奧貝爾氧化溝的特性分析與理論探討
1、1 背景 由于氧化溝工藝運行管理簡單易行，運行效果相對穩定，更適合我國的一些中小城鎮，而奧貝爾氧化溝道優良的脫氮效果以及溶解氧的分布形式，因其不同于傳統的氧段+好氧段的活性污泥脫氮系統，而逐漸成為業內人士關注的焦點。 為什么奧貝爾氧化溝的外溝道會有如此良好的脫氮效果？究竟是由于低氧條件下同時存在的硝化、反硝化，還是由于外溝道中交替出現的好氧、缺氧環境，抑或由于極高的混合液回流比及其他原因？對此，人們提出了3種可能的機理： ●宏觀混合方式造成的缺氧好氧環境：即在高濃度有機物中，微生物對食物的快速好氧降解導致高氧條件下的缺氧環境的形成。這就是宏觀上的“同時硝化反硝化”，它既可以在推流式曝氣池，即在與奧貝爾外溝道相似的缺氧、好氧區中實現，又可以在完全混合式的曝氣池中實現（即低溶解氧條件下的“同時硝化反硝化”）。 ●微環境的缺氧與好氧：就每一個微小的活性污泥絮體而言，其外圍暴露在好氧條件下，而其內部則處于缺氧條件下。 ●新型特種微生物：即存在一種我們以前并未認識到的全新微生物能夠在特定條件下去除營養物。 正是在這種背景下，本文根據IAWQ提出的活性污泥數學模型的原理，通過數學模擬的方法試圖對此進行合理的解釋。 1.2幾個令人困惑的問題與研究的目的 在此背景下，幾個相關的問題隨之而生。 ●奧貝爾氧化溝外溝道的脫氮作用毋庸置疑，但其影響因素究竟是哪些？能否推而廣之，在單溝式氧化溝中采用與奧貝爾氧化外溝道相同的布置，實現優勢工藝的改良與變種？ ●外溝道的脫氮和碳氧化功能占總量的百分比是多少？外溝、中溝、內溝的溶解氧的分布方式的不同又會有哪些影響？與此相關的二沉池的設計又要注意哪些問題？ ●更深入一些，在奧貝爾氧化溝外溝道內，點源與面源曝氣的區別及各自的優勢是什么？正是這些疑問構成了本文研究的目的。 1.2.牛口峪污水處理廠工程測試簡介
2.1 工藝設計參數 牛口峪污水處理廠是北京燕山石化公司30萬噸乙烯改擴建工程的配套環保項目,主要處理化工一廠的工業廢水、化工二廠、化工三廠的部分工業廢水及少量生活污水。該廠采用二級生物處理工藝，生物處理工段為奧貝爾氧化溝，設計規模為60000m3/d,1994年12月投產。生物處理工段設計為平行的兩組，每組包括1個奧貝爾氧化溝和2個二沉池。單個氧化溝的主要設計參數如下： 設計進水流量 1250m3/h 泥齡 35d 有效池容 1733m3 MLSS 4000mg/L MLVSS 3200mg/L 容積分配 外：中：內=56：26：18 溶解氧分布 外-中-內=0-1-2mg/L 每個氧化溝設32組曝氣轉碟，外、中、內溝各安裝8組曝氣器，氧化溝平面布置如圖2.1.1所示。
2.2 測試期間的進出水水質與工藝運行參數 測試期間氧化溝的進出水水質如下表:
| COD mg/L | BOD mg/L | SS mg/L | TKN mg/L | NH4-N mg/L | NOX-N mg/L | TN mg/L | PH | |
| 進水 | 396 | 197 | 31 | 16.1 | 11.6 | 1.6 | 17.44 | 8.0 |
| 外溝 | 37 | 5 | - | 1.89 | 未檢出 | 0.72 | 1.96 | - |
| 中溝 | 24 | 4 | - | 1.09 | 未檢出 | 0.61 | 1.26 | - |
| 內溝 | 24 | 3 | - | 0.95 | 未檢出 | 0.6 | 1.18 | - |
| 出水 | 28 | 3 | 13 | 0.98 | 未檢出 | 1.39 | 1.43 | 8.0 |
| 去除率 | 93% | - | - | 94% | - | - | 92% | - |
“-”在文章表格中表示未檢測或未計算。
實際運行參數見下表：
| 氧化溝運行參數 | 平均值 | 范圍 | |
| 進水流量 | 903 | 851～937 | |
| 水力停留時間(h) | 19 | 18～21 | |
| 水溫 | 15 | 13～16 | |
| 轉碟運 行組數 | 外溝 | 5 | - |
| 中溝、內溝 | 3 | - | |
| 污泥回流比（%） | 61 | 59 ～65 | |
| MLSS（ mg/L) | 3037 | 2923～3245 | |
| MLVSS/MLSS | 0.78 | - | |
