的生物濾池均采用圓形池體,主要是便于運(yùn)行;高負(fù)荷生物濾池通常是圓形;池壁可有孔洞或不帶孔洞的兩種:有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風(fēng),但在冬季易受低氣溫的影響;一般要求池壁高于濾料0.5m;在寒冷地區(qū),有時(shí)需要考慮防凍、采暖、或防蠅等措施。2、濾料生物濾池中的濾料是生物膜賴以生長(zhǎng)的載體,其主要特性有: 大的表面積,有利于微生物的附著; 能使廢水以液膜狀均勻分布于其表面; 有足夠大的孔隙率,使脫落的生物膜能隨水流到池底,同時(shí)保證良好的通風(fēng); 適合于生物

8、膜的形成與粘附,且應(yīng)該既不被微生物分解,又不抑制微生物的生長(zhǎng); 有較好的機(jī)械強(qiáng)度,不易變形和破碎。(1) 普通生物濾池的濾料: 一般為實(shí)心拳狀濾料,如碎石、卵石、爐渣等; 工作層的濾料的粒徑為2540mm,承托層濾料的粒徑為70100mm; 同一層濾料要盡量均勻,以提高孔隙率; 濾料的粒徑愈小,比表面積 就愈大,處理能力可以提高;但粒徑過小,孔隙率降低,則濾料層易被生物膜堵塞; 一般當(dāng)濾料的孔隙率在45%左右時(shí),濾料的比表面積約為65100m2/m3。(2) 高負(fù)荷生物濾池的濾料: 濾料粒徑較大,一般為40100mm,其中工作層濾料的粒徑為4070mm,承托層則為70100mm,孔隙率較高,可

9、以防止堵塞和提高通風(fēng)能力; 濾料常采用卵石、石英砂、花崗巖等,一般以表面光滑的卵石為好; 目前常采用塑料濾料:多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成;形狀有波紋板式、斜管式和蜂窩式等,其特點(diǎn)有:質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、比表面積和孔隙率都較大。主要缺點(diǎn):造價(jià)較高,初期投資較大。表3 兩種塑料濾料的性能型式孔徑(mm)比表面積(m2/m3)孔隙率(%)重量(kg/m3)立體波紋板30´65198>907040´85150>936050´100113>9650蜂窩式19201>98363825153»99262832122»99

10、21233698>992022(3) 塔式生物濾池的濾料: 多采用質(zhì)輕、比表面積大和孔隙率高的人工合成濾料; 比表面積為100220 m2/m3,孔隙率一般大于94%。3、布水裝置布水裝置的目的是將廢水均勻地噴灑在濾料上;主要有兩種:固定式布水裝置、旋轉(zhuǎn)式布水裝置;普通生物濾池多采用固定式布水裝置;高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉(zhuǎn)布水裝置:圖7 固定式布水裝置 圖8 旋轉(zhuǎn)布水器4、排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)處于濾床的底部,其作用是收集、排出處理后的廢水和保證良好的通風(fēng);一般由滲水頂板、集水溝和排水渠所組成;滲水頂板用于支撐濾料,其排水孔的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的20%;滲水頂板的下底與池底

11、之間的凈空高度一般應(yīng)在0.6m以上,以利通風(fēng),一般在出水區(qū)的四周池壁均勻布置進(jìn)風(fēng)孔。三、影響生物濾池功能的主要因素1、濾床的比表面積和孔隙率生物膜是生物膜法的主體;濾料表面積愈大,生物膜的表面積也愈大,生物膜的量就愈多,凈化功能就愈強(qiáng);孔隙率大,則濾床不易堵塞,通風(fēng)效果好,可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧;濾床的比表面積和孔隙率愈大,擴(kuò)大了傳質(zhì)的界面,促進(jìn)了水流的紊動(dòng),有利于提高凈化功能。2、濾床的高度濾床的不同高度,生物膜量、微生物種類、去除有機(jī)物的速度等方面都是不同的;濾床的上層,廢水中的有機(jī)物濃度高,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富,微生物繁殖速度快,生物膜量多且主要以細(xì)菌為主,有機(jī)污染物的去除速度高;隨著

12、濾床深度的增加,廢水中的有機(jī)物量減少,生物膜量也減少,微生物從低級(jí)趨向高級(jí),有機(jī)物去除速度降低;有機(jī)物的去除效果隨濾床深度的增加而提高,但去除速率卻隨深度的增加而降低。表4 濾床高度與處理效率之間的關(guān)系和濾床不同深度處的生物膜量離濾床表面的深度(m)污染物去除率(%)生物膜量(kg/m3) 丙烯晴 異丙醇SCN-COD(156mg/l)(35.4mg/l)(18.0mg/l)(955mg/l)282.6316603.0599.26010661.18.599.37024730.81299.49146790.73、有機(jī)負(fù)荷與水力負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷-kgBOD5/m3.d;水力負(fù)荷: 水力表面負(fù)荷-m3/

