專利名稱：循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市污水的生物化學(xué)處理方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在連續(xù)流脫氮除磷工藝中，目前A2/O工藝和氧化溝工藝占有主流地位，有著各自的優(yōu)點(diǎn)。
A2/O工藝具有脫氮除磷效率高、充氧動力能耗低(采用微孔曝氣設(shè)備)等優(yōu)點(diǎn)，但同時具有厭氧段和缺氧段攪拌能耗高、在低濃度污水處理時好氧段攪拌動力大于供氧所需風(fēng)量等缺點(diǎn)。
氧化溝工藝具有脫氮效率高、攪拌能耗低的特點(diǎn)，顯著缺點(diǎn)是供氧能耗高、受水深限制占地面積大，同時直溝段水力條件不佳而易出現(xiàn)底部積泥的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效低能耗的污水生物脫氮除磷工藝，為我國環(huán)保技術(shù)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
本發(fā)明所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝(以下簡稱CCFP工藝)作為一種高效低能耗的生物脫氮除磷技術(shù)，有機(jī)結(jié)合了A2/O工藝和氧化溝工藝的部分特點(diǎn)，所采取的主要技術(shù)手段包括1.在運(yùn)行方式上，工藝采用循環(huán)流的流態(tài)，兼有完全混合反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷的能力和推流反應(yīng)器的較好處理效果，既可以處理城市生活污水，又可以處理含部分工業(yè)廢水的混合廢水；2.借鑒河流動力學(xué)中關(guān)于彎道水流的運(yùn)動規(guī)律理論和水力學(xué)中關(guān)于局部阻力的相鄰影響原理，環(huán)狀循環(huán)池型的流速分布合理、不易產(chǎn)生積泥現(xiàn)象、水頭損失較小；各段內(nèi)的水流均呈現(xiàn)出十分明顯的邊壁湍流擴(kuò)散現(xiàn)象和二次流動現(xiàn)象，對混合攪拌所起的影響十分積極水流傳質(zhì)作用得到加強(qiáng)，可消除短流、減少水流死角、均勻攪拌動力的空間分配、實(shí)現(xiàn)理想的混合效果；3.從池型上看，工藝為環(huán)型結(jié)構(gòu)，布局緊湊，管線簡捷，施工、運(yùn)行管理方便；本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案是一種循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，采用厭氧/缺氧/好氧相結(jié)合的活性污泥法，池型為環(huán)型結(jié)構(gòu)，水流的運(yùn)行方式為循環(huán)流流態(tài)。
當(dāng)生化池獨(dú)立時，污水與回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵?A1段)，依次流經(jīng)缺氧段(A2段)、好氧段(O段)，將完全混合反應(yīng)器和循環(huán)反應(yīng)器組合起來使用；當(dāng)生化池與其它池組組合時，將二沉池置于池中部，同時組建污泥回流井，中環(huán)布置厭氧段和缺氧段。
CCFP工藝的水力流態(tài)上同循環(huán)反應(yīng)器相類似，視生化池是否獨(dú)立設(shè)計(jì)，有兩種池型結(jié)構(gòu)。
生化池獨(dú)立設(shè)計(jì)時的池型結(jié)構(gòu)參見附圖1所示。流程上與傳統(tǒng)的A2/O工藝相同，但是池內(nèi)水體流態(tài)非傳統(tǒng)的完全混合式，也非傳統(tǒng)的完全推流式，而是將完全混合反應(yīng)器和循環(huán)反應(yīng)器有機(jī)地組合起來。厭氧段通過攪拌型潛水?dāng)嚢铏C(jī)對池內(nèi)水體進(jìn)行混合攪拌，缺氧段和好氧段則是采用循環(huán)反應(yīng)器即類似氧化溝的推流，采用推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī)來獲得推流速度。
生化池與其它池組組合設(shè)計(jì)時與二沉池、污泥回流井組合設(shè)計(jì)，作為一體化污水處理系統(tǒng)，CCFP工藝亦可將二沉池置于池中部，同時組建污泥回流井，可有效節(jié)約占地面積。根據(jù)實(shí)際情況，可按兩種布置方式，具體參見附圖2和附圖3。
CCFP工藝并不局限于與二沉池、污泥回流井組合設(shè)計(jì)，根據(jù)需要，可并入沉砂池、消毒池等污水處理構(gòu)筑物，以及鼓風(fēng)機(jī)房等輔助建筑物。
