Carrousel氧化沟内特性参数的分布

中国环境科学 2007，27(6)：792~796 China Environmental Science Carrousel氧化沟内特性参数的分布 刘艳臣 ，范 茏 ，王志强 ，陈大方 ，施汉昌 ，罗 彬 ，王颖哲 (1靖华大学环境科学与工程系，环境模拟 与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084；2．中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083；3．安徽国 祯环保节能科技股份有限公司，安徽 合肥 230088) 摘要：为提高Carrousel氧化沟的脱氮能力，对长沙第二污水处理厂的Carrousel氧化沟工艺进行了现场测试，研究了氧化沟中流速、溶解氧 以及污泥浓度在不同曝气机开启条件下的分布变化特征，并分析了其对同步硝化反硝化过程发生的环境条件的影响．结果明，流速、溶解 氧以及污泥浓度的空间分布特征受曝气机的开启条件影响显著，沟内溶解氧浓度随时间变化较大．开启 5台曝气机时，溶解氧和流速均偏高， 污泥混合更加均匀，开启 3台曝气机时中沟段存在流速过低区域(<0．I5m／s)；适当降低曝气机开启台数，并根据系统条件变化动态调节，可以 为实现氧化沟同步硝化反硝化过程创造较好的工艺条件． 关键词：Carrousel氧化沟；溶解氧：流速：污泥浓度：同步硝化反硝化 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：11)t)0-6923(2007)06—0792—05 The distribution of key parameters in Carrousel oxidation ditch．LIU Yah-chen ，FAN Long ，WANG Zhi—qiang ， CHEN Da-fang2 ， SHI Han-chang‘’ ， LUO Bin ，WANG Ying-zhe (1．State Key Joint LabOratory of Environment Simulation and Pollution Control，Department of Environm ental Science and Engineering，Tsinghua UniversitY,Beijing 100084，China；2．School of Chemical and Environm ental Engineering，China University of Mining an d Technology, Beijing，Beijing 100083，China；3．Guozhen Environm ental Protection Company,Hefei 230088，China)．China Environmental Science，2007，27(6)：792-796 Abstract：To enhan ce nitrogen removal，a systemic monitoring ofthe biological and hydrological parameters ofCarrousel oxidation ditch in Changsha second wastewater treatment plant was carried out to study the feasibility of simultaneous nitrification and denitrification (SND)．The variation and distribution of parameters such as flow velocity,the concentration of dissolved oxygen(DO)and mixed liquor suspended solids(MESS)in oxidation ditch were measured and analysed，whichweremajor controlfactorsfor SND．The dimensional distribution offlowvelocity,DOandMLSSwere affected markedly by the open condition of the fans，DO along the ditch changed obviously with time．