國內(nèi)典型氧化溝的脫氮除磷技術(shù)

國內(nèi)典型氧化溝的脫氮除磷技術(shù)

與傳統(tǒng)性污泥法相比，氧化溝技術(shù)具有簡單的處理過程、高效率、管理和維護(hù)方便、運(yùn)營成本低、剩余生態(tài)污污泥少、且穩(wěn)定。它能承受水質(zhì)和水量的影響，可以去除氮和磷，并具有許多優(yōu)點(diǎn)。1957年第一座氧化溝問世以來,隨著工業(yè)發(fā)展,其工藝不斷演變。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝的不同,氧化溝有以下幾種代表性類型。1垂直表面曝氣機(jī)卡魯塞爾氧化溝是一種單溝式環(huán)形氧化溝,在氧化溝的頂端設(shè)有垂直表面曝氣機(jī),兼有供氧和推流攪拌作用。設(shè)置厭氧、缺氧段的卡式氧化溝(簡稱A2/C氧化溝)是現(xiàn)今較為常見的類型之一。1.1污泥法的工藝流程A2/C氧化溝采用完全混合型與推流型相結(jié)合的延時(shí)曝氣活性污泥法,其獨(dú)特的池型與相應(yīng)曝氣設(shè)備布局使之形成了缺氧—厭氧—好氧工藝流程。該設(shè)備能在缺氧和厭氧條件下,把好氧生物不易降解的大分子有機(jī)物裂解成易于降解的小分子有機(jī)物。1.1.1成胞內(nèi)碳源存貯在厭氧條件下,兼性細(xì)菌將溶解性BOD轉(zhuǎn)化成低分子發(fā)酵產(chǎn)物,生物聚磷菌將優(yōu)先吸附這些低分子發(fā)酵產(chǎn)物,并將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi),同化成胞內(nèi)碳源存貯物,經(jīng)厭氧狀態(tài)釋放磷酸鹽的聚磷菌在好氧狀態(tài)下具有很強(qiáng)的吸磷能力,吸收、存貯超出生長需求的磷量,并合成新的聚磷菌細(xì)胞,產(chǎn)生富磷污泥,通過剩余污泥的排放將磷從系統(tǒng)中除去。根據(jù)其工作原理,在A2/C氧化溝厭氧區(qū)I的設(shè)計(jì)中分3格,第1格的功能在于使混合液中的微生物利用進(jìn)水中的有機(jī)物去除回流污泥中的硝態(tài)氮,消除硝態(tài)氮對(duì)厭氧區(qū)的不利影響,保證第2,3格中磷酸鹽的正常釋放。1.1.2流提供的硝酸鹽等3種溶液泥水混合液由厭氧區(qū)I進(jìn)入缺氧區(qū)Ⅱ,一部分聚磷菌利用后續(xù)工藝的混合液(內(nèi)回流帶來的)中硝酸鹽作為最終電子受體以分解細(xì)胞內(nèi)的PHB(聚β羥基丁酸),產(chǎn)生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成,同時(shí)反硝化菌利用內(nèi)回流帶來的硝酸鹽,以及污水中可生物降解的有機(jī)物進(jìn)行反硝化,達(dá)到部分脫碳與脫硝、除磷的目的。1.1.3好氧生物除磷法氧化溝兼有推流型和完全混合型反應(yīng)池兩者的特性,完成一次循環(huán)所需時(shí)間為5~20min,而總的停留時(shí)間卻很長。氧化溝中有好氧、缺氧交替出現(xiàn)的區(qū)域,具有硝化、生物除磷、反硝化的條件。在氧化溝好氧區(qū)聚磷菌除了吸收、利用污水中的可生物降解有機(jī)物外,主要是分解體內(nèi)貯積的PHB,產(chǎn)生的能量可供自身生長繁殖,此外還可主動(dòng)吸收周圍環(huán)境中的溶解磷,并以聚磷的形式在體內(nèi)超量貯積。在剩余污泥中含有大量能超量聚磷的聚磷菌,因此大大提高了A2/C氧化溝系統(tǒng)的除磷效果。1.2b.2c/c氧化溝法a.普通卡式氧化溝系統(tǒng)采用立式低速攪拌機(jī),溝深可增加到5~8m,其曝氣轉(zhuǎn)碟具有較高的充氧能力和動(dòng)力效率,優(yōu)化控制方便,并可增加水深,節(jié)省用地,從而使曝氣池的占地面積大大減小,且節(jié)省池頂?shù)母采w和相應(yīng)的空氣處理成本。