主體工藝計(jì)算主要是通過對進(jìn)水水質(zhì)(污染物濃度)的分析與輸入，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)方法(設(shè)計(jì)規(guī)范與規(guī)程)得出各段的規(guī)格尺寸(池容等)。
厭氧段為理想的完全混合反應(yīng)器，在穩(wěn)態(tài)情況下，反應(yīng)器內(nèi)積累量為零。厭氧段是作為篩選除磷菌的“生物選擇器”而設(shè)置的，目前多以水力停留時間作為衡量參數(shù)，由于磷的釋放反應(yīng)由回流污泥中的微生物完成，故厭氧段的實(shí)際反應(yīng)時間應(yīng)為回流污泥的滯留時間，但在數(shù)據(jù)上與進(jìn)水實(shí)際反應(yīng)時間相同。在設(shè)計(jì)規(guī)程中，厭氧段水力停留時間一般采用1～2h。
缺氧段為循環(huán)反應(yīng)器，由于循環(huán)比通常很大，可簡化為完全混合反應(yīng)器?？紤]到進(jìn)水水質(zhì)方面的復(fù)雜性，具體設(shè)計(jì)時一般需兼顧現(xiàn)行規(guī)范。無試驗(yàn)條件下的混合液回流比取值范圍為0.03～0.06kgNO3--N/kgMLSS·d(20℃)。
與缺氧段相仿，好氧段為循環(huán)反應(yīng)器，由于循環(huán)比通常很大，可簡化為完全混合反應(yīng)器。根據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，好氧段的設(shè)計(jì)方法可分為有機(jī)負(fù)荷(污泥負(fù)荷或容積負(fù)荷)法和泥齡法。
試驗(yàn)與理論分析表明，厭氧段能量密度可采用4～5W/m3，中間設(shè)置二沉池時可大幅度地得到節(jié)省，可按1～2W/m3；缺氧段可采用1～2W/m3；好氧段可采用0.5～1.0W/m3。
試驗(yàn)與理論分析表明，各段宜配置推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī)，具有工作穩(wěn)定、能量輸入均勻的特點(diǎn)；當(dāng)二沉池等構(gòu)筑物分建時，A1段也可采用攪拌型潛水?dāng)嚢铏C(jī)，在保證混合效果的同時，可降低工程造價。
混合液回流可采用空氣提升的方式，可省去價格昂貴的提升泵，既可節(jié)約成本，又可簡化設(shè)備的管理維護(hù)。
CCFP工藝充氧宜采用鼓風(fēng)機(jī)——微孔曝氣方式；當(dāng)采用表曝等工藝時，平面需進(jìn)行調(diào)整，按跑道形設(shè)計(jì)，表曝機(jī)設(shè)置于直線段。
現(xiàn)場試驗(yàn)及理論分析表明，除O段外，A2段也宜設(shè)置一定數(shù)量的微孔曝氣系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)同時/同步硝化反硝化過程，對節(jié)約能耗、優(yōu)化流程有很大作用；同時，在合理的基礎(chǔ)上，適當(dāng)延長A2段、適當(dāng)減短O段。
實(shí)際工程中，空氣量分配時，A2段宜留有15～20％的空氣用量。
當(dāng)與二沉池等組合時，視水質(zhì)條件，二沉池可采用效率較高的周進(jìn)周出輻流式沉淀池，可配備管式刮吸泥機(jī)。
污泥回流井中配備污泥回流泵，在高程允許的條件下(生化池組設(shè)計(jì)水位較低，與回流井液位相差不大時)，可采用空氣提升器。
理論上，各段均表現(xiàn)為完全混合的水力流態(tài)，過水孔的位置設(shè)計(jì)具有很大的靈活性；為避免可能發(fā)生的由攪拌引起的返流情況，對某一段而言，出水孔宜設(shè)置在進(jìn)水孔上游3～5m之外的區(qū)域；為避免泥砂積累，宜在池體下方開孔。
本發(fā)明的有益效果CCFP工藝摒棄了傳統(tǒng)A2/O工藝單一的推流型式，采用多種類型的反應(yīng)器組合，池型上則選用了均勻?qū)ΨQ的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，三環(huán)嵌套的方式簡化了池型，方便了運(yùn)行管理，優(yōu)化了反應(yīng)技術(shù)。CCFP工藝總的來說主要具有以下幾方面的特點(diǎn)1.通過反應(yīng)器的優(yōu)化組合，極大的提高了系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力；2.與氧化溝工藝相比，控制了有機(jī)物濃度的梯度分布，提高了生物反應(yīng)速率；3.改善了水流流態(tài)，水流傳質(zhì)能力強(qiáng)，短流、返流及死區(qū)發(fā)生可能性低；4.運(yùn)行方式更為靈活，包括擴(kuò)大了混合液回流方式的可選擇余地等方面；5.省去了進(jìn)水、進(jìn)泥及回流管道的分配系統(tǒng)，簡化了反應(yīng)系統(tǒng)的管道分配；6.利用較低的推動力，為反應(yīng)器中的生物絮凝提供了有利條件，同時節(jié)約能耗。
