氧化沟设计.doc

氧化沟的工艺系统的设计

1、设计的参数和选择：对于城市污水，氧化沟系统通常的预处理采用粗细格栅和沉砂池，一般不设初沉池。混合液在沟内的循环速度为0.25~0.35 m/s，以确保混合液呈悬浮状态。氧化沟污泥回流比采用60%~200%，设计污泥浓度为1500 ~5000mg MLSS/L，氧化沟中的氧转移效率为1.5~2.1 kg/(kW·h)。设计参数与进出水水质密切相关，与是否脱氮脱磷密切相关。
氧化沟工艺的重要设计参数及相应取值如下：
泥龄：氧化沟的设计泥龄范围为4~48d，通常的泥龄取值为10~30 d。泥龄与温度、脱氮、脱磷要求和要求稳定污泥的程度相关。
有机负荷：氧化沟常用的设计有机负荷取值0.16~0.35 BOD5kg/(m3·d)。
污泥负荷：0.03~0.10 BOD5kg/(kg MLSS·d)
水力停留时间：对于城市污水，采用的数值为6~30 h。

2、氧化沟的工艺系统的设计：
1) 氧化沟工艺设计一般的原则：除考虑有机物的去除和污泥的稳定的要求外，目前氧化沟的设计中，通常考虑脱氮，有时还要考虑脱磷的要求。脱氮时按如下步骤进行：
①确定进水水质和出水水质。
②调查进水的pH值和营养物含量是否适合生物处理的要求；要求脱氮时，应考虑碳源的来源和质量。
③估算用于合成的总氮量和需要去除的总氮量；
④计算硝化菌的生长速率μn和在设计环境条件下硝化所需最小污泥平均停留时间θcm；

式中μn ——硝化菌的生长率(d-1)；
N ——出水的NH4+-N的浓度(mg/L) ；
T ——温度(℃)；
DO ——氧化沟中的溶解氧浓度(mg/L) ；
KO2——氧的半速常数O2（mg/L）,0.45~2.0 mg/L。
则最小污泥平均停留时间为

⑤选择安全系数来计算氧化沟设计污泥停留时间；

式中θcd——设计污泥停留时间(d)；
SF ——安全系数，与水温、进出水水质、水量等因素有关，通常取2.0~3.0。
⑥计算去除有机物及硝化所需的氧化沟体积和水力停留时间；

式中 V——用于硝化及氧化有机物所需的氧化沟有效体积(m3)；
Y——污泥产率系数(kg VSS/kg去除BOD5)，对城市污水取0.3~0.5；
Q——处理水流量(m3/d)；
S0——进水BOD5浓度(mg/L)；
Se——出水BOD5浓度(mg/L)；
θcd——污泥龄(d)，如考虑污泥稳定，θcd取30d左右；
Kd——污泥内源呼吸系数(d-1)，对城市污水，Kd取0.03~1.0 d-1；
X——混合液污泥浓度(kg MLVSS/L)，考虑脱氮时，X取2.5~3.5 kg MLVSS/L。
⑦估算在硝化过程中所消耗的和在反硝化过程中所产生的碱度。通常系统中应保证有大于l00 mg/L(CaCO3计)的剩余碱度(即保持pH≥7.2)，以保证硝化时所需的环境；
剩余碱度(或出水碱度)=进水碱度(以CaCO3计)+3.57×反硝化NO3—-N的量+0.1×去除BOD5的量－7.14×氧化沟氧化总氮的量
式中 3.57——反硝化NO3—-N产生的碱度[ mg/(mg NO3—-N)]；
0.1——去除BOD5产生的碱度[ mg/(mg BOD5)]；
7.14——氧化NH4+-N消耗的碱度[ mg/(mg NH4+-N)]。
⑧选择反硝化速率：

式中 ——实际的反硝化速率[mg NO3—-N/(mgVSS·d)]；
——反硝化速率[mg NO3—-N/(mgVSS·d)]，在温度为15~27℃，城市污水取值范围0.03一0.11；
DO——反硝化条件下的溶解氧浓度(mg/L)。
⑨依据反硝化速率和MLVSS浓度，确定反硝化所要求增加的氧化沟的体积，

式中 V'——反硝化所需氧化沟的反应体积(m3?；
——去除的硝酸盐氮量(kg/d)；
其他符号同前。
因此，氧化沟总体积为
在同时有脱磷要求时，氧化沟前要设专门的厌氧池，厌氧池水力停留时间按l.0~2.0 h考虑，如果进水中快速可降解有机物含量高，水力停留时间可以取得小一些，生物反应系统的污泥停留时间不宜大于20 d。
2) 需氧量的确定：氧的供给是以需氧量为依据的，计算需氧量时，假定除了用于合成的那一部分有机物外，所有有机物都被氧化。同样，除了用于合成的那部分氮外，其余的氮都需被先氧化，然后在反硝化的过程中再被还原，此过程还可获得一部分氧。因此，需氧量可以表示为：
需氧量=[去除的BOD-剩余污泥的BOD]+[去除氮的需氧量-剩余污泥含NH4+-N氧化所需氧量]一反硝化中获得的氧量
用公式可表示为：

式中 O2——同时去除BOD5和脱氮所需的氧量(kg O2/d)；
Q——污水流量(m3/d)；
S0——进水BOD5 (mg/L)；
Se——出水BOD5 (mg/L)；
K——速率常数(d-1)；
t—— BOD试验天数(d)，对BOD5，t=5d；
——每日产生的生物污泥量(VSS kg/d)；
N0——进水氮浓度(mg TKN/L)；
Ne——出水氮浓度(mg TKN/L)；
——还原或反硝化的硝酸盐氮量(mgNO3—-N/L)
得到需氧量后，可根据工艺要求选择曝气设备。由于考虑厌氧或缺氧的要求，还需核算混合需要的最小净输人功率(以确保沟内平均水流速度大于等于0.25m/s)。混合要求的最小功率可用下式计算：

式中 μ——绝对粘滞性系数，20℃时等于1.0087；
P/V——单位体积需要的净输入功率(W/m3)；
MLSS——氧化沟中混合液污泥浓度(mg/L)。
3) 沉淀池的设计：氧化沟工艺由于通常采用延时曝气工艺参数，因此污泥的沉降性能要优于普通活性污泥法工艺。典型的沉淀池设计参数见表1。
表1 氧化沟工艺中沉淀池设计的推荐参数
溢流率[m3/(m2·d)]
固体负荷[kg/(m2·d)]
堰负荷率[m3/(m·d)]
12.2~20.4
4.9~82
124~186

4）剩余污泥量的确定：针对我国城市污水的特点，在泥龄为10~30 d,氧化沟工艺的污泥产率为0.3~0.5kg VSS/kg去除BQD5。剩余污泥量的计算应考虑泥中惰性物质和沉淀池出水流失的固体，基本公式可表示为：

式中 ——总的剩余污泥量(kg/d)；
Q——污水流量(m3/d)；
——[进水BOD5 (mg/L)一出水BOD5 (mg/L)]；
Y——污泥产率，kg VSS/kg去除BOD5；
f——MLVSS/MLSS之比；
θ——设计污泥停留时间(d)；
Xl——污泥中的惰性物质(mg/L)为进水总悬浮物浓度(TSS)与挥发性悬浮物浓度(VSS)之差；
Xe——随出水流出的污泥量(mg/L)。