A/O脫氮工藝的特點;
(a)工藝簡單,不需要額外的碳源和後曝氣池,以原汙水為碳源,建設和運行費用低;
(b)先反硝化,後硝化,設置內循環,以原汙水中的有機底物為碳源,效果好,反硝化反應充分;
(c)在曝氣池之後,脫氮殘渣可被進壹步去除,從而提高處理水的質量;
(d)階段A攪拌僅懸浮汙泥並避免DO的增加。O段前段采用強曝氣,後段減少氣量,使內循環液的DO含量降低,以保證A段的缺氧狀態。
A/O方法中的問題;
1.由於沒有獨立的汙泥回流系統,無法培養出具有獨特功能的汙泥,難降解物質降解率低;
2.為了提高脫氮效率,必須增加內循環比,從而增加了運行成本。內外循環液來自曝氣池,含有壹定量的DO,使A段難以維持理想的缺氧狀態,影響脫氮效果,脫氮率難以達到90%。
3.影響因素有水力停留時間(硝化> 6h,反硝化< 2h)、循環比MLSS (> 3000mg/L)、泥齡(> 30d )N/MLSS負荷率(< 0.03)、進水總氮濃度(< 30mg/L)。
氧化溝又稱氧化溝,因其封閉的環形溝而得名。它是活性汙泥法的壹個變種。由於汙水和活性汙泥在曝氣槽中不斷循環,有人稱之為“循環曝氣池”和“無終端曝氣池”。氧化溝水力停留時間長,有機負荷低,本質上屬於延期曝氣系統。以下是壹般氧化溝法的主要設計參數:
水力停留時間:10-40小時;
汙泥齡:壹般在20天以上;
有機負荷:0.05-0.15kg BOD 5/(kg mlss . d);
容積負荷:0.2-0.4kg bo D5/(m3 . d);
活性汙泥濃度:2000-6000毫克/升;
溝內平均速度:0.3-0.5米/秒
1.2氧化溝的技術特點;
氧化溝采用連續環流反應器(CLR)作為生物反應池,混合液在反應池內的封閉曝氣通道中連續循環。氧化溝通常在長期曝氣條件下使用。氧化溝利用具有方向控制的曝氣和攪拌裝置將水平速度傳遞給反應池中的物質,從而使被攪拌的液體在封閉的通道中循環。
氧化溝壹般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和攪拌設備組成。溝體的平面形狀壹般為環形,也可以是矩形、L形、圓形或其他形狀。溝渠的端面多為矩形和梯形。
氧化溝工藝水力停留時間長,有機負荷低,汙泥齡長。因此,與傳統的活性汙泥法相比,可以省略調節池、初沈池、汙泥消化池和部分二沈池。氧化溝能夠保證較好的處理效果,主要得益於CLR形式與曝氣裝置特定定位布置的巧妙結合,氧化溝具有獨特的水力特性和工作特性:
1)氧化溝結合了推流和完全混合的特點,對克服短流和提高緩沖能力具有強大的作用。通常情況下,入流布置在氧化溝曝氣區的上遊,出流布置在入流點的上遊點。流入物在通過曝氣區的循環中被很好地混合和分散,混合液體繼續再次圍繞CLR循環。這樣,氧化溝在短期內(如壹個循環)處於推流狀態,長期(如多個循環)處於混合狀態。兩者結合,即使進水至少經過壹個循環,基本消除短流,也能提供較大的稀釋倍數,提高緩沖能力。同時,為了防止汙泥沈積,需要保證溝內有足夠的流速(壹般平均流速大於0.3m/s),汙水在溝內停留時間較長,這就要求進入溝內的汙水立即被大量循環液混合稀釋,因此氧化溝系統抗沖擊負荷能力強,對不可降解有機物的處理能力好。