7.借用了氧化溝運(yùn)行方式，將各種混合方式有機(jī)結(jié)合起來，提高了系統(tǒng)處理不同水質(zhì)的適用性；8.采用微孔曝氣設(shè)備，動力能耗遠(yuǎn)低于氧化溝工藝；結(jié)合推流，徹底解決了充氧與攪拌之間的矛盾。


圖1為生化池獨(dú)立設(shè)計(jì)時的池型結(jié)構(gòu)平面示意2為生化池與二沉池、污泥回流井組合設(shè)計(jì)，作為一體化污水處理系統(tǒng)時的池型結(jié)構(gòu)平面示意圖之一圖3為生化池與二沉池、污泥回流井組合設(shè)計(jì)，作為一體化污水處理系統(tǒng)時的池型結(jié)構(gòu)平面示意圖之二標(biāo)號說明1-進(jìn)水管2-進(jìn)水明渠3-導(dǎo)流墻4-二沉池進(jìn)水管5-污泥回流管6-套管筒7-污泥回流泵 8-攪拌機(jī)9-出水孔具體實(shí)施方式
以我國普遍存在的低濃度城鎮(zhèn)污水處理為例，從工藝原理上可知，CCFP工藝處理效果不會低于A2/O工藝，相反，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會更強(qiáng)；同時，可節(jié)約能耗達(dá)30％以上，而工程投資也略有節(jié)省。
池型結(jié)構(gòu)CCFP工藝的水力流態(tài)上同循環(huán)反應(yīng)器相類似，視生化池是否獨(dú)立設(shè)計(jì)，有兩種池型結(jié)構(gòu)。
生化池獨(dú)立設(shè)計(jì)時生化池獨(dú)立設(shè)計(jì)時的池型結(jié)構(gòu)參見圖1所示污水與回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵?A1段)，依次流經(jīng)缺氧段(A2段)、好氧段(O段)，流程上與傳統(tǒng)的A2/O工藝相同，但是池內(nèi)水體流態(tài)非傳統(tǒng)的完全混合式，也非傳統(tǒng)的完全推流式，而是將完全混合反應(yīng)器和循環(huán)反應(yīng)器有機(jī)地組合起來。厭氧段通過攪拌型潛水?dāng)嚢铏C(jī)對池內(nèi)水體進(jìn)行混合和攪拌，缺氧段和好氧段則是采用循環(huán)反應(yīng)器即類似氧化溝的推流，采用推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī)來獲得推流速度。
生化池與其它池組組合設(shè)計(jì)時1、與二沉池、污泥回流井組合設(shè)計(jì)作為一體化污水處理系統(tǒng)，CCFP工藝亦可將二沉池置于池中部，同時組建污泥回流井，可有效節(jié)約占地面積。
中環(huán)布置A1段和A2段，根據(jù)實(shí)際情況，可按兩種布置方式。分別如圖2和圖3所示圖2中，A1段區(qū)域由混凝土板分層上部為A1段，下部為貫通的A2段，A2段設(shè)導(dǎo)流墻(垂直水流方向)以優(yōu)化流態(tài)；圖3中，A1段和A2段互不干擾，分別設(shè)導(dǎo)流墻(循水流方向)以優(yōu)化流態(tài)。
依功能分區(qū)，污泥回流井置于中環(huán)(特殊情況下，可置O段)。
2、CCFP工藝并不局限于與二沉池、污泥回流井組合設(shè)計(jì)，根據(jù)需要，可并入沉砂池、消毒池等污水處理構(gòu)筑物，以及鼓風(fēng)機(jī)房等輔助建筑物。
設(shè)計(jì)方法一、主體工藝計(jì)算主體工藝計(jì)算主要是通過對進(jìn)水水質(zhì)(污染物濃度)的分析與輸入，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)方法(設(shè)計(jì)規(guī)范與規(guī)程)得出各段的規(guī)格尺寸(池容等)。
1、厭氧段厭氧段為理想的完全混合反應(yīng)器，在穩(wěn)態(tài)情況下，反應(yīng)器內(nèi)積累量為零，有tA1=VQ=1r(C0-CA1)---(1)]]>式中，tA1實(shí)際反應(yīng)時間，即進(jìn)水和回流污泥水量之和時的反應(yīng)時間，tA1＝HRTA1/(1+R1)，R1為污泥回流比；HRTA1相對于進(jìn)水水量為Q0的水力停留時間；V反應(yīng)容積；Q流量，Q＝(1+R1)Q0；r對應(yīng)于反應(yīng)器內(nèi)物料濃度為CA1時的反應(yīng)速度。
厭氧段同時發(fā)生著下列主要反應(yīng)進(jìn)程①有機(jī)物的吸附反應(yīng)和水解酸化反應(yīng)；②硝態(tài)氮的反硝化反應(yīng)；③磷的釋放反應(yīng)。
