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影响三沟式氧化沟除磷效果的因素和改进措施 杨卫华 中国矿业大学资源与安全工程学院, 北京 100083 河北工程学院城市建设系, 邯郸市 056038 侯立泉 河北工程学院城市建设系, 邯郸市 056038 倪登华 邯郸污水公司水质监测站, 邯郸市 056001 摘要 结合生物除磷机理, 对邯郸东污水处理厂三沟式氧化沟进行了现场测试。 测试结果表明 当边沟处于反硝化状 态时 , 溶解氧平均为 0. 66 mg L, 硝酸盐氮含量平均为 1. 16 mg L, 因此沟内不能形成严格的厌氧环境, 不利于聚磷菌释 磷; 目前采用的中间沟排泥方式应改为边沟排泥 , 这样既有利于除磷, 又有利于后续的污泥处理; 沉淀时间过长会使原 本被聚磷菌吸收的磷再次释放出来; 含磷量很高的污泥浓缩池上清液回流影响除磷效果。 通过分析测试结果, 提出了 变更排泥地点和工况组合等相应的改进措施。 关键词 三沟式氧化沟 生物除磷 富营养化 1 引言 三沟式 氧化沟是交替运行 式氧化沟 Phased Isolation Ditch,简称 PID 的一种类型, 可在不另设二 沉池的条件下连续运行, 具有出水水质好 、 运行管理 方便等优点。但是, 三沟式氧化沟也具有除磷效果较 差的缺点, 据报道, 目前国内三沟式氧化沟除磷效率 一般 65。因此 ,研究影响三沟式氧化沟除磷效果 的因素,并相应提出改进措施是十分必要的。本研究 以邯郸东污水处理厂三沟式氧化沟对城市污水处理 除磷效果进行了改进 。 2 生物除磷的机理 三沟式氧化沟在实质上仍是一个连续活性污泥 系统, 但是具有按时间顺序交替切换运行状态的特 点。在常规活性污泥法中污水按空间顺序依次在各 个反应器 区 中完成降解和沉淀等处理过程。但是 在三沟式氧化沟中 ,是由三个相同的沟组成 ,通过改 变操作方式,使氧化沟周期性地处于好氧、 缺氧、 沉淀 等工作状态,在好氧条件下进行有机物的氧化 、 硝化、 和磷的吸收 [ 1] ; 在缺氧条件下进行反硝化、磷的释放。 在反硝化过程中, 硝酸盐被还原成氮气释放到大气 中; 而磷的去除主要靠排除富含磷的剩余污泥 。 3 邯郸市东污水处理厂三沟式氧化沟简介 邯郸市东污水处理厂 ,总设计规模为处理城市污 水1. 0 10 5 m 3 d, 其中工业废水和生活污水约各占 50。汇水面积 26 km 2 ,规划服务人口 35 万。 该厂设 三 组氧 化 沟, 每组 处 理 污水 3. 3 10 4 m 3 d。 每组氧化沟长 98 m、宽73 m 、 水深 3. 5 m ,池 容积19 950 m 3 ,由三条平行的同体积的环形沟并联组 成。每两条单沟之间有 2 m 2 的连通孔。每条单沟为 环形跑道式结构 ,两端建有双层偏心式导流墙, 进水 口即位于三条单沟进水端的两层导流墙中间的底部。 三座转刷桥横跨在氧化沟上, 用于安装转刷和维修保 养。每组氧化沟安装转刷曝气器 14 个, 其中高速转 刷8 个 ,位于沟两端的桥上 ,双速转刷 6 个 ,位于中间 桥上 。在每条单沟的中间桥上 ,设有一个溶解氧连续 测定探头, 将水中的溶解氧值反馈至中心控制室, 由 中心控制室根据溶解氧值的高低,控制转刷的开启数 量和时间。在两条边沟的出水端,设有可调式溢流出 水堰 ,每条边沟 8 个 ,两组沟共 32 个, 用于控制出水 和转刷的淹没深度。 4 现场测试及改进措施 4. 1 边沟厌氧环境的测试 邯郸市东污水处理厂溶解氧的控制是通过自控 系统完成的 。根据预先设定的运行方式 、 溶解氧浓度 区间及浓度变化来控制转刷曝气器的开启和关闭 ,从 而控制氧化沟中溶解氧的量。自控系统有两种控制 方式 ,即强制控制方式和溶解氧探头反馈控制方式 。 为了解三沟式氧化沟在硝化-反硝化运行模式下 边沟转刷低速运行时 双速转刷低速运行时 48 r min, 功率 30 kW,不具有充氧能力 的溶解氧和NO - 3等化 96 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 合态氧的浓度情况, 本研究进行了现场测试。测试点 分布见图 1、 图 2。 图 1 溶解氧布点测试图 图 2 硝酸盐氮布点测试图 由测试数据可知 ,邯郸东污水厂三沟式氧化沟当 边沟转刷低速运行时 ,边沟中各测试点溶解氧平均为 0. 6～ 0. 7 mg L ,硝酸盐氮含量平均为 1. 1～ 1. 5 mg L。 硝酸盐氮含量过高, 反硝化菌与聚磷菌争夺进水中的 有机碳源 ,干扰磷的厌氧释放 。不能保证严格的厌氧 环境 ,对于生物除磷是不利的 。在满足泥水充分混合 的前提下 ,减少转刷的开启台数或增加水下搅拌器来 满足混合的要求 。 4. 2 边沟沉淀时间对除磷效果的影响 根据三沟式氧化沟硝化-反硝化运行模式, 在一 个运行周期中, 边沟处于沉淀状态的时间长达 5 h。 随着沉淀时间的延长 ,出水中的磷的含量也在逐渐的 变化 。由测试结果可知, 出水中磷的含量随着沉淀时 间的延长也在不断的增加 。因此, 要降低出水中磷的 含量, 必须改变运行方式 ,调整一个运行周期中各工 况的时间组合, 减少边沟处于沉淀状态的时间 ,从而 降低出水中磷的含量 。 4. 3 排泥方式对除磷效果的影响 三沟式氧化沟在采用的排泥方式是从中间沟排 出剩余污泥 。边沟在厌氧、好氧、沉淀各状态时泥水 混合液中磷的含量变化情况见表 1。 