2)氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度,特別適合硝化-反硝化生物處理工藝。總體來說,氧化溝是完全混合的,但液流不斷向前推進,其曝氣裝置是定位的。因此,曝氣區混合液的溶解氧濃度在上遊較高,然後沿溝渠長度逐漸降低,呈現明顯的濃度梯度,下遊區域溶解氧濃度很低,基本處於缺氧狀態。氧化溝的設計可以根據需要布置好氧區和缺氧區,實現硝化-反硝化過程,既可以利用硝酸鹽中的氧滿足壹定的需氧量,又可以通過反硝化作用補充硝化過程中消耗的堿度。這些都有利於節約能耗,減少甚至消除硝化過程中需要添加的化學藥品的數量。
3)氧化溝內功率密度的不均勻分布有利於氧傳質、液體混合和汙泥絮凝。傳統曝氣的功率密度壹般只有20-30 W/m3,平均流速梯度G大於100 s-1。這不僅有利於氧傳遞和液體混合,也有利於充分切割絮凝的汙泥顆粒。當混合液通過穩定輸送區到達好氧區後期時,平均速度梯度G小於30秒-1,汙泥仍有重新絮凝的機會,因此汙泥的絮凝性能也能得到改善。
4)氧化溝整體功率密度低,可以節能。氧化溝中的混合液壹旦被加速到溝內平均流速,只需要克服沿途的水頭損失和彎道來維持循環,所以氧化溝可以在比其他系統低得多的整體功率密度下維持混合液流動和活性汙泥的懸浮狀態。據國外壹些報道,氧化溝的能耗比常規活性汙泥法低20%-30%。
此外,據國內外統計,與其他生物汙水處理方法相比,氧化溝具有處理工藝簡單、管理方便等優點;出水水質好,工藝可靠性強;基建投資少,運行費用低。
傳統的氧化溝脫氮主要是利用溶解氧在溝內的不均勻分布,通過合理的設計,在溝內產生交替循環的好氧區和缺氧區,從而達到脫氮的目的。它最大的優點是有機物和總氮的去除可以在同壹溝渠中實現,不需要額外的碳源,因此非常經濟。而同壹溝渠中好氧區和缺氧區的體積和溶解氧濃度很難精確控制,因此對脫氮的作用有限,但對除磷的作用不大。此外,在傳統的單溝氧化溝中,硝化菌和反硝化菌在好氧-缺氧-好氧的短期頻繁環境變化過程中,並不總是處於最佳的生長代謝環境,這也影響了單位體積結構的處理能力。
氧化溝缺陷
雖然氧化溝具有出水水質好、抗沖擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易穩定、節能、便於自動控制等優點。但是,在實際操作過程中仍然存在壹系列問題。
4.1汙泥膨脹問題
當廢水中碳水化合物較多時,N、P含量不平衡,pH值較低,氧化溝汙泥負荷過高,溶解氧濃度不足,排泥不暢,容易造成絲狀菌汙泥膨脹。非絲狀菌汙泥膨脹主要發生在廢水溫度低、汙泥負荷高的情況下。微生物的負荷高,細菌吸收了大量的營養物質。由於溫度低,代謝慢,積累了大量高粘度的多糖,大大增加了活性汙泥的表面附著水,具有較高的SVI值,造成汙泥膨脹。
針對汙泥膨脹的原因,可采取不同的對策:由於缺氧、水溫高,可增加曝氣量或減少進水來降低負荷,或適當降低MLSS(控制汙泥回流)來降低需氧量;如果汙泥負荷過高,可增加MLSS調節負荷,必要時可停水悶曝壹段時間;混合液中的養分平衡可以通過添加氮肥和磷肥來調節(bo D5:n:p = 100:5:1);如果pH值過低,可以加入石灰進行調節;漂白粉和液氯(幹汙泥的0.3%~0.6%)能抑制絲狀菌的繁殖,控制化合水汙泥的膨脹[11]。
4.2泡沫問題