對于一般城鎮(zhèn)污水生物脫氮除磷系統(tǒng)而言，反應(yīng)進(jìn)程①并非控制性因素，因進(jìn)水含有的優(yōu)質(zhì)碳源一般都能夠保證進(jìn)行反硝化及釋磷反應(yīng)的順利進(jìn)行；反應(yīng)進(jìn)程②雖然也可以在缺氧段發(fā)生，但由于與反應(yīng)進(jìn)程③密切相關(guān)，為重要的影響因素；反應(yīng)進(jìn)程③為生物除磷的控制因素。
厭氧段是作為篩選除磷菌的“生物選擇器”而設(shè)置的，目前多以水力停留時間作為衡量參數(shù)，由于磷的釋放反應(yīng)由回流污泥中的微生物完成，故厭氧段的實(shí)際反應(yīng)時間應(yīng)為回流污泥的滯留時間，但在數(shù)據(jù)上與進(jìn)水實(shí)際反應(yīng)時間相同。在設(shè)計(jì)規(guī)程中，厭氧段水力停留時間采用1～2h。
2、缺氧段缺氧段為循環(huán)反應(yīng)器，由于循環(huán)比通常很大，可簡化為完全混合反應(yīng)器。在穩(wěn)態(tài)情況下，反應(yīng)器內(nèi)積累量為零，有tA2=VQ=1r(CA1-CA2)---(2)]]>式中，tA2實(shí)際反應(yīng)時間，即進(jìn)水和回流水量之和條件下的反應(yīng)時間，tA2＝HRTA2/(1+R1+R2)，R2為混合液回流比；HRTA2相對于進(jìn)水水量為Q0的水力停留時間；V反應(yīng)容積；Q流量，Q＝(1+R1+R2)Q0；r對應(yīng)于反應(yīng)器內(nèi)物料濃度為CA2時的反應(yīng)速度。
缺氧段同時發(fā)生著下列主要反應(yīng)進(jìn)程①有機(jī)物的水解酸化反應(yīng)；②硝態(tài)氮的反硝化反應(yīng)；③氨氮的硝化反硝化反應(yīng)。
對于一般城鎮(zhèn)污水生物脫氮除磷系統(tǒng)而言，反應(yīng)進(jìn)程①并非控制性因素，因進(jìn)水含有的優(yōu)質(zhì)碳源足夠用于進(jìn)行反硝化及釋磷反應(yīng)的順利進(jìn)行；反應(yīng)進(jìn)程②為生物脫氮的控制因素；反應(yīng)進(jìn)程③也與生物脫氮密切相關(guān)，為重要的影響因素。
反硝化反應(yīng)動力學(xué)認(rèn)為，當(dāng)有機(jī)碳源充分時，反硝化速率與硝酸鹽氮濃度呈零級反應(yīng)，而僅與反硝化菌濃度有關(guān)(一般認(rèn)為，硝酸鹽氮濃度只要大于0.1mg/L，即對反硝化速率無甚影響)，亦即rDN=(dNdt)DN=K′X---(3)]]>式中，rDN反硝化速率；K′反應(yīng)常數(shù)；X反硝化菌濃度。
反硝化速率與硝酸鹽氮濃度呈零級反應(yīng)，相應(yīng)地忽略污泥回流稀釋作用的影響，對于完全混合反應(yīng)器，式5.5可轉(zhuǎn)化為HRTA2=VA2Q0=N0-NeK′X---(4)]]>式中，N0、Ne入流、出流硝酸鹽氮濃度。
上式直觀地體現(xiàn)出反硝化速率這一基本概念與反應(yīng)器容積之間的關(guān)系，是現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的原型。Ne即為好氧段內(nèi)的硝酸鹽氮濃度；對于N0，如果考慮厭氧段出流的硝酸鹽氮?dú)堉?，上式?yīng)轉(zhuǎn)化為tA2=VA2(1+R1+R2)Q0=(1+R1)NA1e+R2NOe-(1+R1+R2)NA2e(1+R1+R2)K′X---(5)]]>式中，NA1e、NA2e、NOeA1段、A2段及O段出流硝酸鹽氮濃度。
相應(yīng)地，有HRTA2=(1+R1+R2)tA2=(1+R1)NA1e+R2NOe-(1+R1+R2)NA2eK′X---(6)]]>上式反映了兼氧段水力停留時間與內(nèi)外回流比的關(guān)系。相應(yīng)地，可以通過工程經(jīng)驗(yàn)確定右端各項(xiàng)參數(shù)，推出兼氧段的水力停留時間；也可以確定反應(yīng)時間后，推求混合液回流比。
如，在A1段和A2段的反硝化程度大致相同的情況下，即有NA1e≈NA2e，上式可簡化為HRTA2=R2(NOe-NA2e)K′X---(7)]]>亦即R2=HRTA2K′XNOe-NA2e---(8)]]>考慮到進(jìn)水水質(zhì)方面的復(fù)雜性，具體設(shè)計(jì)時一般需兼顧現(xiàn)行規(guī)范。工程規(guī)范規(guī)定，K′值的取值與混合液回流比R2、進(jìn)水水質(zhì)和污泥中反硝化菌的比例等因素有關(guān)，無試驗(yàn)條件下的取值范圍為0.03～0.06kgNO3--N/kgMLSS·d(20℃)。R2大，帶入DO多，取低值；進(jìn)水有機(jī)物濃度高且較易生物降解時，取高值。