DO and flow velocity were higher and the mixing ofMLSS Was sufficient when five fans were opened，while there Was lower flow velocity f‘，0．1 5m／s)in middle ditch when three fans were opened．The feasible operation conditions for SND were lower dissolved oxygen concentration，lower flow velocity and higher concentration of MLSS． Key words：Carrousel oxidation ditch：dissolved oxygen．veloeity：N几SS：simultaneous nitrification and denitrification 氧化沟污水处理工艺自20世纪50年代由荷 兰卫生工程研究所研制成功以来。对其研究主要 集中在增强氧化沟的处理能力、降低土建及运行 成本及其曝气方式、运行方式等方面B-21对工艺 运行内部环境控制条件的优化研究则相对较少， 如曹瑞钰等pJ曾研究了改善氧化沟局部的流态 特征的．对于已建或新建的氧化沟系统。尚存 在如何通过运行控制实现优化运行的问． 氧化沟具有较好的同步硝化反硝化(SND1 过程的发生条件【4 J，一些学者对氧化沟 内的 SND 过程进行了研究[7-91．如何通过控制氧化沟 内微环境提高SND过程发生效率，以及考虑进水 影响的动态 SND 过程。至今还没有相关研究．本 研究以长沙第二污水处理厂氧化沟系统为例，着 重分析了Carrousel氧化沟运行特性，包括流速、 收稿日期：2007—03-09 基金项目：国家 “863”项N(2004AA601060) 责任作者，教授，hanchang@mail．tsinghua．edu．ell 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 刘艳臣等：Carrousel氧化沟内特性参数的分布 793 溶解氧及污泥浓度变化，研究利于SND等除氮过 程发生的条件，分析如何实现增强氧化沟去除有 机物能力的途径和方式． 1 材料与方法 1．1 Carrousel氧化沟工艺 长沙市第二污水处理厂采用的是典型的四 廊道 Carrousel氧化沟工艺(图 1)，长(x)90m，宽 (y)7．4m，深(z)3．9m，有效容积约 1．2万 m3"采用大 功率倒伞形表面曝气机曝气．全厂分 2个系列运 行，曰处理水量近 l4万 t，进水的 COD、NH3 j 以及 NO3一—N 的 日平 均浓度 分别为 272．3， 16．6，6．0mg／L，开启 4台曝气机时，出水的 COD、 NH3_N 以及 NO3--N 的 日平均浓度 分别为 41．9，14．4，7．2mg／L，氧化沟的除氮效果并不理想． 图 l 氧化沟结构及测试位置示意 Fig．1 Construct ofoxidation ditch and test location 1N5为测试位置编号， f为曝气机编号 1．2 试验设计 适宜SND过程发生的环境条件，主要包括宏 观环境上的交替好氧缺氧条件，絮体微环境好氧 缺氧变化条件，以及完全的低溶解氧、低负荷环 境条件．2005年l2月，对运行中的氧化沟进行了1 周的测试试验。试验期间水温约 20℃．试验分别 对氧化沟 5个代表性断面位置(图 1)的流速、溶 解氧和MLSS进行了现场测试，进水口后(截面 1)， 出水口前(截面5)，以及长沟、半沟的中间位置(截 面2、截面4)和流入表面曝气机处(截面3)，且每 个面均在深 0．5，2．0，3．2m处及宽∽ 1，4，6m处取 不同的9个点进行测试． 本研究分别对 2种不同的工况控制条件进 行测试，工况 1为开启3台曝气机(开启编号a、c、 e)，工况 2为开启 5台曝气机(f因故障未开)．流速 采用 XZ．2型通用智能流速仪计数器测定，溶解 氧采用 YSI．58型溶氧仪进行测定，MLSS采用 SoLIPAxTMsc污泥浓度仪测定，并运用人工监 测结果对仪器监测结果进行校正． 2 结果与讨论 2．1 流速分布 流速变化对于氧化沟脱氮过程具有一定的 影响，以推流效果以及水平流速作为控制总氮去 除效果的控制变量【l们，流速除了影响污泥沉积外， 还对氧化沟内的水力循环时间、好氧缺氧环境的 停留时间比例、溶解氧、有机物、污泥浓度分布 有着直接的影响．流速也可直接反映沟内的扰动 程度，直接对污泥絮体的形状和大小产生影响，这 些均是对氧化沟发生SND过程关键的影响因素． 