由於進水中有大量的油脂,處理系統無法完全有效的去除,部分油脂富集在汙泥中,被轉刷充氧攪拌產生大量泡沫;汙泥齡過長,汙泥老化,也容易產生泡沫。在表面噴水或消泡劑去除泡沫。常用的消泡劑有機油、煤油、矽油,用量為0.5 ~ 1.5 mg/L,增加曝氣池汙泥濃度或適當減少曝氣量也能有效控制泡沫產生。當廢水中有很多表面活性物質時,很容易通過泡沫分離或其他方法預先去除。此外,還可以考慮壹套脫脂裝置。但最重要的是加強水源管理,減少含油量高的廢水和其他有毒廢水的進入。
4.3汙泥漂浮問題
當廢水中含油量過高時,整個系統的汙泥質量變輕,運行中不能很好地控制其在二沈池中的停留時間,容易造成缺氧,產生腐敗汙泥上浮;曝氣時間過長,池內發生高硝化,使硝酸鹽濃度高,二沈池內易發生反硝化,產生氮氣,使汙泥上浮;另外,廢水中含油量過高,汙泥可能會隨油漂浮。
汙泥上浮後,應暫停進水,破碎或清除汙泥,查明原因,調整操作。汙泥沈降差,可加入混凝劑或惰性物質改善沈降;如果進水負荷大,應減少進水或增加回流量;如果汙泥顆粒較細,可以降低曝氣器的轉速;如發現反硝化現象,應降低曝氣量,增加回流或排泥量;如果發現汙泥腐敗,應增加曝氣量,以清除積聚的汙泥,並設法改善池中的水力條件。
4.4流速不均勻和汙泥沈積
在氧化溝中,為了獲得其獨特的混合和處理效果,混合液必須以壹定的流速在溝內循環。壹般來說,最小流速應為0.15m/s,無淤積平均流速應達到0.3 ~ 0.5m/s..氧化溝的曝氣設備壹般為曝氣轉刷和曝氣轉盤,轉刷的浸沒深度為250~300mm,轉盤的浸沒深度為480~ 530mm。與氧化溝水深(3.0~3.6m)相比,轉刷只占水深的1/10 ~ 1/12,轉盤只占1/6~1/7,導致氧化溝上部流速較高。混合液幾乎沒有流速),導致溝底大量積泥(有時積泥厚度達到1.0m),大大減少了氧化溝的有效容積,降低了處理效果,影響出水水質。
安裝上下遊擋板是改善流速分布和充氧能力的有效方法和最方便的措施。上遊導流板安裝在距轉盤(轉刷)軸線4.0(上遊),導流板高度為水深的1/5~1/6,垂直於水面安裝;下遊導流板安裝在距離轉盤(旋轉刷)軸線3.0m處。偏轉器的材料可以是金屬或玻璃纖維增強塑料,但是玻璃纖維增強塑料是優選的。與其他改進措施相比,導流板不僅會增加動力消耗和運行費用,而且會大大提高充氧能力和理論功率效率。
此外,通過在曝氣器上遊設置水下推進器,還可以主動促進曝氣轉刷底部低速區混合液的循環流動,從而解決流速低和氧化溝底部汙泥沈積的問題。設置水下推進器推動混合液,可以使氧化溝的運行方式更加靈活,對節能增效具有重要意義。
SBR-序批式反應器是最早采用的水處理工藝,早在1914年,英國學者Ardern和洛科特發明了活性汙泥法。20世紀70年代初,美國Natre Dame大學的R.Irvine教授在實驗室規模上對SBR工藝進行了系統深入的研究,並於1980年在美國環保局(EPA)的支持下,在印第安納州Culver City改建並投入運行了世界上第壹座SBR汙水處理廠。20世紀80年代前後,由於自動計算機等高新技術的迅速發展和在汙水處理領域的推廣應用,這壹技術取得了很大的進步,使得間歇式活性汙泥法(又稱“間歇式活性汙泥法”)的運行管理逐步實現了自動化。
1流程簡介
SBR工藝的流程按時間順序運行,壹個運行過程分為進水、曝氣、沈澱、潷水和閑置五個階段。在SBR運行過程中,可以根據具體的汙水性質、出水水質、出水水質和運行功能要求,靈活改變各階段的運行時間、反應器內混合液體積的變化和運行狀態。對於SBR反應器,只是時序控制,沒有空間控制障礙,可以靈活控制。因此,SBR工藝發展很快,衍生出許多新的SBR處理工藝。20世紀90年代,比利時SEGHERS公司開發了UNITANK系統,將經典SBR的時間推流與連續空間推流相結合[2] SBR工藝主要有以下變形。