边沟式氧化沟完整地经历了厌氧 沉淀 、缺氧 转刷低速运行 、好氧 转刷高速运行 3 个过程, 整 个处理过程是按时间顺序来完成的 ,处理过程十分接 近于序批式反应器, 而反应机理又同倒置 A 2O 工艺 相似, 只不过倒置A 2O 工艺是按空间顺序来完成的。 这样沟中微生物摄取磷的能力就很强 。从测试结果 可知如果在边沟曝气好氧状态结束前的短时期内快 速从边沟排泥, 就可将大量含磷量很高的聚磷菌排出 系统外。而且边沟污泥浓度高于中沟 实测边 、 中 、 边 沟污泥浓度比为 5. 3∶ 2. 0∶ 5. 0 ,这样有利于后续的污 泥处理。 表 1 边沟半个运行周期中各工况下污水中磷的变化情况 mg L 时间 月、日 厌氧状态 运行时间 h 好氧状态 运行时间 h 沉淀状态 运行时间 h 01. 52 . 534 4、262. 593. 091. 260. 460. 49 5、101. 852. 080. 630. 150. 89 4. 4 污泥浓缩池上清液回流对除磷效果的影响 浓缩池上清液磷的含量的测试结果见表 2。 聚磷菌在污泥浓缩池内会将在好氧状态下过量 吸收的磷从体内释放出来 ,导致浓缩池上清液磷含量 增高 。这一部分上清液不加处理直接回流至氧化沟, 也会降低除磷数量, 导致出水达不到排放标准 。含磷 量很高的污泥浓缩池上清液回流至氧化沟之前,应做 适当的处理 。如投加铝盐、铁盐进行化学除磷, 以提 高氧化沟实际除磷量 。 表 2 污泥浓缩池上清液中磷含量的测试 mg L 时间 月、日进水磷含量浓缩池上清液磷含量 5、102. 114 . 87 5、201. 893 . 95 5、262. 014 . 24 5 改进的三沟式氧化沟脱氮除磷运行模式 同步硝化 反硝化是指在同一个反应器内同时发 生硝化 反硝化反应 。活性污泥絮体作为存在于废水 中的固相, 絮体表面和絮体内部由于氧气扩散的原因 完全可能形成好氧区和缺氧区 ,分别进行硝化和反硝 化反应。为考察三沟式氧化沟是否在运行过程中存 在同步硝化 反硝化现象 ,以第一组氧化沟的中沟为 研究对象, 测试在半个周期中 4 h,中沟在前3 h 始终 处于好氧硝化状态, 溶解氧含量为 2 mg L 混合液中 氮的含量 。测试数据见表 3。 从测试数 据可见, 97 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 NO - 3-N含量的增加和 TKN 含量的减少说明硝化反应 的发生, 而 TN 含量的减少说明反硝化反应的发生。 测试数据表明, 同步硝化 反硝化作用确实存在。 表 3 中沟在好氧硝化状态下混合液中氮的含量mg L 日期 月、日 测定时间 测试开始1 h2 h3 h NO - 3-N TKNTNNO- 3-N TKNTNNO - 3-N TKNTNNO- 3- N TKNTN 5、21. 223. 5224. 721. 919. 7421. 642. 316. 3818. 682. 910. 0812. 98 5、151. 525. 1026. 602. 520. 9023. 402. 916. 2019. 103. 49. 813. 20 5、211. 324. 3225. 621. 819. 8721. 672. 515. 9618. 462. 810. 1012. 90 基于以上现场测试结果分析, 提出一种改进的三 沟式氧化沟运行模式 , 称为脱氮除磷运行模式 , 见 图3 。改进的运行模式与原来的运行模式相比 ,改变 了排泥地点和排泥时间, 增加了硝化时间 ,减少了反 硝化时间 中沟的反硝化状态由原来的 0. 75 h 缩短 为 0. 5 h , 反硝化与硝化的时间比由原来的 0. 47 减 少到 0. 40。改进的运行模式的提出是基于以下 3 点 考虑 。 图 3 改进的三沟式氧化沟脱氮除磷运行模式 1 边沟排泥比中沟排泥更有利于磷的去除, 还 有利于后续的污泥处理。 2 由于邯郸东污水厂进水碳氮比较低 ,出水含 氮量常超过设计值 ,因此 ,实际运行中需要较长的硝 化时间来转化有机氮 ,所以改进的操作组合提高了硝 化时间的比例。同样 ,硝化时间的延长也会提高有机 物的去除效果。 3 由于同步硝化 反硝化现象的发生, 在硝化状 态下也会发生反硝化反应, 即使缩短反硝化的时间, 也不会影响 TN 的去除 。而且合适的反硝化与硝化 的时间比会取得最佳的脱氮效果, 这一点已经得到了 试验的验证 见参考文献[ 5] 。 6 结论 1 三沟式氧化沟边沟当转刷低速运行时不能保 证严格的厌氧环境 , 分子态氧和 NO - 3等化合态氧含 量较高。 2 边沟沉淀时间太长会使出水中磷的含量不断 增加 。 3 将排泥方式从中沟排泥改为从边沟排泥对除 磷有利。 4 污泥浓缩池上清液含磷量很高 , 直接回流入 氧化沟会影响除磷效果。 5 改进的脱氮除磷运行模式可以提高脱氮除磷 效率 。 参考文献 1 郑兴灿, 李亚新. 污水除磷脱氮技术. 北京 中国建筑工业出版社, 1998. 2 娄金生. 水污染治理新工艺与设计. 北京 海洋出版社, 1999. 3 王洪臣. 城市污水处理厂运行控制与维护管理. 北京 科学出版社, 1997. 4 周律, 钱易. 三沟式氧化沟污水处理工艺的性能分析. 中国环境科 学, 1998. 18 3 210～ 212. 5 周律, 钱易. 影响三沟式氧化沟脱氮效果的 2 个重要参数. 环境科 学, 1998. 19 2 27～ 30. 6 G . T. Daigger, H. X . Littleton. ORBAL 氧化沟同时硝化 反硝化及生物 除磷的机理研究. 