氧化沟设计常识

氧化沟设计常识与详解

小引：

三沟式氧化沟工艺一般适用于多大水量

检举 | 2012-4-26 13:27 提问者： 王伟杰221

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今天（12-5-2） 10:22 shuiyuelangyu

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氧化沟设计可以结合水利负荷、BOD负荷、预计的处理率（BOD、脱氮和污泥稳定化等）、混合悬浮物固体浓度（一般为3000~8000mg/L)和污泥龄等因素合理甲酸。一般的经验数据是污泥负荷为0.05~0.15kg BOD/(MLSS ·d），曝气池的容积负荷0.2~0.48kg BOD/m3，而水力停留时间12~36h和污泥龄10~30d，采用平均进水流浪作为设计流量。在氧化沟设计中除了要考虑传统碳源的去除，还要考虑污水的笑话和污泥的稳定化问题。

氧化沟一般材建设为环状沟渠形，奇屏迷案可谓圆形和椭圆形或长方形的组合，二沉池、厌氧区与缺氧区、好氧区可合建也可分建；氧化沟的渠宽、有效水深视占地面积、氧化沟分组和宝器设备性能等情况而定。一般情况下，曝气转刷式，有效水深H=2.6~3.5m，曝气转盘式，H=3.0~4.5m，表面曝气机，H=4.0~5.0m，当同时配备搅拌设施和鼓风曝气时，水深和适当加大；氧化沟渠的直线长度不小于12m或不小于水面处渠宽的2倍（不包括奥贝尔氧化沟）；氧化沟狂度与曝气器宽度相关；沟渠超高不小于0.5~0.6(表面曝气其设备平台宜高出设计水面1.0~1.2m。

至于氧化沟工艺的设计适用水量，因为氧化沟的主要设计参数负荷值与反应器的额温度。废水的性质和浓度有关，同时考虑其处理效率，都比较大。目前应用的一般在1.0~4.5万t/d。水量很大到的 可以采用多池并联或串联。三沟式氧化沟以邯郸三沟式氧化沟的有关数据为例，以供参考：

根据下列数据设计交替时氧化沟（三沟）：

Q=99000m3/d（按3个系列，一个系列设计Q1=33000m3/d）； 碱度=280mg/L（以CaCO3计）； BOD5=130mg/L； 氨氮浓度=22mg/L； TN浓度=42mg/L； SS浓度=160mg/L；

最低温度10摄氏度；最高温度15摄氏度。 出水要求如下：

BOD5小于15mg/L； TSS浓度小于20mg/L；

氨氮浓度小于2~3mg/L（T=10摄氏度）； TN浓度小于10~12mg/L（T=10摄氏度）； TN浓度小于6~8mg/L（T=25摄氏度）；

不设初沉池，处理后的污泥要求适合直接脱水，并要求做到完全硝化；冬天最低水温为5摄氏度。

1

正文：

氧化沟设计常识与详解

1．氧化沟的设计计算和反应动力学公式

氧化沟所采用的负荷值与反应器的温度、废水的性质和浓度有关。对某种特定的废水，氧化沟的负荷一般应通过实验确定，也可以参开同类型的废水处理资料。在氧化沟设计中除了要考虑传统碳源污染问题的去除外，还要考虑污水硝化和污泥稳定化问题。 1.1氧化沟设计经验参数

表1.1是不同条件下氧化沟的设计参数汇总，可以作为氧化沟设计的参考。由于设计参数来源与大量的工程实践，所以在采用上述参数是需要参考类似厂家的运行数据。氧化沟污泥负荷一般小于0.1kg BOD5/(kg MLSS ·d)，因此其出水水质好，而且运行可靠性和稳定性高。

表1.1 氧化沟的设计参数汇总

污泥龄/d

水力停留时间/h 污泥浓度 MLSS/(mg/L) VSS/MLSS

VSS生物可降解系数?b

MLVSS的BOD5含量/（mg/mgMLVSS） 基质去除率常数k 污泥产率系数Y 内源代谢系数kd/(d-1) 净VSS产率/(g/gBODu去除) 污泥消化

需氧量/(kg/kg BODu去除)

参数

热带地区 温带地区 寒带地区 热带地区 温带地区 寒带地区

不消化

氧化沟 10~20 20~30 >30 0.2~0.25 0.1~0.25 <0.1 12~36 4000~5000 0.5~0.8 0.4~0.65 0.4~0.65 8.35 0.4~0.7 0.035~0.09 0.25~0.40 不需要 0.8~0.85 1.0~1.3 1.4

备注 依赖是否硝化

污泥负荷/[kg BOD5/(kgMLSS·d)]

硝化，污泥不稳定化 硝化，污泥稳定化

1.2动力学设计方法

（1）去除有机物

① 动力学基础方程 氧化沟内碳源基质去除动力学与活性污泥法的动力学是完全一致的，对于完全混合系统，在稳定状态下物料平衡式有式（1-01），并根据敌营有式（1-02）。

dS △X Y( ）=（ ）+kdX （1-01）

dt △t

2

即， (

t=

V Q

1 θc

=Y（

S0—Se X

)-kd （1-02）

△X/△t X

）=Y（

dS/dt Xt

)-kd

（1-03）

则式（5-22）可改写为：

XV=

YtθcQ(S0—Se)

1+kdθc

（1-04）

式中 Q——处理污水流量，m3/d； V——好氧区有效容积，m3； t——水力停留时间，d；

S0——进水BOD5浓度，kg/ m3； Se——出水BOD5浓度，kg/ m3；

Y——污泥产率系数，kg VSS/kg BOD5； X——污泥浓度，kg MLSS/m3； kd——内源代谢系数，d-1；

θc——污泥龄，d，其值根据处理条件选定。 同样，对于基质而言，在稳态条件下有

1 S0

=μmax（ ）－ kd （1-05）

θc KS+S

式中 μmax——微生物最大壁纸增值速率，d-1；

KS——饱和常数，为μ=0.5μmax时的基质浓度，mg/L.

