本發(fā)明屬于環(huán)境工程中的污水處理技術(shù)領域，涉及一種強化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應池尺寸設計方法。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境保護要求的提高，污水治理去除有機物的同時還需要進行脫氮除磷。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。氧化溝實現(xiàn)脫氮功能，一方面可以通過調(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)域進行有機物氧化及硝化反應，缺氧區(qū)域進行反硝化脫氮反應；另一方面可以在氧化溝循環(huán)廊道外增設缺氧區(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備(如曝氣轉(zhuǎn)刷、曝氣轉(zhuǎn)盤、立式表曝器等)，這些曝氣設備在供氧的同時也起到推流作用。因此，調(diào)整曝氣器一方面會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，即會影響到循環(huán)比(循環(huán)廊道過流斷面通過的循環(huán)流量和進水流量的比值)。針對曝氣和推流兩功能合一的氧化溝，個別研究關注了氧化溝的循環(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，求得為使出水有機物濃度達到預期結(jié)果氧化溝內(nèi)所需的循環(huán)比。Argaman^[2]根據(jù)進水氨氮濃度及預期要達到的出水硝酸鹽氮濃度，依據(jù)傳統(tǒng)反硝化脫氮過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氧化溝循環(huán)比進行調(diào)控的裝置和方法。但是，到目前為止，人們對循環(huán)比的認識多局限于循環(huán)廊道過流斷面通過的循環(huán)流量與進水流量的比值這一概念，沒有人發(fā)現(xiàn)循環(huán)比與活性污泥系統(tǒng)傳統(tǒng)設計參數(shù)水力停留時間的耦合關系，因此也沒有人提出去除水力停留時間影響的更有效、更直接的反映氧化溝生物反應池尺寸與混合液循環(huán)流動特性的相關參數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

強化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應池尺寸設計方法,包括如下步驟：

①確定生物反應池Q_in，S_o，N_to，N_k和P_o；

其中：Q_in為生物反應池的進水流量，單位m³/d；

S_o為生物反應池進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寫為BOD₅；

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

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

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

②確定生物反應池η_BOD5、η_TN、η_TP；

η_BOD5為生物反應池BOD₅總處理率，單位％，取值范圍85～95；

η_TN為生物反應池TN總處理率，單位％，取值范圍55～80；

η_TP為生物反應池TP總處理率，單位％，取值范圍50～75；

③確定生物反應池S_e、N_te、P_e；

S_e為生物反應池出水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寫為MLSS；

X_v為生物反應池內(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)性懸浮固體簡寫為MLVSS；

L_s為生物反應池BOD₅污泥負荷，單位kg/(kg.d)；

以BOD₅/MLVSS表示時，取值范圍為0.10～0.21；

或以BOD₅/MLSS表示時，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；

設初沉池時，y取值范圍為0.65～0.70；

不設初沉池時，y取值范圍為0.50～0.65；

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

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

θ_c為設計污泥齡，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)試驗資料確定；若無試驗資料，設初沉池時，取值范圍0.3～0.6，不設初沉池時，取值范圍0.5～0.8；

t_p為厭氧池水力停留時間，單位h，取值范圍1～2；

t_n為缺氧區(qū)水力停留時間，單位h，取值范圍1～4；

t_o為好氧區(qū)水力停留時間，單位h，取值范圍6～12；

HRT為總水力停留時間，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為排出生物反應池的微生物量，單位kg/d；

K_deT為T℃時的脫氮速率，kg/(kg.d)，K_deT根據(jù)試驗資料確定，若無試驗資料時按下式計算：

K_deT＝K_de201.08^(T-20) (4)

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

T為設計溫度，單位℃；

θ_co為好氧區(qū)設計污泥齡值，單位d；

F為安全系統(tǒng)，取1.5～3.0；

μ為硝化菌生長速率，單位1/d；

N_a為生物反應池中氨氮質(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)場地要求及計算得到的V_p確定厭氧池的長、寬、高及有效水深；依據(jù)場地要求、曝氣裝置種類和規(guī)格以及計算得到的V_n和V_o確定缺氧區(qū)及好氧區(qū)的長、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)廊道水力停留時間HRT_CC，HRT_CC＝t_n+t_o，及Q_in，計算循環(huán)頻次f:

如果3.2≤f≤7.6，則完成設計過程，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)的長寬高及有效水深,而后再次計算f,直到3.2≤f≤7.6。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的方法，將循環(huán)頻次納入到氧化溝工藝系統(tǒng)的設計過程中，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尺寸的設計方法。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。對于循環(huán)廊道前設置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設置缺氧區(qū)和好氧區(qū)，循環(huán)廊道外不設置缺氧區(qū)(池)的脫氮除磷氧化溝工藝，當生物反應池尺寸設計時保證循環(huán)頻次f在3.2～7.6范圍內(nèi)時，可以使系統(tǒng)的反硝化聚磷菌占總聚磷菌的比例達到40％以上，同時使氧化溝系統(tǒng)的脫氮除磷率達到較高水平。

本發(fā)明的設計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(消耗的有機物能夠用于氮和磷的同時去除)，所以與實現(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。

