A2C氧化沟的脱氮除磷工艺设计

A2C氧化沟的脱氮除磷工艺设计

摘要:对A2/C氧化沟应用于城市污水处理的工艺流程及说明、池体构造、工艺计算方法进行了描述,并结合实际工程进行工艺设计。

关键词:A2/C氧化沟除磷脱氮工艺设计

1 前言

在城市污水脱氮除磷处理工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件,但是在实施过程中由于所需的构筑物多、污泥回流量大,从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。A2 /C(卡鲁塞尔)氧化沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成,各部分用隔墙分开自成体系,但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性,把好氧区和缺氧区有机结合起来,实现无动力回流,节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。

2 工艺流程及说明

A2/C氧化沟的平面布置如下图所示。

城市生活污水与二沉池回流污泥在A2/C氧化沟内设置的圆形混合井进行充分混合后进入厌氧区Ⅰ。该区分为3格,每格都设有水下搅拌器,以防止污泥沉淀。经厌氧反应后的混合液进入缺氧区Ⅱ,并与由氧化沟Ⅲ经回流通道Ⅳ进入缺氧区的回流液充分混合,进行反硝化脱氮和除磷反应。缺氧区Ⅱ的中间部位设导流隔墙,并在适当位置安装水下搅拌器,使该区具有良好的混合与循环条件。经厌氧、缺氧反应后的混合液流入氧化沟Ⅲ进行氧化、硝化、反硝化反应,氧化沟Ⅲ的充氧机械采用倒伞形曝气叶轮,可根据池内DO测定仪控制调节堰出水、改变曝气叶轮浸水深度以达到调节供氧的目的。处理后的水经排出口Ⅴ进入二沉池沉淀,其出水中氨氮含量≤15mg/L,磷含量≤1.0mg/L,可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级标准的B标准。

3 工艺设计

A2/C(卡鲁塞尔)氧化沟主要由3部分构成,即厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ、氧化沟区Ⅲ。其工作原理、计算方法、设计参数、容积大小等因素的确定是设计中要解决的主要问题。

3.1 厌氧区Ⅰ

在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下,兼性细菌将溶解性BOD5转化为低分子发酵产物,生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵产物,并将其运送到细胞内、同化成胞内碳源存贮物,所需能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的水解,并导致磷酸盐的释放。经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在好氧状态下具有很强的吸磷能力,吸收、存贮超出生长需求的磷量,并合成新的聚磷菌细胞、产生富磷污泥,通过剩余污泥的排放将磷从系统中除去。根据其工作原理,在A2/C氧化沟厌氧区Ⅰ的设计中分3格,第1格的功能在于使混合液中的微生物利用进水中的有机物去除回流污泥中的硝态氮,消除硝态氮对厌氧区的不利影响,保证第2、3格中磷酸盐的正常释放。厌氧区Ⅰ的主要设计参数是混合液停留时间。泥水混合液在厌氧区的停留时间一般为1～2h,过长的厌氧停留时间可导致没有低分子发酵产物的磷释放,使得碳源贮存量不足,不能在好氧区产生足够的能量来吸收所有释放的磷。对一般城市生活污水,厌氧区的停留时间取1.5 h。

3.2 缺氧区Ⅱ

泥水混合液由厌氧区Ⅰ进入缺氧区Ⅱ,一部分聚磷菌利用后续工艺的混合液中硝酸盐作为最终电子受体以分解细胞内的PHB,产生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成,同时反硝化菌利用内回流带来的硝酸盐,以及污水中可生物降解的有机物进行反硝化,达到部分脱碳与脱硝、除磷的目的。缺氧区容积包括脱硝、除磷两部分。

a.除磷所需容积:在缺氧条件下聚磷菌吸收磷的速度大于好氧区的速度,为充分利用这一有利条件,在缺氧区磷被吸收所需停留时间一般为0.5～1.0h;

b.脱硝所需容积:缺氧区反硝化菌利用污水中的有机物作反硝化碳源,但是其快速生物降解有机物在厌氧区已被利用,而在缺氧区所能利用的大部分有机物只能是慢速生物降解有机物,因此其反硝化速率可参照后续氧化沟中所采用的数据。通过反硝化速率和确定的混合液MLVSS浓度及要去除的NO3-N量,可求得脱硝所需容积。

3.3 氧化沟区Ⅲ

氧化沟兼有推流型和完全混合型反应池两者的特性,完成一次循环所需时间约为5～20 min,而总的停留时间却很长。氧化沟中有好氧、缺氧交替出现的区域,具有硝化、生物除磷、反硝化的条件。在氧化沟好氧区聚磷菌除了吸收和利用污水中的可生物降解有机物外,主要是分解体内贮积的PHB,产生的能量可供自身生长繁殖,此外还可主动吸收周围环境中的溶解磷,并以聚磷的形式在体内超量贮积。在剩余污泥中含有大量能超量聚磷的聚磷菌,大大提高了A2/C氧化沟系统的除磷效果。同时污水中的氨氮被亚硝酸菌、硝酸菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐。在缺氧区反硝化菌利用亚硝酸盐和硝酸盐中的N3+和N5+作为能量代谢中的电子受体,O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度,有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。氧化沟区Ⅲ的容积由好氧区和缺氧区组成,通过计算好氧区有

机物的去除速率q0和缺氧区的反硝化速率q1,并根据已确定的MLVSS浓度求得好氧和缺氧区所需容积。

⑴好氧区有机物去除速率q0的确定

q0=(μ+k)/y

式中q0——有机物去除速率,kgBOD5/(kgVSS•d);μ——硝化菌比增长率,d-1,μ=1/θ,θ为污泥龄,d;k——异养微生物内源衰减系数,一般取0.05d-1;y——异养微生物的产率系数,一般取0.6kgVSS/kgBOD5;

⑵缺氧区反硝化速率q1的确定

q1=μ1/y1

式中q1——反硝化速率,一般取0.02 kgNO3-N/kgVSS•d;

μ1——脱硝菌的生长率,d-1;

y1——脱硝菌的产率系数,kgVSS/kgNO3-N;

3.4 设计实例

某城市污水量Q=2.0万m3/d,原水CODcr=300mg/L、BOD5=150mg/L、SS=200mg/L、TKN=30mg/L、TP=4.0mg/L、pH=7～9;设计出水水质为CODcr=60mg/L、BOD5=20mg/L、SS=20mg/L、NH3-N≤15mg/ L、TP≤1.0mg/L。

⑴氧化沟区Ⅲ容积的确定

a. 好氧区容积V1

V1=好氧区需要的污泥量/混合液浓度

经计算,MLSS=4.0kg/m3,MLVSS=2.8kg/m3,好氧区需要的污泥量为13000kg,好氧区的容积V1=6190m3,水力停留时间7.43h。

b. 缺氧区容积V2

V2=脱硝需要的污泥量/混合液浓度

经计算,缺氧区容积V2=4285m3,水力停留时间5.14h。

c. 氧化沟区Ⅲ容积=V1+V2=10475m3,水力停留时间t1=12.57h。