單臺(tái)曝氣設(shè)備功率大,數(shù)量較少,維護(hù)點(diǎn)相對(duì)較少,更易于維護(hù);但溝內(nèi)混合液自由流程很長,由紊流導(dǎo)致的流速不均有可能引起污泥沉淀,影響運(yùn)行效果?？ㄊ窖趸瘻辖Y(jié)構(gòu)從“田徑跑道”式向“同心圓”式轉(zhuǎn)化,池壁共用,降低了占地面積和工程造價(jià),表面曝氣機(jī)使混合液中溶解氧的質(zhì)量濃度增加到2~3kg/L。圓形、集中布置不需要管連接,回流活性污泥可在不同工藝單元間分配,這使各池的停留時(shí)間得到靈活控制。這種設(shè)計(jì)可使選擇器和厭氧池單個(gè)運(yùn)行、排空,而不至于使整個(gè)工藝停運(yùn)。b.A2/C氧化溝將厭氧、缺氧、好氧過程集中在一個(gè)池內(nèi)完成,各部分用隔墻分開自成體系,但彼此又有聯(lián)系。該工藝充分利用污水在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的特性,把好氧區(qū)和缺氧區(qū)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力回流,節(jié)省了去除NO3-N所需混合液回流的能量消耗。c.卡式氧化溝難以避免供氧和攪拌的矛盾,尤其在進(jìn)水水質(zhì)較淡的工況下,節(jié)能須降低表曝機(jī)的轉(zhuǎn)速,會(huì)急劇減弱攪拌能力,導(dǎo)致嚴(yán)重沉淀,淤積污泥。2內(nèi)外溝道的溶解氧奧貝爾氧化溝一般由3個(gè)同心橢圓形溝道組成,沒有很明顯的缺氧及厭氧段,同時(shí)進(jìn)行硝化、反硝化及除磷反應(yīng)。外溝道的供氧量通常為總供氧量的50%左右,但80%以上的BOD可以在外溝道中去除。內(nèi)溝道作為最終出水的把關(guān),一般應(yīng)保持較高的溶解氧,但內(nèi)溝道容積最小,能耗相對(duì)較低。中溝道起到互補(bǔ)調(diào)節(jié)作用,提高了運(yùn)行的可靠性和可控性。奧貝爾氧化溝獨(dú)特的構(gòu)造和機(jī)理,使之以較節(jié)能的方式獲得穩(wěn)定的脫氮除磷處理效果(圖1)。2.1外溝道、硝化、反硝化反應(yīng)在奧貝爾氧化溝中,污水由外溝道進(jìn)入,與回流污泥混合后,由外溝道進(jìn)入中間溝道再進(jìn)入內(nèi)溝道,曝氣池混合液出水流入二沉池?；亓魑勰嘤啥脸卮蚧販系?。在各溝道橫跨安裝有不同數(shù)量水平轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī),進(jìn)行供氧兼有較強(qiáng)的推流攪拌作用,使混合液在各自溝道呈懸浮態(tài)。硝化、反硝化反應(yīng)在奧貝爾系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)進(jìn)行,特別是外溝道中可完成81%甚至100%的硝化作用以及80%以上的反硝化作用。反硝化細(xì)菌利用硝酸鹽中的氧,以有機(jī)物作碳源及電子供體,使有機(jī)物得到分解氧化,這就相當(dāng)于回收了一部分被消耗的氧。其次,在奧貝爾氧化溝中需氧量最大的外溝道有最大的氧傳遞現(xiàn)場校正系數(shù)(因溶解氧平均為零),這就大大減少了實(shí)際所需供氧量。2.2奧貝爾氧化溝流態(tài)及動(dòng)力特性a.有較好的節(jié)能性能。由于外溝道溶解氧平均值很低,氧的傳遞作用是在虧氧條件下進(jìn)行的,具有較高的效率。b.3個(gè)溝道的溶解氧呈0—1—2mg/L(外—中—內(nèi))的梯度分布,不僅使奧貝爾氧化溝具有卓越的脫氮性能,而且大大節(jié)省了能耗。