3、好氧段與缺氧段相仿，好氧段為循環(huán)反應(yīng)器，由于循環(huán)比通常很大，可簡化為完全混合反應(yīng)器。在穩(wěn)態(tài)情況下，反應(yīng)器內(nèi)積累量為零，有tO=VQ=1r(CA2-COe)---(9)]]>式中，tO實(shí)際反應(yīng)時間，即進(jìn)水和回流水量之和條件下的反應(yīng)時間，tO＝HRTO/(1+R1+R2)，HRTO為相對于進(jìn)水水量為Q0的水力停留時間；V反應(yīng)容積；Q流量，Q＝(1+R1+R2)Q0；r對應(yīng)于反應(yīng)器內(nèi)物料濃度為COe時的反應(yīng)速度。
好氧段同時發(fā)生著下列主要反應(yīng)進(jìn)程①有機(jī)物的氧化反應(yīng)；
②氨氮的硝化反應(yīng)；③磷的吸收反應(yīng)。
對于一般城鎮(zhèn)污水生物脫氮除磷系統(tǒng)而言，要求有較高的氨氮硝化程度，相應(yīng)地要求有機(jī)物的氧化反應(yīng)較徹底，故反應(yīng)進(jìn)程①和②為好氧段設(shè)計(jì)的控制因素；反應(yīng)進(jìn)程③的反應(yīng)速率快，但需要綜合考慮系統(tǒng)除磷菌的生存環(huán)境(以泥齡為衡量指標(biāo))，故為好氧段設(shè)計(jì)的重要影響因素。
根據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，目前好氧段的設(shè)計(jì)方法可分為有機(jī)負(fù)荷(污泥負(fù)荷或容積負(fù)荷)法和泥齡法。有機(jī)負(fù)荷計(jì)算方法是以有機(jī)物(BOD5)的反應(yīng)速率(即污泥負(fù)荷或容積負(fù)荷)為基準(zhǔn)，求得反應(yīng)器容積；泥齡計(jì)算方法是以所需的最小污泥停留時間(即泥齡)為基準(zhǔn)，以求得好氧段的容積。
采用有機(jī)負(fù)荷設(shè)計(jì)時，有V=Q0(1+R1+R2)(CA2-COe)F---(10)]]>F-對應(yīng)于好氧段內(nèi)有機(jī)物濃度為COe時的反應(yīng)速度，相當(dāng)于容積負(fù)荷。
不考慮厭氧段及缺氧段降解有機(jī)物的作用，則有CA2=C0+(R1+R2)COe1+R1+R2---(11)]]>通過以上兩式，得V=Q0(C0-COe)F---(12)]]>在有機(jī)物接近于完全降解的情況下，或C0＞＞COe時，忽略COe項(xiàng)，可得V=Q0C0F---(13)]]>從上式的推導(dǎo)過程可以看出，針對本反應(yīng)器(完全混合反應(yīng)器)，在O段去除有機(jī)物遵循一級反應(yīng)、不考慮厭氧段及缺氧段降解有機(jī)物的前提下，好氧段的容積僅與進(jìn)水流量、濃度、反應(yīng)速度相關(guān)，而與內(nèi)外回流比無關(guān)。
4、主要設(shè)備設(shè)計(jì)CCFP工藝設(shè)備主要有潛水?dāng)嚢铏C(jī)、混合液回流空氣提升器、微孔曝氣管/盤及其它(當(dāng)與二沉池等組合時，包括二沉池設(shè)備)。
5、潛水?dāng)嚢铏C(jī)水頭損失的計(jì)算在環(huán)形彎道內(nèi)，沿程各處都存在著沿程水頭損失和局部水頭損失，而這種綜合水頭損失過程十分復(fù)雜，難以精確處理。參照水力學(xué)的一般處理方法，假定局部水頭損失與沿程水頭損失各自獨(dú)立發(fā)生作用，互不影響而可以疊加(水頭損失疊加原理)。這一方法在氧化溝的水力計(jì)算方面也得到了應(yīng)用。另外，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)已表明，在一個流段內(nèi)，同時發(fā)生兩種水頭損失的綜合作用，比二者單獨(dú)作用的疊加結(jié)果，實(shí)際上要小一些。
沿程水頭損失可參照明渠流，用下式描述hf=2gn2LR4/3·v22g=n2Lv2R4/3---(14)]]>式中，hf沿程水頭損失，m；n池壁粗糙系數(shù)；L總渠長，m；v斷面平均流速(流量/斷面面積)，m/s；R水力半徑(斷面面積/濕周)，m。
池體為360°封閉環(huán)狀彎道，按2個180°彎道組合，非曝氣條件下，總的局部阻力可表達(dá)為h′=ξv22g=2Cξ1v22g---(15)]]>式中，ξ總的局部阻力系數(shù)；ξ1每個180°彎道的局部阻力系數(shù)，一般為0.5～1.0；C局部阻力相鄰影響系數(shù)。
對于好氧段，由于曝氣的強(qiáng)烈紊動作用，使總的局部阻力系數(shù)巨大。由于外界輸入能量已知，且測取了精確的斷面平均流速，所以可根據(jù)所輸入的能量大小反向求解ξ值。
根據(jù)現(xiàn)場測試，對于上式中ξ值，A1段可取2.0，A2段可取1.0，O段可取20。
總水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失之和，按下式計(jì)算h=hf+h′=(ξ+2gn2LR4/3)v22g---(16)]]>式中，h總水頭損失，m。