中国给水排水, 1999. 15 3 6～ 9. 作者通讯处 杨卫华 056038 河北邯郸市 河北工程学院城市建 设系环境教研室 电话 0310 7428749; 0310 6038343 E -mail to-yangzi etang . com 2004- 10-14 收稿 98 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 systematical discharging and unsystmatically flying dust. At last, the measures of integrated control of air pollution is put forward which aimed at environmental problems. Keywords energy heavy industry area, atmospheric environmental capacity , atmospheric environmental management and Longmen STUDY ON SILICON REMOVAL IN HEAVY OIL WASTEWATER RECOVERY FOR THERMAL BOILERSQiu Zhan et al 83 Abstract The heavy oil wastewater from Hongqian oilfield was treated by a conventional technology using compounds of calcium or magnesium and enhanced coagulation to remove silicon at high temperature above 70 ℃. The results showed thatsilicon dioxide in the treated effluent from the two processes can both meet the requirement of feed water quality for thermal boilers, but enhanced coaglation process was more feasible than other processes in terms of economical efficiency analysis. Keywords heavy oil wastewater, thermal boilers, reuse and silicon removal GREENDESIGN OF SUSPENDED PACKING FOR TREATING WATER ENVIRONMENT Jiang Fan et al 86 Abstract In this paper, the green design and optimizaiton design are integrated, and it is applied to designing of suspended packing. The optimization model of suspended packing based on green design is established, so it satisfied an aim of its physics and environment. A new development plat including function, structure, machinability, working status analysis, technology, and so on, is applied to designing of suspended packing, which realizes integration of CAD, CAM, CAE, and CAPP. This design reduces the pollution and waste, because it removed the trial-manufacture after product design. Keywords green design, suspended packing, optimization model, environment influence and integration of CAD, CAM, CAE, and CAPP A FULL-SCALE STUDY ON PHOSPHORUS REMOVAL FROM BIOLOGICAL A O PROCESS ENHANCED BY ZEOLITEWu Zhichao et al 89 Abstract In a full-scale test, nitrate of returning mixed -flow from aerobic tank is increased as zeolite enhances biological nitrification, it restrains poly -phosphate organisms to release phosphorus andmakes A O nitrogen removal process little effect of phosphorus removal. A O nitrogen removal processwants chemical phosphorus removal. Aluminum sulfate and ferrous sulfate have a good effect of phosphorus removal, and the effect is nothing to do with the position of throwing chemical flocculant. After throwing in Al2 SO4318H2O with TP∶ Al mol1∶ 1. 