13、m2.d,或m/d;-濾速; 水力容積負(fù)荷- m3/m3.d在有機(jī)負(fù)荷較高時(shí),生物膜的增長(zhǎng)也會(huì)較快,可能會(huì)引起濾料堵塞,此時(shí)就需要調(diào)整水力負(fù)荷,當(dāng)水力負(fù)荷增加時(shí),可以提高水力沖刷力,維持生物膜的厚度,一般是通過出水回流來解決。4、回流對(duì)于高負(fù)荷生物濾池與塔式生物濾池,常采用回流。其優(yōu)點(diǎn): 不論原廢水的流量如何波動(dòng),濾池可得到連續(xù)投配的廢水,因而其工作較穩(wěn)定; 可以沖刷去除老化生物膜,降低膜的厚度,并抑制濾池蠅的孳生; 均衡濾池負(fù)荷,提高濾池的效率; 可以稀釋和降低有毒有害物質(zhì)的濃度以及進(jìn)水有機(jī)物濃度。5、供氧生物濾池一般時(shí)通過自然通風(fēng)來保證供氧的;影響生物濾池自然通風(fēng)的主要因素有: 池內(nèi)溫度與

14、氣溫之差; 濾池高度; 濾料孔隙率及風(fēng)力等; 濾池堵塞也會(huì)影響通風(fēng)。四、生物濾池與活性污泥法的比較生物濾池早于活性污泥法;活性污泥法的發(fā)明之初是以生物濾池的替代工藝出現(xiàn)的;但生物濾池至今仍有大量應(yīng)用。表5 生物膜法與活性污泥法的比較項(xiàng)目生物膜法活性污泥法基建費(fèi)低較低運(yùn)行費(fèi)低較高氣候的影響較大較小技術(shù)控制較易控制要求較高灰蠅和臭味蠅多、味大無最后出水負(fù)荷低時(shí),硝化程度較高,但懸浮物較高懸浮物較少,但硝化程度不高剩余污泥量少大泡沫問題很少較多五、生物濾池的設(shè)計(jì)計(jì)算生物濾池的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括濾床容積、布水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等三個(gè)部分。1、普通生物濾池(1) 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 工作層填料的粒徑為2540mm,

15、厚度為1.31.8m;承托層填料的粒徑為70100mm,厚度為0.2m。 在正常氣溫條件下,處理城市廢水時(shí),表面水力負(fù)荷為13 m3/m2.d,BOD5容積負(fù)荷為0.150.30kgBOD5/m3.d,BOD5的去除率一般為8595%; 池壁四周通風(fēng)口的面積不應(yīng)小于濾池表面積的1%; 濾池?cái)?shù)不應(yīng)小于2座。(2) 計(jì)算公式表6 生物濾池計(jì)算公式設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算公式參數(shù)意義及取值濾料總體積(V)V = QS/LvBODV¾¾濾料總體積,m3Q¾¾進(jìn)水平均流量,m3/dS¾¾進(jìn)水BOD5濃度,mg/lLvBOD¾¾容積負(fù)荷,

16、一般取0.150.3kgBOD/m3.d濾床有效面積(F)F = V/HF¾¾濾床的有效面積,m2H¾¾濾料高度,1.52.0m表面水力負(fù)荷校核(q)q = Q/Fq¾¾表面水力負(fù)荷,應(yīng)為13m3/m2.d。2、高負(fù)荷生物濾池(1) 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 以碎石為濾料時(shí),工作層濾料的粒徑應(yīng)為4070mm,厚度不大于1.8m,承托層的粒徑為70100mm,厚度為0.2m;當(dāng)以塑料為濾料時(shí),濾床高度可達(dá)4m; 正常氣溫下,處理城市廢水時(shí),表面水力負(fù)荷為1030 m3/m2.d,BOD5容積負(fù)荷不大于1.2kgBOD5/m3.d,單級(jí)濾池的BOD5

17、的去除率一般為7585%;兩級(jí)串聯(lián)時(shí),BOD5的去除率一般為9095%; 進(jìn)水BOD5大于200mg/l時(shí),應(yīng)采取回流措施; 池壁四周通風(fēng)口的面積不應(yīng)小于濾池表面積的2%; 濾池?cái)?shù)不應(yīng)小于2座。(2) 計(jì)算公式:表7 高負(fù)荷生物濾池的計(jì)算公式設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算公式參數(shù)意義及取值濾池高度(H)以碎石為濾料時(shí),H = 0.92.0m用塑料濾料時(shí),H = 24m濾料總體積(V)V = QS/LvBODV¾¾濾料總體積,m3Q¾¾廢水量,m3/dS¾¾未經(jīng)回流稀釋時(shí)的BOD5濃度,mg/lLvBOD¾¾容積負(fù)荷,一般不大于1.2

18、kgBOD/m3.d濾池面積(F)與直徑(D)F = V/Hn¾¾濾池個(gè)數(shù)F¾¾濾池面積,m2D¾¾濾池直徑,m回流比(R)R = Fq/Q - 1R¾¾回流比q¾¾表面水力負(fù)荷,通常在1030m3/m2.d之間(3) 高負(fù)荷生物濾池的流程 (4) 出水水質(zhì)與濾池高度和水力負(fù)荷之間的關(guān)系高負(fù)荷單級(jí)生物濾池的出水水質(zhì)與濾池高度以及水力負(fù)荷之間存在如下的關(guān)系:式中:出水BOD5濃度,mg/l; 進(jìn)水濃度;mg/l; H濾池高度,m; q水力負(fù)荷,m3/m2.d; K常數(shù),min-1; n常數(shù)。3、塔

