鲁卡塞尔型氧化沟排水工程调研报告大学毕设论文.docx
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鲁卡塞尔型氧化沟排水工程调研报告大学毕设论文
排水工程调研报告
课题名称
卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺调研报告
学生姓名
学号
指导教师
学院
水利与环境学院
专业班级
Universitycode:
StudentID:
Confidentialitylevel:
GradeThree
ReportofCarrousel2000OxidationDitch
NameofStudent:
Supervisor:
Major:
EngineeringofWaterSupply&Drainage
School:
SchoolofWaterConservancy&Environment
Dateofsubmission:
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1调研目的与意义1
1.2调研内容1
1.3调研路线2
2卡鲁塞尔氧化沟原理概述2
2.1活性污泥法2
2.2基本型卡鲁塞尔氧化沟2
2.3卡鲁塞尔2000型氧化沟4
2.4影响卡鲁塞尔2000型氧化沟脱氮除磷的因素5
2.5卡鲁塞尔2000型氧化沟存在的问题及解决方法5
2.5.1污泥膨胀问题5
2.5.2污泥上浮问题6
2.5.3泡沫问题6
2.5.4污泥沉积问题6
3工程应用实例6
3.1许昌县污水处理厂6
3.1.1工程设计7
3.1.2运行效果7
3.1.3调研体会9
3.1.4小结9
3.2银川市北部污水处理厂9
3.2.1工程设计9
3.2.2运行调试10
3.2.3小结12
3.3常州市武进城区污水处理厂12
3.3.1工程设计12
3.3.2运行效果13
3.3.3调研体会14
4总结16
5致谢17
参考文献18
摘要
由于我国的流域水环境状况十分严峻，部分省市为了保护本地区的流域水环境质量，制定了严于国家标准的流域综合排放标准。
氧化沟工艺流程简洁、运行稳定、运行方式灵活、管理方便，处理费用低，近些年来，在我国引进新建的污水处理工艺中．运用最多的是氧化沟技术。
卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺系统是-项先进的经济硝化—反硝化脱氮工艺，其最显著特点是无需回流提升动力的条件下，实现硝化液的高回流比。
该工艺在世界多处水处理中投入生产运行，应用领域行业广泛。
本文以探究该工艺的原理、工艺过程和设施及其应用为目的，结合许昌县污水处理厂、银川市北部污水处理厂、常州市武进城区污水处理厂等几处采用卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺的城镇污水处理厂工程实例，对该工艺进行了调查研究，并作此报告。
关键词：
卡鲁塞尔2000型氧化沟；污水处理；工艺运行
ABSTRACT
Becauseoftheseriousvalleywaterenvironmentstatusinchina,someprovincesandcitieshaveestablishedvalleyintegrateddischargestandardstoprotectthelocalwaterenvironmentquality,whichismorerigidthannationalstandards.
Oxidationditchprocessiskindofsimple,stable,flexible,convenientandlowcostsprocess,whichismostlyusedinthesewagetreatmentprocessinChinarecentlyyears.Carrousel2000oxidationditchprocesssystemisanadvancedeconomynitrificationanddenitrificationnitrogenremovalprocess.ThemostsignificantcharacteristicofitisthatundertheconditionofnorefluxliftingpowerCarrousel2000oxidationditchprocesssystemcanmakeahighnitrificationliquidrefluxratio.Theprocesshasbeenputintoproductionandoperationinmanywatertreatmentprocessesallovertheworld.Itiswidelyusedinmanyfieldsofapplication.Aimedtoexploretheprinciple,processandfacilitiesoftheprocessanditsapplication,IcombinedafewusingCarrousel2000oxidationditchprocessofurbansewagetreatmentplantengineeringexamplessuchasXuchangCountysewagetreatmentplant,YinchuanCityNorthernsewagetreatmentplantandChangzhouWujinCitysewagetreatmentplanttomakethisinvestigationandreport.
