氧化溝法處理生活廢水

目前，我國(guó)氧化溝的技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平差距很大。究其主要原因，是我國(guó)企業(yè)還未進(jìn)行系統(tǒng)地研究氧化溝技術(shù)與設(shè)備，對(duì)國(guó)際上氧化溝技術(shù)可以跟蹤也不夠。因此，對(duì)氧化溝技術(shù)的掌握還不夠全面，在工程上還缺乏系統(tǒng)科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)氧化溝的新技術(shù)、新池型、新配套設(shè)備知之甚少。我國(guó)企業(yè)現(xiàn)已引進(jìn)數(shù)種氧化溝技術(shù)，應(yīng)有一個(gè)條件來(lái)分析進(jìn)行比較和吸收消化。

首先，氧化溝是一種延緩的發(fā)化活性污泥工藝，其原理和參數(shù)在大量文獻(xiàn)中都有報(bào)道。氧化溝設(shè)計(jì)中除了要考慮不同碳源污染物的去除，還要進(jìn)行考慮企業(yè)污水硝化和污泥系統(tǒng)穩(wěn)定化問(wèn)題。不同的污染物去除設(shè)計(jì)參數(shù)和方法是不同的。例如，考慮污泥進(jìn)行穩(wěn)定的氧化溝設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)研究主要可以考慮污泥齡和內(nèi)源呼吸速率，而不是中國(guó)傳統(tǒng)生物活性污泥處理工藝中的污泥負(fù)荷，這時(shí)氧化溝的停留時(shí)間事實(shí)上是一個(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的參數(shù)。其次，氧化溝最重要的一個(gè)特點(diǎn)是需要專門的曝氣設(shè)備來(lái)滿足池內(nèi)曝氣和推水沿溝流動(dòng)的要求。全面發(fā)展了解和掌握氧化溝的水力學(xué)特性研究尤為重要需要。設(shè)備的液壓特性是制造商產(chǎn)品的特性。大部分學(xué)生設(shè)計(jì)工作單位恰恰掌握不夠，致使在設(shè)計(jì)中由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備型號(hào)和參數(shù)不準(zhǔn)，常常導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。這也與大多數(shù)氧化槽工藝及其擁有專利和設(shè)備密切相關(guān)。由于國(guó)外研究公司對(duì)專有技術(shù)保密，因此企業(yè)出現(xiàn)了氧化溝技術(shù)水平不斷創(chuàng)新發(fā)展，可是用于了解社會(huì)基本工藝的公開(kāi)技術(shù)相關(guān)資料未見(jiàn)增加的現(xiàn)象。因此，為了提高我國(guó)氧化溝技術(shù)的技術(shù)水平，有必要加強(qiáng)創(chuàng)新研究。本文主要通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究資料的綜合能力分析，提出氧化溝一般的設(shè)計(jì)教學(xué)方法以供國(guó)內(nèi)同行在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中參考。

1氧化溝的設(shè)計(jì)方法

1.1BOD的去除

氧化溝去除碳源基質(zhì)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程與活性污泥法相同。對(duì)于我們完全混合管理系統(tǒng)在穩(wěn)定發(fā)展?fàn)顟B(tài)下有以下公式：

式中（XV）——參與反應(yīng)的污泥量

Q——處理污水量

V——參與反應(yīng)的好氧區(qū)體積

S——出水基質(zhì)BOD5濃度

Y——污泥產(chǎn)率系數(shù)

X——污泥濃度

θc——污泥齡

S0——進(jìn)水基質(zhì)BOD5濃度

Ks——半飽和常數(shù)

Kd——內(nèi)源代謝常數(shù)

μmax——比基質(zhì)利用率

1.2硝化反應(yīng)