19、式生物濾池(1) 主要設(shè)計(jì)參數(shù): 一般常用塑料濾料,濾池總高度為812m,也可更高;每層濾料的厚度不應(yīng)大于2.5m,徑高比為1:68; 容積負(fù)荷為1.03.0kgBOD5/m3.d,表面水力負(fù)荷為80200 m3/m2.d,BOD5的去除率一般為6585%; 自然通風(fēng)時(shí),塔濾四周通風(fēng)口的面積不應(yīng)小于濾池橫截面積的7.510%;機(jī)械通風(fēng)時(shí),風(fēng)機(jī)容量一般按氣水比為100150:1來設(shè)計(jì); 塔濾數(shù)不應(yīng)小于2座。(2) 主要計(jì)算公式:表8 塔式生物濾池的計(jì)算公式設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算公式 參數(shù)意義及取值濾池高度(H) H¾¾濾料高度,常取812m濾料總體積(V)V = QS/LvBODV&#

20、190;¾濾料總體積,m3Q¾¾廢水量,m3/dS¾¾未經(jīng)回流稀釋時(shí)的BOD5濃度,mg/lLvBOD¾¾容積負(fù)荷,一般不大于13kgBOD/m3.d塔濾面積(F)與直徑(D)F = V/Hn¾¾濾池個(gè)數(shù)F¾¾濾池總面積,m2D¾¾濾池直徑,m水力負(fù)荷校核q=Q/F q¾¾表面水力負(fù)荷,應(yīng)在86200m3/m2.d之間, 否則應(yīng)考慮回流表2 普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池的比較普通生物濾池高負(fù)荷生物濾池塔式生物濾池表面負(fù)荷(m3/m2

21、.d)0.93.7 936(包括回流)1697(不包括回流)BOD5負(fù)荷(kg/m3.d)0.110.370.371.084高達(dá)4.8深度(m)1.83.00.92.4812或更高回流比無14回流比較大濾料多用碎石等多用塑料濾料塑料濾料比表面積(m2/m3)4365436582115孔隙率(%)456045609395蠅多很少很少生物膜脫落情況間歇連續(xù)連續(xù)運(yùn)行要求簡(jiǎn)單需要一定技術(shù)需要一定技術(shù)投配時(shí)間的間歇不超過5min一般連續(xù)投配連續(xù)投配剩余污泥黑色、高度氧化棕色、未充分氧化棕色、未充分氧化處理出水高度硝化,BOD5£20mg/l未充分硝化,BOD5³30mg/l未充分硝化

22、,BOD5³30mg/lBOD5去除率(%)859575856585六、生物濾池的運(yùn)行與管理1、生物濾池的掛膜階段2、生物濾池的日常運(yùn)行與管理 日常水質(zhì)檢測(cè); 能量消耗統(tǒng)計(jì); 機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)與維修3、常見問題及對(duì)策 濾池積水; 臭味; 灰蠅; 表面結(jié)冰; 蝸牛,苔蘚; 旋轉(zhuǎn)布水器; 生物膜的異常脫落;等。第二節(jié) 生物轉(zhuǎn)盤一、生物轉(zhuǎn)盤的凈化機(jī)理與構(gòu)成1、凈化原理:圖1 生物轉(zhuǎn)盤凈化機(jī)理廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài),而微生物則在轉(zhuǎn)動(dòng)的盤面上;轉(zhuǎn)盤40%的面積浸沒在廢水中,盤面低速轉(zhuǎn)動(dòng);盤面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質(zhì)及轉(zhuǎn)速有關(guān),一般0.10.5mm。2、構(gòu)成與系統(tǒng)組成生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速一般為18m/m

23、in;有一軸一段、一軸多段、以及多軸多段等形式;廢水的流動(dòng)方式,有軸直角流與軸平行流。圖2 多段式生物轉(zhuǎn)盤3、生物轉(zhuǎn)盤的主要特征: 節(jié)能,即運(yùn)行費(fèi)用較低; 生物量多,凈化率高,適應(yīng)性強(qiáng),出水水質(zhì)較好; 生物膜上生物的食物鏈長(zhǎng),污泥產(chǎn)量少,為活性污泥法的1/2左右; 維護(hù)管理簡(jiǎn)單,功能穩(wěn)定可靠,無噪音,無灰蠅; 受氣候影響較大,頂部需要覆蓋,有時(shí)需要保暖; 所需的場(chǎng)地面積一般較大,建設(shè)投資較高。 二、生物轉(zhuǎn)盤的組成生物轉(zhuǎn)盤的主要組成單元有:盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置等,下面分別予以說明。1、盤片: 盤片的形狀: 外緣:圓形、多角形及圓筒形;盤面:平板、凹凸板、波形板、蜂窩板、網(wǎng)狀板等以及各

