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氧化沟工艺一般设计方法讨论
 
慧聪网   2005年11月10日15时32分   信息来源:中国给水排水 1999年 第15卷 第1期    

    摘要: 本文关于氧化沟的设计方法讨论

    关键词:
氧化沟 硝化反应

    目前,我国氧化沟技术水平与国际先进水平相比差距很大。究其原因,是我国还未系统地研究氧化沟技术与设备,对国际上氧化沟技术跟踪也不够。故对氧化沟技术的掌握尚不够全面,在工程上还缺乏系统和科学的设计方法,对氧化沟新工艺、新池型、新配套设备了解甚少。我国现已引进数种氧化沟技术,应有条件来分析比较和吸收消化。

  首先,氧化沟属延时曝气活性污泥工艺,其原理和参数已有大量文献报道。氧化沟设计中除了要考虑碳源污染物的去除,还要考虑污水硝化和污泥稳定化问题。去除不同的污染物,设计参数和方法是不同的。例如,考虑污泥稳定的氧化沟设计,其设计参数主要考虑污泥龄和内源呼吸速率,而不是传统活性污泥工艺中的污泥负荷,这时氧化沟的停留时间事实上是一个导出的参数。其次氧化沟最重要的特点之一是,专用的曝气设备需要同时满足池内充氧和推动水沿沟渠流动的要求。全面了解和掌握氧化沟的水力学特性尤为需要。有关设备的水力学特性,是厂家产品的特性。大部分设计单位恰恰掌握不够,致使在设计中由于设备型号和参数不准,常常导致设计没有达到预期效果。这也与大多数氧化沟工艺及其拥有的专利和设备密切相关。由于国外公司对专有技术保密,因此出现了氧化沟技术不断发展,可是用于了解基本工艺的公开技术资料未见增加的现象。由此就更需要加强创新性的研究,才能提高我国在氧化沟工艺上的技术水平。本文通过对国内外资料的综合分析,提出氧化沟一般的设计方法以供国内同行在设计中参考。

    1 氧化沟的设计方法

    1.1 BOD的去除

   氧化沟中碳源基质去除动力学与活性污泥法动力学是完全一致的。对于完全混合系统在稳定状态下有以下公式[1]

   

    式中 (XV)——参与反应的污泥量
       Q——处理污水量
       V——参与反应的好氧区体积
       S——出水基质BOD5浓度
       Y——污泥产率系数
       X——污泥浓度
       θc——污泥龄
       S0——进水基质BOD5浓度
       Ks——半饱和常数
       Kd——内源代谢常数
       μmax——比基质利用率

    1.2 硝化反应

  氨氮的硝化反应涉及到亚硝化毛杆菌和硝化杆菌两种不同的硝化细菌。
  在水的作用下:2NH3NH+4
  在亚硝化毛杆菌作用下:
   2NH+4+3O22NO-2+2H2O+8H+
  在硝化杆菌作用下:
   2NO-2+O22NO-3
  总的反应:
   NH4++2O2NO3-+2H++H2O
  因此从化学计量学角度,1.0 kg氮需要4.6 kg的氧,实际生产中的数据较小,为3.9~4.3 kgO2/kgN。这是因为一部分氮用于细菌合成,并且硝化细菌可以从污水中二氧化碳和重碳酸盐获得一部分氧。由于上述反应产生氢离子,所以会消耗碱度,每氧化1 mg NH3-N消耗7.14 mg/L的碱度。另外从文献可知氧化1 mg BOD产生0.3 mg/L的碱度[2]
  据报道硝化反应的温度范围是(5~45) ℃,但是(25~32) ℃是最佳温度范围。最佳的pH范围是7.8~9.2。虽然硝化过程也可在低溶解氧的条件下发生,但是硝化菌的生长速率较低。为了避免氧的限制,反应池中的溶解氧最好控制在3~4 mg/L。温度对生长速度的影响公式可以用阿伦缪斯公式表示,其中温度常数θ=1.12(5 ℃~20 ℃)。对于城市污水可以采用表1中污泥龄θc[2]

表1 硝化工艺在不同温度下采用的污泥龄


  污水温度(℃) 完全硝化的θc(d)
    5         12
    10        9.5
    15        6.5
    20        3.5
 
作者:王凯军 
 
 
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