Keywords:
Carrousel2000oxidationditch;sewagetreatment;processoperation
1绪论
1.1调研目的与意义
氧化沟工艺流程简洁、运行稳定、运行方式灵活、管理方便，处理费用低，近些年来，在我国引进新建的污水处理工艺中．运用最多的是氧化沟技术。
由于采用了较低的BOD负荷、较长水力停留时间以及独特的流动方式．与其它工艺相比．氧化沟有较强的耐冲击负荷能力、剩余污泥少：
容易取得好的脱氮效果[1]。
想要成为水处理行业从事者，对这些工艺的了解仅止于课本是远远不够的，更需要实地参观考察，深入学习了解水处理工艺细节特点和实际工况。
调研的意义不仅仅在于只调研这一个构筑物，而是要彻底了解他的优缺点和工艺原理，同时了解水科学和环境技术领域的科学研究、工程设计和管理规划方面应具有的基本能力，掌握对水的开发、净化、输送、回收与应用必需的基本理论、基本技能，接受工程师训练和初步的科研方法训练，初步学会独立获取知识和分析、解决给水排水工程实际问题的方法，掌握规划给水排水系统、进行给水排水工程的工艺设计、施工、管理和简单的结构设计的能力并掌握水资源控制与保护、节水等相关知识。
本次调研选取卡鲁塞尔（Carrousel）2000型氧化沟作为调研对象，意在加深对该工艺的了解，对城镇污水处理工艺有进一步的认识。
1.2调研内容
氧化沟活性污泥工艺系统自20世纪50年代被荷兰的巴斯维尔（I.A.Pasveer）博士开发以来，得到多数污水处理厂的运行实践证实，氧化沟工艺系统处理城市污水的效果显著，并且其工艺系统-直在不断完善，配套设施也在进一步地更新，使其应用范围越来越广泛。
第一代基本型卡鲁塞尔氧化沟工艺系统是在20世纪60年代后期由荷兰DHV技术咨询公司所开发，迄今在世界上已有800多座以卡鲁塞尔氧化沟工艺系统作为基本处理工艺的污水处理厂投入生产运行，应用领域行业广泛，污水处理厂规模从400m3/d到113万m3/d。
为了进-步提高卡鲁塞尔氧化沟工艺系统净化功能的稳定性和脱氮、除磷效果，DHV公司及其美国的专利特许公司EIMCO公司在卡鲁塞尔氧化沟工艺系统的基础上进行了多层次的改进与开发，使卡鲁塞尔氧化沟工艺系统发生了多层次的演变。
卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺系统开发于1993年，是-项先进的经济的硝化—反硝化脱氮工艺[2]。
本文在阐述了该工艺理论原理、构造、工艺过程及设施设备的基础上，以许昌县污水处理厂、银川市北部污水处理厂、常州市武进城区污水处理厂为例，介绍了卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺系统的处理效果，探讨了存在的问题，阐述了运行期间需要注意的事项。
1.3调研路线
本调研初始采用的是理论分析，首先介绍了卡鲁塞尔氧化沟工艺系统的基础理论知识。
其后列举了卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺系统的应用实例，并对其做了初步的探讨。
2卡鲁塞尔氧化沟原理概述
2.1活性污泥法
活性污泥法是一种污水好氧生物处理法，于1912年由英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）于1912年发明。
活性污泥法是废水生物处理中微生物悬浮在水中的各种方法的统称。
因悬浮的微生物群体呈泥花状态，故名。
该法以活性污泥为主体对废水进行生物处理。
活性污泥是在人工充氧条件下，向废水中连续通入空气，经一定时间连续混合培养后，因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。
在活性污泥法中的活性污泥上，栖息着以菌胶团为主具有很强的吸附与氧化有机物能力的微生物群。
利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，能够分解去除污水中的有机污染物。
活性污泥可以从污水中去除溶解性的有机物、胶体、能被活性污泥吸附的悬浮固体和一些其他杂志，同时也能去除一部分磷素和氮素。
排除活性污泥进行污泥处理使其与水分离，再将大部分污泥回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统，以确保水处理保持良好的运行状态。
2.2基本型卡鲁塞尔氧化沟
氧化沟工艺系统是活性污泥工艺系统的-个变形。
其反应器呈无终端封闭沟渠型，被处理污水与活性污泥形成的混合液在连续进行曝气的环状沟型渠内不断进行循环流动，又被成为循环曝气池。
基本型卡鲁塞尔氧化沟工艺系统是由多沟渠串联的氧化沟和二次沉淀池、污泥回流系统所组成，图2.1所示为卡鲁塞尔基本型6渠道氧化沟工艺系统图。
