摘要:對幾種城市污水處理工藝方案作了比較,結(jié)合南昌市的氣候特點、水質(zhì)條件等,最終選擇了卡魯塞爾氧化溝工藝。然后對其進(jìn)行初步設(shè)計,并對重要的構(gòu)筑物進(jìn)行設(shè)計計算。
關(guān)鍵詞:卡魯塞爾氧化溝;污水處理;初步設(shè)計

0　前言

隨著工業(yè)的發(fā)展和城市的不斷擴大,許多天然水體受到城市污水、工業(yè)廢水的嚴(yán)重污染,為了保護(hù)人類寶貴的水資源,并使經(jīng)濟與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展,污水處理就成為一項重要措施。在城市污水處理中,各種工藝也已取得了長足進(jìn)展。氧化溝處理工藝作為城市污水和工業(yè)廢水處理中有較強競爭力的二級生物處理技術(shù)已被世界各國廣泛采用。

1　概論

1.1　自然環(huán)境概況

南昌市地處北半球亞熱帶內(nèi),受東亞季風(fēng)影響,形成了亞熱帶季風(fēng)氣候。市內(nèi)熱量豐富,雨水充沛,光照充足,且作物生長旺季雨熱匹配較好,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有利氣象條件,素有魚米之鄉(xiāng)的美譽。但是,由于每年季風(fēng)強弱和進(jìn)退遲早不同,氣溫變化較大,降水分布不均,高溫干旱,低溫冷害和暴雨洪澇等氣象災(zāi)害發(fā)生較頻繁,給人們生產(chǎn)、生活帶來不利影響。

1.2　污水處理廠建設(shè)規(guī)模

設(shè)計的污水處理廠日處理污水量60000m3/d。污水處理廠占地面積約為260m×280m,綠化帶面積占全廠面積的1/5左右,一次性建設(shè)完成。

1.3　污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)

2　污水處理工藝方案比較

2.1　工藝方案分析

具有脫氮除磷效果的各種城市污水處理工藝比較見表2[1]。

2.2　推薦方案

通過初步比較,最后確定推薦方案是卡魯塞爾氧化溝工藝,原因有以下幾點:
(1)處理流程簡單,構(gòu)筑物少,基建費用較省;
(2)處理效果好,有較穩(wěn)定的脫氮除磷功能;
(3)對高濃度工業(yè)廢水有很大的稀釋能力;
(4)有抗沖擊負(fù)荷的能力;
(5)能處理不易降解的有機物,污泥生成少;
(6)技術(shù)先進(jìn)成熟,管理維護(hù)較簡單;
(7)國內(nèi)工程實例較多,容易獲得工程管理經(jīng)驗。

卡魯塞爾氧化溝工藝流程簡圖見圖1。

3　氧化溝的設(shè)計計算

3.1　堿度平衡計算

(1)由于設(shè)計的出水BOD5為20mg/L,處理水中非溶解性BOD5值可用下列公式求得BOD5f=0.7×Ce×1.42(1-e-0.23×5)=0.7×20×1.42×(1-e-0.23×5)=13.6mg/L

式中:Ce———為出水BOD5濃度(mg/L)。所以處理水中的溶解性BOD5為20-13.6=6.4mg/L。

(2)采用污泥齡20d,則每組氧化溝日產(chǎn)污泥量根據(jù)公式可得:

aQLr1+btm=0.6×20000×(200-6.4)1000×(1+0.06×20)=1056.0kg/d

式中:Q為氧化溝設(shè)計流量(m3/d);
     a為污泥增長系數(shù)(kg/kg),一般為0.5～0.7,這里取0.6;
     b為污泥自身氧化率(1/d),一般為0.04～0.1,這里取0.06;
     Lr為(L0-Le)去除的BOD5濃度(mg/L);
     tm為污泥齡(d),10d～30d;這里取20d;
     L0為進(jìn)水BOD5濃度(mg/L);
     Le為出水溶解性BOD5濃度(mg/L)。

總?cè)债a(chǎn)污泥量為:1056×3=3168.0kg/d,一般情況下,其中有12.4%為氮,近似等于總凱式氮(TKN)中用合成部分為:12.4%×3168=392.8kg/d,TKN中有392.83×1000/60000=6.6mg/L
用于合成;

