Carrousel氧化溝脫氮除磷工藝設計探討

1、Carrousel氧化溝脫氮除磷工藝設計探討             摘要對Corrousel氧化溝脫氮除磷工藝的影響因素及設計參數(shù)的計算進行了較詳盡的闡述，針對氧化溝工藝的特性提出了一整套與進、出水水質密切相關的計算方法。通過對工程實例的設計比較提出了優(yōu)化工藝的建議。 關鍵詞前置反硝化 同步反硝化 碳源 污泥齡 污泥產(chǎn)率 硝化速率 Corrousel氧化溝工藝設計中所涉及的主要參數(shù)是：硝化速率、各反應單元的污泥齡及總污泥齡、反硝化速率或能力、污泥產(chǎn)率、污泥負荷、污泥回流比、

2、最大除磷能力、異養(yǎng)菌體比例、活性污泥濃度、活性污泥需氧量、去除BOD5需氧量等。對以上參數(shù)計算得正確與否將直接影響設計精度及碳化、脫氮除磷的效果。 1 生物除磷脫氮 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，影響除磷效果的因素之一是活性污泥中聚磷菌的含量及其對磷的吸收能力，當總污泥齡為810d時活性污泥中的最大磷含量為其干污泥量的4%，為異養(yǎng)菌體質量的11%，但當污泥齡超過15d時污泥中最大含磷量明顯下降，反而達不到最大除磷效果。因此，一味延長污泥齡(例如20d、25d、30d)是沒有必要的，宜在815d范圍內(nèi)選用，最終應以各反應階段污泥齡的計算公式進行校核，當兩者接近時說明假定是合理的，反之則需重新假定，直至結果相近為止

3、。除磷效果與異養(yǎng)菌體質量和污泥齡、BOD5去除的關系可用下式表示： P0-Pe=0.11ZaLC0·(1-e-0.24tST)(1)式中 P0-Pe進、出水磷濃度之差，mg/LLC0、分別為進水BOD5濃度及其去除率，mg /L、%tST污泥齡，da污泥產(chǎn)率，kg TS/kg BOD5a=0.6(TS0/BOD5+1)-0.072×0.60×1.072(T-15)1/tST+0.08×1.072(T-15)(2)式中Z活性污泥中異養(yǎng)菌體重量所占比例，%Z=B-B2-8.33Ns·1.072(T-15)0.5(3)B=0.555+4.167(1+

4、TS0/BOD5)Ns×1.072(T-15)(4)式中 NsBOD5SS負荷，kgBOD5/(kgMLSS·d)Ns=1/a·tST(5)式中 TS0進水中懸浮固體濃度，mg/L顯而易見除磷效果與多項因素有關，決非為假定厭氧區(qū)HRT=1.5 h那樣輕而易舉可以確定的，且污泥產(chǎn)率也受多項因子的制約，不同的進水水質及污泥齡和水溫得出的污泥產(chǎn)率不同，因此不是簡單地假定a=0.6所能概括的。前置厭氧池有利于聚磷菌對污水中易于降解的有機基質的儲備和對磷的釋放，加強了在好氧條件下對污水中磷的吸收。研究同時發(fā)現(xiàn)，未進行反硝化或反硝化不充分的高濃度NO3-N的存在將阻礙對磷的釋

5、放，聚磷菌將直接利用有機酸呼吸，由其他異養(yǎng)細菌降解有機物，其關系式為： 式中PF當有NO3-N存在時所能除磷的期望值NO3-NpZK(進入?yún)捬醭氐腘O3-N濃度，mg/LNO3-Np=(NO3-N)0+(NO3-N)e·Rp(8)式中(NO3-N)、(NO3-N)e分別為進、出水中的NO3-N濃度，mg/Lf容積比系數(shù)，%f=Vp/(Vp+n+Va)(9)式中Vp、Vn、Va分別為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)反應池容積，m3Rp至厭氧區(qū)之污泥回流比，%a0進水中易降解BOD5所占比例，a0=0.30從上述公式可知，在低基質污水、高NO3-N及高污泥回流比的條件下，為達到同等除磷效果必須通過

6、加大厭氧區(qū)容積的措施予以解決，因而隨意確定厭氧區(qū)的HRT(例如1.0 h、1.5 h等)將事與愿違。盡管人們對好氧區(qū)中伴隨反硝化作用的發(fā)生具有濃厚的興趣，但并不認為當好氧區(qū)的DO達24mg/L時以及在強烈的空氣擾動下阻礙活性污泥絮體直徑的增大也會帶來反硝化作用。同時研究結果表明，當好氧區(qū)DO保持在0.50.7mg/L時才會產(chǎn)生有限的反硝化作用(總氮去除率達65%左右)。這一發(fā)現(xiàn)與以往的研究成果一致，即活性污泥在DO存在時異養(yǎng)細菌將優(yōu)先利用DO作為最終電子受體，只有在缺氧環(huán)境中(僅有NO3-存在時)才有可能利用NO3-被降解時釋放出的氧來降解有機物。 因A2/O系統(tǒng)大量的內(nèi)回流而導致缺氧區(qū)DO增

