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  • 氧化沟设计方法探讨

  • 来源:本站原创 时间:2019-03-25 10:50 关注:
  • 目前,我国氧化沟的技术水平与国际先进水平有很大差异。原因是中国没有系统地研究氧化沟技术和设备,仅仅跟踪国际氧化沟技术还不够。因此,氧化沟技术的掌握不够全面。工程中仍缺乏系统科学的设计方法,对新型氧化沟技术,新型池塘和新型配套设备知之甚少。中国已经引入了几种氧化沟技术,应具备分析,比较和吸收消化的条件。

    首先,氧化沟是一种延迟曝气活性污泥法,其原理和参数已在大量文献中有报道。除考虑去除碳源污染物外,氧化沟的设计还考虑了污水硝化和污泥稳定的问题。设计参数和方法对于去除不同的污染物是不同的。例如,考虑到污泥稳定氧化沟的设计,设计参数主要考虑污泥龄和内源呼吸率,而不是传统活性污泥法中的污泥负荷。此时,氧化沟的停留时间实际上是出口。参数。其次,氧化沟最重要的特征之一是专用曝气设备需要同时满足池中的氧化和沿沟渠的水流。特别需要充分了解和掌握氧化沟的水力特性。设备的水力特性是制造商产品的特征。大多数设计单元都没有很好地掌握,导致设备故障,因为设备模型和参数不准确。这也与大多数氧化沟工艺及其专利和设备密切相关。由于外国公司对专有技术的保密,氧化沟技术的发展已经出现,但用于理解基本工艺的开放技术信息并没有增加。因此,有必要加强创新研究,以提高中国氧化沟工艺的技术水平。通过对国内外数据的综合分析,提出了一种氧化沟的总体设计方法,供国内同行参考设计。

    1氧化沟的设计方法

    1.1删除

    氧化沟中碳源基质的去除动力学与活性污泥法的动力学完全一致。对于完全混合系统,以下公式可用于稳态[1]

    氧化沟设计方法探讨

    (xv)——反应中涉及的污泥量

    q——污水处理

    v——参与反应的好氧区体积

    s——流出物基质bod5浓度

    y——污泥产量系数

    x——污泥浓度

    Θc——污泥龄

    S0——进水基质bod5浓度

    Ks——半饱和常数

    Kd——内源性代谢常数

    Μmax——基板利用率

    1.2硝化作用

    氨氮的硝化涉及两种不同的硝化细菌:硝化细菌和尼古丁。

    2nh3nh + 4在水的作用下

    在亚硝化作用下

    2NH + 4 + 3o22no-2 + 2H 2 O + 8H +

    在硝化细菌的作用下

    2NO 2 + o22no -3-总回复

    NH4 ++ 2o2no3- + 2H ++ H2O

    因此,从化学计量的角度来看,1.0千克氮气需要4.6千克氧气,实际生产数据很小,范围从3.9到4.3 kgo2/kgn。这是因为一部分氮用于细菌合成,并且硝化细菌可以从污水中的二氧化碳和碳酸氢盐获得一部分氧。由于上述反应产生氢离子,碱度被消耗,每1mg nh3-n消耗7.14mg/l的碱度。此外,从文献中已知,1mg体重的氧化产生0.3mg/l的碱度[2]。

    据报道,硝化反应的温度范围为(5至45)℃,但(25至32)℃是最佳温度范围。最佳pH值范围为7.8至9.2。虽然硝化过程也可以在低溶解氧的条件下发生,但硝化细菌的生长速率低。为了避免氧气限制,反应槽中的溶解氧优选控制在3-4mg/l。温度对生长速率影响的公式可以用Arunius公式表示,其中温度常数θ=1.12(5°C~20°C)。对于城市污水,可以使用表1中的污泥龄θc[2]

    在冬季,水温低于10℃。如果θc<10d,硝化反应通常进行得很差。如果θc10d,只有氧化沟的曝气能力才能满足总氧化需求,并保持高溶解氧,就可以获得良好的硝化速率。在北欧国家,硝化加载阶段通常选择0.05至0.10kg bod5/kg mlss,硝化速率约为1.6mgnh3-n /(gvss * d)(10℃)。

    1.3污泥稳定性

    在设计氧化沟时考虑的第二个因素是污泥的稳定性。理论上,应选择氧化沟污泥的年龄,以便所有挥发性固体通过内源呼吸完全降解,无论是厌氧消化还是需氧消化。如果反应时间足够长,则细胞降解过程中23%的残留物是不可生物降解的。由于每日vss产率为yq(s0-s),因此可生物降解的部分为0.77 yq(s0-s)。如果系统的可生物降解部分中的固体物质是fbx(fb是vss的可生物降解系数),则它处于稳定状态。

    0.77yq(S0-S)=kdfb(XV)(5)

    因此根据污泥龄的定义

    Adams和eckenfelder给出了计算混合物可生物降解部分的比率fb的公式[3]

    也可以计算污泥负荷比(f/m)

    等式(6)和(8)是考虑到污泥稳定性问题计算污泥龄和有机负荷的公式。毫无疑问,温度对上述公式中参数y,kd的影响非常大。对于延迟曝气氧化沟温度常数(θ=1.01~1.03),该值较小,因此对温度的影响不显着。污泥稳定所需的有机负荷和污泥龄通常远远超过完全硝化所获得的值。1.4脱氮反应

