本發(fā)明屬于環(huán)境工程中的污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應(yīng)池尺寸設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，污水治理去除有機(jī)物的同時(shí)還需要進(jìn)行脫氮除磷。因此許多研究者將氧化溝循環(huán)廊道前增加厭氧區(qū)(或厭氧池)，以滿足污水除磷的要求。氧化溝實(shí)現(xiàn)脫氮功能，一方面可以通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣器在循環(huán)廊道內(nèi)形成缺氧區(qū)和好氧區(qū)，則好氧區(qū)域進(jìn)行有機(jī)物氧化及硝化反應(yīng)，缺氧區(qū)域進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)；另一方面可以在氧化溝循環(huán)廊道外增設(shè)缺氧區(qū)(或缺氧池)，氧化溝循環(huán)廊道內(nèi)好氧區(qū)的硝化混合液可以通過(guò)回流門或回流泵按一定比例回流至缺氧區(qū)(池)。

傳統(tǒng)氧化溝采用曝氣和推流功能二合一的曝氣設(shè)備(如曝氣轉(zhuǎn)刷、曝氣轉(zhuǎn)盤、立式表曝器等)，這些曝氣設(shè)備在供氧的同時(shí)也起到推流作用。因此，調(diào)整曝氣器一方面會(huì)影響到溶解氧濃度在循環(huán)廊道內(nèi)的分布情況，另一方面也會(huì)影響到好氧區(qū)硝化混合液向缺氧區(qū)的循環(huán)回流情況，即會(huì)影響到循環(huán)比(循環(huán)廊道過(guò)流斷面通過(guò)的循環(huán)流量和進(jìn)水流量的比值)。針對(duì)曝氣和推流兩功能合一的氧化溝，個(gè)別研究關(guān)注了氧化溝的循環(huán)比，但主要考慮的是循環(huán)比是否能夠提供去除有機(jī)物及脫氮所需的足夠氧氣。湯利華^[1]依據(jù)需氧量和供氧量平衡，在曝氣器數(shù)目已定的條件下，求得為使出水有機(jī)物濃度達(dá)到預(yù)期結(jié)果氧化溝內(nèi)所需的循環(huán)比。Argaman^[2]根據(jù)進(jìn)水氨氮濃度及預(yù)期要達(dá)到的出水硝酸鹽氮濃度，依據(jù)傳統(tǒng)反硝化脫氮過(guò)程中硝化液需回流至缺氧區(qū)的要求，求得了氧化溝所需循環(huán)比的簡(jiǎn)化公式。

近幾年，在氧化溝工藝技術(shù)中，盡管有研究者提出了對(duì)氧化溝循環(huán)比進(jìn)行調(diào)控的裝置和方法。但是，到目前為止，人們對(duì)循環(huán)比的認(rèn)識(shí)多局限于循環(huán)廊道過(guò)流斷面通過(guò)的循環(huán)流量與進(jìn)水流量的比值這一概念，沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)循環(huán)比與活性污泥系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)水力停留時(shí)間的耦合關(guān)系，因此也沒(méi)有人提出去除水力停留時(shí)間影響的更有效、更直接的反映氧化溝生物反應(yīng)池尺寸與混合液循環(huán)流動(dòng)特性的相關(guān)參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應(yīng)池尺寸設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應(yīng)池尺寸設(shè)計(jì)方法,包括如下步驟：

①確定生物反應(yīng)池Q_in，S_o，N_to，N_k和P_o；

其中：Q_in為生物反應(yīng)池的進(jìn)水流量，單位m³/d；

S_o為生物反應(yīng)池進(jìn)水五日生化需氧量質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述五日生化需氧量簡(jiǎn)寫為BOD₅；

N_to為生物反應(yīng)池進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述總氮簡(jiǎn)寫為TN；

N_k為生物反應(yīng)池進(jìn)水總凱氏氮質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述總凱氏氮簡(jiǎn)寫為TKN；

P_o為生物反應(yīng)池進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述總磷簡(jiǎn)寫為TP；