| DO(mg/L) | 外溝 | 0 | 0 ～0.3 |
| 中溝 | 0.4 | 0.1～0.9 | |
| 內溝 | 3.5 | 2.9～3.9 |
實際供氧量為： 外溝：中溝：內溝＝58:23:19。
3、低負荷長泥齡下的數學模擬
3.1 概述 ●與奧貝爾氧化溝工藝相關的數學模擬從以下幾個方面進行: ●奧貝爾氧化溝原型工藝模擬——確定模擬參數的可用性； ●混合液回流比的作用——考察奧貝爾氧化溝外溝道高流速造成高回流比對出水效果的影響； ●單溝式氧化溝的脫氮效果——在單溝式氧化溝中采用與奧貝爾氧化溝外溝道同樣的曝氣布置，考察其處理效果； ●低氧完全混合條件下同時硝化、反硝化的效果——低氧完全混合條件下能否實現與奧貝爾氧化溝的外溝道相當的同時硝化與反硝化？ ●在奧貝爾氧化溝的外溝道中采用微孔曝氣器代替曝氣轉碟，是否會得到同樣的效果？ 3.2 奧貝爾氧化溝原形工藝模擬 3.2.1 概述 根據實際情況將外溝道平均分割成8個單元(1#～8#)，4組曝氣轉碟分別置于4個單元中（1#、3#、5#、7#），即每隔一個單元放一組轉碟，中溝道和內溝道分別只設一個單元（9#、10#）其中各
| SI | SS | SMH4 | SNOX | SALK |
| mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | mol/m3 |
| 18.0 | 348 | 16 | 1.6 | 6.0 |
| XI | XS | XH | XA | XSS |
| mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L |
| 6.1 | 24 | 0 | 0 | 31.0 |
3.2.3數學模擬工藝流程及運行參數 工藝流程見下圖:
工藝運行參數如下: 氧化溝池容: V1#～8#=1241m3 V9#=4611m3 V10#=319
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# | 10# | |
| DO | 0.23 | 0.05 | 0.22 | 0.08 | 0.33 | 0.16 | 0.44 | 0.26 | 0.71 | 2.35 |
| SS | 2.38 | - | - | - | - | - | - | 0.31 | 0.24 | 0.28 |
| SNH | 2.6 | - | - | - | - | - | - | 2.51 | 0.46 | 0.13 |
| SNOX | 0.2 | - | - | - | - | - | - | 0.19 | 1.81 | 2.56 |
比較表2.2.1和2.2.2,可知模擬數據能夠與實測數據很好地吻合: 絕大部分有機物和氮在外溝道去除:外溝道總氮為2.7mg/L(實測總氮為2.6mg/L),去除率為84%(實測為
其中，池容V1～6=1655m3。 3.3.2 數學模擬結果 模擬結果見下表。
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | |
| DO | 0.17 | 0 | 0 | 1.61 | 0.12 | 0.01 | 0.31 | 1.16 |
| SS | 6.84 | - | - | - | - | 0.24 | 0.28 | 0.29 |
| SNH | 4.65 | - | <- | - | 4.29 | 1.45 | 0.29 | |
| SNOX | 0.11 | - | - | - | - | 0.25 | 1.11 | 2.12 |
在給定條件下,由于回流比的改變,使得外溝道內溶解氧分布的梯度明顯加大,缺氧/厭氧區擴磊,好氧/缺氧區縮小,盡管平均溶解氧(0.31mg/L)有所提高,但由于高氧區域(曝氣轉碟附近)極為狹小,外溝道硝化效果下降,從而導致脫氮效果的下降,但出水與高回流比時的效果基本一樣。這說明奧貝爾外溝道內的高流速是其我外溝道擁有良好的脫氮效果的重要原因，但不等于說流速越高越好，模擬結果表明，混合液回流比為50倍時，效果最佳。 3.4 單溝式氧化溝脫氮的可能性 3.4.1 概述 本節模擬的原則是在3.2節氧化溝工藝參數(混合液回流比為100倍)的基礎上模擬單溝式氧化溝,即在泥令、生物池總體積、總供氧量相同，進水水質相同的條件下模擬奧貝爾外溝道的運行方式。
