氧化沟工艺在某市污水处理厂设计中的应用

时间：2024-07-28

任鹏宇，杨秀敏，何正强，赵丰毅，张东亮，乔丁

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西西安710054;2.中国平煤神马集团矸石电厂，河南平顶山467013;3.贵州久联集团房地产开发有限责任公司，贵州贵阳550001)

1 污水厂工程概况

华北某市近期建成以轻工、科研和文教事业为主的小城镇，工业以五个工厂为主体，人口22万人。排水系统采用雨水与污水分流制，生活污水与工业废水为合流制，污水处理厂只考虑处理生活污水与工业废水。地面由北向南坡度为1%，污水处理厂选在南段。南侧有河流，污水排入河流。

2 污水厂工程设计

2.1 污水厂处理规模、处理程度

设计最大流量为Qmax=0.678 m3/s，平均流量为Qd=0.498 m3/s。

要求出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。BOD5去除率达到93.33%，CODcr达到去除率90.00%，SS达到去除率90.00%。污水进水、出水水质见表1。

表1 污水进水、出水水质

2.2 污水厂工艺选择

本工程采用Carrousel氧化沟。该工艺在一池内集中完成厌氧、缺氧、好氧处理过程。由分隔墙分开的沟道相连成为一个闭合的环路，彼此既自成体系，又相互联系。氧化沟内污水循环流动，将好氧区和缺氧区有机的结合起来，使污水自由回流[1]。该工艺具有良好的抗冲击负荷能力、脱氮除磷能力，且运行管理方便，在实际中应用广泛。

2.3 污水厂主体工艺流程

2.3.1 预处理

由污水干管送来的污水首先进入中格栅间。中格栅内安装有两台栅条间隙b=10 mm、栅宽B=1.43 m的格栅除污机和1台皮带输送机等设备。格栅除污机60°倾斜安装，用以拦截污水中较大的悬浮物和飘浮物，然后经由进水泵房提升泵提升至细格栅间。细格栅设有两台栅条间隙b=10 mm、栅宽B=0.71 m的机械细格栅。

图1 污水处理工艺流程图

经细格栅进一步去除污水中细小悬浮物后，出水流入平流沉砂池中。相对密度较大的无机颗粒将下沉，而密度较轻的有机物等随水一起进入后续处理工序。平流沉砂池采用1组两格，单格宽0.8 m。设计流速v=0.25 m/s，时间t=30 s;沉沙池长度L=0.25×30 m=7.5 m;构筑物体积为7.5 m×1.6 m×2.6 m。

2.3.2 Carrousel氧化沟

氧化沟工艺是延时曝气活性污泥法的一种变形。氧化沟的污水处理效果好，一般情况下BOD5去除率可达95%以上，脱氮率可达90%，除磷率在50%左右，如在处理过程中投加适量铁盐，则除磷率可达95%[1]。

Carrousel氧化沟是1967年由荷兰DHV公司开发的，使用立式表面曝气机。早期的工艺是污水不经过预沉淀，直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。曝气机使混合液中的微生物能够得到充足的溶解氧来去除BOD，同时氨被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐。当水流由曝气区流入曝气机下游时，其湍流状态变为平流状态，水流维持在最小流速，能够保证活性污泥处于悬浮状态[2]。污泥的沉降性能改变，从而提高了出水水质。这种氧化沟对BOD的处理效果很好，但脱氮除磷的能力有限。在以后推出的改进的Carrousel 2000系统，又在先前的系统前增加了一个厌氧区和缺氧区，从而极大提高了对碳、氮、磷的去除率。Carrousel氧化沟中使用定向控制的曝气和搅动装置，使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。因此，氧化沟兼具完全混合和推流态的特征，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2.5～4.5 m，宽深比为2∶1，亦有水深达7 m的，沟中水流平均速度为0.3 m/s[2]。本设计采用垂直曝气机进行搅拌、推进、充氧，部分曝气机配置变频调速器。

污泥负荷Ns=0.14 kgBOD/(kgVSS·d)，污泥f=MLVSS/MLSS=0.7，MLSS=3 000 mg/L。氧化沟所需总容积：

设氧化沟四组，每组容积为7 166.67 m3。氧化沟的总长度为L=298.6 m。每组氧化沟有4条沟，每沟段面尺寸为B×H1=6.0 m×4.0 m，每条沟的直线段长度为60 m，圆弧段半径r=6 m。每组氧化沟设出水槽一座，其中安装出水堰门来调节氧化沟内水位和排水量。每沟设计出水堰两扇，启闭机两台。需氧量计算：

碳化需氧量O1=a'QSr=6 020(kg O2/d)，

污泥自身氧化需氧量O2=b'XrV=13839.3(kg O2/d)，

合计实际需氧量R=O1+O2=19859.3(kg O2/d)，

标准需氧量

取值α=0.90、β=0.95、C=2.0、ρ=1.0，得：R0=1 083.4(kg/h)。

选用DY325型倒伞形表面曝气机，直径φ=3.5 m，N=55 kW。每组氧化沟曝气机数量为3台。考虑到备用，每组设4台曝气机，其中2台为变频调速。

2.3.3 二沉池

二沉池在二级处理中，用在生物反应构筑物之后。在活性污泥工艺中，用于泥水分离使混合液澄清并提供污泥回流[4]。二沉池按池内水流方向的不同，可分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池。为了使沉淀池内水流更稳(如避免横向错流、异重流对沉淀的影响、出水束流等)、进出水配水更均匀、存排泥更方便等[4]，常采用圆形辅流式二沉池。本设计采用周边进水周边出水的辅流式沉淀池，由于污泥与水之间存在密度差异，所以能够进行固液分离。辅流式沉淀池选取直径D=40 m，二沉池总高度H=7.1 m。

2.3.4 污泥处理

处理过程中产生的污泥经提升，一部分经污泥井回流至氧化沟，另一部分作为剩余污泥排至贮泥池。采用两座幅流式圆形重力污泥浓缩池，依靠污泥自身的重力进行浓缩。设计直径为8.5 m，总高度为4.66 m，浓缩池排水量4.17 m3/h。用刮泥机刮泥，静压排泥，剩余污泥泵房将污泥送至浓缩池。污泥经过浓缩压榨后脱水形成含水率为80%左右的泥饼，与栅渣、沉砂一起装车外运。

本设计采用一级消化。消化池为圆柱形，固定盖池子。温度为33～35℃的中温消化。考虑到事故和检修，故建两座消化池，每座容积为1 130 m3，总高为16 m。