②確定生物反應(yīng)池η_BOD5、η_TN、η_TP；

η_BOD5為生物反應(yīng)池BOD₅總處理率，單位％，取值范圍85～95；

η_TN為生物反應(yīng)池TN總處理率，單位％，取值范圍55～80；

η_TP為生物反應(yīng)池TP總處理率，單位％，取值范圍50～75；

③確定生物反應(yīng)池S_e、N_te、P_e；

S_e為生物反應(yīng)池出水BOD₅質(zhì)量濃度，單位mg/L，S_e＝(1-η_BOD5)S_o；

N_te為生物反應(yīng)池出水TN質(zhì)量濃度，單位mg/L，N_te＝(1-η_TN)N_to；

P_e為生物反應(yīng)池出水TP質(zhì)量濃度，單位mg/L，P_e＝(1-η_TP)P_o；

④確定X，X_v，L_s，y，L_v，L_TN，θ_c，Y，t_p，t_n，t_o，HRT，R各參數(shù)取值：

X為生物反應(yīng)池內(nèi)混合液懸浮固體平均質(zhì)量濃度，單位kg/L，取值范圍2.0～4.5，所述混合液懸浮固體簡(jiǎn)寫為MLSS；

X_v為生物反應(yīng)池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均質(zhì)量濃度，單位kg/L，取值范圍1.4～3.2，所述混合液揮發(fā)性懸浮固體簡(jiǎn)寫為MLVSS；

L_s為生物反應(yīng)池BOD₅污泥負(fù)荷，單位kg/(kg.d)；

以BOD₅/MLVSS表示時(shí)，取值范圍為0.10～0.21；

或以BOD₅/MLSS表示時(shí)，取值范圍為0.07～0.15；

y為單位體積混合液中MLVSS在MLSS中所占比例，單位g/g；

設(shè)初沉池時(shí)，y取值范圍為0.65～0.70；

不設(shè)初沉池時(shí)，y取值范圍為0.50～0.65；

L_v為BOD₅容積負(fù)荷，單位kg/(m³.d)，取值范圍0.20～0.70；

L_TN為總氮負(fù)荷率，簡(jiǎn)寫為TN/MLSS，單位kg/(kg.d)，取值范圍≤0.06；

θ_c為設(shè)計(jì)污泥齡，單位d，取值范圍為12～25；

Y為污泥產(chǎn)率系數(shù)，單位kg/kg；Y根據(jù)試驗(yàn)資料確定；若無(wú)試驗(yàn)資料，設(shè)初沉池時(shí)，取值范圍0.3～0.6，不設(shè)初沉池時(shí)，取值范圍0.5～0.8；

t_p為厭氧池水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍1～2；

t_n為缺氧區(qū)水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍1～4；

t_o為好氧區(qū)水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍6～12；

HRT為總水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍8～18，HRT＝t_p+t_n+t_o；

R為污泥回流比，R＝Q_R/Q_in，單位％，取值范圍50～100；所述Q_R為沉淀池向生物反應(yīng)池回流的污泥量，單位m³/d；

⑤依據(jù)以下公式求得厭氧池容積V_p、缺氧區(qū)容積V_n和好氧區(qū)容積V_o；

ΔX_V為排出生物反應(yīng)池的微生物量，單位kg/d；

K_deT為T℃時(shí)的脫氮速率，kg/(kg.d)，K_deT根據(jù)試驗(yàn)資料確定，若無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)按下式計(jì)算：

K_deT＝K_de201.08^(T-20) (4)

K_de20為20℃時(shí)的脫氮速率，kg/(kg.d)，取值范圍0.03～0.06；

T為設(shè)計(jì)溫度，單位℃；

θ_co為好氧區(qū)設(shè)計(jì)污泥齡值，單位d；

F為安全系統(tǒng)，取1.5～3.0；

μ為硝化菌生長(zhǎng)速率，單位1/d；

N_a為生物反應(yīng)池中氨氮質(zhì)量濃度，單位mg/L；

K_N為硝化作用中氮的半速率常數(shù)，單位mg/L，取1.0；

⑥選定曝氣裝置種類和規(guī)格；依據(jù)場(chǎng)地要求及計(jì)算得到的V_p確定厭氧池的長(zhǎng)、寬、高及有效水深；依據(jù)場(chǎng)地要求、曝氣裝置種類和規(guī)格以及計(jì)算得到的V_n和V_o確定缺氧區(qū)及好氧區(qū)的長(zhǎng)、廊道寬、高及有效水深；

