对西安市第三污水处理厂Orbal氧化沟出水含磷量超低的探讨 5页

环境保护工程器EnvironmentalProtectionEngineedng对西安市第三污水处理厂Orbal氧化沟出水含磷量超低的探讨高静(西安市污水处理有限责任公司，陕西西安710024)摘要：西安市第三污水处理厂进水总磷年平均值为6．23m马／L，出水总磷年平均值稳定在0．183mg／L，该厂采用Orbal氧化沟工艺，处理效果非常好。经过测试研究发现，由于转碟曝气对氧气的传输作用，本应形成水平方向的A／O系统变成了垂直方向的A／O系统，其厌氧停留时间达7．8h，能较好地消除回流污泥携带的硝酸盐对除磷的影响。厌氧区位于池体的中下部。原水从池底侧墙入El进入，在厌氧环境中能较好地进行水解酸化作用，聚磷菌在此获得了优质碳源，磷酸盐含量高达18mgCL．由此在厌氧区释磷迅速而彻底。关键词：污水处理；除磷；Orbal氧化沟中图分类号：X703文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)02—0151-05DiscussiononEffluentUltra-lowPhosphorusContentofOrbalOxidationDitchof3一SewageTreatmentPlantinXi’anGaoJing1工程概况西安市第三污水处理厂13处理能力10万m3，采用Orbal氧化沟工艺，自2006年投产运行以来，除悬浮物外，其他各项水质指标均能达到或接近GB18918_-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准。出水水质稳定并优于A20或其他底部曝气工艺，特别是除磷效果非常好，出水中磷含量一直稳定在O．5mg／L以下。Orbal氧化沟工艺比较简单，没有设置初沉池，污水经提升后进行曝气沉砂，然后进入到4组Orbal氧化沟(每组氧化沟处理能力为2．5万m3)，最后由周进周出沉淀池出水，出水进行消毒处理，回流污泥同沉砂池的出水一起进入Orbal氧化沟前端的选择池。氧化沟有效水深4．2m，采用转碟曝气，转碟直径1．4m，外沟转碟无导流板，中沟和内沟转碟设有导流板。该污水处理厂历年出水水质都较好，笔者选择2010年的水质数据作为分析依据，设计出水水质采用一级B标准，年平均进、出水水质见表l，进、出水水质月平均值见表2、3。表12010年平均进、出水水质表2016#I$2搠(3一)第34巷．孝荭发求151\n器环境保护工程EnvironmentalProtectionEngineering表22010年进水水质月平均值表32010年出水水质月平均值2运行情况简介该污水处理厂设计日处理水量10万m3。实际平均进水量9．5万m3，进水量变化系数较大，夜间进水量占总进水量的43％。进水中SS含量较高。中沟和内沟的转碟为1个减速机带2组转碟，由于转碟为双轴两边输出，因此平衡性不好，易出故障，但对出水水质影响不大。转碟实行自动控制，每组氧化沟共装20台转碟。各组氧化沟的转碟分别进行控制，每组氧化沟的转碟在1个循环周期内连续运行，每台转碟在1个循环周期内停止运行2h，即在1个周期内的任何时间总有1台转碟是停止运行的。氧化沟的污泥质量浓度控制在5500mg，L左右，152．事荭故术2016No．2(Mar．)V01．34污泥指数较高，在250左右，在量杯试验中污泥沉降性能较差。但在二沉池中沉降性能良好，不影响出水水质。选择池的磷酸盐质量浓度较高，多数时间都大于18mg／I．．说明释磷效果很好。