图上所示采用竖轴表面曝气器，使其可以防止短流的产生，且能充分发挥氧化沟工艺特有的完全混合流态作用，使卡鲁塞尔氧化沟工艺系统具有很强的耐冲击负荷能力；曝气功率大，则可减少卡鲁塞尔氧化沟工艺系统使用的设备数量，简化工艺系统，同时
图2.1
加深氧化沟深度，减少占地面积；曝气器又使得混合液在沟内出现富氧区段、适氧区段、低氧区段和缺氧区段，这种流态可产生硝化—反硝化反应，从而取得脱氮的效果。
卡罗塞尔氧化沟基本上是完全混合式，同时又具有推流式的某些特征。
污水在整个停留时间内要作几十次到上百次循环，可以认为在氧化沟内混合液的水质是几近一致的，从这个意义来说，氧化沟内的流态是完全混合式的。
但是又具有某些推流式得特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。
由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去除BOD5，但脱氮除磷的能力有限。
2.3卡鲁塞尔2000型氧化沟
卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺系统在此基础上进-步改进，以巧妙独特的方式增设一呈缺氧状态的前置预反应硝化区（图2.2）。
图2.2
卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺采用沉淀方法去除悬浮性固体（SS），其中无机颗粒和大直径的有机颗粒依靠自然沉淀作用去除，小直径的有机物颗粒利用微生物降解，而小直径的无机颗粒（包括直径大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）则通过活性污泥絮体的吸附、网捕作用，与絮体一同沉淀去除[3]。
BOD和COD的去除主要是微生物的吸附作用和新陈代谢将耗氧有机污染物降解为C02、H20，硝酸根离子等稳定的无机物。
活性污泥中的微生物在有氧条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，另一部分有机物用于分解代谢以获得细胞合成所需的能量。
新细胞的增加表现为活性污泥的增长.通过泥水分离将多余的污泥排放。
该系统在运行过程中，借助于螺旋桨将混合液循环至前置反硝化区，反硝化菌利用污水中的有机物和亚硝酸盐进行反硝化。
同时采用延时曝气的硝化效果较好，使普通氧化沟有限的脱氮能力有所提高。
微孔曝气型卡鲁塞尔2000氧化沟系统在普通卡鲁塞尔2000氧化沟前增加了一个厌氧区和缺氧区，并采用微孔曝气。
微孔曝气器可产生大量的直径约1mm的微小气泡，大大提高了气泡的表面积，使得在池容积-定的情况下氧转移总量增加。
该系统把潜水推进器叶轮产生的推动力直接作用于水体使泥水充分混合，在推流的同时又可防止污泥沉降。
该系统为环状折流池型，其浓度变化系数极小，抗冲击负荷能力很强。
但在曝气器下游附近地段DO浓度较高，随着与曝气器距离的不断增加，DO浓度不断降低（出现缺氧区）。
其过程全部回流污泥和10%～30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10%～30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝氧条件。
同时，厌氧区中的兼性细菌则将可溶性BOD转化。
厌氧区出水进入安装有搅拌器的绝氧区（所谓绝氧就是池内混合液既无分子氧，也无硝酸根），在此绝氧环境下，70%～90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。
绝氧区后接普通卡鲁塞尔氧化沟系统，进-步完成去除BOD、脱氮和除磷。
最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。
这样就能同时完成去除BOD、COD和脱氮除磷。
这种构造方式使缺氧区和好氧区存在于一个构筑物内，充分利用了其水力特性，达到了高效生物脱氮的目的[4]。
2.4影响卡鲁塞尔2000型氧化沟脱氮除磷的因素
影响卡鲁塞尔氧化沟脱氮的主要因素是溶解氧、硝酸盐浓度及碳源浓度。
有关研究表明，氧化沟内存在溶解氧浓度梯度即好氧区DO达到3-3.5mg/L，缺氧区DO达到0～0.5m/L是发生硝化反应及反硝化反应的前提条件。
同时，充足的碳源及较高的C/N有利于脱氮的完成。
影响卡鲁塞尔氧化沟除磷的因素主要是污泥龄、硝酸盐浓度及基质浓度。
有关研究表明，当总污泥龄为8-10d时，活性污泥中的最大含磷量最高，但当污泥龄超过15d时污泥中最大含磷最明显下降，反而达不到最大除磷效果。
因此，污泥龄宜在8-15d范围内。
同时，高硝酸盐浓度和低基质浓度也不利于除磷过程。
2.5卡鲁塞尔2000型氧化沟存在的问题及解决方法
2.5.1污泥膨胀问题
