導(dǎo)管式氧化溝的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)

出　　自： 《中國(guó)給水排水》 1987年第6期第42頁(yè)
發(fā)表時(shí)間： 1992-4

杭世珺

( 天津市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院)

導(dǎo)管式氧化溝是美國(guó)八十年代開發(fā)的一種高效和節(jié)能的水處理新技術(shù)，它以導(dǎo)管式曝氣器(簡(jiǎn)稱DTA:Draft Tube Aerator)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)刷，從而克服了傳統(tǒng)氧化溝的一系列缺點(diǎn)，是一種新型的氧化溝。1980年美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(E PA)把它作為新技術(shù)對(duì)外介紹。1983 年日本建設(shè)省正式承認(rèn)它為優(yōu)秀的新技術(shù)，并鼓勵(lì)在日本推廣使用。
1. 導(dǎo)管式氧化溝的構(gòu)造(見(jiàn)圖1)

(1) 在渠道某處設(shè)置阻流墻。
(2) 阻流墻上、下游兩側(cè)用導(dǎo)管連通。
(3) 在上游導(dǎo)管內(nèi)安裝DTA裝置。
(4) 必要時(shí)可在渠道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置導(dǎo)流墻。
2. 導(dǎo)管式氧化溝系統(tǒng)的組成
氧化溝系統(tǒng)采用一般的前處理方法，如格柵、沉砂池，去除污水中大塊的固體物質(zhì)，就可滿足要求。氧化溝本身兼起調(diào)節(jié)池的作用。不必設(shè)置初次沉淀池，原污水和回流污泥從厭氧區(qū)一帶進(jìn)入。處理水一般從好氧區(qū)排出。
(1) 氧化溝渠道的長(zhǎng)度與形狀
氧化溝渠道的形狀無(wú)特殊要求。氧化溝渠道的長(zhǎng)度對(duì)脫氮效率有一定影響，渠道越長(zhǎng)，脫氮效率越高。
(2) 渠道的斷面形狀
由于DTA裝置基本不受渠道水力半徑大小的影響，所以渠道斷面形狀及其尺寸可任意選擇，常用的有矩形(混凝土)和梯形(明渠)兩種。
(3) 氧化溝與沉淀池的關(guān)系
1)整體式
氧化溝與沉淀池組成一個(gè)整體，污泥從沉淀池底部自動(dòng)回流入氧化溝，不必設(shè)置污泥泵(見(jiàn)圖2)。
2) 獨(dú)立式
氧化溝與沉淀池分開成為兩個(gè)獨(dú)立單元。這種形式有利于氧化溝的形狀和運(yùn)轉(zhuǎn)的多樣化
3. 導(dǎo)管式氧化溝的特點(diǎn)

(1) 渠道內(nèi)的流速和供氧量可分別進(jìn)行獨(dú)立控制。以改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流速；以調(diào)節(jié)空氣量來(lái)控制供氧量(見(jiàn)圖3)。

(2) 可在不同水深下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。無(wú)論在小水量低水位下，或在大水量高水位下都能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。隨進(jìn)水量的變化，渠道內(nèi)的水深可自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得沉淀池的水力負(fù)荷總維持在一定的范圍內(nèi)，從而保證了穩(wěn)定良好的出水水質(zhì)(見(jiàn)圖4)。

(3) 可采用較大的渠道水深。因水流系由渠道底部壓出，其流速較大，即使加大渠道水深，仍然能保證全部混合液循環(huán)流動(dòng)，且不會(huì)在渠道底部發(fā)生沉淀現(xiàn)象。加大水深可以減少占地面積，從而可用于大型處理廠的場(chǎng)合(見(jiàn)圖5)。

(4) 屬節(jié)能型的處理技術(shù)。DTA進(jìn)口處的溶解氧為零(DO=0 mg/L，而下部導(dǎo)管在一定水壓下具有較高的溶解氧飽和濃度，從而大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率。另外，因?yàn)榱魉倥c供氧量可獨(dú)立控制，所以不會(huì)浪費(fèi)動(dòng)力(見(jiàn)圖6)。

(5) 脫氮效果好。由于集中在一處供氧，可造成一定的溶解氧濃度梯度，使渠道明確地分成好氧區(qū)和厭氧區(qū)兩部分。當(dāng)渠道長(zhǎng)達(dá)200m 左右時(shí)，硝化與脫氮的反應(yīng)激烈，脫氮效率高。另外，由于以原污水中的BOD作為脫氮反應(yīng)時(shí)的碳源，大大減少去除BOD所需的氧量，節(jié)省能源(見(jiàn)圖7)。
(6) 無(wú)需調(diào)節(jié)pH值。硝化反應(yīng)時(shí)所消耗堿度的一半，可在脫氮反應(yīng)時(shí)再生。因脫氮反應(yīng)快速進(jìn)行，防止了pH值的下降。
(7) 供氧均勻。因?yàn)榍纼?nèi)沒(méi)有阻流墻，使得全部混合液都要通過(guò)DTA，所以供氧均勻出水水質(zhì)穩(wěn)定(見(jiàn)圖8)。
(8) 防止氧化溝內(nèi)水溫下降。傳統(tǒng)的表面攪拌曝氣器直接與大氣接觸，容易受季節(jié)氣溫的影響，在冬季因水溫下降而影響處理效果。采用DTA可避免上述缺點(diǎn)，即使在寒冷地區(qū)也能充分發(fā)揮其處理功能。