3转碟运行工况测试西安建筑科技大学于2012年对西安市第三污水处理厂的氧化沟流速及溶解氧进行了测试。1)测试项目及仪器流速：采用铅鱼(50kg)配合XZ一3型通用智能流速仪测定。溶解氧：采用HAMILl’ONVISIFERMDO120型便携式溶解氧仪现场测定。2)氧化沟测试点的平面布置见图1。\n环境保护工程器EnvironmentalProtectionEngineering厂；l124560jj；k厂／厂：il78910111々151617llIf嘲一斗ⅢH；；0夕＼k历／j；jkl——茸琴ll／l一＼3)分析对象与断面选择转碟在氧化沟的直线段充氧能力及流速分布规律性较强，以此作为分析对象具有代表性。在圆弧拐弯部分顶端的下游处水力流态十分复杂。说明在该处水流的混合能力特别强。同时拐弯部分占氧化沟总容积的比例小，所以，在分析转碟运行规律时，拐弯处的18-、-22测点不作为分析对象。4除磷机理浅析1)外沟浅层水平方向溶解氧质量浓度梯度小。Orbal氧化沟深4．2m，外沟共装8台转碟，直线段的转碟间距为27．2m，两边弧形段的转碟间距为34．4m。按照设计意图，在靠近转碟处，曝气强度最大，随着距离的延长，曝气强度逐渐减弱，甚至变为0，由好氧状态向厌氧状态过渡，再到下一个转碟进行充氧．沿着循环的水平方向形成好氧段和厌氧段。从测试结果来看，在外沟水平方向没有厌氧段，在圆环形“水平面”上各段的溶解氧浓度梯度很小。特别是位于外沟的转碟没有安装导流板，表面流速比较大。转碟之间的溶解氧浓度差别不大，则运行中的氧化沟没有形成交替的厌氧段和好氧段，没有释放磷的条件。这与前面所说的好氧段与厌氧段有很大的矛盾，若按Orbal氧化沟设计原理推理，该氧化沟的脱氮除磷效果应很差，但事实上该氧化沟除磷效果非常好。由此证明，实际运行中的外沟溶解氧若按设计要求控制为0，那么出水肯定不合格，这已被多年的运行实践所证明。在实际运行中，外沟的溶解氧检测结果都大于1mg／L，所以运行结果与Orbal氧化沟设计原理相违背。从Orbal氧化沟的主体理论来看其主要以脱氮为目的，对于除磷功能则涉及的不多。为了实现同步脱氮除磷，现在出现了改良型氧化沟，如以Carrousel为典型的氧化沟，在其前端增加了厌氧池和缺氧池。而Orbal氧化沟没有增加厌氧池，只增加了选择池，第三污水处理厂就是采用的这种形式，其选择池水力停留时间为1．21h。该Orbal氧化沟没有单独设计缺氧池和厌氧池．但除磷效果较好，它的除磷效果比A20工艺等专门设置了厌氧池和缺氧池的脱氮除磷效果要好得多。那么它的缺氧和厌氧容积在哪里?它的除磷机理又是什么呢?我们从Orbal氧化沟各沟的溶解氧含量来找厌氧和缺氧的环境条件。2)沟内垂直方向溶解氧质量浓度梯度大。从外沟(无导流板)曝气测试效果来看(见图2)，池深为0．5～4．2m，溶解氧质量浓度为0．05mg／L的部分，属于厌氧区，它所占的容积为8093m3．水力停留时间为7．80h。转礤，转礤：一底2016卑第2期(3一)第34巷啼荭敏客153一板渤一辙翌无一化一变一的嘹一一淄一馘龇燃瑚燃一补*图\n器环境保护工程EnvironmentalProtectionEngineedng从中沟(有导流板)曝气测试效果来看(见图3)，池深为1．5～4．2m，溶解氧质量浓度为0．5mg，L的部分，视为缺氧区，它所占的容积为3714m3，水力停留时间为3．57h；水面至O．5m之间平均溶解氧质量浓度为2m∥L，容积为2064m3水力停留时间为1．98h。内沟的溶解氧含量较高(见图4)，它是好氧区，所占的容积为3400m3，水力停留时间为3．