当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，PH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。
微生物的负荷高，细菌吸取了大最营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。
针对污泥膨胀的起因，我们认为可采取不同对策:
由缺氧造成的，可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷，或适当降低MLSS（控制污泥回流量），使需氧量减少;如污泥负荷过高，可提高MLSS以调整负荷，必要时可停止进水，闷曝-段时间;或可通过投加氮肥、磷肥，调整混合液中的营养物质平衡（BOD5:
N:
P=100:
5:
1）；pH值过低，可投加石灰调节;另外，漂白粉和液氛，亦能抑制丝状菌繁殖，控制结合水性污泥膨胀。
2.5.2污泥上浮问题
当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。
发生污泥上浮后应暂停进水，及时打碎或清除污泥，判明原因，调整操作。
污泥沉降性差，可投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷大应减小进水量或加大回流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，则应减小曝气量，增大回流或排泥量；如发现污泥腐化，应加大曝气
量，清除积泥，并设法改善池内水力条件。
2.5.3泡沫问题
由于进水中带有大量油脂，系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经表曝机充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。
可用表面喷淋水或除沫剂去除泡沫。
通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量，也能有效控制泡沫产生。
当废水中含表面活性物质较多时，易预先用泡沫分离法或其他方法去除。
另外也可考虑增设-套除油装置。
但最重要的是要加强进水管理，减少含油过高废水及其它有毒废水的进入。
2.5.4污泥沉积问题
在卡鲁塞尔氧化沟中，为了获得混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。
-般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3～0.5m/s。
而表面曝气机的结构造成氧化沟纵向流速不均（上快下慢），将使沟底大量积泥，从而大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响出水水质。
通过在曝气机上游设置水下推进器，可以对曝气转刷底部低速区的污水循环流动起到推进作用，从而解决氧化沟底部流速低、污泥沉积的问题。
设置水下推进器专门用于推动混合液可以使氧化沟的运行方式更加灵活，这对于节约能源、提高效率具有十分重要的意义。
3工程应用实例
3.1许昌县污水处理厂
3.1.1工程设计
河南许昌县污水处理厂设计规模为4.0×104ｍ３/ｄ，分二期实施，近期实施2.0×104ｍ３/ｄ，属于典型的城镇污水处理厂，其中工业废水占55％左右，生活污水占45％左右，工业废水主要是发制品、童鞋、农副产品、汽车传动轴、玻璃制品、铜木板材、纺织印染、精细化工等行业的废水。
这就决定其设计过程要考虑水量的不稳定、水质的波动、可生化性差等，该工程地处淮河流域，要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级Ａ标准。
图3.1工艺流程
3.1.2运行效果
许昌县污水处理厂未满负荷运行，进水水量达设计水量的80％～90％，卡鲁塞尔2000型氧化沟运行良好，MLSS为3000mg/L左右，DO可控制在1.9mg/L（变频控制），出水稳定，且达到设计要求，2009年5月—10月水质监测结果见表3-1、表3-2[5]。
表3-1实际进水水质
表3-2实际出水水质
3.1.3
调研体会
在本工程设计过程中针对-级Ａ的出水水质标准采取了相应的处理措施。
在设计过程中采用脱氮除磷工艺，但在生化过程中倾向于氮去除，在所有设计参数满足氮的去除要求后再考虑磷的去除，并在后续增加物化除磷措施，确保磷达标排放。
由于-级Ａ标准对ＳＳ值要求很高（ＳＳ≤１０ｍｇ/Ｌ），故大部分深度处理工艺都考虑过滤工艺，当然本工程也设计了过滤工艺———Ｖ型滤池，但最初运行时没有运行Ｖ型滤池，但水质同样达到-级Ａ标准，同时许昌瑞贝卡污水净化厂二期工程在运行过程中也同样未经过滤，但出水也达到-级Ａ标准，这就需要反思在-级Ａ标准的工程设计中过滤是否必要。