參照水泵工作原理，攪拌機(jī)需要提供的能量可按下式表達(dá)N=γQH102η---(17)]]>式中，N為軸功率，kW；γ為液體密度，kg/m3；Q為流量，m3/s；Q＝Av，A為過流斷面面積，m2，v為斷面平均流速，m/s；H揚(yáng)程，m，H＝h；η為攪拌機(jī)效率。
據(jù)上式可得到潛水?dāng)嚢铏C(jī)的軸功率。在具體選型時，為避免局部產(chǎn)生過大的湍流紊動，從而引起較大的局部損失，同時避免水流形態(tài)的充分發(fā)展，應(yīng)盡量選取多臺沿圓周均勻布置。
能量密度復(fù)核試驗(yàn)與理論分析表明，厭氧段能量密度可采用4～5W/m3，中間設(shè)置二沉池時可大幅度地得到節(jié)省，可按1～2W/m3；兼氧段可采用1～2W/m3；好氧段可采用0.5～1.0W/m3。
潛水?dāng)嚢铏C(jī)選型根據(jù)上述計(jì)算與復(fù)核，可確定潛水?dāng)嚢铏C(jī)的規(guī)格(輸入功率)。
試驗(yàn)與理論分析表明，各段宜配置推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī)，具有工作穩(wěn)定、能量輸入均勻的特點(diǎn)；當(dāng)二沉池等構(gòu)筑物分建時，A1段也可采用攪拌型潛水?dāng)嚢铏C(jī)，在保證混合效果的同時，降低工程造價。
6、混合液回流空氣提升器混合液回流可采用空氣提升的方式，省去價格昂貴的提升泵，在節(jié)約成本的同時，也簡化了設(shè)備的管理維護(hù)。
工藝計(jì)算氣力提升的原理是利用升液管內(nèi)外液體的密度差，完成液體的提升目的。
根據(jù)公式(8)，可以確定混合液回流比(R2)。
升液管在待提升池體內(nèi)的最小浸沒深度可按下式計(jì)算h=Hn-1---(18)]]>式中，h為最小浸沒深度，m；n為液體密度系數(shù)，一般1.2(如濃度較低的混合液)～2.5(如濃度很高的回流污泥)；H為提升高度，m。
空氣用量可按下式計(jì)算Qair=KQH(231gh+1010)n---(19)]]>式中，K為安全系數(shù)，取值1.2；Q為每個升液管設(shè)計(jì)流量，m3/h；n為效率系數(shù)，一般0.35～0.45。
空氣管上可設(shè)空氣流量計(jì)，同時可輔以電動閥門、自控儀表等裝置，以完成系統(tǒng)的在線控制與監(jiān)視。從便于操作管理以及靈活調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的角度出發(fā)，可設(shè)2～6個空氣提升管，具體依實(shí)際水質(zhì)參數(shù)而定。
由于各段均表現(xiàn)為完全混合流態(tài)，故理論上安裝位置可任意確定；設(shè)計(jì)時依據(jù)周邊條件加以確定。
7、微孔曝氣管/盤CCFP工藝充氧宜采用鼓風(fēng)機(jī)——微孔曝氣方式；當(dāng)采用表曝等工藝時，平面需進(jìn)行調(diào)整，按跑道形設(shè)計(jì)，表曝機(jī)設(shè)置于直線段(鑒于水流條件的復(fù)雜性，不推薦采用表曝等其它工藝)。
現(xiàn)場試驗(yàn)及理論分析表明，除O段外，A2段也宜設(shè)置一定數(shù)量的微孔曝氣系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)同時/同步硝化反硝化過程，對節(jié)約能耗、優(yōu)化流程有很大作用；同時，在合理的基礎(chǔ)上，適當(dāng)延長A2段、適當(dāng)減短O段，也是現(xiàn)代污水處理工藝發(fā)展的潮流之一。
實(shí)際工程中，空氣量分配時，A2段宜留有15～20％的空氣用量。
8、其它當(dāng)與二沉池等組合時，相關(guān)的配套設(shè)備尚包括傳統(tǒng)二沉池標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備刮/吸泥機(jī)、堰板等；視水質(zhì)條件，二沉池可采用效率較高的周進(jìn)周出輻流式沉淀池，可配備管式刮吸泥機(jī)。
污泥回流設(shè)備于污泥回流井中配備污泥回流泵；依其它設(shè)計(jì)條件，在高程允許的條件下(生化池組設(shè)計(jì)水位較低，與回流井液位相差不大時)，可采用空氣提升器。
主要過水孔及管道設(shè)計(jì)理論上，各段均表現(xiàn)為完全混合的水力流態(tài)，過水孔的位置設(shè)計(jì)具有很大的靈活性；為避免可能發(fā)生的由攪拌引起的返流情況，對某一段而言，出水孔宜設(shè)置在進(jìn)水孔上游3～5m之外的區(qū)域；為避免泥砂積累，宜在池體下方開孔。
同樣原理，管道設(shè)計(jì)也具有很大的靈活性，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況，從方便操作管理的角度加以設(shè)計(jì)。
