Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺在城镇污水处理中的运用分析

吴 奂

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺在城镇污水处理中的运用分析

吴 奂

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

文章以某县城污水处理工程采用的Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺设计为依据,简单介绍了此工艺的特征,并结合实际工程的试运行监测结果对Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟在该工程中的处理效果进行了分析,为城镇污水处理设计、工程建设和运行管理提供了有价值的经验。

污水处理;Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺;城镇

湖南省某县城污水处理工程服务范围为该县城老城区和南面的新城区,面积约12.3 km2。工程分两期完成,一期(近期)工程处理规模为3万m3/d,服务范围内人口规模为12.61万人;二期(远期)工程处理规模为6万m3/d,服务范围内人口规模为20万人,本文以一期(近期)工程为例进行介绍。

通过现场调研,并结合目前国内成熟、运行稳定的城镇污水处理技术,工程确定采用Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺作为污水处理的主体工艺。一期(近期)整体工程经试运行,污水处理厂出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准的B标准要求。

1 设计进、出水水质

一期(近期)工程设计处理水量3万m3/d,环保要求处理出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准的B标准要求。

从该县城污水收集状况来看,主要为生活污水和部分工业废水,工业废水量占生活污水的20%。由于这部分工业废水已是工厂达标排放的废水,从而使水中各种金属离子的含量较少,适合采用生物法处理。设计的进、出水水质及其去除率列于表1。

2 废水处理工艺特征

对于城镇污水处理,其所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分,与进水水质、出水要求、处理量、投资大小等等因素密切相关[2]。由于城镇污水的主要污染物是有机物,因此目前国内外大多采用生物处理技术处理城镇污水,又可分为活性污泥法和生物膜法两大类[1,2]。其中,由于生物膜法的处理效率不高,卫生条件较差,我国只有少数几座生物膜法城镇污水处理厂;而活性污泥法具有经济可行、处理效果良好等优点,因此得到广泛应用。

表1 设计进、出水水质及其去除率

常规活性污泥工艺仅能有效地去除CODcr、BOD5、SS,而对氮、磷的去除有一定的限度,氮的去除率约为20%～30%,磷的去除率约为 12%～19%。针对本工程的污水特点,需要对氮、磷有较高的去除率,须采用具有脱氮除磷功能的二级强化处理工艺。目前,城镇污水处理厂常用的脱氮除磷效果的污水处理工艺有氧化沟工艺、A2/O工艺、微动力生物膜法(DEST池)、SBR及其改良工艺等技术,这几种工艺均有其适用性及优缺点。结合本工程进、出水水质要求,考虑工程安全运行、处理成本、管理水平等因素,因此选用Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺作为实施工艺。

Carrousel氧化沟是一种目前在国内应用较为普遍的氧化沟工艺,它的工艺流程与A2/O流程很相似,通过在氧化沟前增设厌氧池,在沟体前(内)增设缺氧区,形成厌氧-缺氧-好氧的工作环境,缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门,根据出水含氮量的要求,调节活门张开程度,可控制进入缺氧区的流量。它的优点在于采用了独特的水力构造,实现了混合液自动缺氧区的内回流,可以取消由好氧池至缺氧池的混合液加流设备,因而节约用于混合回流的能耗。

因为增加了独立的厌氧池和缺氧池,使Carrouesl氧化沟的出水指标可以达到BOD5∶SS∶TP= 10∶15∶1的较高水平。

Carrousel氧化沟使用立式表曝机,曝气机安装在沟的一端,因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区,有利于生物絮凝,使活性污泥易于沉降。BOD5的去除率可达95%～99%,脱氮效率约为90%,除磷效率约为50%[3],如投加铁盐,除磷效率可达95%。

3 工艺流程

城镇污水通过污水收集系统进入本工程后,首先经粗格栅拦截较大的悬浮物和漂浮物后,进入提升泵站集水池,之后由泵提升经细格栅进一步去除固体杂物,经旋流沉砂池去除沉砂后,进入氧化沟,通过厌氧、缺氧、曝气,在微生物作用下,将污水中有机污染物分解为CO2、H2O、N2等物质,其泥水混合物进入二沉池,经沉淀分离并消毒后,清水达标排放。

二沉池的污泥回流至厌氧区,剩余污泥进入污泥池,由泵提升进入污泥处理系统。剩余污泥经机械浓缩、脱水,其上清液返回污水处理系统,泥饼外运至该县城的填埋场填埋。

工艺流程如图1所示。

4 主要构筑物设计参数

主要构筑物设计参数如下:

1.旋流沉砂池:(1)数量:2座;(2)工艺尺寸:D=3.65 m;(3)设计流量:Q=2 500 m3/h。

2.氧化沟。(1)数量:2组;(2)工艺尺寸:单组平面尺寸81.5×32.4 m;(3)有效水深:h=4.0 m; (4)设计流量:单组Q=625 m3/h;(5)总水力停留时间:t=16 h。

3.二沉池。(1)数量:2座;(2)工艺尺寸:D= 32 m;(3)设计规模:3.0×104m3/d。

图1 工艺流程图

5 经济技术指标

5.1 环境效益

本工程建成运行后,该服务范围内的污水实现集中处理排放,可使水中污染物大量去除,对下游水体水质和生态环境起到一定的保护作用。

5.2 劳动定员

本工程工作人员包括生产人员、辅助生产人员、管理技术人员和勤杂服务人员等26人。

5.3 能耗

污水处理厂主要的能耗为电耗,本工程折算为每吨水需耗电0.265 kW·h,每年约需用电286.2万kW·h。

5.4 处理成本

包括电费、药剂费、人工费等,总计:E=0.33元/m3水。

5.5 占地面积

本工程占地面积27 754 m2。

6 工程投资

本工程总投资为8 164.86万元(其中建筑工程费:4 393.22万元;安装工程费:989.58万元;设备及工器具购置费:1 501.63万元;其他费用:1 280.43万元)。