其特征是還包括：

⑦依據(jù)循環(huán)廊道的廊道寬B，循環(huán)廊道的有效水深H，混合液在循環(huán)廊道內(nèi)的流速v，v取0.3m/s，循環(huán)廊道水力停留時(shí)間HRT_CC，HRT_CC＝t_n+t_o，及Q_in，計(jì)算循環(huán)頻次f:

如果3.2≤f≤7.6，則完成設(shè)計(jì)過(guò)程，得到反硝化聚磷菌所占比例較高的脫氮除磷氧化溝，否則，重新選定曝氣裝置種類，依據(jù)場(chǎng)地要求及曝氣裝置種類和規(guī)格確定厭氧池、缺氧區(qū)及好氧區(qū)的長(zhǎng)寬高及有效水深,而后再次計(jì)算f,直到3.2≤f≤7.6。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的方法，將循環(huán)頻次納入到氧化溝工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，提出了一種能提高反硝化聚磷菌占總聚磷菌比例的氧化溝生物反應(yīng)尺寸的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明指出循環(huán)頻次的合理取值范圍是3.2～7.6之間。對(duì)于循環(huán)廊道前設(shè)置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設(shè)置缺氧區(qū)和好氧區(qū)，循環(huán)廊道外不設(shè)置缺氧區(qū)(池)的脫氮除磷氧化溝工藝，當(dāng)生物反應(yīng)池尺寸設(shè)計(jì)時(shí)保證循環(huán)頻次f在3.2～7.6范圍內(nèi)時(shí)，可以使系統(tǒng)的反硝化聚磷菌占總聚磷菌的比例達(dá)到40％以上，同時(shí)使氧化溝系統(tǒng)的脫氮除磷率達(dá)到較高水平。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法得到的氧化溝可以富集反硝化聚磷菌，能夠?qū)崿F(xiàn)一碳兩用(消耗的有機(jī)物能夠用于氮和磷的同時(shí)去除)，所以與實(shí)現(xiàn)氮、磷相同處理效果的其它活性污泥工藝相比可節(jié)省25％左右的有機(jī)物消耗量，節(jié)省20％左右的耗氧量，并減少了20％左右的剩余污泥產(chǎn)量。

附圖說(shuō)明

圖1氧化溝循環(huán)比、循環(huán)頻次與水力停留時(shí)間關(guān)系推導(dǎo)示意圖。

圖2循環(huán)廊道外設(shè)置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設(shè)置缺氧區(qū)和好氧區(qū)的脫氮除磷氧化溝系統(tǒng)示意圖。

圖3循環(huán)廊道外設(shè)置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設(shè)置缺氧區(qū)和好氧區(qū)的脫氮除磷氧化溝系統(tǒng)生物反應(yīng)池尺寸設(shè)計(jì)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應(yīng)池尺寸設(shè)計(jì)方法,包括如下步驟：

①確定生物反應(yīng)池Q_in，S_o，N_to，N_k和P_o；

其中：Q_in為生物反應(yīng)池的進(jìn)水流量，單位m³/d；

S_o為生物反應(yīng)池進(jìn)水五日生化需氧量質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述五日生化需氧量簡(jiǎn)寫為BOD₅；

N_to為生物反應(yīng)池進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述總氮簡(jiǎn)寫為TN；

N_k為生物反應(yīng)池進(jìn)水總凱氏氮質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述總凱氏氮簡(jiǎn)寫為TKN；

P_o為生物反應(yīng)池進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度，單位mg/L，所述總磷簡(jiǎn)寫為TP；

②確定生物反應(yīng)池η_BOD5、η_TN、η_TP；

η_BOD5為生物反應(yīng)池BOD₅總處理率，單位％，取值范圍85～95；

η_TN為生物反應(yīng)池TN總處理率，單位％，取值范圍55～80；

η_TP為生物反應(yīng)池TP總處理率，單位％，取值范圍50～75；

③確定生物反應(yīng)池S_e、N_te、P_e；

S_e為生物反應(yīng)池出水BOD₅質(zhì)量濃度，單位mg/L，S_e＝(1-η_BOD5)S_o；

N_te為生物反應(yīng)池出水TN質(zhì)量濃度，單位mg/L，N_te＝(1-η_TN)N_to；

P_e為生物反應(yīng)池出水TP質(zhì)量濃度，單位mg/L，P_e＝(1-η_TP)P_o；

④確定X，X_v，L_s，y，L_v，L_TN，θ_c，Y，t_p，t_n，t_o，HRT，R各參數(shù)取值：

X為生物反應(yīng)池內(nèi)混合液懸浮固體平均質(zhì)量濃度，單位kg/L，取值范圍2.0～4.5，所述混合液懸浮固體簡(jiǎn)寫為MLSS；

X_v為生物反應(yīng)池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均質(zhì)量濃度，單位kg/L，取值范圍1.4～3.2，所述混合液揮發(fā)性懸浮固體簡(jiǎn)寫為MLVSS；