9、關(guān)于設(shè)計(jì)軟件包對于主體工藝計(jì)算及設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程，結(jié)合池型特點(diǎn)，編制有設(shè)計(jì)軟件包，采用靈活性較大、界面友好EXCEL文件形式，可供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)參考之用，同時可有效提高工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
對處于運(yùn)行狀態(tài)的采用了循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝的污水處理廠，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)與理論分析，對工藝的運(yùn)行性能及水力學(xué)方面進(jìn)行分析探討。
試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在江蘇省蘇州市相城區(qū)城市污水處理廠(以下簡稱“蘇州相城污水廠”)。該廠服務(wù)范圍為城鎮(zhèn)生活污水和開發(fā)區(qū)的工業(yè)廢水(生活污水約占60％，工業(yè)污水約40％)?？紤]到經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)發(fā)展的因素，設(shè)計(jì)規(guī)模為20000m3/d，分2組并聯(lián)運(yùn)行；設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度較高(CODCr為600mg/L)，并采用了比較安全的設(shè)計(jì)參數(shù)。2005年9月投入試運(yùn)營。目前水質(zhì)濃度較低，呈低負(fù)荷運(yùn)行方式。
單組生化池設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1所示。
表1蘇州相城污水處理廠生化池參數(shù)

注A1段采用攪拌型攪拌機(jī)，A2段和O段采用推流型攪拌機(jī)。
O段采用微孔曝氣管充氧方式，供氣量為160m3/min。
單組生化池的設(shè)計(jì)規(guī)模大致相當(dāng)于25000m3/d低濃度城鎮(zhèn)污水處理的規(guī)模各段水力停留時間比例依次約為1∶2∶4，總體反應(yīng)時間約12.25h。
試驗(yàn)時間于2006年1月初完成，生化池水溫10～12℃，MLSS濃度約2500mg/L。
分析方法工藝運(yùn)行中，所需要監(jiān)測的指標(biāo)為系統(tǒng)的水溫、pH、溶解氧、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、CODCr、BOD5、MLSS、MLVSS、微生物鏡檢以及流速等。
測試方法如下


試驗(yàn)方法中試試驗(yàn)監(jiān)測的主要水樣為進(jìn)水、厭氧池、缺氧池、好氧池及沉淀池水樣。由于循環(huán)比較大，各段的有機(jī)物及溶解氧濃度無明顯梯度，故系統(tǒng)在運(yùn)行中的水質(zhì)可按完全混合模擬，因此每池只在一個固定采樣點(diǎn)采樣，采樣方法為取混合液待污泥靜置沉淀，虹吸至采樣瓶然后盡快測定。
水力學(xué)特性試驗(yàn)的測定對象為流速。在不同操作條件下，選取需考察的斷面測點(diǎn)位置，通過流速(測算)儀20s測定后讀取平均流速。
主要結(jié)論1.處理效果較佳、穩(wěn)定性強(qiáng)、管理方便。
從實(shí)際出水水質(zhì)看，污水處理廠出水水質(zhì)較佳，能耗較低，且系統(tǒng)的穩(wěn)定性較強(qiáng)。
設(shè)計(jì)回訪表明，污水處理廠管理人員普遍認(rèn)為CCFP工藝易于操作管理。
2.水力學(xué)分析結(jié)果表明，對于中等規(guī)模的污水處理廠，厭氧段能量密度可采用4～5W/m3；兼氧段可采用1.0W/m3，相應(yīng)斷面平均流速大于0.30m/s；好氧段可采用0.5～1.0W/m3，相應(yīng)斷面平均流速大于0.15～0.20m/s。
