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Carrousel氧化沟工艺氧化沟工艺Carrousel Oxidation Ditch环境工程08-2班李宁 王洁 王悦1.1.工艺综述工艺综述 1.1 Carrousel氧化沟系统的工艺说明 1.2 Carrousel氧化沟系统的工艺流程 1.3 Carrousel氧化沟系统的工艺特点 1.4 Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法2.2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范 2.1 设计时需要考虑这些因素：2.2 设计计算3.Carrousel3.Carrousel氧化沟未来的研究方向氧化沟未来的研究方向4.4.参考文献参考文献目录目录1.工艺综述工艺综述1.1 Carrousel氧化沟系统的工艺说明 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。第一代为普通Carrousel氧化沟,该种形式氧化沟以去除BOD为主要目的,并具一定的脱氮除磷效果；第二代为Carrousel 2000氧化沟，该种形式氧化沟主要是针对排放标准对氮、磷的严格要求而发展起来的具有脱氮除磷作用的工艺；第三代是Carrousel 3000氧化沟，其最显著的特点是水深很大，减少了占地面积，同时也具备脱氮除磷功效。1.2 Carrousel氧化沟系统的工艺流程1.2.1 普通Carrousel 氧化沟工艺原理 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23mg/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。1.2.1 普通Carrousel 氧化沟工艺原理 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2.54.5，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。1.2.1 普通Carrousel 氧化沟工艺原理1.2.2 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810d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815d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33.5mg/L，缺氧区DO达到00.5mg/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。1.2.3 Carrousel氧化沟构筑物结构图1.3 Carrousel氧化沟系统的工艺特点 与常规污水处理系统相比，Carrousel氧化沟具有以下几个主要优点：(1)在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；(2)污泥稳定，不需消化池可直接干化；(3)工艺极为稳定可靠；(4)工艺控制极其简单；(5)系统性能显示，BOD降解率达95%98%，COD降解率达90%95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；1.3 Carrousel氧化沟系统的工艺特点(6)Carrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，使沟式可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小；(7)Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。1.4 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。1.4.1 污泥膨胀问题1.4.2 泡沫问题1.4.3 污泥上浮问题1.4.4 流速不均及污泥沉积问题1.4 Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法1.4.1 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，细菌吸取了大量营养物质，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11。1.4.2 泡沫问题1.4 Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法 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0.51.5mg/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12。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12。1.4 Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法1.4.3 污泥上浮问题 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0.30.5m/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250300mm，转盘的浸没深度为480 530mm。与氧化沟水深（3.03.6m）相比，转刷只占了水深的1/101/12，转盘也只占了1/61/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.81.2m，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。1.4 Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法1.4.4 流速不均及污泥沉积问题 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1/51/6，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高充氧能力和理论动力效率13。另外，通过在曝气机上游设置水下推动器也可以对曝气转刷底部低速区的混合液循环流动起到积极推动作用，从而解决氧化沟底部流速低、污泥沉积的问题。设置水下推动器专门用于推动混合液可以使氧化沟的运行方式更加灵活，这对于节约能源、提高效率具有十分重要的意义。1.4 Carrousel氧化沟存在的问题及解决方法1.4.4 流速不均及污泥沉积问题2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范2.1 设计设计因素因素 设计时需要考虑这些因素：进水水质、水量、温度、出水水质。进水水质、水量、温度、出水水质。经验数据：经验数据：污泥负荷：0.050.15BOD5/(MLSSd)曝气池的容积负荷：0.20.48BOD5/m水力停留时间：1236h污泥龄：1030d2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范2.2.1 好氧区容容积（V1）：（1）动力学计算方法：式中 V1好氧区有效容积，m；K污水总变化系数；Q平均日污水进水流量，m/d;S0进水基质BOD5浓度，mg/L;S出水基质BOD5浓度，mg/L；Y污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5；c污泥龄，d；XMLVSS浓度，mg/L;kd衰减系数，d-1。（2）有机污泥负荷法2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范式中 NsBOD5污泥负荷，mgBOD5/（mgVSSd）。2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范2.2.2 缺氧区容积（V2）：式中 V2缺氧区有效容积，m；N0进水基质TN浓度，mg/L；Nw随剩余污泥排放去除的氮量，mg/L；N随出水排放带走的氮量，mg/L；Ndn脱氮速率，kgN/(kgMLSSd)。2.2.3 厌氧选择区容积（V3）：2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范式中 V3厌氧选择区有效容积，m 1缺氧区水力停留时间，h；2厌氧区水力停留时间，h。2.2.4 氧化沟的总容积（V）：2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范式中 V氧化沟去除碳、氮、磷所需的总有效容积，m。2.2.5 需氧量2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范可采用经验数据公式：在转化为标准状态需氧量（SOR），公式如下：2.2.5 需氧量2.2 设计计算设计计算2.相关工艺设计规程相关工艺设计规程/规范规范式中 氧转移速率的污水所在参数，对生活污水取值0.500.95;饱和溶解氧的污水所在参数，对生活污水取值0.900.97;Cs温度T时的饱和溶解氧浓度，mg/L；C平均溶解氧浓度，mg/L；大气压修正参数3.Carrousel氧化沟未来的研究方向氧化沟未来的研究方向(1)结合生物膜法，研究和开发生物模型Carrousel氧化沟。这样不仅可以提高单位反应器的微生物总量，从而提高有机负荷，而且生物膜本身具有的内置A/O系统强化了脱氮效果。(2)不断提高Carrousel氧化沟中微生物的活性。例如在氧化沟中投加EM专一菌种、投入铁盐使微生物驯化成生物铁、投入活性炭增强菌胶团的形成并提高耐毒性冲击等。(3)提高Carrousel氧化沟设备性能和监控技术。提高表曝机、水下推进器的性能，减少维修工作量；利用DO、ORP等多目标监控技术及变频技术是今后Carrousel氧化沟科学运行的必由之路。(4)提高Carrousel氧化沟的耐寒、耐毒性能，减少占地面积和工程造价。膜理论的应用、深池水力条件和工艺性能的研究为降低工程造价、提高耐寒耐毒性能等提供了可能的方向1 张自杰，林荣枕，金儒霖，等.废水处理理论与设计M.北京：中国建筑工业 出版社，2002.2 王乐，缪焕权，周业勤.大沥污水处理厂UNITANK工艺的调试运行J.中国 给水排水，2008，24（2）：9394.3 贺永华 沈东升。卡鲁塞尔氧化沟处理城市污水的设计计算。环境工程，2002,20（4）:46494 陈学群 俞爱媚 吕 斌.Carrousel氧化沟技术发展研究，煤炭环境保护，2002,16(4).4.参考文献：参考文献：