工藝流程見下圖：
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | |
| DO | 0.65 | 0.22 | 0.08 | 1.06 | 0.62 | 0.31 |
| SS | 1.2 | - | - | - | - | 0.22 |
| SNH | 0.76 | - | - | - | - | 0.67 |
| SNOX | 1.18 | - | - | - | - | 1.19< |
在給定條件下,采用與外溝道相同布置的單溝式氧化溝,由于平均溶解氧(0.63mg/L)提高了2倍多,碳氧化與脫氮效果均優于奧貝爾,只是由于缺少了奧貝爾氧化溝3溝道中溶解氧0-1-2的分布,最終硝化不夠徹底。 3.5 低氧條件下的同時硝化反硝化 本節分3種形式模擬。第一種是在供氧量相同的條件下，將奧貝爾氧化溝的外溝道替換為采用微孔曝氣器的完全混合曝氣池，而中溝、內溝不變的一種改型工藝；第二種是不改變奧貝爾的基本池型，只是在同樣供氧量的條件下，在外溝道采用微孔曝氣器代替曝氣轉碟，因此也就不存在混合液回流問題，其他均不變；第三種是在第二種的基礎上，在外溝道強制進行混合液回流。目的是考察外溝道處于低氧狀態下時發生同時硝化反硝化的可能性以及奧貝爾氧化溝外溝道工藝改型的可能性。 3.5.1 工藝流程 第一種改型工藝流程見下圖:
其中，外溝V1=9930.5m3 中溝V2=4611m3 內溝V3=3192m3 供氧量及其他條件均與3.2節相同。
第二種改型工藝流程見下圖：
其中,1#～6#單元均為曝氣單元,供氧量均等,總供氧量及其他條件均與3.2節相同。 第三種改型工藝流程下圖：
這種流程力與第二種的區別,只是根據奧貝爾的真實情形增加了混合液回流。 3.5.2 數學模擬結果 第一種改型工藝的模擬結果見下表。外溝道在低氧0.23mgDO/L（相當于奧貝爾外溝道的平均溶解氧）、完全混合條件下，脫氮及碳氧化效果與經典的奧貝爾外溝道相當，這從另一方面說明了低氧條件下的同時硝化反硝化同樣發生在奧貝爾外溝道中。
| 1# | 2# | 3# | |
| DO | 0.23 | 0.94 | 2.63 |
| SS | 0.7 | 0.24 | 0.28 |
| SNH | 2.08 | 0.35 | 0.12 |
| SNOX | 0.31 | 1.99 | 2.71 |
第二種改型工藝的模擬結果見下表。如若只是在外溝道用微孔曝氣器代替曝氣轉碟，則外溝道內的溶解氧沿溝長呈不斷上升趨勢，平均溶解氧為0.26mgDO/L,高于改型的平均溶解氧,因此碳氧化程度有所提高,而硝化和反硝化效果都有所下降,這是由于改型后的工藝不同于原型,從溝道中各個部分看都是完全混合式,從整個外溝道看卻是推流式,原水質點依次經過外溝道而不是反復經過。如果在此基礎上，進行混合液回液，效果應有所改善，為此我們做了第三種改型工藝的分析。
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | |
| DO | 0.3 | 0.02 | 0.03 | 0.17 | 0.45 | 0.61 | 0.57 | 2.09 |
| SS | 137 | - | - | - | - | 0.29 | 0.25 | 0.28 |
| SNH | 9.34 | - | - | - | - | 3.07 | 0.63 | 0.15 |
| SNOX | 0.03 | - | - | - | - | 3.06 | 4.38 | 5.16 |
第三種改型工藝的模擬結果見下表。與第二種模擬對比，顯然證實了我們的猜測，這說明，在外溝道內采用微孔曝氣轉碟可以取得同樣的效果，但必須同時考慮實現外溝道的自身回流以保證脫氮效果，這也從另一方面說明，奧貝爾外溝道的高流速對脫氮效果的重要作用。
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | |
| DO | 0.17 | 0.14 | 0.18 | 0.25 | 0.33 | 0.4 | 0.92 | 2.58 |
| SS | 2.15 | - | - | - | - | 0.29 | 0.24 | 0.28 |
| SNH | 2.18 | - | - | - | - | 2.09 | 0.3 | 0.12 |