24、種組合。 盤片的厚度與材質(zhì):要求質(zhì)輕、薄、強(qiáng)度高,耐腐蝕,同時(shí)還應(yīng)易于加工、價(jià)格低等;一般厚度為0.51.0cm;常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃鋼等。 轉(zhuǎn)盤的直徑:一般直徑為2.0、2.5、3.0、3.5m等,常用的是3.0m。 盤片間的間距:一般為30mm,高密度型則為1015mm。2、接觸反應(yīng)槽: 一般可以用鋼板或鋼筋混凝土制成,橫斷面呈半圓形或梯形; 槽內(nèi)水位一般達(dá)到轉(zhuǎn)盤直徑的40%,超高為2030cm; 轉(zhuǎn)盤外緣與槽壁之間的間距一般為2040cm。3、轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置: 三、生物轉(zhuǎn)盤的工藝流程與組合1、生物轉(zhuǎn)盤為主體的工藝流程 以去除BOD為主要目的的工藝流程沉砂池

25、沉淀池生物轉(zhuǎn)盤二沉池出水廢水 以深度處理(去除BOD、硝化、除磷、脫氮)為目的的工藝流程初沉池生物轉(zhuǎn)盤(BOD去除)生物轉(zhuǎn)盤(硝化)二沉池生物轉(zhuǎn)盤(厭氧脫氮)生物轉(zhuǎn)盤(再曝氣)終沉池廢水出水絮凝劑(除磷)甲醇2、生物轉(zhuǎn)盤與其它工藝的組合流程生物轉(zhuǎn)盤初沉池出水(1) 廢水(2) 廢水初沉池生物轉(zhuǎn)盤曝氣池二沉池出水活性污泥回流(3) 廢水初沉池生物轉(zhuǎn)盤二沉池出水活性污泥回流曝氣池(4) 廢水初沉池生物轉(zhuǎn)盤二沉池出水活性污泥回流曝氣池3、生物轉(zhuǎn)盤的新進(jìn)展 空氣驅(qū)動(dòng)的生物轉(zhuǎn)盤 圖6 與沉淀池合建的生物轉(zhuǎn)盤 圖7 與曝氣池合建的生物轉(zhuǎn)盤 圖8三、生物轉(zhuǎn)盤的運(yùn)行與維護(hù)管理1、試運(yùn)行2、維護(hù)管理第四節(jié) 生物

26、接觸氧化法生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法處理工藝;又稱為淹沒式生物濾池。一、基本原理與特點(diǎn)1、基本流程圖9 生物接觸氧化法的基本流程2、主要特點(diǎn): 生物接觸氧化池內(nèi)的生物固體濃度(1020g/l)高于活性污泥法和生物濾池,具有較高的容積負(fù)荷(可達(dá)3.06.0kgBOD5/m3.d); 不需要污泥回流,無污泥膨脹問題,運(yùn)行管理簡(jiǎn)單; 對(duì)水量水質(zhì)的波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力; 污泥產(chǎn)量略低于活性污泥法。二、生物接觸氧化池的構(gòu)造由池體、填料、布水系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)等組成;填料高度一般為3.0m左右,填料層上部水層高約為0.5m,填料層下部布水區(qū)的高度一般為0.51.5m之間;根據(jù)曝

27、氣裝置與填料的相對(duì)位置,可以分為兩大類: 曝氣裝置與填料分設(shè): 填料區(qū)水流較穩(wěn)定,有利于生物膜的生長(zhǎng),但沖刷力不夠,生物膜不易脫落;可采用鼓風(fēng)曝氣或表面曝氣裝置;較適用于深度處理。 曝氣裝置直接安設(shè)在填料底部:曝氣裝置多為鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng);可充分利用池容;填料間紊流激烈,生物膜更新快,活性高,不易堵塞;檢修較困難。三、填料填料是微生物的載體,其特性對(duì)接觸氧化池中生物量、氧的利用率、水流條件和廢水與生物膜的接觸反應(yīng)情況等有較大影響;分為硬性填料、軟性填料、半軟性填料、及球狀懸浮型填料等:四、生物接觸氧化池的計(jì)算與設(shè)計(jì)1、一般原則一般采用有機(jī)負(fù)荷法進(jìn)行設(shè)計(jì);有機(jī)負(fù)荷最好通過試驗(yàn)確定,一般處理城市廢水時(shí)

28、可采用1.01.8kgBOD5/m3.d;廢水在池中的水力停留時(shí)間不應(yīng)小于1.0h(按填料體積計(jì)算);進(jìn)水BOD5濃度過高時(shí),應(yīng)考慮出水回流;2、設(shè)計(jì)計(jì)算方法 生物接觸氧化池的有效容積(即填料體積)V:式中Q均日流量,m3/d; Si進(jìn)水BOD5濃度,mg/l; Se出水濃度,mg/l; LvBOD有機(jī)容積負(fù)荷,kgBOD5/m3.d 有效接觸時(shí)間(t) 池深(H0) H0 = H + h1 + h2 + h3式中:H填料高度,m; h1超高,一般取0.5m; h2填料層上部水深,一般為0.40.5m;h3填料至池底的高度,在0.51.5m之間。五、生物接觸氧化池的運(yùn)行與管理1、啟動(dòng)調(diào)試:?jiǎn)?dòng)

