吳 奐

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝在城鎮(zhèn)污水處理中的運(yùn)用分析

吳 奐

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

文章以某縣城污水處理工程采用的Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝設(shè)計(jì)為依據(jù),簡單介紹了此工藝的特征,并結(jié)合實(shí)際工程的試運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果對Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝在該工程中的處理效果進(jìn)行了分析,為城鎮(zhèn)污水處理設(shè)計(jì)、工程建設(shè)和運(yùn)行管理提供了有價值的經(jīng)驗(yàn)。

污水處理;Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝;城鎮(zhèn)

湖南省某縣城污水處理工程服務(wù)范圍為該縣城老城區(qū)和南面的新城區(qū),面積約12.3 km2。工程分兩期完成,一期(近期)工程處理規(guī)模為3萬m3/d,服務(wù)范圍內(nèi)人口規(guī)模為12.61萬人;二期(遠(yuǎn)期)工程處理規(guī)模為6萬m3/d,服務(wù)范圍內(nèi)人口規(guī)模為20萬人,本文以一期(近期)工程為例進(jìn)行介紹。

通過現(xiàn)場調(diào)研,并結(jié)合目前國內(nèi)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定的城鎮(zhèn)污水處理技術(shù),工程確定采用Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝作為污水處理的主體工藝。一期(近期)整體工程經(jīng)試運(yùn)行,污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

一期(近期)工程設(shè)計(jì)處理水量3萬m3/d,環(huán)保要求處理出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)要求。

從該縣城污水收集狀況來看,主要為生活污水和部分工業(yè)廢水,工業(yè)廢水量占生活污水的20%。由于這部分工業(yè)廢水已是工廠達(dá)標(biāo)排放的廢水,從而使水中各種金屬離子的含量較少,適合采用生物法處理。設(shè)計(jì)的進(jìn)、出水水質(zhì)及其去除率列于表1。

2 廢水處理工藝特征

對于城鎮(zhèn)污水處理,其所采用的工藝技術(shù)是污水處理廠的核心部分,與進(jìn)水水質(zhì)、出水要求、處理量、投資大小等等因素密切相關(guān)[2]。由于城鎮(zhèn)污水的主要污染物是有機(jī)物,因此目前國內(nèi)外大多采用生物處理技術(shù)處理城鎮(zhèn)污水,又可分為活性污泥法和生物膜法兩大類[1,2]。其中,由于生物膜法的處理效率不高,衛(wèi)生條件較差,我國只有少數(shù)幾座生物膜法城鎮(zhèn)污水處理廠;而活性污泥法具有經(jīng)濟(jì)可行、處理效果良好等優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛應(yīng)用。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)及其去除率

常規(guī)活性污泥工藝僅能有效地去除CODcr、BOD5、SS,而對氮、磷的去除有一定的限度,氮的去除率約為20%～30%,磷的去除率約為 12%～19%。針對本工程的污水特點(diǎn),需要對氮、磷有較高的去除率,須采用具有脫氮除磷功能的二級強(qiáng)化處理工藝。目前,城鎮(zhèn)污水處理廠常用的脫氮除磷效果的污水處理工藝有氧化溝工藝、A2/O工藝、微動力生物膜法(DEST池)、SBR及其改良工藝等技術(shù),這幾種工藝均有其適用性及優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合本工程進(jìn)、出水水質(zhì)要求,考慮工程安全運(yùn)行、處理成本、管理水平等因素,因此選用Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝作為實(shí)施工藝。

Carrousel氧化溝是一種目前在國內(nèi)應(yīng)用較為普遍的氧化溝工藝,它的工藝流程與A2/O流程很相似,通過在氧化溝前增設(shè)厭氧池,在溝體前(內(nèi))增設(shè)缺氧區(qū),形成厭氧-缺氧-好氧的工作環(huán)境,缺氧區(qū)回流渠的端口處裝有一個可調(diào)節(jié)的活門,根據(jù)出水含氮量的要求,調(diào)節(jié)活門張開程度,可控制進(jìn)入缺氧區(qū)的流量。它的優(yōu)點(diǎn)在于采用了獨(dú)特的水力構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)了混合液自動缺氧區(qū)的內(nèi)回流,可以取消由好氧池至缺氧池的混合液加流設(shè)備,因而節(jié)約用于混合回流的能耗。

因?yàn)樵黾恿霜?dú)立的厭氧池和缺氧池,使Carrouesl氧化溝的出水指標(biāo)可以達(dá)到BOD5∶SS∶TP= 10∶15∶1的較高水平。