間歇循環延長曝氣活性汙泥法最大的特點是在反應器入口端設置預反應區,整個處理過程連續進水,間歇排水,沒有明顯的反應階段和空轉階段,處理成本低於傳統SBR。由於全程持續進水,沈澱階段泥水分離差,限制了進水。
好氧間歇曝氣系統(主體結構由好氧池DAT池和間歇曝氣池IAT池組成,DAT池連續曝氣,其出水由中墻進入IAT池,IAT池連續曝氣,間歇排水。同時,IAT槽的汙泥回流至DAT槽。具有抗沖擊能力強的特點,具有除磷脫氮功能。
在循環活性汙泥法中,ICEAS的預反應區被壹個體積更小、設計更合理、更優化的生物選擇器所取代。CASS細胞通常分為生物選擇器、缺氧區和好氧區三個反應區,體積比壹般為1: 5: 30。整個過程連續間歇運行,進水、沈澱、潷水、曝氣、汙泥回流。處理系統具有脫氮除磷功能。
UNITANK單元池活性汙泥處理系統綜合了SBR工藝和氧化溝工藝的特點,壹體化設計使整個系統能夠連續進水和連續排水,而單個池相對間歇。該系統可以靈活控制時間和空間,適當增加水力停留時間,實現汙水的脫氮除磷。
改進型序批式反應器(MSBR)是20世紀80年代初根據SBR工藝和A2-O工藝的特點發展起來的壹種理想的汙水處理系統。目前最新的工藝是第三代工藝。MSBR工藝中涉及的壹些專利技術目前為美國Aqua-AerobicSystem公司所有[4]。反應器采用單池多柵模式,恒定水位連續運行。脫氮除磷能力更強。
2 SBR工藝特點和[url=/][color=#0000ff]方法[/color][/url]
3.1加載方法
這種方法類似於連續曝氣池的容積設計。已知SBR反應池的容積負荷NV或汙泥負荷NS、進水Q0和BOD5濃度C0,SBR池容量可由下式快速得到:
體積加載法V = NQ0C0/NV (3)
SVI·MLSS
汙泥負荷法VMIN = NQ0C0 svi/ns (4)
V=Vmin+Q0
3.2充氣時間的加載方法
由於SBR為間歇曝氣,壹個周期內的有效曝氣時間為ta,則壹天的總曝氣時間為nta,因此以下[url=/][color=#0000ff]問題[/color][/url]成立:
①負荷參數選擇依據不足,選擇參數範圍過大(如文獻[url=/][color=#0000ff] [/URL]推薦NV = 0.1 ~ 1.3kg bo D5/(m3·d)等。),不考慮水溫等。
③計算公式中存在SVI、MLSS、Nv、Ns等敏感參數,難以同時做出所有基於經驗的假設,忽略底物的明顯影響,會導致參數間不壹致甚至矛盾;
④在曝氣時間負荷法和動態設計法中,試圖引入有效曝氣時間ta對SBR池容量的影響,但假設的邊界條件並不完全適應各階段的實際反應過程,有機碳的去除僅限於好氧階段的曝氣,忽略了其他非曝氣階段對有機碳去除的影響,使得相同負荷條件下SBR池容量大得驚人。
上述問題的存在不僅不利於SBR法對汙水的有效處理,而且在多方案比較時也不能充分體現SBR法的工程量,會造成投資的高或低。
針對上述問題,提出了壹套以總汙泥量為主要參數的SBR池容量綜合設計方法。
3.4總汙泥量綜合設計方法