L_s為生物反應(yīng)池BOD₅污泥負(fù)荷，單位kg/(kg.d)；

以BOD₅/MLVSS表示時(shí)，取值范圍為0.10～0.21；

或以BOD₅/MLSS表示時(shí)，取值范圍為0.07～0.15；

y為單位體積混合液中MLVSS在MLSS中所占比例，單位g/g；

設(shè)初沉池時(shí)，y取值范圍為0.65～0.70；

不設(shè)初沉池時(shí)，y取值范圍為0.50～0.65；

L_v為BOD₅容積負(fù)荷，單位kg/(m³.d)，取值范圍0.20～0.70；

L_TN為總氮負(fù)荷率，簡(jiǎn)寫為TN/MLSS，單位kg/(kg.d)，取值范圍≤0.06；

θ_c為設(shè)計(jì)污泥齡，單位d，取值范圍為12～25；

Y為污泥產(chǎn)率系數(shù)，單位kg/kg；Y根據(jù)試驗(yàn)資料確定；若無(wú)試驗(yàn)資料，設(shè)初沉池時(shí)，取值范圍0.3～0.6，不設(shè)初沉池時(shí)，取值范圍0.5～0.8；

t_p為厭氧池水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍1～2；

t_n為缺氧區(qū)水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍1～4；

t_o為好氧區(qū)水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍6～12；

HRT為總水力停留時(shí)間，單位h，取值范圍8～18，HRT＝t_p+t_n+t_o；

R為污泥回流比，R＝Q_R/Q_in，單位％，取值范圍50～100；所述Q_R為沉淀池向生物反應(yīng)池回流的污泥量，單位m³/d；

⑤依據(jù)以下公式求得厭氧池容積V_p、缺氧區(qū)容積V_n和好氧區(qū)容積V_o；

ΔX_V為排出生物反應(yīng)池的微生物量，單位kg/d；

K_deT為T℃時(shí)的脫氮速率，kg/(kg.d)，K_deT根據(jù)試驗(yàn)資料確定，若無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)按下式計(jì)算：

K_deT＝K_de201.08^(T-20) (4)

K_de20為20℃時(shí)的脫氮速率，kg/(kg.d)，取值范圍0.03～0.06；

T為設(shè)計(jì)溫度，單位℃；

θ_co為好氧區(qū)設(shè)計(jì)污泥齡值，單位d；

F為安全系統(tǒng)，取1.5～3.0；

μ為硝化菌生長(zhǎng)速率，單位1/d；

N_a為生物反應(yīng)池中氨氮質(zhì)量濃度，單位mg/L；

K_N為硝化作用中氮的半速率常數(shù)，單位mg/L，取1.0；

⑥選定曝氣裝置種類和規(guī)格；依據(jù)場(chǎng)地要求及計(jì)算得到的V_p確定厭氧池的長(zhǎng)、寬、高及有效水深；依據(jù)場(chǎng)地要求、曝氣裝置種類和規(guī)格以及計(jì)算得到的V_n和V_o確定缺氧區(qū)及好氧區(qū)的長(zhǎng)、廊道寬、高及有效水深；

其特征是還包括：

⑦依據(jù)循環(huán)廊道的廊道寬B，循環(huán)廊道的有效水深H，混合液在循環(huán)廊道內(nèi)的流速v，v取0.3m/s，循環(huán)廊道水力停留時(shí)間HRT_CC，HRT_CC＝t_n+t_o，及Q_in，計(jì)算循環(huán)頻次f:

如果3.2≤f≤7.6，則完成設(shè)計(jì)過(guò)程，得到反硝化聚磷菌所占比例較高的脫氮除磷氧化溝，否則，重新選定曝氣裝置種類，依據(jù)場(chǎng)地要求及曝氣裝置種類和規(guī)格確定厭氧池、缺氧區(qū)及好氧區(qū)的長(zhǎng)寬高及有效水深,而后再次計(jì)算f,直到3.2≤f≤7.6。