Carrousel氧化溝使用立式表曝機(jī),曝氣機(jī)安裝在溝的一端,因此形成了靠近曝氣機(jī)下游的富氧區(qū)和上游的缺氧區(qū),有利于生物絮凝,使活性污泥易于沉降。BOD5的去除率可達(dá)95%～99%,脫氮效率約為90%,除磷效率約為50%[3],如投加鐵鹽,除磷效率可達(dá)95%。

3 工藝流程

城鎮(zhèn)污水通過污水收集系統(tǒng)進(jìn)入本工程后,首先經(jīng)粗格柵攔截較大的懸浮物和漂浮物后,進(jìn)入提升泵站集水池,之后由泵提升經(jīng)細(xì)格柵進(jìn)一步去除固體雜物,經(jīng)旋流沉砂池去除沉砂后,進(jìn)入氧化溝,通過厭氧、缺氧、曝氣,在微生物作用下,將污水中有機(jī)污染物分解為CO2、H2O、N2等物質(zhì),其泥水混合物進(jìn)入二沉池,經(jīng)沉淀分離并消毒后,清水達(dá)標(biāo)排放。

二沉池的污泥回流至厭氧區(qū),剩余污泥進(jìn)入污泥池,由泵提升進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。剩余污泥經(jīng)機(jī)械濃縮、脫水,其上清液返回污水處理系統(tǒng),泥餅外運(yùn)至該縣城的填埋場填埋。

工藝流程如圖1所示。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

1.旋流沉砂池:(1)數(shù)量:2座;(2)工藝尺寸:D=3.65 m;(3)設(shè)計(jì)流量:Q=2 500 m3/h。

2.氧化溝。(1)數(shù)量:2組;(2)工藝尺寸:單組平面尺寸81.5×32.4 m;(3)有效水深:h=4.0 m; (4)設(shè)計(jì)流量:單組Q=625 m3/h;(5)總水力停留時間:t=16 h。

3.二沉池。(1)數(shù)量:2座;(2)工藝尺寸:D= 32 m;(3)設(shè)計(jì)規(guī)模:3.0×104m3/d。

圖1 工藝流程圖

5 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

5.1 環(huán)境效益

本工程建成運(yùn)行后,該服務(wù)范圍內(nèi)的污水實(shí)現(xiàn)集中處理排放,可使水中污染物大量去除,對下游水體水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境起到一定的保護(hù)作用。

5.2 勞動定員

本工程工作人員包括生產(chǎn)人員、輔助生產(chǎn)人員、管理技術(shù)人員和勤雜服務(wù)人員等26人。

5.3 能耗

污水處理廠主要的能耗為電耗,本工程折算為每噸水需耗電0.265 kW·h,每年約需用電286.2萬kW·h。

5.4 處理成本

包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)等,總計(jì):E=0.33元/m3水。

5.5 占地面積

本工程占地面積27 754 m2。

6 工程投資

本工程總投資為8 164.86萬元(其中建筑工程費(fèi):4 393.22萬元;安裝工程費(fèi):989.58萬元;設(shè)備及工器具購置費(fèi):1 501.63萬元;其他費(fèi)用:1 280.43萬元)。

7 運(yùn)行結(jié)果

本工程建成試運(yùn)行期間,平均處理水量24 960 t/d,工況負(fù)荷為83.2%,試運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

由表2可知,本工程出水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求, CODcr、BOD5的處理效率分別為94.7%、95.4%,均高于設(shè)計(jì)的去除率,說明Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝對污水中CODcr、BOD5有良好的去除效果。

表2 試運(yùn)行階段工程進(jìn)、出口水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

8 問題與探討

1.一般城市污水(由生活污水和工業(yè)廢水組成)水質(zhì)為:CODcr為200～500 mg/L,BOD5為100～300 mg/L,可生化性較好[4]。本工程實(shí)際運(yùn)行中生活污水占總水量80%,工業(yè)廢水占總水量20%,但進(jìn)水水質(zhì) BOD5為 43.93～60.52 mg/L,BOD5/ CODcr=0.24＜0.3,屬于較難生化水質(zhì)。

2.本工程實(shí)際運(yùn)行中SS、NH3-N、TP的去除率并未達(dá)到預(yù)期效果,因進(jìn)水濃度較低,出水水質(zhì)可以達(dá)標(biāo),如進(jìn)水濃度升高,處理效果則尚且未知。

分析造成上述問題可能有以下的原因:

1.進(jìn)水水質(zhì)中CODcr、BOD5測定時受到干擾,導(dǎo)致BOD5/CODcr比值減小,但可生化性卻不差,具體為:(1)某些廢水含有的懸浮性有機(jī)固體容易在CODcr測定中被重鉻酸鉀氧化,并以CODcr的形式表現(xiàn)出來,但在BOD5反應(yīng)瓶中受物理形態(tài)限制, BOD5數(shù)值較低,致使BOD5/CODcr比值減小;(2) CODcr測定值中包含了某些無機(jī)還原性物質(zhì)(如硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵離子等)所消耗的氧量,BOD5測定值中也包括硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵離子所消耗的氧量,由于CODcr和BOD5測定方法不同,這些無機(jī)還原性物質(zhì)在測定時的終態(tài)濃度及狀態(tài)都不盡相同,即兩種測定方法中所消耗的氧量不同,從而直接影響B(tài)OD5和CODcr的測定值及其比值[5]。

2.對于SS的去除率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,分析原因是工程實(shí)際運(yùn)行過程中,當(dāng)氧化溝水力停留時間(HRT)保持在正常狀況下,污泥濃度(MLSS)過大導(dǎo)致二沉池出水SS增加,因進(jìn)水SS濃度較低,處理效果基本達(dá)標(biāo),但相對去除率降低[5]。

3.影響本工程實(shí)際運(yùn)行中脫氮除磷效果的原因是:(1)泥齡的影響。為了同時達(dá)到脫氮和除磷兩個目的,與單純生物除磷系統(tǒng)相比氧化溝系統(tǒng)的泥齡較長,可存活、繁殖世代時間長,增殖速度慢的微生物(如硝化菌),如運(yùn)行得當(dāng),氧化溝可進(jìn)行反硝化脫氮。不同的泥齡對氧化溝系統(tǒng)的脫氮及有機(jī)物的去除情況不同。隨著泥齡的增長,氨氮的去除率隨之提高,但并非隨泥齡的增長而始終提高,當(dāng)泥齡長到一定值后,污泥的活性降低,脫氮效率開始下降,同時除磷能力也會相應(yīng)降低。建議本工程在今后的運(yùn)行中適當(dāng)調(diào)整泥齡,這樣既不影響脫氮效果也可提高除磷效率;(2)厭氧區(qū)-N的影響。在處理的污水負(fù)荷較低、工藝的泥齡較長的情況下,脫氮除磷的效果對厭氧區(qū)的-N較為敏感。合適的硝酸鹽濃度、充足的碳源以及較高的w(BOD5)/w(TN)比有利于脫氮的完成。此外,硝酸鹽還原過程會消耗可供聚磷菌吸收所用的基質(zhì),硝酸鹽的存在會降低進(jìn)水的有效w(BOD5)/w(TP)比值,從而影響聚磷菌在缺氧區(qū)的有效釋磷和在好氧區(qū)的過量吸磷;(3)溶解氧濃度的影響。由于系統(tǒng)長期過量曝氣,致使回流污泥中溶解氧的質(zhì)量濃度較高,使厭氧區(qū)的-N難以完全反硝化就進(jìn)入缺氧區(qū),對聚磷菌產(chǎn)生抑制作用。如果嚴(yán)格控制整個系統(tǒng)各段的溶解氧濃度,使厭氧段、缺氧段、好氧段溶解氧質(zhì)量濃度分別為0.2～0.5 mg/L、＜0.2 mg/L、1.3～2.0 mg/L之間[6],同時優(yōu)化其它各種條件,就能達(dá)到高效脫氮除磷的目的。

9 小 結(jié)

經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證明,使用Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝技術(shù)處理本工程是合理可行的,但運(yùn)行過程中應(yīng)注重維持適當(dāng)?shù)奈勰酀舛?MLSS),保證SS的處理效率,同時嚴(yán)格控制工段曝氣量,使系統(tǒng)處于理想的厭氧、缺氧和好氧環(huán)境,并適當(dāng)控制泥齡,以達(dá)到高效脫氮除磷的效果。

從總體上看,Carrousel(卡魯塞爾)氧化溝工藝具有投資省、處理效率高、可靠性好、管理方便和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),對目前我國大部分城鎮(zhèn)污水廠的建設(shè)具有良好的借鑒作用,因此也具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 周國慶,張紅兵,李玉暉.化工環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998.

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[6] 趙書華,李長坤,李保臣,等.改良型Carrousel 2000氧化溝工藝的優(yōu)化控制[J].江蘇環(huán)境科技,2004,17(3):15-17.

Analysis of the Practice of Carrousel Oxidation Ditch Technique in Urban Sewage Treatment

WU Huan
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

This paper briefly introduces the characteristics of the Carrousel oxidation ditch technique which is used in a county sewage treatment works,and analyzed the effect of the technique in project combined with practical engineering test run results.Meanwhile,it provides valuable experience for the urban wastewater treatment design,construction works and operational guidance.

sewage treatment;carrousel oxidation ditch process;urban

X703

A

1003-5540(2010)02-0047-04

吳 奐(1983-),女,助理工程師,主要從事環(huán)境影響評價工作。

2010-02-05