由图 2可见，氧化沟内的流速受曝气条件以及空 间位置变化的影响显著，开启 5台曝气机时沟内 的平均流速(0．5m／s)比开启 3台曝气机平均流速 (0．38m／s)高，宽度和深度方向的扰动也较大，大部 分区域均处于高流速(>0．3m／s)．而开启 3台曝气 机 也有 接近 60％的空 间区域 处 于高 流速 (>0．3m／s)，其中只有中沟段截面 2和截面 4位置 的局部区域流速<0．15m／s，存在污泥沉积的可能 性．每个截面流速随着深度有所下降，幅度不大且 规律并不明显．氧化沟内流速越低越有利于 SND 脱氮[1O1．2种工况条件均存在较高流速区域，不仅 浪费能量，还会导致沟内有机物以及溶解氧的浓 度分布更加均匀。造成好氧缺氧交替变化周期变 短，不利于 SND过程发生．所以，应该在满足曝气 需求的情况下，尽量降低曝气机开启的台数(低 于 3台)和频率，同时在沟中段位置配合水下推流 器来防止局部区域的污泥沉积． 2．2 活性污泥浓度的分布 絮体颗粒尺寸是影响 SND过程的一个重要 因素．一般活性污泥粒径范围为 20-2000pmu¨， 污泥絮体粒径为 50～11O~tm 时即可发生高效的 SND过程，而且以粒径在 60-801am 以上为主ll ． 维普资讯 http://www.cqvip.com 794 中 国 环 境 科 学 27卷 在相同负荷条件下，污泥浓度高、扰动程度小更 有利于形成较大的污泥絮体颗粒，利于SND过程 发生．由图 3可知，开启 5台曝气机情况下，MLSS 在长度、宽度和深度上的变化均变小。整个沟内 宏观混合程度较高，说明此时沟内的相对扰动较 大，形成大粒径污泥絮体的比例会降低．而开启 3 台曝气机时，沟内污泥的混合度变差，但是扰动程 度变小，更有利于大粒径絮体的形成，促进 SND 过程发生．针对不同的进水负荷，提高污泥浓度， 尽量减少曝气机的开启台数。降低推流设备的运 行功率，减弱沟内的扰动程度，更利于 SND 过程 发生． 截面编号 宽度(m) 图3 不同截面 2种工况条件下活性污泥浓度变化 Fig．3 MLSS varies atdifferent location ÷_3个曝气机 十 5个曝气机 5 m 0m ．2m — O．5m ． 2．Om ．3．2m 目目翻 圄国 蘸 霸 圉国斟 ● ． 2 0 8 2 0 8 2 0 8 一∞ f】艘蜡 l l 0 l l 0 l 1 0 一 8)避艇 蛉 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 刘艳臣等：Carrousel氧化沟内特性参数的分布 795 邑 球 效 截面编号 j 宽度(m) 图4 不同截面 2种工况条件下DO变化 Fig．4 Dissolved oxygen varies at different location — *一3个曝气机 十 5个曝气机 2．3 溶解氧浓度的分布 溶解氧是控制氧化沟内发生 SND过程的最 关键的控制条件，直接影响到好氧缺氧区的变化 以及空间分配比例和时间变化频率，控制相对较 低的溶解氧浓度(O．3～1．Omg／L)[4-5,13]，更有利于絮 体内形成好氧与缺氧环境【l训，为同步硝化反硝化 的发生创造条件．由图4可以看出，随着远离曝气 机下游，溶解氧浓度逐渐降低，曝气机对上游的溶 解氧浓度影响很小，溶解氧沿深度和宽度方向变 化幅度不大．当开启 5台曝气机时，整个沟内的平 均溶解氧浓度为 2-3mg／L，几乎完全处于好氧状 态，变化梯度较小；而开启 3台曝气机条件下出现 较大好氧缺氧交替区域，产生近 50％的缺氧区域， 为 SND过程的发生创造了很好的条件【l ． 图5为氧化沟 2个不同位置 1d内溶解氧浓 度变化(开启4台曝气机)，位置1位于截面2附近， 位置2位于截面 5附近．在 1d的某些时段，溶解氧 浓度偏高。氧化沟大部分环境均处于好氧状态，而 在某些时段，溶解氧浓度又偏低，整个氧化沟内又 处于完全的缺氧状态，这样使得氧化沟内不能形 成稳定的交替缺氧好氧环境，这不利于SND过程 持续稳定的发生．因此，需针对系统运行条件的变 化及时调整对应的曝气条件。在溶解氧偏低的时 段，增加曝气机开启台数(4—5)，在溶解氧偏高的 时段减少曝气机开启台数(2~3)，形成稳定缺氧好 氧交替变化环境，促进动态 SND发生． 荛 时间(h) 图 5 溶解氧浓度随时间变化 Fig．5 Dissolved oxygen varies on time 3 结论 3．1 Carrousel氧化沟 内的流速、DO 以及 MLSS的空间变化受曝气机开启条件的影响较 大．