本發(fā)明適合循環(huán)廊道前設(shè)置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設(shè)置缺氧區(qū)和好氧區(qū)，循環(huán)廊道外不設(shè)置缺氧區(qū)(池)的脫氮除磷氧化溝系統(tǒng)生物反應(yīng)池尺寸的設(shè)計(jì)，見圖2所示。

本發(fā)明設(shè)計(jì)過(guò)程，僅包括氧化溝系統(tǒng)污水處理過(guò)程中發(fā)生生物反應(yīng)的主體單元，即厭氧區(qū)(池)、缺氧區(qū)及好氧區(qū)尺寸的設(shè)計(jì)過(guò)程。不包括工藝系統(tǒng)預(yù)處理單元、沉淀池、消毒等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這些部分的設(shè)計(jì)過(guò)程可參考《氧化溝活性污泥法污水處理工程技術(shù)規(guī)范(HJ578-2010)》進(jìn)行。

反硝化除磷菌(DPAOs)，可以利用NO₃^-、NO₂^-作為電子受體，胞內(nèi)的有機(jī)物聚β-羥基鏈烷酸酯(PHA)作為碳源和電子供體，用于在缺氧環(huán)境下吸磷，同時(shí)將NO₃^-、NO₂^-還原為氮?dú)?。所以反硝化聚磷菌可以?shí)現(xiàn)一碳兩用，即胞內(nèi)儲(chǔ)存的PHA可以同時(shí)用于反硝化脫氮和缺氧吸磷。因此當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的反硝化聚磷菌增多時(shí)，系統(tǒng)脫氮除磷的有機(jī)物消耗量、耗氧量及剩余污泥排放量均會(huì)較傳統(tǒng)反硝化脫氮和好氧除磷低。

對(duì)于循環(huán)廊道外增設(shè)厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設(shè)置好氧區(qū)及缺氧區(qū)的氧化溝工藝系統(tǒng)，采用上述生物反應(yīng)池的設(shè)計(jì)方法，就可以得到能夠富集反硝化聚磷菌，同時(shí)取得高效的脫氮除磷效果的氧化溝工藝系統(tǒng)。

實(shí)施例1

本發(fā)明通過(guò)推導(dǎo)得出，循環(huán)比不僅是循環(huán)廊道過(guò)流斷面通過(guò)的循環(huán)流量和進(jìn)水流量的比值，也是循環(huán)廊道水力停留時(shí)間內(nèi)混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的圈數(shù)。而單位時(shí)間內(nèi)混合液在循環(huán)廊道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的圈數(shù)，即循環(huán)頻次，相較于循環(huán)比，更能有效的作為氧化溝工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及調(diào)控參數(shù)。

循環(huán)比是循環(huán)廊道過(guò)流斷面通過(guò)的循環(huán)流量與進(jìn)水流量的比值，因此循環(huán)比可用(9)式描述，見圖1

RR—循環(huán)比，無(wú)量綱；

B—循環(huán)廊道的廊道寬，m；

H—循環(huán)廊道的有效水深，m；

v—混合液在循環(huán)廊道內(nèi)的流速，m/s；

Q_in—生物反應(yīng)池的進(jìn)水流量，m³/d。

循環(huán)廊道左右兩端轉(zhuǎn)彎處視為半圓形，則可以推導(dǎo)得出(10)式：

HRT_CC—循環(huán)廊道水力停留時(shí)間，h；

V_CC—循環(huán)廊道的容積，m³；

L_mid—循環(huán)廊道的中線周長(zhǎng)，m，即圖1中所示循環(huán)廊道內(nèi)虛線長(zhǎng)度。

由(10)式可得：

(11)式代入(9)式中得：

由于：

T—循環(huán)周期，即混合液在循環(huán)廊道內(nèi)流行一圈所用時(shí)間，h。

故：

f—循環(huán)頻次，即單位時(shí)間內(nèi)混合液在循環(huán)廊道內(nèi)流行的圈數(shù)，h^-1。

所以：

所以從(15)式可知，循環(huán)比(RR)也是循環(huán)廊道水力停留時(shí)間內(nèi)混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的圈數(shù)。