从式中（5-25）可以解出：

KS (1/θc+kd)

S= （1-06）

μmax –(1/θc+kd)

或引入k′，可以得出：

1

S= (1/θc+kd) （1-07）

k′Y

② 氧化沟的迟蓉和停留时间 采用式（1-04）可以计算氧化沟的池容。在估计整个系统中总得污泥量时，应该将沉淀池的污泥计算在内。或者出于安全考虑，也可忽略沉淀池部分污泥。对于大多数活性污泥系统，也由于沉淀池的污泥量所占比例较小，忽略沉淀池污泥量不会引起问题，并且有得大多参数都是按此方法获得。但是，用上述方法处理，对于一体化氧化沟或三沟氧化沟等会出现较大的问题，一般认为按照污泥龄的定义应该采用前者，这将在后面进行详细讨论。

氧化沟的停留时间事实上是一个到处参数，由于污泥负荷地，其停留时间总是比标准活性污泥法的长。这是在金水特性有很大波动时的一个很大的优点，使得氧化沟的出水水质

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变化较小。一般氧化沟的停留时间是12~36h。氧化沟的结构和曝气设备可保证流态处于完全混合状态，帕斯威尔氧化沟和卡鲁塞尔氧化沟的分散数D/(uL)>4（其中D为丛向分散数；u为氧化沟的平均流速；L为氧化沟的长度）。

Pasveer建议对于小规模的氧化沟，采用0.083kg BOD5/(kg MLSS ·d) 负荷和25~30d污泥龄。对于大规模的额污水处理场，由于控制较好，卡鲁塞尔氧化沟可以采用较高的负荷和较低的污泥龄。但是在不同的场合必须认真考虑，以免影响污泥脱水性能。

（2）硝化反应 Wuhrmann、Eckenfelder等人对影响活性污泥硝化过程的因素进行了研究，下面简单介绍其主要成果。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。

从化学计量学角度，1.0kg氨氮硝化需要4.6kg氧气。实际生产中的数据较小，为3.9~4.3kg O2/kg N。这是因为一部分用于细菌合成，并且硝化细菌可以从污水中的二氧化碳和重碳酸盐中获得一部分氧。由于上述反应产生氢分子，所以会消耗碱度，每氧化1mg氨氮消耗7.14mg/L碱度。从文献可知，氧化1.0mg BOD5产生0.3mg/L的碱度。硝化细菌是严格好氧自养型微生物，它们利用氨氮作为产能代谢反应物，其生长比一般去除有机物的异养型微生物缓慢，对环境条件敏感。硝化菌的产率系数为0.08g/gNH3-N去除，异养微生物的产率系数大约是0.50.08g/g BOD去除。由于污水中氨氮浓度较低，因此对于氧化沟中硝化细菌的实际比例一般只有1%~2%。

据报道，硝化反应的温度范围是5~45℃,25~32℃为最佳温度范围，最佳的pH范围是7.8~9.2.虽然消化过程也可以在地溶解氧的条件下发生，但硝化菌的生长速率较低。为了避免反应过程中受氧的限制，反应池中的溶解氧最好控制在3~4mg/L。温度对生长速率的影响公式可以用阿累尼乌斯公式表示，温度常数取1.12（5~20℃）。即使存在很少的毒性物质，也可能抑制硝化菌，因此，对于工业废水，污泥龄θc的确定需要进行实验研究；而对于城市污水，如果没有特殊的抑制物质，可以采用表1.2中的参数。

表1.2 硝化工艺在不同温度下采用的污泥龄

污水温度/℃ 5 10 完全硝化的θc/d 12 9.5 污水温度/℃ 15 20 完全硝化的θc/d 6.5 3.5 在寒冷季节水温低于10℃，如果θc小于10d，则硝化反应一般进行较差。当θc大于10d，只要氧化沟的曝气能力满足总的氧化需求，并且保持较高的溶解氧，则都可以取得很好的消化率，这也是对于脱氮的基本保证。在欧洲国家（如荷兰），笑话负荷一般选在0.05~0.10kg BOD5/kg MLSS，硝化速率大约为1.6mg NH3-N/(g VSS·d)（温度约在10℃）。应该注意的是，对于生物脱氮工艺要同时充分满足碳源和硝化需氧量。因为硝化是脱氮的前提，所以在任何时候，首先要保证硝化条件得到满足。

（3）污泥稳定性 在氧化沟设计中考虑的第二个因素是污泥的稳定性问题。从理论上讲，氧化沟的污泥龄的选取应该使得所有的挥发性固体通过内源呼吸全部被降解。无论是厌氧消化还是好氧消化，如果反应时间足够长，细胞讲解过程中有23%的残余物为不可生物降解物质。已知泥产率（Y，kg VSS/kg BOD5）和去除BOD5的量（Sr）。则每天VSS的产量为YS，其中科生物降解部分的量是0.77 YS。如果系统重科生物降解部分的固体物质是?bX（?b为VSS可生物降解系数），内源代谢常数kd，则在稳定状态下有

0.77YSr=kd?bX （1-08）

0.77YSr X= （1-09）

kd?b

4

或