适当降低曝气机开启台数(2-3)，降低内循环 速率，降低沟内的紊动程度，形成交替变换的好氧 缺氧区域(缺氧区30％-50％)，可形成更利于 SND 维普资讯 http://www.cqvip.com 中 国 环 境 科 学 27卷 过程发生的宏观、微观环境，同时要增设必要的 水下推进器防止局部污泥沉降． 3．2 Carrousel氧化沟内每日不同时刻的DO随 时间变化较大．需要根据系统运行条件的变化动 态调节对应曝气机的开启数和功率，溶解氧偏低 时段，增大曝气机的开启台数(4～5)和功率，溶解 氧偏高时段，减少曝气机的开启台数(2～3)和功率， 才可实现稳定的利于SND过程发生的空间环境． 参考文献： ⋯1 陈学群，俞爱媚，吕 斌．Carrousel氧化沟技术演变规律的探究 【J】．给水排水，2002，28(2)：19—21． 【2】 刘家富，吕 斌，曹红涛．Carrousel2000氧化沟的调试及运行 【J】． 中国给水排水，2004，20(1 1)：101—103． 【3】 曹瑞钰，付见中．改善氧化沟流速分布的 【J】．中国给水排 水。2001，17(2)：16—18． 【4】 高廷耀，周增炎，朱晓君．生物脱氮工艺中的同步硝化反硝化现 象 【J】．城市给排水，1998，24(12)：6—9． 【5】5 王 晋，孙晓娟，傅飞云．同步硝化反硝化脱氮影响因素探讨【J】． 江苏工业学院学报，2003，15(3)：24—26． 【6】 Klangduen Poehana,Jurg Keller．Study of factors affecting simulataneous nitrification and denitrification 【J】．Wat．Sci． Tech．，1999，39(6)：61—68． 【7】 O’Neill M ， Horan Nigel J． Achieving simultaneous nitrification and denitrification of wastewater at reduced cost【J】． Wat．Sci．and Tech．，1996，32(9／10)：303—312． 【8】8 HAO Xiaodi，Halls J，Johan Conditions and mechanisms affecting simultaneous nitrification and denitrification in a pasveer oxidation ditch【J】．Bioresource Technology,1997，59 207—21 5． 【9】 GAO Shouyou，Peng~ongzhen，Dong Wenyi，et a1．Pilot studies of factors influencing the simultaneous 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nitrification and denitrification(SND)via nitrite in an intermittently—areated reaction【J】．Wat．Res．，1999，33(1)：145—154． 作者简介：刘艳1~(1980一)，男，黑龙江兰西县人，清华大学环境科学 与工程系博士研究生，主要从事污水控制理论与技术研究．发表论文 3篇． 美国环境保护局列出可能的内分泌干扰剂名单 2007年 6月中旬，美国环境保护~j(EPA)发布要筛选的可能内分泌干扰剂化合物名单．这个人们期待已久的本应 在 1999年完成的名单，包括已知的和被怀疑的内分泌干扰剂．几乎所有物质都是各种杀虫剂，这是因为可能的暴露和 产量大名 单初稿包括 73种物质，其中 69种是杀虫剂，而另外 4种是生产杀虫剂配方要用的物质．半数以上这类物质 已知对内分泌系统有影响，或者已被证明有抗雄激素或雌激素活性． 一 名长期从事内分泌干扰剂研究的研究人员 Theo Colbom称这份名单是公正的，说 EPA没有偏向于企业利益． 但许多人仍然对 EPA挑选化合物的过程和建立测试文件方面的有些做法表示失望． 自然资源保护委员会(NRDC)的专家Sarah Janssen说，有些化合物明显是内分泌干扰剂，EPA却还要花力气和资 金对他们进行测试，EPA 现在应该马上对其他化合物进行测试．饮用水中的有些污染物如壬酚等已知有广泛的人群 暴露和对野生生物产生影响，还没有列入名单．但要列出第2批待选的化合物并进行严格的测试谈何容易． 江 刚 摘自 ((Environmental Science&Technology))，August 1,5 1 70(2007) 维普资讯 http://www.cqvip.com