7 运行结果

本工程建成试运行期间,平均处理水量24 960 t/d,工况负荷为83.2%,试运行监测结果如表2所示。

由表2可知,本工程出水水质达到标准要求, CODcr、BOD5的处理效率分别为94.7%、95.4%,均高于设计的去除率,说明Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺对污水中CODcr、BOD5有良好的去除效果。

表2 试运行阶段工程进、出口水质监测结果

8 问题与探讨

1.一般城市污水(由生活污水和工业废水组成)水质为:CODcr为200～500 mg/L,BOD5为100～300 mg/L,可生化性较好[4]。本工程实际运行中生活污水占总水量80%,工业废水占总水量20%,但进水水质 BOD5为 43.93～60.52 mg/L,BOD5/ CODcr=0.24＜0.3,属于较难生化水质。

2.本工程实际运行中SS、NH3-N、TP的去除率并未达到预期效果,因进水浓度较低,出水水质可以达标,如进水浓度升高,处理效果则尚且未知。

分析造成上述问题可能有以下的原因:

1.进水水质中CODcr、BOD5测定时受到干扰,导致BOD5/CODcr比值减小,但可生化性却不差,具体为:(1)某些废水含有的悬浮性有机固体容易在CODcr测定中被重铬酸钾氧化,并以CODcr的形式表现出来,但在BOD5反应瓶中受物理形态限制, BOD5数值较低,致使BOD5/CODcr比值减小;(2) CODcr测定值中包含了某些无机还原性物质(如硫化物、亚硫酸盐、亚铁离子等)所消耗的氧量,BOD5测定值中也包括硫化物、亚硫酸盐、亚铁离子所消耗的氧量,由于CODcr和BOD5测定方法不同,这些无机还原性物质在测定时的终态浓度及状态都不尽相同,即两种测定方法中所消耗的氧量不同,从而直接影响BOD5和CODcr的测定值及其比值[5]。

2.对于SS的去除率未达到设计要求,分析原因是工程实际运行过程中,当氧化沟水力停留时间(HRT)保持在正常状况下,污泥浓度(MLSS)过大导致二沉池出水SS增加,因进水SS浓度较低,处理效果基本达标,但相对去除率降低[5]。

3.影响本工程实际运行中脱氮除磷效果的原因是:(1)泥龄的影响。为了同时达到脱氮和除磷两个目的,与单纯生物除磷系统相比氧化沟系统的泥龄较长,可存活、繁殖世代时间长,增殖速度慢的微生物(如硝化菌),如运行得当,氧化沟可进行反硝化脱氮。不同的泥龄对氧化沟系统的脱氮及有机物的去除情况不同。随着泥龄的增长,氨氮的去除率随之提高,但并非随泥龄的增长而始终提高,当泥龄长到一定值后,污泥的活性降低,脱氮效率开始下降,同时除磷能力也会相应降低。建议本工程在今后的运行中适当调整泥龄,这样既不影响脱氮效果也可提高除磷效率;(2)厌氧区-N的影响。在处理的污水负荷较低、工艺的泥龄较长的情况下,脱氮除磷的效果对厌氧区的-N较为敏感。合适的硝酸盐浓度、充足的碳源以及较高的w(BOD5)/w(TN)比有利于脱氮的完成。此外,硝酸盐还原过程会消耗可供聚磷菌吸收所用的基质,硝酸盐的存在会降低进水的有效w(BOD5)/w(TP)比值,从而影响聚磷菌在缺氧区的有效释磷和在好氧区的过量吸磷;(3)溶解氧浓度的影响。由于系统长期过量曝气,致使回流污泥中溶解氧的质量浓度较高,使厌氧区的-N难以完全反硝化就进入缺氧区,对聚磷菌产生抑制作用。如果严格控制整个系统各段的溶解氧浓度,使厌氧段、缺氧段、好氧段溶解氧质量浓度分别为0.2～0.5 mg/L、＜0.2 mg/L、1.3～2.0 mg/L之间[6],同时优化其它各种条件,就能达到高效脱氮除磷的目的。

9 小 结

经过实际运行证明,使用Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺技术处理本工程是合理可行的,但运行过程中应注重维持适当的污泥浓度(MLSS),保证SS的处理效率,同时严格控制工段曝气量,使系统处于理想的厌氧、缺氧和好氧环境,并适当控制泥龄,以达到高效脱氮除磷的效果。

从总体上看,Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点,对目前我国大部分城镇污水厂的建设具有良好的借鉴作用,因此也具有广阔的应用前景。

[1] 周国庆,张红兵,李玉晖.化工环境保护设计手册[M].北京:化学工业出版社,1998.

[2] 张小平.固体废物污染控制工程[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[3] 北京市环境保护科学研究院等.三废处理工程技术手册:废水卷[M].北京:化学工业出版社,2000.

[4] 张统.污水处理工艺及工程方案设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[5] 区岳州,胡勇有.氧化沟污水处理技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2005.

[6] 赵书华,李长坤,李保臣,等.改良型Carrousel 2000氧化沟工艺的优化控制[J].江苏环境科技,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

吴 奂(1983-),女,助理工程师,主要从事环境影响评价工作。

2010-02-05