笔者以为，如果污水处理后需要回用，则必须设置滤池，确保出水水质１００％达标，如只是为满足-级Ａ标准后排放，则在生化系统后增加絮凝沉淀工艺即可，而不必增设昂贵的过滤系统或其他深度处理设施。
在设计时可以考虑预留，根据工程运行后水质水量情况决定是否设置，以避免造成不必要的工程浪费。
3.1.4小结
许昌市污水处理厂在可查资料中显示运行良好，且出水水质稳定，说明卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺系统对污水处理效果很好，符合设计要求。
3.2银川市北部污水处理厂
3.2.1工程设计
银川市第二污水处理厂（北部污水处理厂）-期工程由中国市政工程华北设计研究院承担设计，荷兰DHV公司则是生物处理段及污泥浓缩脱水单元的工艺设备总包商。
工程处理规模为5×104m3/d，主体工艺为卡鲁塞尔2000氧化沟，于2003年8月开始进水调试并投入运行。
进、出水水质见表3-3，工艺流程如图3.2[6]
表3-3进、出水水质
图3.2工艺流程
氧化沟的泥龄为15d，负荷为0．058～0．065kgBOD5/（kgMLSS·d），MISS为3．6～4．0g/L，标准需氧量为1005kgO2/h（水温为22℃时），DO为1．0～2．0ms/L，HRT为13．4h，污泥回流比为100％～135％，内回流比为100％～350％。
选择池配置了2套可调节污泥分配槽、6台潜水搅拌器，氧化沟配置了4台倒伞型表曝机（功率为132kW、叶轮直径为3．5in，其中2台为定速、2台为变频）、8台潜水推进器、2座内回流控制门以及DO仪、ORP仪和污泥浓度计各2台。
污泥泵房设回流污泥泵3台（2用1备，1台为变频）、剩余污泥泵3台（2用1备）。
3.2.2运行调试
2003年8月上旬开始进行活性污泥培养。
由于水量不足在8月下旬之前采用单沟培养，之后逐渐增加水量，两条沟同时培养。
2003年11月-2004年5月间的平均进水量为42750m3/d，达到了设计规模的85.5％。
氧化沟的运行参数见表3-4
表3-4氧化沟运行参数
在污泥培养初期，SVI值高达640mL/g，经分析认为是丝状菌丰度过高所致。
为尽快达到设计的污泥浓度并改善污泥性质，于2003年9月10日向系统内投加粘土约8t，11月27日-12月1日又投加了铁盐30t，之后活性污泥的沉降性能得以显著改善（2003年12月_2004年5月间04年5月间的SVI值平均为74．1mL/g），MLSS浓度亦由0．914g/L增加到目前的约3—4g/L。
自2004年1月起陆续对各水质指标进行了检测，其中1月—5月的进水SS平均为150．6mg/L，出水为14．8rag/L；3月-5月的进水COD平均为297．8mg/L，出水为35．8mg/L；3月—5月的进水BOD5平均为146．8mg/L，出水为4．14mg/L；4月叫月的进水NH4-N平均为20．8mg/L，出水为0．63mg/L，4月_5月的进水TP平均为3．68mg/L，出水为2．67mg/L。
可见，出水水质基本达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）
监测结果也显示，出水COD和BOD，值随其进水浓度的增加而升高，但仍满足-级B标准要求，其他各项指标则呈逐步走低之势，特别是出水NH4-N-直维持在较低水平，而同期出水的NO3-N浓度仅为5～6mg/L，无硝酸盐氮积累。
这表明系统已具有较好的硝化和反硝化能力，启动基本完成。
从2003年12月开始间歇排放剩余污泥，由于排放量未达到设计值，系统内的MLSS得以迅速上升。
2004年2月_3月采用24h连续排泥方式，至4月沟内的MLSS平均为3．424mg/L。
从4月开始采用间歇排泥方式（8—16h/d），5月份氧化沟内的MLSS平均为4．261mg/L。
从以上的数据可知，控制剩余污泥排放量是确保系统稳定的有效手段。
控制回流污泥量可以维持曝气池内MLSS的稳定，能有效防止二沉池污泥层的波动对出水的影响。
工程中，在投运初期的未排放剩余污泥阶段污泥回流比按进水流量采用固定值；其后，按剩余污泥的排放情况和回流污泥的含水率及曝气池内的平均MLSS浓度确定污泥回流比。
由于选择池设有可调式污泥分配槽，在调试运行的前2个月采用的污泥选择比为85．3％，之后将比例调整为38．2％。
混合液的回流量按照CARCon@系统给定的内回流门开度进行控制。
污泥培养初期，沟内溶解氧含量偏低，经分析这主要是由于进水流量过低所致（堰上水头过小，使表曝机叶轮浸没深度不足）。
为此，于2003年10月下旬将两沟出水堰板均提高120mm，其后沟内溶解氧含
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