Carrousel氧化沟工艺在污水处理中的应用与发展

发布时间: 2007-12-25 00:00:00   编辑:刘敏   来源: sbf胜博发手机版官网原创   浏览次数:

  Carrousel氧化沟工艺在污水处理中的应用与发展

   

  1. 前言

  氧化沟(oxidation ditch)又名连续循环曝气池(Continuous loop reactor),是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的。自从1954年在荷兰的首次投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。

  目前应用较为广泛的氧化沟类型包括:帕斯韦尔(Pasveer)氧化沟、卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟 、奥尔伯(Orbal)氧化沟、T型氧化沟(三沟式氧化沟)、DE型氧化沟和一体化氧化沟。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异,因此各具特点。本文将主要先容Carrousel氧化沟的结构、机理、存在的问题及其最新发展。

  2. Carrousel氧化沟的结构

  Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV企业开发研制。在原Carrousel氧化沟的基础上DHV企业和其在美国的专利特许企业EIMCO又发明了Carrousel 2000系统(见图1),实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟和Carrousel 2000系统正在运行。

  由图可见,Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置,向混合液传递水平速度,从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态,既有完全混合式反应器的特点,又有推流式反应器的特点,沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形,平面形状多为椭圆形,沟内水深一般为2.5~4.5m,宽深比为2:1,亦有水深达7m的,沟中水流平均速度为0.3m/s。氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等,近年来配合使用的还有水下推动器。 

  

  

  图1 Carrousel 2000系统平面结构图

  3. Carrousel氧化沟的机理

  3.1 Carrousel氧化沟处理污水的原理

  最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2~3mg/L。在这种充分掺氧的条件下,微生物得到足够的溶解氧来去除BOD;同时,氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐,此时,混合液处于有氧状态。在曝气机下游,水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态,水流维持在最小流速,保证活性污泥处于悬浮状态(平均流速>0.3m/s)。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧,直到DO值降为零,混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用,混合液进入有氧区,完成一次循环。该系统中,BOD降解是一个连续过程,硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制,这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD,但除磷脱氮的能力有限。

  为了取得更好的除磷脱氮的效果,Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和缺氧区(又称前反硝化区)。全部回流污泥和10-30%的污水进入厌氧区,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,为以后的缺氧池创造缺氧条件。同时,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。厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的缺氧区,所谓缺氧就是池内混合液既无分子氧,也无化合物氧(硝酸根),在此缺氧环境下,70-90%的污水可提供足够的碳源,使聚磷菌能充分释磷。缺氧区后接普通Carrousel氧化沟系统,进一步完成去除BOD、脱氮和除磷。最后,混合液在氧化沟富氧区排出,在富氧环境下聚磷菌过量吸磷,将磷从水中转移到污泥中,随剩余污泥排出系统。这样,在Carrousel 2000系统内,较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。

  3.2 Carrousel氧化沟除磷脱氮的影响因素

  影响Carrousel氧化沟除磷的因素主要是污泥龄、硝酸盐浓度及基质浓度。研究表明,当总污泥龄为8~10d时活性污泥中的最大磷含量为其干污泥量的4%,为异养菌体质量的11%,但当污泥龄超过15d时污泥中最大含磷量明显下降,反而达不到最大除磷效果。因此,一味延长污泥龄(例如20d、25d、30d)是没有必要的,宜在8~15d范围内选用。同时,高硝酸盐浓度和低基质浓度不利于除磷过程。

  影响Carrousel氧化沟脱氮的主要因素是DO、硝酸盐浓度及碳源浓度。研究表明,氧化沟内存在溶解氧浓度梯度即好氧区DO达到3~3.5mg/L,缺氧区DO达到0~0.5mg/L是发生硝化反应及反硝化反应的前提条件。同时,充足的碳源及较高的C/N比有利于脱氮的完成。

  4. Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法

  尽管Carrousel氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是,在实际的运行过程中,仍存在一系列的问题。

  4.1 污泥膨胀问题

  当废水中的碳水化合物较多,N、P含量不平衡,pH值偏低,氧化沟中污泥负荷过高,溶解氧浓度不足,排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀;非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。微生物的负荷高,细菌汲取了大量营养物质,由于温度低,代谢速度较慢,积贮起大量高粘性的多糖类物质,使活性污泥的表面附着水大大增加,SVI值很高,形成污泥膨胀。

  针对污泥膨胀的起因,可采取不同对策: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;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;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);pH值过低,可投加石灰调节;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。

  4.2 泡沫问题

  由于进水中带有大量油脂,处理系统不能完全有效地将其除去,部分油脂富集于污泥中,经转刷充氧搅拌,产生大量泡沫;泥龄偏长,污泥老化,也易产生泡沫。用表面喷淋水或除沫剂去除泡沫,常用除沫剂有机油、煤油、硅油,投量为0.5~1.5mg/L。通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量,也能有效控制泡沫产生。当废水中含表面活性物质较多时,易预先用泡沫分离法或其他方法去除。另外也可考虑增设一套除油装置。但最重要的是要加强水源管理,减少含油过高废水及其它有毒废水的进入。

  4.3 污泥上浮问题

  当废水中含油量过大,整个系统泥质变轻,在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间,易造成缺氧,产生腐化污泥上浮;当曝气时间过长,在池中发生高度硝化作用,使硝酸盐浓度高,在二沉池易发生反硝化作用,产生氮气,使污泥上浮;另外,废水中含油量过大,污泥可能挟油上浮。

  发生污泥上浮后应暂停进水,打碎或清除污泥,判明原因,调整操作。污泥沉降性差,可投加混凝剂或惰性物质,改善沉淀性;如进水负荷大应减小进水量或加大回流量;如污泥颗粒细小可降低曝气机转速;如发现反硝化,应减小曝气量,增大回流或排泥量;如发现污泥腐化,应加大曝气量,清除积泥,并设法改善池内水力条件。

  4.4 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。与氧化沟水深(3.0~3.6m)相比,转刷只占了水深的1/10~1/12,转盘也只占了1/6~1/7,因此造成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。

  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4.0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<

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