地處西北高原的表曝型氧化溝處理廠設(shè)計
摘 要：西北地區(qū)（海拔1200米）某污水處理廠設(shè)計水量Q=30000m3/d，進出水水質(zhì)參數(shù).
西北地區(qū)（海拔1200米）某污水處理廠設(shè)計水量Q=30000m3/d，進出水水質(zhì)參數(shù)如下表：
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1 污水處理工藝流程確定
由進水水質(zhì)可知，其BOD5 /CODcr=0.4>0.3、BOD5 /NH3-N=4.67>4、BOD5 /TP=30～45>20，可生化性較好且滿足生物脫氮除磷的要求。因此采用了如圖1所示的工藝流程（共2個系列）。
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2 主要構(gòu)筑物
2.1厭氧池容積的確定
為防止污泥膨脹，厭氧池設(shè)計均分為三格，以推流的方式運行。第一格（停留時間30min）中有機物濃度較高、F/M值較大，因此可有效地抑制絲狀菌的生長，保證后續(xù)氧化溝內(nèi)污泥沉降性能良好；同時二沉池回流污泥與中的微量硝酸鹽在第一格內(nèi)能很快地被去除，消除了后續(xù)工藝對磷去除的不利影響。經(jīng)過預(yù)處理后，在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細菌可在后面兩格內(nèi)將溶解性BOD5轉(zhuǎn)化成低分子發(fā)酵產(chǎn)物，生物聚磷菌將優(yōu)先吸附這些低分子發(fā)酵物，同化成細胞內(nèi)碳源存儲物，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放，最終通過好氧過量吸收的剩余污泥排放將磷從系統(tǒng)中出去。
本工程設(shè)計厭氧池停留時間為1.5h，保證磷的釋放達到約80%。
工藝尺寸為：L×B×H有效=32.0×7.0×4.2m3，超高0.6m。
2.2缺氧區(qū)及氧化溝主體容積的確定
由德國ATV標準中的計算公式可知：
設(shè)計MLSS=4000mg/l，T=10℃
則θc=S.F×（1／u0）=17.5d
式中u0——硝化菌比生長速率，u0=0.47×e0.098（T－15）×(N/（N+100.051T-1.158）) ×(D0/（k0+D0）) ×(1-0.833×(7.2-pH))，其中N為出水NH3-N含量，N=15mg/l、D0=2mg/l、氧的半速常數(shù)k0取=1.3mg/l。
S.F——安全系數(shù)，考慮北方地區(qū)氣溫較低，S.F取3.0。
對于中小型污水處理廠而言，單獨處置污泥造價偏高，本工程設(shè)計經(jīng)氧化溝后污泥相對穩(wěn)定，確定污泥齡為18d。
則剩余污泥產(chǎn)率Y =K×0.6（SS進水/BOD5進水+1）-（0.072×0.6×θc×F）/（1+0.08θc×F）=0.988 kgSS/（kgBOD5.d）
式中 F——溫度修正系數(shù)，F(xiàn)=1.072(T-15)
K——水質(zhì)變化系數(shù)，一般在0.8～0.9之間，本設(shè)計取0.9
則V總=Q×θc×Y×ΔBOD5／MLSS=15000×18×0.988×120/4000≈8000m3，水力停留時間t3=12.8h。污泥負荷Nv=Q×ΔBOD5/MLVSS×V=0.08kgBOD5/kgVSS.d（其中MLVSS=MLSS×0.70=2800mg/l），在0.05～0.15kgBOD5/kgMLVSS范圍內(nèi)。
缺氧區(qū)容積取氧化溝總池容的18%，則V1=1440m3 ，HRT≈2.3h。
工藝尺寸為：L×B×H有效=32.0×10.7×4.2m3，超高0.6m。
氧化溝主體部分工藝尺寸為：L總×B×H有效=54.2×32.0×4.2m3，超高0.6m。
2.3需氧量的確定
計算得出總需氧量AOR=氧化有機物需氧量＋細胞內(nèi)源呼吸需氧量＋硝化過程需氧量－脫氮過程產(chǎn)氧量=184.5kgO2/h，轉(zhuǎn)化為標準狀態(tài)需氧量：
(SOR) =AOR×Cs(20)/(α×(β×ρ×Cs(t)-C)×1.024(t-20))