c.奧貝爾氧化溝具有推流式和完全混合式兩種流態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)溝道內(nèi)來講,混合液的流態(tài)基本為完全混合式,具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力;對(duì)于3個(gè)溝道來講,溝道與溝道之間的流態(tài)為推流式,有著不同的溶解濃度和污泥負(fù)荷,兼有多溝道串聯(lián)的特性,有利于難降解有機(jī)物的去除,并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。d.奧貝爾氧化溝采用的曝氣轉(zhuǎn)碟,具有較高的充氧能力和動(dòng)力效率。通過改變曝氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、浸水深度、轉(zhuǎn)速和開停數(shù)量,可以調(diào)整供氧能力和電耗水平;尤其是碟片可以方便地拆裝,更為優(yōu)化運(yùn)行提供了簡便手段。另一方面,由于轉(zhuǎn)碟具有極強(qiáng)的整流和推流能力,氧化溝有效水深可達(dá)4m以上。e.圓形或橢圓形溝型平面布置相對(duì)困難,需要設(shè)立獨(dú)立的沉淀池,這樣雖然有利于獲得穩(wěn)定的水質(zhì),但占地面積尚偏大,中心島增加了無效占地。3氧化溝系統(tǒng)處理DE氧化溝系統(tǒng)由兩個(gè)平行的氧化溝和一個(gè)獨(dú)立的沉淀池組成,這樣可使兩個(gè)平行的氧化溝處理能力大大提高,曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率可達(dá)100%。該系統(tǒng)能夠在兩個(gè)平行的氧化溝內(nèi)分別進(jìn)行硝化、反硝化的反應(yīng),從而達(dá)到生物脫氮的目的;若在該系統(tǒng)之前增設(shè)厭氧池,使回流污泥與原污水在厭氧池中混合,則可以達(dá)到生物除磷的目的。3.1工作原則3.1.1預(yù)處理階段anlDE型氧化溝生物脫氮作用是通過氧化溝本身特殊的運(yùn)行方式,創(chuàng)造一定的條件使硝化和反硝化作用在氧化溝中交替發(fā)生而完成的。DE型氧化溝生物脫氮運(yùn)行過程分為4個(gè)階段(圖2)。階段A:污水經(jīng)分配井進(jìn)入溝I,溝中轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行,僅保持活性污泥混合液的懸浮狀態(tài);溶解氧質(zhì)量濃度低于0.5mg/L,處于缺氧狀態(tài),從而使得經(jīng)前一好氧階段產(chǎn)生的硝酸鹽以原污水為碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。此時(shí),溝I后端的溢流堰打開,泥水混合液由此進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀分離,而溝Ⅱ中的轉(zhuǎn)刷進(jìn)行高速曝氣,將前一階段進(jìn)入該溝的污水在好氧狀態(tài)下(ρDO>2mg/L)進(jìn)行硝化反應(yīng),運(yùn)行時(shí)間15min。階段B:污水經(jīng)分配井進(jìn)入溝Ⅰ、溝Ⅱ、溝Ⅲ,均保持上階段的反硝化、硝化狀態(tài)。但是出水由溝I改為溝Ⅱ,保證進(jìn)入溝Ⅱ的污水中有機(jī)物質(zhì)得到充分降解。運(yùn)行時(shí)間105min。階段C:污水經(jīng)分配井進(jìn)入溝Ⅱ,此時(shí)Ⅱ中轉(zhuǎn)刷低速推流進(jìn)入反硝化狀態(tài),進(jìn)行出水。