國(guó)內(nèi)外已建氧化溝循環(huán)比差異很大，不同氧化溝循環(huán)比的差異不僅與生物反應(yīng)池的進(jìn)水流量有關(guān)，也與生物反應(yīng)池尺寸有關(guān)，還與循環(huán)廊道水力停留時(shí)間有關(guān)。

表1國(guó)內(nèi)外已建氧化溝的循環(huán)比及循環(huán)頻次

由表1可知，突尼斯的Mahres污水處理廠循環(huán)比為598.2，是日本秋田州某污水處理廠的兩倍多，但是由于該廠HRT_CC很長(zhǎng)為40小時(shí)，所以循環(huán)頻次f為14.95還略小于日本秋田州某污水處理廠的循環(huán)頻次17.50。而荷蘭鹿特丹的Carrousel氧化溝污水處理廠和邯鄲市西污水處理廠，兩氧化溝系統(tǒng)的循環(huán)比RR十分接近，分別為19.3和19.4，但是由于兩廠HRT_CC相差較多，故循環(huán)頻次f相差也較大，分別為2.66和0.90。所以由表1可知，循環(huán)頻次確實(shí)排除了氧化溝設(shè)計(jì)和運(yùn)行中已經(jīng)使用的重要參數(shù)水力停留時(shí)間的影響。循環(huán)頻次也較循環(huán)比能更好的反應(yīng)混合液的循環(huán)流動(dòng)特性，更適合于作為氧化溝工藝系統(tǒng)生物反應(yīng)池的設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1所列八個(gè)污水處理廠中有六個(gè)污水處理廠循環(huán)頻次不在3.2～7.6之間，故對(duì)這個(gè)六個(gè)污水處理廠依據(jù)本發(fā)明中的設(shè)計(jì)方法提出改造方案。

表2可改造氧化溝生物反應(yīng)池原尺寸

表3氧化溝生物反應(yīng)池尺寸改造建議

注：以上六個(gè)污水處理廠，同時(shí)需要對(duì)曝氣設(shè)備進(jìn)行改造或更換。

由表3中數(shù)據(jù)說(shuō)明，在設(shè)計(jì)時(shí)可以將循環(huán)頻次做為設(shè)計(jì)參數(shù)引入到氧化溝生物反應(yīng)池的尺寸設(shè)計(jì)中。

實(shí)施例2

Q_in＝240m³/d，進(jìn)水有機(jī)物、氮、磷濃度分別為COD：400mg/L左右，TN：40mg/L左右，TP：7mg/L左右。建造六座脫氮除磷氧化溝系統(tǒng)，每座氧化溝系統(tǒng)HRT＝12h，t_p＝2h，HRT_CC＝10h，t_n＝4h，t_o＝6h。

每座氧化溝系統(tǒng)的生物反應(yīng)池總?cè)莘e相等，V＝120m³；每座氧化溝系統(tǒng)的厭氧池容積及尺寸一致，V_p＝20m³，厭氧池長(zhǎng)為5m、寬為2m、有效水深為2m；每座氧化溝系統(tǒng)V_CC＝100m³，循環(huán)廊道中40％是缺氧區(qū)，60％是好氧區(qū)，故V_n＝40m³，V_o＝60m³。但是六座氧化溝系統(tǒng)循環(huán)廊道尺寸各不相同(詳見表4)，其中系統(tǒng)一、系統(tǒng)二f>7.6，系統(tǒng)三、系統(tǒng)四、系統(tǒng)五3.2≤f≤7.6，系統(tǒng)六f<3.2。

每座氧化溝系統(tǒng)水流方向均是污水和回流污泥由厭氧池起端進(jìn)水口流入，混合液由厭氧池末端出水口流出進(jìn)入循環(huán)廊道缺氧區(qū)，而后流入好氧區(qū)，混合液再由好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)。此外，循環(huán)廊道內(nèi)混合液由出水口流出進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，靜沉出水由沉淀池上部排出，沉淀池底部部分污泥回流至厭氧池起端與污水一起進(jìn)入?yún)捬醭?，Q_R為192m³/d，即R為80％。剩余污泥定期從沉淀池排出，使系統(tǒng)污泥齡維持在12天。生物反應(yīng)池內(nèi)混合液污泥濃度MLSS在3600～3800mg/L之間。