29、調(diào)試時(shí)須培養(yǎng)生物膜,其方式類似活性污泥的培養(yǎng),可間歇或連續(xù)進(jìn)水;注意營(yíng)養(yǎng)平衡(C、N、P)、pH值、抑制物濃度等;應(yīng)對(duì)生物膜的生長(zhǎng)情況經(jīng)常觀察,并及時(shí)調(diào)整運(yùn)行條件。2、日常運(yùn)行管理一般應(yīng)控制溶解氧濃度為2.53.5mg/l;避免過大的沖擊負(fù)荷;防止填料堵塞:1) 加強(qiáng)前處理,降低進(jìn)水中的懸浮固體濃度;2) 增大曝氣強(qiáng)度,以增強(qiáng)接觸氧化池內(nèi)的紊流;3) 采取出水回流,以增加水流上升流速,以便沖刷生物膜。第五節(jié) 生物流化床生物流化床是70年代開發(fā)的一種新型生物膜法處理工藝;以比重大于1的細(xì)小惰性顆粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等為載體;廢水以較高的上升流速使載體處于流化狀態(tài);生物固體濃度很高,傳質(zhì)效率

30、也很高,是一種高效的生物處理構(gòu)筑物。一、載體顆粒流化原理載體顆粒的流化,是由于上升的水流(或水流與氣流)所造成的。一般可以有以下三種狀態(tài):1) 固定狀態(tài);2) 流化狀態(tài);3) 流失狀態(tài)二、生物流化床的工藝類型根據(jù)供氧方式、脫膜方式及床體結(jié)構(gòu)等的不同,可分為兩相生物流化床和三相生物流化床。1、兩相生物流化床在生物流化床外設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備,在床體內(nèi)只有液、固兩相;進(jìn)入反應(yīng)器之前,廢水中的DO可達(dá)89mg/l(以純氧為氣源時(shí),可達(dá)3040mg/l)。2、三相生物流化床直接向反應(yīng)器內(nèi)充氧,床體內(nèi)有氣、固、液三相共存;氣體攪動(dòng)劇烈,載體顆粒之間摩擦劇烈,可使表層的生物膜自行脫落,因此一般無需體外脫膜

31、裝置。三、生物流化床的構(gòu)造主要包括反應(yīng)器、載體、布水裝置、充氧裝置和脫膜裝置等。1、反應(yīng)器:一般呈圓柱狀;高徑比一般采用34:1;若采用內(nèi)循環(huán)三相生物流化床時(shí),升流區(qū)截面積與降流區(qū)面積之比應(yīng)在1左右。2、載體主要性能: 比重略大于1; 表面比較粗糙; 對(duì)微生物無毒性; 不與廢水物質(zhì)反應(yīng); 價(jià)廉易得。常用載體有:砂粒、無煙煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯顆粒;生物固體濃度與載體投加量有直接關(guān)系。2、布水設(shè)備對(duì)兩相生物流化床,布水均勻十分關(guān)鍵;對(duì)三相生物流化床,由于有氣體的攪拌,布水設(shè)備不十分重要。4、充氧裝置5、脫膜裝置一般三相生物流化床不需設(shè)置專門的脫膜裝置;在兩相生物流化床系統(tǒng)中常設(shè)的脫膜裝

32、置有: 振動(dòng)篩 葉輪脫膜裝置 刷式脫膜裝置四、生物流化床的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題: 生物固體濃度高(1020g/l),因此容積負(fù)荷較高(78kgBOD5/m3.d以上),水力停留時(shí)間可大大縮短,基建費(fèi)用較??; 無污泥膨脹或其它生物膜法中的濾料堵塞; 能適應(yīng)不同濃度范圍的廢水,能適應(yīng)較大的沖擊負(fù)荷; 由于容積負(fù)荷和床體高度較大,占地面積較?。?實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)較少,對(duì)于床體內(nèi)的流動(dòng)特征尚無合適的模型描述,在進(jìn)行放大設(shè)計(jì)時(shí)有一定的不確定性。第五章 廢水好氧生物處理工藝(3)其它工藝第一節(jié) 氧化溝工藝氧化溝也稱氧化渠,又稱循環(huán)曝氣池,是活性污泥法的一種變形;是20世紀(jì)50年代荷蘭的Pasveer首先設(shè)計(jì)

33、的;最初一般用于日處理水量在5000m3以下的城市污水。一、氧化溝的工作原理與特征1、氧化溝的工藝流程圖1 氧化溝及氧化溝系統(tǒng)平面圖原廢水沉砂池格柵二沉池氧 化 溝出水回流污泥圖2 以氧化溝為主的廢水處理流程2、氧化溝的特征 池體狹長(zhǎng),(可達(dá)數(shù)十米甚至上百米);池深度較淺,一般在2米左右; 曝氣裝置多采用表面機(jī)械曝氣器,豎軸、橫軸曝氣器都可以; 進(jìn)、出水裝置簡(jiǎn)單; ¾¾構(gòu)造上的特征 氧化溝呈完全混合¾推流式;溝內(nèi)的混合液呈推流式快速流動(dòng)(0.40.5m/s),由于流速高,原廢水很快就與溝內(nèi)混合液相混合,因此氧化溝又是完全混合的; BOD負(fù)荷低,類似于活性污泥法的延