附圖說明

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

圖2循環(huán)廊道外設置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設置缺氧區(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)廊道外設置厭氧區(qū)(池)，循環(huán)廊道內(nèi)設置缺氧區(qū)和好氧區(qū)的脫氮除磷氧化溝系統(tǒng)生物反應池尺寸設計方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

強化反硝化脫氮除磷的氧化溝生物反應池尺寸設計方法,包括如下步驟：

①確定生物反應池Q_in，S_o，N_to，N_k和P_o；

其中：Q_in為生物反應池的進水流量，單位m³/d；

S_o為生物反應池進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寫為BOD₅；

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

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

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

②確定生物反應池η_BOD5、η_TN、η_TP；

η_BOD5為生物反應池BOD₅總處理率，單位％，取值范圍85～95；

η_TN為生物反應池TN總處理率，單位％，取值范圍55～80；

η_TP為生物反應池TP總處理率，單位％，取值范圍50～75；

③確定生物反應池S_e、N_te、P_e；

S_e為生物反應池出水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寫為MLSS；

X_v為生物反應池內(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)性懸浮固體簡寫為MLVSS；

L_s為生物反應池BOD₅污泥負荷，單位kg/(kg.d)；

以BOD₅/MLVSS表示時，取值范圍為0.10～0.21；

或以BOD₅/MLSS表示時，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；

設初沉池時，y取值范圍為0.65～0.70；

不設初沉池時，y取值范圍為0.50～0.65；

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

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

θ_c為設計污泥齡，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)試驗資料確定；若無試驗資料，設初沉池時，取值范圍0.3～0.6，不設初沉池時，取值范圍0.5～0.8；

t_p為厭氧池水力停留時間，單位h，取值范圍1～2；

t_n為缺氧區(qū)水力停留時間，單位h，取值范圍1～4；

t_o為好氧區(qū)水力停留時間，單位h，取值范圍6～12；

HRT為總水力停留時間，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為排出生物反應池的微生物量，單位kg/d；

K_deT為T℃時的脫氮速率，kg/(kg.d)，K_deT根據(jù)試驗資料確定，若無試驗資料時按下式計算：

K_deT＝K_de201.08^(T-20) (4)

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

T為設計溫度，單位℃；

θ_co為好氧區(qū)設計污泥齡值，單位d；

F為安全系統(tǒng)，取1.5～3.0；

μ為硝化菌生長速率，單位1/d；

N_a為生物反應池中氨氮質(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)場地要求及計算得到的V_p確定厭氧池的長、寬、高及有效水深；依據(jù)場地要求、曝氣裝置種類和規(guī)格以及計算得到的V_n和V_o確定缺氧區(qū)及好氧區(qū)的長、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)廊道水力停留時間HRT_CC，HRT_CC＝t_n+t_o，及Q_in，計算循環(huán)頻次f:

如果3.2≤f≤7.6，則完成設計過程，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)的長寬高及有效水深,而后再次計算f,直到3.2≤f≤7.6。

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

本發(fā)明設計過程，僅包括氧化溝系統(tǒng)污水處理過程中發(fā)生生物反應的主體單元，即厭氧區(qū)(池)、缺氧區(qū)及好氧區(qū)尺寸的設計過程。不包括工藝系統(tǒng)預處理單元、沉淀池、消毒等系統(tǒng)的設計，這些部分的設計過程可參考《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，同時將NO₃^-、NO₂^-還原為氮氣。所以反硝化聚磷菌可以實現(xiàn)一碳兩用，即胞內(nèi)儲存的PHA可以同時用于反硝化脫氮和缺氧吸磷。因此當系統(tǒng)內(nèi)的反硝化聚磷菌增多時，系統(tǒng)脫氮除磷的有機物消耗量、耗氧量及剩余污泥排放量均會較傳統(tǒng)反硝化脫氮和好氧除磷低。

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

實施例1

本發(fā)明通過推導得出，循環(huán)比不僅是循環(huán)廊道過流斷面通過的循環(huán)流量和進水流量的比值，也是循環(huán)廊道水力停留時間內(nèi)混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動的圈數(shù)。而單位時間內(nèi)混合液在循環(huán)廊道內(nèi)循環(huán)流動的圈數(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)的設計、運行及調(diào)控參數(shù)。

循環(huán)比是循環(huán)廊道過流斷面通過的循環(huán)流量與進水流量的比值，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—生物反應池的進水流量，m³/d。

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

HRT_CC—循環(huán)廊道水力停留時間，h；

V_CC—循環(huán)廊道的容積，m³；

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

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)流行一圈所用時間，h。

故：

f—循環(huán)頻次，即單位時間內(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)廊道水力停留時間內(nèi)混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動的圈數(shù)。

國內(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池的進水流量有關，也與生物反應池尺寸有關，還與循環(huán)廊道水力停留時間有關。

表1國內(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很長為40小時，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)頻次確實排除了氧化溝設計和運行中已經(jīng)使用的重要參數(shù)水力停留時間的影響。循環(huán)頻次也較循環(huán)比能更好的反應混合液的循環(huán)流動特性，更適合于作為氧化溝工藝系統(tǒng)生物反應池的設計參數(shù)。