7、高影響脫氮效果的事實已被大家認同。因此，在前置缺氧區(qū)的氧化溝內(nèi)設置適當?shù)?不宜過大)反硝化段(見圖1)以預先削減來自好氧段的DO，再以無動力回流至前置缺氧區(qū)是必要的。 當有足夠的碳源存在時(前置反硝化)脫氮反應過程迅速，所需反硝化容積??；但當內(nèi)源呼吸時(同步反硝化)脫氮反應過程緩慢，所需反硝化容積大，其關系可用增速系數(shù)K=Vn/(Va+Vn)-0.235表示。從有機物的降解反應和活性污泥的脫氮反應式可以看出，需反硝化的NO3-越多所需碳源越多；反之，如果需反硝化的NO3-濃度高，則必須供給足夠的碳源，而若碳源不足則會影響反硝化能力。為達到設計脫氮量，在不另加碳源的情況下，在有限的范圍內(nèi)可加大反

8、硝化容積來解決(反硝化速度決不單是水溫的函數(shù))，其關系可用下式表示：NO3-Nn/BODs=0.75×0.80Oc2.9 ×(Vn/Va+Vn)(10)或：NO3-NnBOD5=（0.75×0.80×Oc2.9×(VnVa+Vn)0.765(11)式中NO3-NnBOD5反硝化能力，kg(NO3-N)/kg BOD5OcBODs去除需氧量，kgO2/(kg BOD5·d)式(10)適用于同步反硝化，式(11)適用于前置反硝化。Oc=OR/Ns(12)式中 OR單位活性污泥需氧量，kgO2/(kgMLSS·d)OR=0.5&#

9、183;Nv+0.24Z·MLSS·1.072(T-15)(13)式中Nv5容積負荷，kgBOD5/(m3·d)NO3Nn能提供給反硝化區(qū)的硝酸鹽濃度，mg/LNO3-Nn=TN0-TNe-Nus-Nes(14)式中 TN0、TNe分別為進、出水中總氮濃度，mg/LNus、Nes分別為排出剩余污泥中氮合成濃度和出水懸浮濃度中含氮量，mg/LNus=0.125aZ(Lc0-Lr)(15)Nes=0.125Z·Lse(16)式中 LC0、Lse分別為出水中BOD5懸浮物濃度，mg/LLr=Lce=ZLse·1.42(1-e-k1t)(17) 研究表

10、明，硝化速率不僅是污水水溫的單一函數(shù)，且受DO、堿度的影響。通常情況下硝化反應池內(nèi)保持DO在2mg/L左右是可以實現(xiàn)的，不會對硝化速率產(chǎn)生明顯的影響，主要問題是當進水溫度20、堿度低(pH8.08.4)時將會對硝化速率構成影響，其關系可用下式表示：n(T·pH)=max(20)·100.033(T-20)1+0.04(10pH0-pH-1)(18)式中 max(20)當水溫為20時的最大硝化速率，d-1；取max(20)=0.30.4d-1pH、pH0分別為進水和最佳酸堿度，當pH0=8.08.4時max(pH0)=1d-1按式(18)計算的硝化速率即為設計采用值，無需按假

11、定的污泥齡推算硝化速率，以避免假定不合理而產(chǎn)生任意性。通常當硝化速率確定之后取其倒數(shù)作為硝化污泥齡似乎是合理的，但由于目前均采用單一水溫函數(shù)關系推求n，一旦不能滿足設計者的要求時，甚至會出現(xiàn)以穩(wěn)定污泥為理由無限加大污泥齡(例如25、30d等)的問題，這將意味著無限制地增大氧化溝好氧區(qū)容積，故推薦采用下列公式推算硝化污泥齡：E=1-100.051T-1.156(NH3-N)0tSN· n(T·pH)-1(19)式中tSN硝化污泥齡，dENH3-N去除率，%(NH3-N)0進水中NH3-N濃度，mg/L 2 反應池容積計算 以生物除磷脫氮為目標的反應池包括厭氧池、缺氧池和好氧池

12、三部分(或區(qū))，為便于比較，本文也按兩個缺氧區(qū)計算：一部分(完成80%的反硝化)設在氧化溝的后段，該部分容積按同步反硝化方法計算；另一部分(完成20%的反硝化)設在厭氧池之后，該部分容積按前置反硝化方式計算。各區(qū)段所需污泥齡與相應階段容積比的關系可用以下聯(lián)合公式表示： tSR=tSN·（Vn+Va）Va (20)tSP=tSR·（Vn+Va+VP）（Vn+Va）(21)tST=tSP·（Vn+Va+Vp+Vd）（Vn+Va+Vp）(22)式中 tSN、tSR、tSP、tST分別為硝化、反硝化、厭氧階段污泥齡及總污泥齡，dVd二沉池容積，m3；HRT3.0 h氧化溝

13、好氧區(qū)容積也可按下式計算：Va=KaQ(LC0-r)(Ns·MLSS) (23)式中 Q處理污水量，m3/d K變化系數(shù)          3 工程算例 為便于比較，設計基本條件及工藝同引文。處理水量Q=15000m3/d(不考慮變化系數(shù))，進、出水水質見表1。 表1 進、出水水質設計參數(shù)及結果見表2。 表2 設計參數(shù)及結果4 工藝設計優(yōu)化及討論 從表2可知，引文中總有效反應池容積為10016m3(HRT=16.0h)，本文為10394m3(HRT=16.6h)，即總反應池容積比較接近，但從各功能反應區(qū)的容積來看則差別甚大，從而可能導致好氧硝化、厭氧釋磷不徹底(容積偏小)，且大大超出了脫氮所需的缺氧池容積，因而增加了不必要的投資。為避免此種結果的發(fā)生，提出以下幾點改進建議： 宜按照本文提出的公式，緊密結合進、出水質進行各項設計參數(shù)的計算，防止假定的任意性； 要使厭氧池容積減小，一是要