    在没有溶解氧(缺氧)的情况下,尽管溶氧在氧化沟的本体溶液中存在,但缺氧条件实际上是指微生物在其中生长的微环境(即,在生物絮团中或在生物膜中)。去除碳的异养微生物可以使用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体将它们还原为氮。减少1.0 mgn2产生2.86 kgo2。如果污水需要脱氮,则要除去的氮量为δn(kg/d)

    ΔN=Q(N0-N)×-δxFN(9)

    在公式中,入口和出口中的总氮浓度为n0,n——

    Δx——剩余污泥

    Fn——剩余污泥的氮含量一般为0.07kgn/kgmlvss

    除氮需要考虑污泥中细胞的氮含量。由细胞合成的碳,氮和磷的比例为c:n:p=106:16:1,即污泥含有至多12.3%的n和2.6%的杏耀平台注册p。通常在内源呼吸阶段,不可生物降解的部分仅含有7%n和1%p,而剩余污泥中的另一个n杏耀平台,p返回到本体溶液中。因此,污泥中的氮含量取决于污泥龄(θc),污泥龄越长,污泥中的氮含量越小。根据要除去的氮量确定脱氮污泥的量

    (VX)DN=ΔN/KDN(10)

    (vx)dn——反硝化反应中涉及的污泥量,kg

    Kdn——污泥脱氮负荷,kgno-3-n /(kgmlss.d)

    1.5氧化沟总污泥量

    总污泥体积(vx)t和氧化沟的总体积计算如下

    (VX)T=[(XV)+(VX)的dn]/FA(11)

    VT=(XV)吨/(fa.x)(12)

    对于不同类型的氧化沟,引入了有效因子fa,其中氧化沟fa=1.0与体外沉淀池,而其他类型的氧化沟fa是不同的。以三通道氧化沟为例,如果假设三个凹槽的体积相等,那么fa计算如下。

    其中xs1,2,——侧槽mlss浓度

    Xm—— mid-ditch mlss浓度

    Ts——侧槽一个周期时间

    在侧沟的一个循环中Ts1,2——工作时间

    Tm——在一个循环中沟渠的工作时间

    假设污泥均匀分布在氧化沟中,t是三个沟渠周期的总停留时间(包括沉降)的总和。

    FA=(TS1 + TM + TS1)/T(14)

    氧化沟设计方法探讨

    1.6剩余污泥

    虽然动力学设计可以确定生物污泥的产量,但应考虑沉淀池中固体的损失量和惰性物质的存在,这可以通过下式计算。

    其中δs——删除了bod5

    Xi——进水悬浮固体的惰性部分

    Xe——水tss

    当氧化沟在正常模式下运行时,会产生不稳定的残留污泥,在处理之前应该将其稳定。当氧化沟在延迟曝气模式下操作时,污泥量小且稳定。可以根据返回的污泥量和剩余污泥量来选择泵和污泥处理系统。1.7氧化沟需氧量和曝气设备

    在氧化沟系统中,考虑以下过程的总需氧量(d)=氧化有机物需氧+细胞内源呼吸需氧+硝化过程好氧 - 反硝化过程产氧

    d=a'q(S0-S)+b'δx.f+ 4.6(N0-N)-0.07δx.f-2.6δno-3(16)

    其中f—— mlvss/mlss

    Δno-3——减少了no-3

    在确定氧需求量d(aor)后,将其转换为标准状态需氧量(sor)。在确定标准状态需氧量后,根据不同设备制造商的表曝气器样品和手册计算氧化沟系统的总能耗。一旦确定总能量消耗,就可以确定氧化曝气器的数量,氧化沟的形状和分组。

    在该公式中,生活污水的不同污水α——的氧转移率参数为0.5至0.95。

    β——不同污水的饱和溶氧参数,生活污水值为0.90~0.97

    ρ——大气压力校正参数

    Cs——在温度t下饱和溶解氧

    2设计结果和问题讨论

    2.1设计比较

    为了说明氧化沟的设计过程,以三通道氧化沟的数据为例说明了几个设计问题。根据以下数据设计一个替代氧化沟(三沟)处理生活污水

    进水

    BOD5=130毫克/升

    Nh3-n=22mg/l(t=10°C)

    TN=42mg/l的

    SS=160mg/l的

    碱度=280mg/l(按caco3计算)

    Bod515mg /升

    Nh3-n2~3mg/l(t=10°C)

    Tn10~12mg/l(t=10°C)

    Tn=6~8mg/l(t=25°C)

    Tss20mg /升

    最低温度=10°C(最高温度=25°C)

    邯郸氧化沟分为三个系列,每个系列流量q1=33000m3/d,主要设计结果如表2所示。

    2.2原始设计的问题

    清华大学周等人[4,5]对邯郸氧化沟进行了大量现场测量,总结出以下三个问题

    1 nh3-n水中的停留时间和反应时间问题较高。通过实验发现,延长硝化停留时间可以减少流出物的nh3-n。这表明尽管原始设计的停留时间足以去除生物,但是反硝化的停留时间不足。上述问题也可能与污泥龄和操作方式有关。

    2污泥停留时间问题污泥稳定性试验方法通过污泥耗氧率和悬浮固体的干重失重率进行评价。污泥测量结果表明处理后的污泥没有稳定。

    3三通道氧化沟的体积利用从前面的讨论可以看出,三通道氧化沟本身的体积利用率很低(58%)。三个凹槽中的mlss为5.3,2.0和5.0kg/m3。 Fa=0.30与上述理想状态大不相同。三沟mlss的分布与设计的分布有很大差距。这是三通道氧化沟的操作和设计中的主要问题。


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