27h，包括中沟好氧区水力停留时间1．98h在内的总水力停留时间为5．25h。0．27．一0．36'0．55．0．75"0．9．90．29'{0．42·0．52"0．60"0．8伊0．05．0．53．0．50．0．55·0．55·0．05‘0．58。0．50’0．50’0．50’丛垩H塑!：!．L池底1289101114520l27520r’———’r‘———————————————————————————41翻点图4内沟溶解氧沿池深度的变化(无导流板)氧化沟的总容积为18365m3，总水力停留时间为17．83h。厌氧停留时间所占的比例为43．7％，加上选择池则达到50．6％，缺氧停留时间所占的比例为20％，好氧停留时间所占的比例为29．4％。由此说明转碟只在氧化沟表面曝气，氧气没有传输到池底，池底形成了厌氧区，即氧化沟的下层处于厌氧状态。3)溶解氧在垂直方向形成较大的浓度差，脱氮除磷效率高。从以上数据可以看出，氧化沟(主要是外沟)是有厌氧区的．只不过是将“水平方向”的厌氧区、缺氧区与好氧区变为“垂直方向”的厌氧区、缺氧区与好氧区。154．事荭投术2016No．2(Mar．)V01．34同时，在氧化沟的下部。溶解氧含量始终处于“0”的状态，这种厌氧环境容易释放磷，而Orbal氧化沟的外沟BOD(碳源)很丰富，不需要投加有机碳源来满足生物脱氮过程的需要。聚磷菌在厌氧条件下释放磷的程度与碳源的数量和性质有关【l】。在厌氧条件下，聚磷菌将较多的挥发性脂肪酸(如PHB一聚B一羟基丁酸盐)等小分子有机物摄人细胞中．同时将分解聚磷酸盐所产生的磷酸盐排出胞外。另外，聚磷菌在厌氧条件下释放磷的程度与挥发酸的性质有关。聚磷菌优先吸收相对分子质量较小的低级脂肪酸，如含有甲酸、乙酸、丙酸等类的碳源，磷的释放迅速而彻底。聚磷菌一旦进入好氧环境，其在好氧环境中摄取的磷量比在厌氧环境中释放的磷量还要多。除磷是以生物转化为主，脱氮是以生物化学反应为主，但都离不开碳源。除磷需要小分子的精细碳源，而脱氮菌需要的碳源不像除磷所需的碳源那么精细。在该氧化沟工艺中，厌氧停留时间长达8h，长时间的厌氧过程一是将污水中不易降解的大分子水解为易被生物利用的小分子，水解作用强；二是将回流污泥携带的硝酸盐彻底消解且溶解氧被微生物完全耗尽。该污水处理厂的Orbal氧化沟脱氮运行实践与理论是相符的，污水在外沟循环180多圈，脱氮在外沟同步进行，污水在外沟始终处于好氧、缺氧(下层是厌氧)的交替中。在好氧段，氧气将氨态氮转化为硝态氮，在缺氧段，异氧菌利用污水中的碳源将氮气释放。缺氧条件有利于脱氮细菌的生长繁殖【2】，这些细菌以有机碳作为碳源，并以硝酸盐作为能量代谢过程中的电子接受体。由于脱氮细菌以有机碳作为碳源和能源，而Orbal氧化沟的外沟BOD(碳源)很丰富，因此不需要投加有机碳源来满足生物脱氮过程的需要。在这种良好的环境中，脱氮细菌把硝酸盐转化为气态氮而进人大气。在靠近转碟的位置为富氧区域，氨氮被硝化细菌氧化为硝酸盐氮。混合液在外沟闭路循环数十次乃至百次。同时进行了同样次数的硝化／脱氮反应。5结论1)除磷的优劣，主要体现在生物除磷的功能上。Orbal氧化沟生物除磷操作简便，运行成本可以降到最低，而且可以做到运行稳定。西安市第三污水处理厂就是最好的例子。该厂对磷的去除率为92．7％，且运行比较稳定。(下转第181页)j1J1J】讲j丁]面水5、鞋震\n知，提高混凝土抗压强度最有效的方式为降低混凝土的水胶比，但随着水胶比的下降，混凝土的黏度大幅增加．无法满足生产和施工的要求。