需用于還原的:NO3-N=21.45-10=11.45mg/L

需用于氧化的:NH3-N=30-6.6-2=21.4mg/L,(NO3-N<10mg/L,NH3-N<2.0mg/L)。

(3)一般去除BOD5所產(chǎn)生的堿度(以CaCO3計)約為1mg堿度/去除1mgBOD5,進(jìn)水中的堿度為280mg/L,所需堿度一般為7.1mg堿度/mgNH3-N氧化,還原為硝酸鹽;氮所產(chǎn)生的堿度3.0堿度/mgNO3-N還原,每去除1mgBOD5產(chǎn)生0.1mg堿度。剩余堿度=280-7.1×21.4+3.0×11.45+0.1×193.6=181.77mg/L

3.2　硝化區(qū)容積計算

硝化所需氧量NOD=4.6mg/mg,NH3-N氧化,可利用氧2.6mg/mgNO3-N還原。脫氮速率:qDN=0.0312kgNO3-N/(kgM2LVSS·d)。

硝化速率:μN=[0.47e0.098(T-15)]×[22+100.05×T-1.158]×[22+1.3]=0.209L/d　(T=13.4)。

所以實際污泥齡:t-∞=10.204=4.8d。

采用安全系數(shù)為3,所以設(shè)計污泥齡=3×4.8=14.4d。

原假定污泥齡為20d,則硝化速率μN=120=0.05L/d。

單位基質(zhì)利用率:μ=μN+ba=0.05+0.060.6=0.183kg/(kg·d)。式中:μN為硝化速率(1/d);

a為污泥增長系數(shù)(kg/kg),一般為0.5～0.7,這里取0.6;b為污泥自身氧化率(1/d),一般為0.04～0.1,這里取0.06。

氧化溝活性污泥濃度(MLSS)一般為2000mg/L～6000mg/L,這里取MLSS=4000mg/L,在一般情況下,MLVSS與MLSS的比值是固定的,在0.75左右,這里取0.75,所MVLSS=0.75×4000=3000mg/L,每組氧化溝所需MLSS總量為:214×200000.183×1000=23388kg,硝化容積:VN=233883000×1000=7796m3,水力停留時間:tN=(779620000)×21=9.4h,3組氧化溝所需MVLSS總量=23388×3=70164kg,3組氧化溝所需硝化容積=7796×3=23388m3。

3.3　反硝化區(qū)容積

12°C時,反硝化速率為:qDN=(0.03FM+0.029)θT-20=(0.03×2004×103×1624+0.029)×1.0812-20=0.02kg/(kg·d)

式中:F為有機底物降解量,即BOD5濃度(mg/L);
     M為微生物量(mg/L);
     F/M為污泥負(fù)荷,kg2BOD5·(kgMLSS·d)-1;
     θ為脫硝溫度修正系數(shù),取1.08。
   
還原NO3-N的總量:11.45/1000×60000=687kg,脫氮所需MLSS=6870.017=40411.8kg,脫氮所需池容VDN=40411.82.8=14432.8m3,每個脫氮所需池容為14432.83=4810.9m3,水力停留時間tDN=14432.8/60000×24=5.8h。

3.4　氧化溝總?cè)莘e

總水力停留時間t=tDN+tN=5.8+9.4=15.2h,與一般取值10h～24h之間一致�？偝厝軻=VDN+VN=14432.8+23388=37820.8m3,每組氧化溝的總池容為37820.8/3=12606.9m3。

3.5　氧化溝的尺寸

采用4廊道式卡魯塞爾氧化溝,根據(jù)所采用的曝氣設(shè)備,池深為2.5m～8m,氧化溝采用表面曝氣機,故取有效水深為4.5m,寬9m。則總溝長為12606.9/4.5×9=311.3m。
其中好氧段長度為23388/3×4.5×9=192.5m,缺氧段長度為14432.8/3×4.5×9=118.8m,彎道處長度為3×π×9+2×9+π×9×2/2=131.0m,則單個直道長為311.28-131.04/4=45m,所以氧化溝總池長為45+9+9=63m,總寬度為4×9=36m。

4　結(jié)束語

氧化溝的對溫度是有一定要求的,在我國的北方地區(qū)是不適合用氧化溝工藝,氧化溝工藝結(jié)合其它的工藝一起處理食品工業(yè)廢水效果也是很好的,相信氧化溝工藝在處理廢水方面會有更大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn):
[1]　劉天齊.三廢處理工程技術(shù)手冊(廢水卷)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.
[2]唐受印,戴友芝.水處理工程師手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.
[3]史惠祥.實用水處理設(shè)備手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”