式中α——不同污水的氧轉(zhuǎn)移速率參數(shù)，取0.9
β——不同污水的飽和溶解氧參數(shù)，取0.97
ρ——大氣壓修正參數(shù)，1200米時大氣壓=88350Pa
CS—— 溫度T時飽和溶解氧 其中t=20℃
計算得出SOR=323kgO2/h。曝氣機動力效率取：2.1kgO2/kw
則需配置功率數(shù)N=323/2.1=154kw
氧化溝的平面布置如圖2所示：
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3 設(shè)備、儀表選型及說明
3.1厭氧池
為防止污泥沉降并保證≥0.3m/s的流速，厭氧池設(shè)計攪拌功率密度為7.0W/m3，采用3臺GQT022×480（功率2.2kw/臺）的潛水高速推進器，可有效防止污泥沉積，兼具攪拌混合和推流的功能；同時設(shè)置一臺MLSS計及ORP儀，對厭氧段進行在線檢測，分析是否存在磷的釋放和吸收。并通過ORP(氧化還原電位)值的變化及NO3-N的濃度來調(diào)整污泥外回流比，使厭氧池處于厭氧環(huán)境。
實際運行表明：當明顯存在磷的釋放和吸收時，厭氧池的硝酸鹽濃度在0.5mg/L以下，同時由于系統(tǒng)中溶解氧濃度極低（DO＜0.05mg/l〉且厭氧氨化作用，造成還原物種COD及NH4+-N濃度積累，氧化還原電位值會突然下降，一般降至-150mv～-250mv左右。
3.2 缺氧池
采用2臺DQT055×1800（功率=5.5kw/臺）的潛水低速推進器，功率密度7.6W/m3；調(diào)節(jié)氧化溝好氧區(qū)混合液回流至缺氧池的內(nèi)回流控制閘門采用LB2.0×1.5型，控制范圍：100%～600%。同時，設(shè)置一臺ORP儀與內(nèi)回流控制閘門組成閉環(huán)控制，通過ORP檢測數(shù)值確定內(nèi)回流閘門的開啟角度，從而有效保證反硝化處理效果。由于在缺氧區(qū)內(nèi)NO3-N還原成N2，濃度將逐漸降至最低，而NH4+-N濃度則因為基質(zhì)持續(xù)推流累積而增高，因此氧化還原電位將下降至-30mv～-45mv左右，實際檢測運行正常情況下ORP值在-37～44mv范圍內(nèi)變化。
3.3 氧化溝主體反應(yīng)區(qū)
本工程選用90kw、DS350型大倒傘表面曝氣機兩臺，總供氧量=90×2.1×2=378 kgO2/h，氧富余55kgO2/h。從節(jié)能方面考慮采用一臺變頻調(diào)速曝氣機（充氧量90～189 kgO2/h）、一臺恒速曝氣機（充氧量189 kgO2/h）。根據(jù)工藝要求，氧化溝前置缺氧區(qū)應(yīng)保證為缺氧狀態(tài)才能達到預(yù)期的反硝化處理效果，因此，靠近內(nèi)回流閘門的曝氣機采用變頻，在滿足充氧要求的同時盡量避免對回流混合液溶解氧的影響。同時在附近配置一臺DO計，組成閉環(huán)控制，通過改變曝氣機的轉(zhuǎn)速來改變混合液中的溶解氧值，使其達到最佳工況。氧化溝出水端為有效保證段溶解氧≥2mg/l，設(shè)計該處曝氣機為恒速，并設(shè)置在線檢測DO計一臺。溝中還設(shè)置了一臺MLSS計，用于在線檢測污泥濃度。
4 運行結(jié)果
該廠自投產(chǎn)以來運行穩(wěn)定、處理效果好（見表2），運行費用僅為0.24～0.26元/m3。
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5 應(yīng)注意的問題
①為保證氧化溝系統(tǒng)在寒冷條件下能夠穩(wěn)定運行，防止曝氣機葉輪和軸在嚴寒氣候下產(chǎn)生冰棱，可對設(shè)備采取一定的保溫措施：在倒傘曝氣機安裝平臺上，建造方亭，高度不小于3500mm。夏天可遮陽，冬天用加芯保溫版材質(zhì)圍起，內(nèi)用電暖器加熱空氣保溫，可有效改善寒冷氣候下的工藝狀況；同時可消減噪音，改善污水處理廠環(huán)境條件。
②應(yīng)脫氮與除磷兼顧，即努力控制氧化溝系統(tǒng)內(nèi)的硝化和反硝化以降低回流污泥中NO3-－N對生物除磷的影響。
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