为解决上述二者之间的矛盾，充分利用了铁尾矿砂可有效降低新拌混凝土塑性黏度的特性，将水胶比严格控制在0．32，工程应用效果良好。对C50预应力混凝土生产供应过程中7d和28d标准养护抗压强度值进行统计，其结果见表12。表12C50预应力混凝±抗压强度统计从表12可以看出．C50预应力混凝土的7d抗压强度最小值达到设计强度的102％，达到了预应力混凝土张拉要求。28d抗压强度平均值达到设计强度的134％，保证了结构实体的安全性。C50预应力混凝土7d和28d抗压强度的标准差都在4．0MPa以内．这也从另一个侧面反映出采用铁尾矿砂拌制的C50预应力混凝土具有良好的稳定性。4结论1)铁尾矿砂和天然砂相比，最突出的优点是：它是工业化产品，质量稳定性远优于天然砂。因此，采用铁尾矿砂生产混凝土既能解决资源综合利用和天然砂资源紧张问题，又能保证所生产混凝土的稳定性。2)铁尾矿砂中的粉体颗粒对聚羧酸外加剂的吸附量与水泥相当，是天然砂中粉体颗粒对聚羧酸外加剂吸附量的113。铁尾矿砂中粉体含量的波动对聚羧酸外加剂掺量影响较小，而天然砂中含泥量的增加导致聚工程材料与设备器EngineeringMaterial&Equipment羧酸外加剂掺量的大幅增加。3)各矿物组分对砂浆拌合物流动性劣化作用排序为：蒙脱石>云母>长石>白云石和方解石>石英。其中，蒙脱石掺量达到0．50‰时，拌合物的流动性急剧劣化，应引起足够的重视。结合2种砂粉体中不同矿物组成的分析结果，总结出造成铁尾矿砂性能较优的原因可能是：铁尾矿砂粉体中石英含量较高，而天然砂粉体中白云石、蒙脱石含量较高，蒙脱石含量较铁尾矿砂粉体高出1．3％。4)流变性方面．对于设计强度为C30和C50的混凝土而言。铁尾矿砂拌制的混凝土其屈服应力和塑性黏度均有一定程度的下降。5)工程应用方面，采用铁尾矿砂拌制的自密实混凝土表现出良好的流动性、保坍性和稳定性，在给生产和施工带来极大方便的同时，保证了结构混凝土的质量。采用铁尾矿砂拌制的C50预应力混凝土7d强度满足张拉要求，且混凝土的抗压强度标准差较小，反映出混凝土具有良好的稳定性。囫萄参考文献：【l】丁威，黄小坤，冷发光，等．高性能混凝土应用技术指南【M】．北京：中国建筑工业出版社，2015：9．【2】廖国胜，何正恋，刘佩．黏土矿物成分对聚羧酸减水剂吸附性能的研究【J】．硅酸盐通报，2015(1)：230．【3】宋功保，彭同江，刘福生，等．我国主要白云母的矿物学特征研究叨．矿物学报，2005(2)：123—129．【4】吴昊．黏土对聚羧酸系减水剂性能的影响机制及控制措施【D】．北京：北京工业大学，2012：32—35．收稿日期：2015一ll—17作者简介：王波，女，工程师，学士．主要从事混凝土质量控制及研发等工作。(上接第154页)2)聚磷菌所需的碳源来自于厌氧池的兼性细菌将BOD转化为挥发酸(VFA)，该转化过程必须在厌氧环境中完成。该污水处理厂的氧化沟下层可达到水解酸化的目的，在外沟的底部(水从池底进入)所形成的厌氧乃至缺氧环境中，污水经过充分的水解，形成了较多的挥发酸，并且这些挥发酸在不停地循环，很均匀地分配，供聚磷菌使用。3)厌氧时间较长最大的优势是能够消除回流污泥携带的硝酸盐对除磷的影响。圃图参考文献：【l】邓荣森．氧化沟污水处理理论与技术【M】．北京：化学工业出版社，2006：52—56．[2】徐亚同．废水中氮磷的处理[M】．上海：华东师范大学出版社，1996：43—53．收稿日期：2015—09—28作者简介：高静，女，工程师，硕士，主要从事污水处理方面的工作。2016年2期(3一)第34拳啼荭投求181