這種方法的前提是在SBR反應池中提供壹定量的活性汙泥,並滿足適當的SVI條件,保證沈澱階段和排水階段的沈澱距離和沈澱面積,然後計算最低水深時的最小汙泥沈澱量,再根據最大周期進水計算蓄水量,兩者之和即為所需的SBR池容量。在此基礎上,對曝氣時間內的活性汙泥濃度和最低水深處的汙泥濃度進行校核,以判斷計算結果的合理性。其計算公式為:
TS=naQ0(C0鉻)tT南(10)
vmin = AHmin≥TS SVI 10-3(11)
hmin = Hmax-δH(12)
V = Vmin+δV(13)
在配方裏?TS——單個SBR池中的幹汙泥總量,kg
TT S——總汙泥齡,d
a——SBR池的幾何平面面積,m2
Hmax,Hmin——分別為曝氣時的最高水位和沈澱結束時的最低水位,m
δδH——最高水位與最低水位之差,m
Cr -出水BOD5濃度與出水懸浮物中溶解BOD5濃度之差。這些值是:
Cr = Ce-Z Cse 1.42(1-ek 1t)(14)
在配方裏?CSE——汙水中懸浮固體的濃度,kg/m3。
K1 -耗氧率,d-1
T-BOD實驗時間,d
z-活性汙泥中異養菌的比例,其值為:
z = B-(B2-8.33 ns 1.072(15-T))0.5(15)
b = 0.555+4.167(1+TS0/bo D5)Ns 1.072(15-T)(16)
Ns=1/a tT S (17)
在配方裏?a-汙泥產生系數,即單位BOD5產生的剩余汙泥量,kgMLSS/kgBOD5,其值為:
a = 0.6(TS0/bo D5+1)-0.6×0.072×1.072(T-15)1/〔TT S+0.08×1.072(T-15)〕?(18)
式中TS、BOD 5--分別為進水中懸浮物濃度和bo D5濃度,kg/m3。
t--汙水溫度,℃
公式(9)計算的Vmin是滿足給定沈澱時間條件下活性汙泥沈澱的幾何面積和沈澱距離,將大於現行方法計算的Vmin。
必須指出的是,實際汙泥沈降距離要考慮排水期的沈降效果,稱為保護高度Hb。同時,SBR池中混合液由完全動態混合轉為靜態沈澱時,汙泥在最初的5 ~ 10 min內仍處於湍流狀態,之後逐漸轉為壓縮沈澱,直至排水結束。它們之間的關系可以用下面的公式表示:
vs(ts+TD-10/60)=δH+Hb(19)
vs=650/MLSSmax SVI (20)
將公式(18)代入公式(17)並做相應變換,改寫為:
〔650 A Hmax/TS SVI〕(TS+TD-10/60)=δV/A+Hb(21)
式中vs——汙泥沈降速度,m/h
mlss max——水深為Hmax時的MLSS,kg/m3。
Ts,td -分別為汙泥沈降持續時間和排水持續時間,h
公式(19)中的SVI、Hb、ts和td可經驗假設,Ts和δ V均已知,Hmax可根據鼓風機的風壓或曝氣器的有效水深來設定,其中A可用,δ H可同時求得,以保證在允許的排水幅度範圍內允許的保護高度。因此,從公式(10)和(11)可以分別得到Hmin、Vmin和反應罐容量。
4 SBR是目前[URL =/][color = # 0000 ff][/color][/URL]汙水生物處理的新技術。
SBR工藝應用的壹個關鍵是要求高度的自動化。因此,隨著我國[URL =/economic/][color = # 0000 ff]economic[/color][/URL]建設的不斷發展和研究的不斷深入,預計在不久的將來,在SBR基礎上發展起來的SBR、ICEAS工藝和CASS工藝的應用將在生產上取得突破。