氨氮的硝化作用涉及到兩種不同的硝化細(xì)菌，亞硝化毛殼菌和硝化細(xì)菌。

在水的作用下：2NH3NH+4

在亞硝化毛桿菌作用下：

2NH+4+3O22NO-2+2H2O+8H+

在硝化桿菌作用下：

2NO-2+O22NO-3

總的反應(yīng)：

NH4++2O2NO3-+2H+＋H2O

因此從化學(xué)科學(xué)計(jì)量學(xué)研究角度，1.0kg氮需要4.6kg的氧，實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行較小，為3.9～4.3kgO2/kgN。這是因?yàn)椴糠值獨(dú)庥糜诩?xì)菌合成，硝化菌可以從污水中的二氧化碳和碳酸氫鹽中獲得一些氧氣。由于通過(guò)上述問(wèn)題反應(yīng)企業(yè)產(chǎn)生一個(gè)氫離子，所以會(huì)需要消耗堿度，每氧化1mgNH3-N消耗7.14mg/L的堿度。此外，從文獻(xiàn)中可以了解到，1mgBOD的氧化產(chǎn)生0.3mg/L堿度。

據(jù)報(bào)道硝化作用反應(yīng)的溫度變化范圍是(5～45)℃,但是(25～32)℃是最佳工作溫度影響范圍。最佳 ph 值范圍是7.8到9.2。雖然硝化作用過(guò)程也可在低溶解氧的條件下企業(yè)發(fā)生，但是由于硝化菌的生長(zhǎng)速率相對(duì)較低。為了避免氧限制，反應(yīng)罐中的溶解氧應(yīng)控制在3 ~ 4毫克/升。溫度對(duì)生長(zhǎng)發(fā)展速度的影響計(jì)算公式我們可以用阿倫繆斯公式可以表示，其中一個(gè)溫度常數(shù)θ=1.12(5℃～20℃)。對(duì)于城市污水，可以使用表1中的泥齡θc。

表1硝化工藝在不同溫度下采用的污泥齡

污水溫度(℃)

完全硝化的θc(d)

5

10

15

20

12

9.5

6.5

3.5

在冬季水溫低于10℃，如果θc＜10d，硝化作用反應(yīng)企業(yè)一般可以進(jìn)行管理較差。如果氣>為10d，只要氧化溝的氣化能力能滿足總氧化需求，并保持高溶解氧，就可以獲得良好的硝化率。在北歐發(fā)達(dá)國(guó)家，硝化系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)展階段學(xué)生一般選在0.05～0.10kgBOD5/kgMLSS，硝化反應(yīng)速率大約為1.6mgNH3-N/(gVSS*d)(10℃)。

1.3污泥穩(wěn)定性

氧化溝設(shè)計(jì)中考慮的第二個(gè)因素是污泥的穩(wěn)定性。理論上講氧化溝污泥齡的選取我們應(yīng)該可以使得企業(yè)所有的揮發(fā)性固體通過(guò)提高內(nèi)源呼吸系統(tǒng)全部被降解，無(wú)論是厭氧消化能力還是好氧消化。如果反應(yīng)時(shí)間足夠長(zhǎng)，細(xì)胞降解過(guò)程中23%的殘留物是不可生物降解的。因?yàn)槲覀兠刻霽SS產(chǎn)量為YQ(S0－S)，其中可生物技術(shù)降解以及部分是0.77YQ(S0－S)。如果系統(tǒng)可生物降解部分中的固體物質(zhì)為FBX(Fb為VSS的生物可降解系數(shù))，則其處于穩(wěn)定狀態(tài)：

0.77YQ(S0－S)=Kdfb(XV)(5)

從而按照污泥齡的定義：

Adams和Eckenfelder給出了反應(yīng)混合液VSS可以通過(guò)生物技術(shù)降解以及部分的比值fb的計(jì)算模型公式［3］：

也可推算出污泥負(fù)荷(F/M)的比值：

方程（6）和（8）是計(jì)算污泥老化和有機(jī)負(fù)荷的公式，考慮污泥穩(wěn)定性。無(wú)疑溫度以及對(duì)于通過(guò)上述計(jì)算公式中參數(shù)Y、Kd的影響是十分重要的。對(duì)于延時(shí)曝氣氧化溝溫度常數(shù)(=1.01 ~ 1.03)，數(shù)值較小，對(duì)溫度影響不大。

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