每座氧化溝系統(tǒng)中厭氧池，缺氧區(qū)及好氧區(qū)內(nèi)布置水下推進(jìn)器推動(dòng)混合液在厭氧池及循環(huán)廊道內(nèi)流動(dòng)，v為0.3m/s。好氧區(qū)底部設(shè)置微孔曝氣器對(duì)好氧區(qū)混合液進(jìn)行供氧，使好氧區(qū)溶解氧濃度大于2.0mg/L。

滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)與循環(huán)頻次相關(guān)的參數(shù)及運(yùn)行效果見表4和表5。

表4滿負(fù)荷(Q_in＝240m³/d)運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)與循環(huán)比及循環(huán)頻次相關(guān)的參數(shù)

表5滿負(fù)荷(Q_in＝240m³/d)運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)污染物的去除效果及DPAOs/PAOs

為了說(shuō)明循環(huán)比受水力停留時(shí)間的影響，六個(gè)系統(tǒng)進(jìn)水量均減半運(yùn)行，即半滿負(fù)荷(Q_in＝120m³/d)運(yùn)行時(shí)，各系統(tǒng)HRT＝24h，t_p＝4h，HRT_CC＝20h，t_n＝8h，t_o＝12h。其它運(yùn)行參數(shù)維持不變。

半滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)與循環(huán)頻次相關(guān)的參數(shù)及運(yùn)行效果見表6和表7。

表6半滿負(fù)荷(Q_in＝120m³/d)運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)與循環(huán)比及循環(huán)頻次相關(guān)的參數(shù)

表7半滿負(fù)荷(Q_in＝120m³/d)運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)污染物的去除效果及DPAOs/PAOs

從表4、表6中數(shù)據(jù)可以看出，結(jié)構(gòu)尺寸相同的系統(tǒng)，其循環(huán)周期和循環(huán)頻次是一致的。進(jìn)水量減半，只是引起了循環(huán)比和水力停留時(shí)間的變化，而對(duì)循環(huán)頻次和循環(huán)周期沒(méi)有影響。這一結(jié)果與前面公式推導(dǎo)得出的結(jié)論是一致的：循環(huán)比是循環(huán)廊道水力停留時(shí)間內(nèi)混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的圈數(shù)，而循環(huán)頻次是單位時(shí)間內(nèi)混合液在循環(huán)廊道內(nèi)流動(dòng)的圈數(shù)。因此，當(dāng)進(jìn)水流量變小，系統(tǒng)水力停留時(shí)間變大，循環(huán)比也相應(yīng)增大，而循環(huán)頻次卻保持不變。由此可知，循環(huán)頻次相較于循環(huán)比，更能有效的、直接的反映氧化溝生物反應(yīng)池結(jié)構(gòu)尺寸的特點(diǎn)，以及氧化溝生物反池尺寸對(duì)混合液循環(huán)流動(dòng)的影響。

如果單獨(dú)分析表5，或者單獨(dú)分析表7中數(shù)據(jù)，可以知道隨著循環(huán)比，或循環(huán)頻次的變化，各系統(tǒng)對(duì)COD、TN、TP污染物的去除率均有所變化，DPAOs/PAOs也有所變化。但是聯(lián)合由表5、表7中數(shù)據(jù)可以看出，雖然同一系統(tǒng)在滿負(fù)荷及半滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的循環(huán)比RR不同，但循環(huán)頻次f沒(méi)有變化，各統(tǒng)的除污效率也很接近，因此可以看出更能反應(yīng)生物反應(yīng)池構(gòu)造尺寸對(duì)氧化溝系統(tǒng)除污效率影響的參數(shù)是循環(huán)頻次，而不是循環(huán)比。因?yàn)檠h(huán)比這個(gè)參數(shù)中耦合了已在設(shè)計(jì)運(yùn)行中重點(diǎn)考慮的水力停留時(shí)間這一參數(shù)，因而循環(huán)頻次才是反映生物反應(yīng)池構(gòu)造尺寸對(duì)氧化溝混合液循環(huán)流動(dòng)特性的重要參數(shù)。

表8混合液每次流經(jīng)缺氧區(qū)及好氧區(qū)所用時(shí)長(zhǎng)