34、時(shí)曝氣法,處理出水水質(zhì)良好; 對(duì)水溫、水質(zhì)和水量的變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性; 污泥產(chǎn)率低,剩余污泥產(chǎn)量少; 污泥齡長(zhǎng),可達(dá)1530d,為傳統(tǒng)活性污泥法的36倍; 世代時(shí)間很長(zhǎng)的細(xì)菌如硝化細(xì)菌能在反應(yīng)器內(nèi)得以生存,從而使氧化溝具有脫氮的功能。二、氧化溝的幾種典型的構(gòu)造型式目前主要的氧化溝形式有:Carrousel氧化溝、Orbal氧化溝、交替工作式氧化溝、曝氣沉淀一體化氧化溝等四種。1、Carrousel 式氧化溝 (圖3)Carrousel 式氧化溝又稱平行多渠形氧化溝;是60年代末荷蘭DHV公司開創(chuàng)的。采用豎軸低速表面曝氣器;水深可達(dá)44.5m,溝內(nèi)流速達(dá)0.30.4m/s;混合液在溝內(nèi)每520m

35、in循環(huán)一次;溝內(nèi)混合液總量是入流廢水量的3050倍;BOD5去除率可達(dá)95%以上,脫氮率可達(dá)90%,除磷效率可達(dá)50%;應(yīng)用廣泛,最大規(guī)模為650000m3/d;在國(guó)內(nèi)主要有昆明蘭花溝污水處理廠、上海龍華肉聯(lián)廠、桂林市東區(qū)廢水廠等。2、Orbal氧化溝 (圖4)Orbal氧化溝又稱同心圓型氧化溝,其主要特點(diǎn)如下: 圓形或橢圓形的溝渠,能更好地利用水流慣性,可節(jié)省能耗; 多溝串聯(lián)可減少水流短路現(xiàn)象; 最外層第一溝的容積為總?cè)莘e的6070%,其中的DO 接近于零,為反硝化和磷的釋放創(chuàng)造了條件; 第二、三溝的容積分別為總?cè)莘e的2030%和10%,而DO則分別為1和2mg/l; 這種溝渠間的DO濃度

36、差,有利于提高充氧效率;Orbal氧化溝在國(guó)內(nèi)的主要工程實(shí)例有: 撫順石油二廠廢水處理站(28,800m3/d); 北京燕山石化公司新建廢水處理廠(60000m3/d); 成都市天彭鎮(zhèn)污水處理廠。3、交替工作氧化溝交替工作氧化溝由丹麥Kruger公司所開發(fā)的,有二溝和三溝式兩種形式;其主要特點(diǎn)是其中的每一條溝均交替用做曝氣池和沉淀池,而無需二沉池和污泥回流裝置;但其中的曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率較低,D型二溝只有40%,三溝式則提高到了58%;圖5:VR型氧化溝 圖6:D型氧化溝 圖7:三溝交替工作的氧化溝其中的三溝式氧化溝,特點(diǎn)如下: 兩側(cè)的A、C二溝交替地作為曝氣池和沉淀池,而B溝則一直充作曝氣池;

37、 原廢水交替地從A溝和C溝進(jìn)入,而出水則相應(yīng)地從C溝及A溝流出; 曝氣器的利用率較高(58%); 交替運(yùn)行的方式,為脫氮?jiǎng)?chuàng)造了條件,有良好的BOD去除效果和脫氮效果。交替工作氧化溝的主要工程實(shí)例: 邯鄲市東污水處理廠(100000m3/d),三溝; 蘇州市河西污水處理廠(80000m3/d),三溝; 南通市污水處理廠(25000m3/d),五溝。4、曝氣沉淀一體化氧化溝一體化氧化溝是20世紀(jì)80年代由美國(guó)開發(fā)的,主要有:側(cè)溝型(圖8)、BMTS型(圖9)、船型(圖10)三、氧化溝的設(shè)計(jì)參數(shù)當(dāng)處理對(duì)象為城市廢水時(shí),各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)可參考如下:MLSS(X)¾¾5000mg/l;M

38、LVSS(Xv)¾¾20004000mg/l;污泥齡(qc)¾¾ 當(dāng)僅要求BOD5去除,qc=58d; 當(dāng)要求硝化反應(yīng)時(shí),qc=1030d;HRT(t)¾¾20、24、36、48h,應(yīng)根據(jù)對(duì)出水水質(zhì)的要求而定;LsBOD¾¾0.030.07kgBOD/kgMLSS.d;LvBOD¾¾0.10.2kgBOD/m3.d;回流比R¾¾50150%v(混合也在溝渠內(nèi)的流速)¾¾0.40.5m/s;v(溝底流速)¾¾0.3m/s。當(dāng)對(duì)氧化溝要求硝

39、化與反硝化功能時(shí),還應(yīng)考慮反硝化所需的容積。四、氧化溝工程實(shí)例 ¾¾昆明蘭花溝廢水處理廠 昆明蘭花溝污水處理廠工藝流程圖昆明蘭花溝污水處理廠平面布置圖1、昆明蘭花溝污水處理廠的基本情況:昆明蘭花溝污水處理廠所處理的原污水中生活污水約占50%,另外50%為以食品加工和化工生產(chǎn)廢水為主的工業(yè)廢水。原污水水量在旱季時(shí)為55000m3/d,在雨季時(shí)為165000m3/d。原水水質(zhì)及經(jīng)過污水廠處理后的出水水質(zhì)如下表所示:項(xiàng)目pHBOD5CODTNTPSSNH3-NTKN單位(mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)原廢水旱季6.5-9.018