而溝I中轉(zhuǎn)刷高速曝氣,進(jìn)行硝化反應(yīng)。運(yùn)行時(shí)間15min。階段D:與階段B相似,只是溝Ⅰ、溝Ⅱ進(jìn)出水情況相反,運(yùn)行時(shí)間105min。3.1.2溝轉(zhuǎn)刷階段磷的釋放過程DE型氧化溝前設(shè)置厭氧池,形成厭氧—缺氧—好氧的工藝流程(圖3),創(chuàng)造了有利于生物除磷的最佳運(yùn)行條件。前置的厭氧池配有攪拌器,防止污泥沉淀。污水經(jīng)過厭氧—好氧段達(dá)到除磷的目的,整個(gè)運(yùn)行過程分為4個(gè)階段。階段A:原污水與二沉池回流污泥均流入?yún)捬醭?池中攪拌器使之充分混合,防止污泥沉淀,混合液經(jīng)配水井后流入溝I。溝I在前一段已進(jìn)行了充分曝氣和硝化作用,細(xì)菌已吸收了大量的磷。在階段A,溝Ⅲ中轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行,維持缺氧條件,溝Ⅱ出水調(diào)節(jié)堰板降低,處理后的水由溝Ⅱ排入二沉池。在階段A結(jié)束時(shí),溝I中磷的濃度將會(huì)上升,因?yàn)闇螴處于缺氧條件,進(jìn)行反硝化過程,磷將會(huì)釋放到水中。而溝Ⅱ轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行,進(jìn)行充氧和硝化過程,細(xì)菌吸收污水中的磷,溝Ⅱ中磷的濃度下降。階段B:原污水與二沉池回流污泥經(jīng)混合、配水后還是進(jìn)入溝I,不過此時(shí)溝I、溝Ⅱ轉(zhuǎn)刷均高速運(yùn)行充氧,進(jìn)水中的磷和階段A溝I中釋放的磷進(jìn)入好氧條件的溝Ⅱ中,溝Ⅱ中混合液磷含量低,水由溝Ⅱ排入二沉池。階段C:與階段A相類似,溝I和溝Ⅱ的工藝條件互換,功能剛好相反。階段D:與階段B相類似,階段B和D是短暫的中間階段,溝Ⅰ和溝Ⅱ的工藝條件相同。兩個(gè)溝中轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行充氧使吸收磷的微生物和硝化菌有更多的工作時(shí)間。但溝I和溝Ⅱ的進(jìn)出水情況相反。DE型氧化溝的運(yùn)行基于時(shí)間控制,雙溝交替工作循環(huán)曝氣,雙溝循環(huán)一個(gè)周期的時(shí)間為240min。3.2氧化溝運(yùn)行脫氮法a.DE型氧化溝為雙溝系統(tǒng),設(shè)有獨(dú)立的二沉池和回流污泥系統(tǒng),氧化溝內(nèi)只是交替進(jìn)行著硝化和反硝化,是專為生物脫氮而開發(fā)的新工藝。b.兩個(gè)氧化溝相互連通,串聯(lián)運(yùn)行,可交替進(jìn)出水,溝內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)刷一般為雙速,高速工作時(shí)曝氣充氧,低速運(yùn)行時(shí)只推動(dòng)水流,不充氧。通過兩溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷交替處于高速和低速運(yùn)行,可使兩溝交替處于缺氧和好氧狀態(tài),從而達(dá)到脫氮的目的。c.DE型氧化溝處理工藝的剩余污泥不經(jīng)硝化可直接通過機(jī)械脫水,節(jié)省污泥裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用,對(duì)于西部經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)的中小型城市尤為適用。4氧化溝的改進(jìn)措施a.發(fā)展生物除磷脫氮技術(shù)。至今氧化溝系統(tǒng)多為活性污泥法,可以借鑒生物膜理論,提高單位反應(yīng)器的微生物總量,