注：T_n為混合液每次流經(jīng)缺氧區(qū)所用時(shí)間，T_o為混合液每次流經(jīng)好氧區(qū)所用時(shí)間。

由表8可知，f＝1.32時(shí)，系統(tǒng)六內(nèi)混合液每次流經(jīng)好氧區(qū)耗時(shí)27.21分鐘，為六個(gè)系統(tǒng)中最長(zhǎng)的，因此也最有利于好氧吸磷充分反應(yīng)，這樣就導(dǎo)致了系統(tǒng)六內(nèi)混合液在好氧區(qū)PHA消耗最多，混合液流至缺氧區(qū)時(shí)胞內(nèi)的PHA也就較少，因此雖然系統(tǒng)六內(nèi)缺氧區(qū)一次停留時(shí)間也較長(zhǎng)為18.14分鐘，但由于PHA較少，反硝化聚磷反應(yīng)也不能較好進(jìn)行，長(zhǎng)期培養(yǎng)后，就導(dǎo)致了DPAOs/PAOs比值較低。故此時(shí)系統(tǒng)六內(nèi)DPAOs/PAOs所占比例為23％左右。

隨著f增加至3.24、4.86及7.56，一次循環(huán)好氧區(qū)停留時(shí)間縮短至11.11分鐘,7.41分鐘和4.76分鐘，由于每次流經(jīng)好氧區(qū)時(shí)間縮短，每次好氧區(qū)內(nèi)PHA消耗量就會(huì)減少，此時(shí)有利于缺氧區(qū)反硝化聚磷反應(yīng)的進(jìn)行。因此f為3.24、4.86及7.56時(shí)，長(zhǎng)期培養(yǎng)后DPAOs/PAOs均為40％以上。

當(dāng)循環(huán)頻次增加至10.8和16.2時(shí)，一次循環(huán)時(shí)好氧區(qū)停留時(shí)間為3.33分鐘和2.22 分鐘,缺氧區(qū)停留時(shí)間為2.23分鐘和1.48分鐘。雖然此時(shí)好氧區(qū)一次停留時(shí)間和缺氧區(qū)一次停留時(shí)間都較短。但是由于通常認(rèn)為所有聚磷菌都能進(jìn)行好氧吸磷，能進(jìn)行好氧吸磷的聚磷菌中只有一部分能進(jìn)行缺氧吸磷，所以能夠進(jìn)行好氧吸磷的聚磷菌數(shù)量總是大于能夠進(jìn)行缺氧吸磷的聚磷菌數(shù)量，因此這就導(dǎo)致了，流經(jīng)缺氧區(qū)的更短時(shí)間內(nèi)反硝化聚磷反應(yīng)不能充分進(jìn)行，而由于好氧吸磷菌數(shù)量多，所以雖然好氧區(qū)停留時(shí)間也較短，但好氧吸磷還是要比缺氧吸磷進(jìn)行的充分些，所以長(zhǎng)期培養(yǎng)后，仍舊會(huì)導(dǎo)致DPAOs/PAOs比值降低至26％以下。

在滿負(fù)荷及半滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)三、系統(tǒng)四、系統(tǒng)五內(nèi)DPAOs/PAOs可高達(dá)40％以上，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)各污染物的去除率也較高，COD、TN、TP去除率分別達(dá)到93％、84％和93％以上。而《氧化溝活性污泥法污水處理工程技術(shù)規(guī)范(HJ578-2010)》中建議的BOD₅總處理率為85％～95％，TN總處理率55％～80％，TP總處理率50％～75％。由此可知，當(dāng)我們考慮了循環(huán)頻次這一參數(shù)，并將這一參數(shù)控制在3.2～7.6之間時(shí)，氧化溝系統(tǒng)內(nèi)可以培養(yǎng)出較多的反硝化聚磷菌，可以實(shí)現(xiàn)較高的同步脫氮除磷率。

由以上分析可知，f在3.2～7.6范圍內(nèi)時(shí)，混合液每次流經(jīng)缺氧區(qū)及好氧區(qū)的時(shí)間協(xié)調(diào)較好，剛好有助于促進(jìn)反硝聚磷菌的生長(zhǎng)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到循環(huán)頻次f取值在3.2～7.6范圍內(nèi)，將會(huì)使氧化溝工藝系統(tǒng)內(nèi)DPAOs/PAOs所占比例較高，也會(huì)實(shí)現(xiàn)較高的同步脫氮除磷率。

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