40、0350-400302-4200-雨季-120250-30020-150-處理出水7.0-8.0<15<50<10<1.0<15<1.0<6.02、昆明蘭花溝污水處理廠的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下: BOD5污泥負(fù)荷 ¾¾ 0.05kgBOD/kgMLSS.d; BOD5容積負(fù)荷 ¾¾ 0.2kgBOD/m3.d; MLSS ¾¾ 4000mg/l; 污泥齡 ¾¾ >30d; 污泥回流比 ¾¾ 100%。 DO值: 厭氧池 ¾¾ 0mg/

41、l ¾¾ 釋放回流污泥中的P; 氧化溝I ¾¾ 0.51.0mg/l ¾¾ 降解BOD、硝化反應(yīng); 氧化溝II ¾¾00.5mg/l ¾¾ 硝化、反硝化反應(yīng); 富氧池 ¾¾ >2.0mg/l ¾¾ 吸收磷(過量)。第二節(jié) AB(吸附生物降解)法工藝AB法工藝即吸附生物降解(Adsorption-Biodegradation)工藝,是由德國(guó)亞琛大學(xué)Bohnke教授于20世紀(jì)70年代中期開創(chuàng)的。一、AB法的工藝流程及特征1、AB法的工藝流程2、AB法的主

42、要特點(diǎn):從工藝流程來看,AB法的主要特點(diǎn)為: 在AB法中不設(shè)初沉池,由吸附池和中間沉淀池組成的A段為一級(jí)處理系統(tǒng); B段則由普通的曝氣池和二沉池組成; 因此在AB法中的A、B兩段各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng),從微生物的角度來看,AB兩段是完全分開的,各自擁有各自獨(dú)特的微生物群體,有利于分別高效發(fā)揮各自的功能,且有利于整個(gè)系統(tǒng)的功能穩(wěn)定。3、AB法中A段的特征由于在AB法中未設(shè)初沉池,這樣就可以使原廢水中的微生物全部進(jìn)入吸附池,使A段成為一個(gè)開放性的生物反應(yīng)器;這在AB法開創(chuàng)之初,研究者認(rèn)為,城市廢水是通過長(zhǎng)距離的廢水收集管道系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間后才匯集到污水處理廠的,在這樣的一個(gè)過程中,一定會(huì)有適應(yīng)很強(qiáng)

43、的細(xì)菌在廢水收集系統(tǒng)中成長(zhǎng)起來,這些細(xì)菌具有很強(qiáng)的適應(yīng)性;因此,A段的負(fù)荷可以很高,有利于增殖速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)的微生物生長(zhǎng);A段對(duì)廢水中的BOD對(duì)去除率約為4070%,并可使出水的可生化性有所提高,有利于廢水在B段中的繼續(xù)降解;由于負(fù)荷較高,所以在A段中的剩余污泥的產(chǎn)率較高,污泥具有很強(qiáng)的吸附能力;在A段中,微生物對(duì)廢水中有機(jī)物的去除,主要是依靠污泥絮體的吸附作用,其中生物降解作用只占1/3左右。4、AB法中B段的特征AB法中的B段實(shí)際上就是一個(gè)普通的活性污泥系統(tǒng),但其來水為經(jīng)過A段處理后出水,因此其水質(zhì)和水量均較穩(wěn)定,有利于活性污泥功能的充分發(fā)揮;一般來說,其所承擔(dān)的負(fù)荷約為全流程總負(fù)荷的

44、3060%;根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的不同,在B段中的污泥齡一般較長(zhǎng),因此有利于硝化反應(yīng)。二、AB法的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 當(dāng)處理城市廢水時(shí),AB法的主要工藝參數(shù)如下:A段: 污泥負(fù)荷率:2.06.0kgBOD/kgMLSS.d; 水力停留時(shí)間(HRT):30min; 污泥齡(qc):0.30.5d; 溶解氧(DO):0.20.7mg/l。B段: 污泥負(fù)荷率:0.150.3kgBOD/kgMLSS.d; 水力停留時(shí)間(HRT):2.03.0h; 污泥齡(qc):1520d; 溶解氧(DO):1.02.0mg/l。三、AB法的處理工程實(shí)例 青島海泊河污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為812萬(wàn)m3/d,其中工業(yè)廢水約占2/3,主

45、要是紡織、機(jī)械、輕工等工業(yè)廢水,污水處理廠的匯水面積為24km2,服務(wù)人口53萬(wàn)人,其所處理的污水量占全市總污水量的40%,工程總投資1.39億元。由于原廢水的有機(jī)物濃度高,約為一般城市廢水的34倍,且其BOD中約5055%為懸浮固體,因此很適合于采用AB法進(jìn)行處理。青島海泊河污水處理廠的工藝流程如下所示:原廢水與處理后的出水水質(zhì)如下表所示:(mg/l)BOD5CODNH3-NTPSS原廢水800150010081100處理水40150340該廠的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為: A段曝氣池:水力停留時(shí)間(t)為0.8h;污泥負(fù)荷為4.0kgBOD5/kgMLSS.d;池中DO濃度控制為0.5mg/l;其污泥