本申請的發(fā)明人對采用CCFP工藝處理低濃度城鎮(zhèn)污水作了較為深入的研究，分析表明，針對我國城鎮(zhèn)污水處理廠，與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，采用循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝具有十分明顯的優(yōu)勢，可節(jié)省能耗達(dá)30％，同時也能節(jié)省工程投資費(fèi)用，運(yùn)行管理方便。循環(huán)流環(huán)形生物脫氮除磷工藝在實(shí)際應(yīng)用過程中已顯示出其優(yōu)越性，具有較好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，采用厭氧/缺氧/好氧相結(jié)合的活性污泥法，池型為三環(huán)型結(jié)構(gòu)，水流的運(yùn)行方式為循環(huán)流流態(tài)；當(dāng)生化池獨(dú)立時，污水與回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵?，依次流?jīng)缺氧段、好氧段，將完全混合反應(yīng)器和循環(huán)反應(yīng)器組合起來使用；當(dāng)生化池與其它池組組合時，將二沉池置于池中部，同時組建污泥回流井，中環(huán)布置厭氧段和缺氧段。
2.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于生化池獨(dú)立設(shè)計(jì)時，厭氧段通過攪拌型潛水?dāng)嚢铏C(jī)對池內(nèi)水體進(jìn)行混合攪拌，缺氧段和好氧段采用循環(huán)反應(yīng)器，采用推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī)來獲得推流速度。
3.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于當(dāng)生化池與其它池組組合時，根據(jù)需要，并入沉砂池、消毒池等污水處理構(gòu)筑物，以及鼓風(fēng)機(jī)房等輔助建筑物。
4.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于厭氧段水力停留時間1～2小時。
5.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于混合液回流比取值范圍為0.03～0.06kgNO3--N/kgMLSS·d。
6.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于厭氧段能量密度采用4～5W/m3，中間設(shè)置二沉池時，采用按1～2W/m3；缺氧段采用1～2W/m3；好氧段采用0.5～1.0W/m3。
7.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于混合液回流采用空氣提升的方式。
8.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于好氧段充氧采用微孔曝氣方式；當(dāng)采用表曝工藝時，按跑道形設(shè)計(jì)，表曝機(jī)設(shè)置于直線段。
9.如權(quán)利要求8所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于缺氧段也設(shè)置適量的微孔曝氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同時/同步硝化反硝化過程；同時延長缺氧段、減短好氧段。
10.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于空氣量分配時，缺氧段留有15～20％的空氣用量。
11.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，其特征在于當(dāng)與二沉池等組合時，視水質(zhì)條件，二沉池采用周進(jìn)周出輻流式沉淀池，配備管式刮吸泥機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明所述的循環(huán)流環(huán)型生物脫氮除磷工藝，采用厭氧/缺氧/好氧相結(jié)合的活性污泥法，池型為環(huán)型結(jié)構(gòu)，水流的運(yùn)行方式為循環(huán)流流態(tài)，污水與回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵?，依次流?jīng)缺氧段、好氧段，將完全混合反應(yīng)器和循環(huán)反應(yīng)器組合起來使用。本發(fā)明通過反應(yīng)器的優(yōu)化組合，極大的提高了系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力，控制了有機(jī)物濃度的梯度分布，提高了生物反應(yīng)速率；擴(kuò)大了混合液回流方式的可選擇余地等方面；利用較低的推動力，為反應(yīng)器中的生物絮凝提供了有利條件，同時節(jié)約能耗。
文檔編號C02F101/16GK101041509SQ20071003988
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者張大鵬 申請人:上海亞同環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司