5, the rate of phosphorus removal ismore than 85. After throwing in FeSO47H2O with TP∶ Fe mol1∶ 1, the rate of phosphorus removal is more than 80. And after throwing in 30 mg L Al2 SO4318H2O and 20mg L FeSO47H2O in a tank, the rate of phosphorus removal is about 90. Keywords chemical phosphorus removal, A O nitrogen removal process, zeolite and pilot scale test STUDY ON FLOW NON -UNI DISTRIBUTION OF RISING TUBES FOR CONSTANT- SECTION DIFFUSERHuang Juwen et al 92 Abstract The specical environemntal condition of Bailong Gang Outfall of Shanghai Sewage Projectphase -Ⅱ the largest sewage project in China so far is presented. Through physical model experiments, the T -junction and nozzle s effect on coefficient of spray nozzles was studied. The test results show that by controlling the T -junction and riser tube s resistance coefficients, the unbalanced riser flow distribution has been achieved. Keywords rising tube, spray nozzle, resistance coefficient, model test and flow distribution INFLUENCE ON PHOSPHOR REMOVAL AND IMPROVEMENT ON TRIPLE OXIDATION DITCH SYSTEMYang Weihua et al 96 Abstract In order to know why the triple oxidation ditch system has so low phosphor removal efficiency, a full -scale experiment on triple oxidation ditch in Handan is carried out. When the side ditch is in denitrification, the environment is not strict anaerobic and the style of discharging sludge in middle ditch is unsuitable to phosphor removal. The time of sendimentation is too long to keep the phosphor in activated sludge and the return of supernatant of sludge thickener is also disadvantage to phosphor removal. All of these are effects on phosphor removal in triple oxidation ditch system. We change the style of discharging sludge from middle ditch to side ditch and put forward a new manner of nitrogen and phosphor removal as improvement. Keywords triple oxidation ditch, biodephosphoration and eutrophication Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E-mail Addresshjgc mail . yj. cn. net hjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 4, Aug . , 2005