46、的平均耗氧率為0.38kgO2/kgBOD5; 中間沉淀池:表面水力負(fù)荷為2.0m3/m2.d;水力停留時(shí)間為1.3h; B段曝氣池:水力停留時(shí)間(t)為4.2h;污泥負(fù)荷為0.37kgBOD5/kgMLSS.d;曝氣池中的DO濃度控制為1.5mg/l;其污泥的平均耗氧率為0.93kgO2/kgBOD5; 二次沉淀池:表面水力負(fù)荷為1.1m3/m2.d;水力停留時(shí)間為3.9h。第三節(jié) 序批式間歇反應(yīng)器(SBR)工藝序批式間歇反應(yīng)器(Sequence Batch ReactorSBR)工藝又稱間歇式活性污泥法。一、SBR的工作原理在SBR工藝中,主要的反應(yīng)器只有一個(gè)曝氣池,在該曝氣池中循序完成進(jìn)

47、水、曝氣、沉淀、排水等功能,因此在SBR工藝中反應(yīng)池內(nèi)的運(yùn)行一般可以分為如下的五個(gè)工序:進(jìn)水;曝氣反應(yīng);沉淀:靜止沉淀,效果良好;排水;閑置二、SBR的工藝流程與特征1、SBR的工藝流程SBR的工藝流程如下所示:原廢水出水排放格柵沉砂池初沉池SBR反應(yīng)池剩余污泥 從上述的工藝流程可以看出,與傳統(tǒng)的活性污泥法工藝相比,SBR工藝的流程更簡(jiǎn)單,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 在SBR工藝中無需設(shè)置二沉池,也無需污泥回流系統(tǒng); 有時(shí)還可以不設(shè)初沉池,因?yàn)樵赟BR工藝中,一般設(shè)計(jì)負(fù)荷較低,同時(shí)由于SBR反應(yīng)器從時(shí)間上來看是一種推流式反應(yīng)器,具有相對(duì)較高的基質(zhì)降解速率,所以可以降解進(jìn)水中較多的有機(jī)物; 這樣簡(jiǎn)

48、捷的處理流程有利于平面布置,節(jié)省占地。 2、SBR工藝的主要特征 與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,SBR工藝主要具有以下主要特征: 無需設(shè)置二沉池,其曝氣池兼具二沉池的功能; 無需設(shè)置污泥回流設(shè)備; 在處理某些工業(yè)廢水時(shí),一般無需設(shè)置調(diào)節(jié)池,曝氣池可以兼作調(diào)節(jié)池; 由于SBR的運(yùn)行過程中,會(huì)使得其中的活性污泥交替處在好氧、缺氧狀態(tài),且反應(yīng)器從時(shí)間上來看呈典型的推流式,因此其活性污泥的SVI值較低,易于沉淀,一般不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象; 易于維護(hù)管理,如運(yùn)行管理得當(dāng),處理出水水質(zhì)將優(yōu)于連續(xù)式; 通過對(duì)運(yùn)行方式的適當(dāng)調(diào)節(jié),在單一的曝氣池內(nèi)可完成脫氮和除磷的效果; 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。3、SBR工藝的設(shè)計(jì)關(guān)于

49、SBR的工藝計(jì)算與設(shè)計(jì),目前尚未建立完全適合于自身特點(diǎn)的計(jì)算與設(shè)計(jì)方法,但有眾多的研究者提出了各自的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法;SBR實(shí)際上是傳統(tǒng)活性污泥法的一個(gè)變形,可沿用傳統(tǒng)活性污泥法的計(jì)算公式、設(shè)計(jì)參數(shù);一般仍用有機(jī)負(fù)荷法來確定SBR曝氣池容積,即:式中:V¾¾反應(yīng)器的有效容積,m3; n¾¾在1天內(nèi)運(yùn)行的周期數(shù); Q¾¾在每一周期內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)器的廢水量,m3; Si¾¾原廢水的平均BOD5值,kgBOD5/m3; LvBOD¾¾BOD容積負(fù)荷,kgBOD5/m3.d,一般為0.10.3 kgBOD5/

50、m3.d。三、工程實(shí)例1、美國(guó)Indiana州的Culver市城市廢水處理廠從1980年開始改為間歇式運(yùn)行,有兩座反應(yīng)器,容積均為440 m3,其運(yùn)行數(shù)據(jù)如下表所示:流量/周期(m3)MLSS(mg/l)LsBOD(kgBOD/kgSS.d)污泥齡(d)污泥產(chǎn)率(kgSS/kgBOD)能耗(kwh/kgBOD)1#9534500.13.80.563.32#16019500.259.50.822.1在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的時(shí)間安排:進(jìn)水反應(yīng)沉淀排放待機(jī)一個(gè)周期1#2.90.70.70.71.06.02#3.10.40.70.71.16.0運(yùn)行效果如下表所示:原廢水處理水BOD5SSTPNH3-NBOD5SS

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