表1所列八個污水處理廠中有六個污水處理廠循環(huán)頻次不在3.2～7.6之間，故對這個六個污水處理廠依據(jù)本發(fā)明中的設計方法提出改造方案。

表2可改造氧化溝生物反應池原尺寸

表3氧化溝生物反應池尺寸改造建議

注：以上六個污水處理廠，同時需要對曝氣設備進行改造或更換。

由表3中數(shù)據(jù)說明，在設計時可以將循環(huán)頻次做為設計參數(shù)引入到氧化溝生物反應池的尺寸設計中。

實施例2

Q_in＝240m³/d，進水有機物、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水口流入，混合液由厭氧池末端出水口流出進入循環(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入沉淀池進行泥水分離，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)布置水下推進器推動混合液在厭氧池及循環(huán)廊道內(nèi)流動，v為0.3m/s。好氧區(qū)底部設置微孔曝氣器對好氧區(qū)混合液進行供氧，使好氧區(qū)溶解氧濃度大于2.0mg/L。

滿負荷運行時各系統(tǒng)與循環(huán)頻次相關的參數(shù)及運行效果見表4和表5。

表4滿負荷(Q_in＝240m³/d)運行時各系統(tǒng)與循環(huán)比及循環(huán)頻次相關的參數(shù)

表5滿負荷(Q_in＝240m³/d)運行時各系統(tǒng)污染物的去除效果及DPAOs/PAOs

為了說明循環(huán)比受水力停留時間的影響，六個系統(tǒng)進水量均減半運行，即半滿負荷(Q_in＝120m³/d)運行時，各系統(tǒng)HRT＝24h，t_p＝4h，HRT_CC＝20h，t_n＝8h，t_o＝12h。其它運行參數(shù)維持不變。

半滿負荷運行時各系統(tǒng)與循環(huán)頻次相關的參數(shù)及運行效果見表6和表7。

表6半滿負荷(Q_in＝120m³/d)運行時各系統(tǒng)與循環(huán)比及循環(huán)頻次相關的參數(shù)

表7半滿負荷(Q_in＝120m³/d)運行時各系統(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。進水量減半，只是引起了循環(huán)比和水力停留時間的變化，而對循環(huán)頻次和循環(huán)周期沒有影響。這一結(jié)果與前面公式推導得出的結(jié)論是一致的：循環(huán)比是循環(huán)廊道水力停留時間內(nèi)混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動的圈數(shù)，而循環(huán)頻次是單位時間內(nèi)混合液在循環(huán)廊道內(nèi)流動的圈數(shù)。因此，當進水流量變小，系統(tǒng)水力停留時間變大，循環(huán)比也相應增大，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池結(jié)構(gòu)尺寸的特點，以及氧化溝生物反池尺寸對混合液循環(huán)流動的影響。

如果單獨分析表5，或者單獨分析表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)在滿負荷及半滿負荷運行時的循環(huán)比RR不同，但循環(huán)頻次f沒有變化，各統(tǒng)的除污效率也很接近，因此可以看出更能反應生物反應池構(gòu)造尺寸對氧化溝系統(tǒng)除污效率影響的參數(shù)是循環(huán)頻次，而不是循環(huán)比。因為循環(huán)比這個參數(shù)中耦合了已在設計運行中重點考慮的水力停留時間這一參數(shù)，因而循環(huán)頻次才是反映生物反應池構(gòu)造尺寸對氧化溝混合液循環(huán)流動特性的重要參數(shù)。

表8混合液每次流經(jīng)缺氧區(qū)及好氧區(qū)所用時長

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

由表8可知，f＝1.32時，系統(tǒng)六內(nèi)混合液每次流經(jīng)好氧區(qū)耗時27.21分鐘，為六個系統(tǒng)中最長的，因此也最有利于好氧吸磷充分反應，這樣就導致了系統(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)一次停留時間也較長為18.14分鐘，但由于PHA較少，反硝化聚磷反應也不能較好進行，長期培養(yǎng)后，就導致了DPAOs/PAOs比值較低。故此時系統(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)時間縮短，每次好氧區(qū)內(nèi)PHA消耗量就會減少，此時有利于缺氧區(qū)反硝化聚磷反應的進行。因此f為3.24、4.86及7.56時，長期培養(yǎng)后DPAOs/PAOs均為40％以上。

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

在滿負荷及半滿負荷運行時，系統(tǒng)三、系統(tǒng)四、系統(tǒng)五內(nèi)DPAOs/PAOs可高達40％以上，此時系統(tǒng)對各污染物的去除率也較高，COD、TN、TP去除率分別達到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，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，混合液每次流經(jīng)缺氧區(qū)及好氧區(qū)的時間協(xié)調(diào)較好，剛好有助于促進反硝聚磷菌的生長。因此在設計時，考慮到循環(huán)頻次f取值在3.2～7.6范圍內(nèi)，將會使氧化溝工藝系統(tǒng)內(nèi)DPAOs/PAOs所占比例較高，也會實現(xiàn)較高的同步脫氮除磷率。

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