| SNOX | 0.24 | - | - | - | - | 0.25 | 1.9 | 2.62 |
3.6 小結 我們將奧貝爾氧化溝、單溝式氧化溝及在外溝道用面源底曝來取代曝氣轉碟并在外溝道進行強制循環的外溝道改型工藝做一對比，見表3.6.1。
| 工藝 | 指標 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 外溝道DOmg/L | 出水DOmg/L | 外溝道TNmg/L | 出水TNmg/L | TN去除率 % | 外溝道Ss mg/L | 出水Ss mg/l | |
| 奧貝爾氧化溝 | 0.26 | 2.35 | 2.7 | 2.7 | 84.7 | 0.31 | 0.28 |
| 單溝式氧化溝 | 0.31 | 1.86 | 89.4 | 0.22 | |||
| 外溝道改型工（Ⅲ） | 0.4 | 2.58 | 2.34 | 2.74 | 84.4 | 0.29 | 0.28 |
由表可知，低負荷長泥齡運行條件下，單溝式氧化溝的脫氮與碳氧化效果更佳，奧貝爾氧化溝與其第三種改型工藝效果相當，說明不同的曝氣方式可以達到同樣的處理效果。
4、高負荷短泥齡下的數學模擬
本單在第三章的基礎上，將泥齡縮短為10天，進水量提高到60000m3/d，氨氮提高到50mg/L。在負荷提高，泥齡縮短的條件下，維持生物段總容積不變，考察奧貝爾氧化溝、單溝式氧化溝及外溝道改型藝（Ⅰ、Ⅲ）4種的性能并進行對比。 4.1 奧貝爾氧化溝 模擬原水水質如下：
| SI | Ss | SNH4 | SNOX | SALK |
| mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L |
| 18.00 | 348 | 50 | 1.6 | 10 |
| XI | Xs | XH | XA | XSS |
| mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L |
| 6.1 | 24 | 0 | 0 | 31.0 |
工藝運行參如下： 氧化溝池容 V外溝=11900m3 V中溝=3881m3 V內溝=1944m3 V1#、3#、5#、7#=992m3 V2#、4#、6#、8#=1983m3 V9#=3881m3 V10#=1994m3
二沉池池容：V二沉=3612m3 流量：Q=60000m3/d 水溫：T=15℃ 污泥泥令：SRT=10d 污泥回流比：R=61% 模擬混合液回流比：R=60倍 模擬供氧量：外溝：中溝：內溝=60：30：10 總供氧量：22981kgO2/d 數學模擬結果見表4.1.1，計算所得污泥濃度為5081mgCOD/L。
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# | 10# | |
| DO | 0.25 | 0.03 | 0.38 | 0.08 | 0.51 | 0.13 | 0.57 | 0.16 | 0.952 | 2.08 |
| Ss | 3.57 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 0.20 | 0.23 | 0.26 |
| SNH | 13 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 13 | 2.10 | 0.27 |
| SNOX | 7.44 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 2.59 | 5.98 | 15 |
| STN | 15.59 | 15.27 | ||||||||
| TN去除率% | 69.7 | 70.4 |
4.2 單溝式氧化溝 水質、運行參數同前
改變的工藝參數如下： 氧化溝池容： V1#、3#、5#、7#=1478m3 V2#、4#、6#、8#=2956m3 總供氧量：22981kgO2/d 數學模擬結果見表面光潔度.2.1，計算所得污泥濃度為5278mgCOD/L。
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | |
| DO | 0.42 | 0.02 | 0.31 | 0.04 | 0.53 | 0.14 | 0.72 | 0.28 |
| Ss | 2.69 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 0.2 |
| SNH | 3.16 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 2.51 |
| SNOX | 15 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 16 |
| STN | 18.51 | |||||||
| TN去除率% | 64.1 |
4.3 低氧條件下的同時硝化反硝化 本節分2種形式模型：奧貝爾氧化溝外溝道改型工藝（1）和奧貝爾氧化溝外溝道改型工藝（Ⅲ），目的是考察高負荷下外溝道發生硝化反硝化的工藝機理。 工藝流程圖3.5.1和圖3.5.3。 其中，改型工藝（Ⅰ）的氧化溝池容：V外溝=11900m3 V中溝=3881m3 V內溝=1944m3 其他條件均與第4.1節相同。 改型工藝（Ⅲ）的運行條件均與4.1節相同。 改型工藝（Ⅰ）數學模擬計算所得污泥濃度為5060mgCOD/L，其余結果見表4.3.1。
| 1# | 2# | 3# | |
| DO | 0.17 | 0.93 | 1.97 |
| Ss | 0.61 | 0.22 | 0.25 |
| SNH | 12.85 | 2.27 | 0.3 |
| SNOX | 5.01 | 15.18 | 17.214 |
| STN | 17.86 | 17.51 | |
| TN去除率% | 65.4 | 66.1 |
改型工藝（Ⅲ）數學模擬計算所得污泥濃度為5052mgCOD/L，其余結果見表4.3.2。
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# | 10# | |
| DO | 0.1 | 0.1 | 0.13 | 0.19 | 0.22 | 0.25 | 0.26 | 0.27 | 1.18 | 2.73 |
| Ss | 3.64 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 0.21 | 0.22 | 0.27 |
| SNH | 12 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 11 | 1.52 | 0.19 |
| SNOX | 3.18 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 3.26 | 13 | 14 |
| STN | 14.26 | 14.19 | ||||||||
| TN去除率% | < | 72.4 | 72.5 |
4.4 小結 我們將奧貝爾氧化溝、單溝式氧化溝及在外溝道用面源底曝來取代曝氣轉碟并在外溝道進行強制循環的外溝道改型工藝做一對比，見表4.4.1。
| 指標工藝 | 外溝道DOmg/L | 出水DOmg/L | 外溝道TN mg/L | 出水TN mg/L | TN去除率% | 外溝道Ss mg/L | 出水Ssmg/L |
| 奧貝爾氧化溝 | 0.16 | 2.08 | 15.59 | 15.27 | 70.4 | 0.2 | 0.26 |
| 單溝式氧化溝 | 0.28 | 18.51 | 64.1 | 0.2 | |||
| 外溝道改型工藝（Ⅲ） | 0.27 | 2.73 | 14.26 | 14.19 | 72.5 | 0.21 | 0.27 |
由表可知，高負荷短泥齡運行條件下，單溝式氧化溝碳氧化效果更佳，而脫氮效果略差；奧貝爾氧化溝與其第三種改型工藝效果相當，再一次說明不同的曝氣方式可以達到同樣的處理效果
5、結論
5.1奧貝爾氧化溝外溝的脫氮作用 A、 奧貝爾氧化溝外溝的脫氮作用毋庸置疑，其影響因素主要是由于采用曝氣轉碟在外溝道形成的獨特的流態，即推流式與完全混合式有機統一的特殊流態。 B、數學模擬的外溝道溶解氧的分布表明，間隔布置的曝氣轉碟使得溶解氧有一定的變化梯度，而其在溝內造成的高流速又使得溶解氧的分布趨于均勻，不形成絕對的缺氧、好氧區
相關信息 
推薦企業 推薦企業
推薦企業
您所在的位置：