(9) 沒(méi)有二次污染。本法可克服傳統(tǒng)曝氣器產(chǎn)生的水花飛濺、噪音和臭氣等現(xiàn)象，對(duì)環(huán)境和管理人員無(wú)不良影響。
(10) DTA管理容易。只需維護(hù)DTA的減速器和電動(dòng)機(jī)。水下部分一般無(wú)需管理。需要維修時(shí)可非常簡(jiǎn)單地把其提升出水面。
(11) 可進(jìn)行多種方式的運(yùn)轉(zhuǎn)。在保證流速和攪拌狀態(tài)的前提下，可進(jìn)行間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，也可進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。供氧量可通過(guò)渠內(nèi)的溶解氧測(cè)定儀進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
(12) 渠道形狀不受DTA的限制。渠道的形狀(渠道的布置形式，渠道寬度、長(zhǎng)度和水深等)可根據(jù)生物處理原理及占地面積來(lái)決定。
4. 導(dǎo)管式氧化溝的設(shè)計(jì)
(1) DTA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)種(見(jiàn)表1和圖9)
DTA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)種一覽表 表1

DTA系由DTA本體和空壓機(jī)組成。一條渠道上所需DTA臺(tái)數(shù)可根據(jù)污水流量和運(yùn)轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定。根據(jù)每臺(tái)DTA的過(guò)水?dāng)嗝娣e(H×B)和設(shè)計(jì)流速，查圖-10選定DTA本體機(jī)種。


[例]
渠道斷面積=10m 2
DTA臺(tái)數(shù)=2臺(tái)
渠道流速=25以上(C m/s)
每臺(tái)DTA的渠道斷面積為10/2=5 m 2
查圖得機(jī)種為1000-1型。
(2) 計(jì)算所需空氣量
由于曝氣器的供氧量在不同水質(zhì)(清水和污水)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件(水溫、壓力、渠道形狀等)下不同。因此曝氣器的供氧能力一般以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃、1個(gè)大氣壓、槽內(nèi)DO=0 mg/L，α=β=1)下氧在清水中的溶解量來(lái)表示，稱為標(biāo)準(zhǔn)氧率，記為SOR(Standard Qxygen Rate:kgO2/h)。在實(shí)際處理廠中，必須滿足處理?xiàng)l件下污水所需氧量，稱為實(shí)際氧率，記為AOR(Actual Oxygen Rate:kgO2/h)。
AOR為實(shí)際處理過(guò)程中所需要的氧量，計(jì)算時(shí)應(yīng)先把AOR換算成為SOR，然后再計(jì)算所需空氣量。
一般情況下，AOR<SOR(SOR/AOR >1)，例AOR為10kgO2/h時(shí)，SOR應(yīng)為12或15 kgO 2 /h。
AOR、SOR與空氣量的關(guān)系可表示如下:

式中:η-溶解效率(%)，其值可按表2選用。

換算式:

式中: T-水溫(℃)；
α—KLa(污水)/K La(清水)比值；
β-C s (污水)/C，(清水)比值；
θ-K L a (20) 時(shí)的溫度修正系數(shù)(θ=1.024)；
C-DTA入口處的溶解氧濃度；
C s(20) —在20℃、1大氣壓下，清水中的溶解氧飽和濃度(C s(20) =8.84 m g/L)；
C s(T) -在T℃、1大氣壓下，清水中的溶解氧飽和濃度；
M s -在C s(20) 時(shí)，下部導(dǎo)管水深與氧分壓下降(以SOR計(jì))的修正系數(shù)；
M A —在C s(T) 時(shí)，下部導(dǎo)管水深與氧分壓下降(以AOR計(jì))的修正系數(shù)。
在設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)論AOR值多少，應(yīng)力求SOR 值最小。為此應(yīng)考慮(1)α、β→1；(2)C=0；(3)盡量提高C，值。本設(shè)計(jì)已考慮了上述因素，得到(SOR)=1.15(AOR)，其條件為:T=5℃、α=0.93、β=0.97、SRT=20d以上、C=0(mg/L)。

(3) 換算式中各個(gè)參數(shù)值的決定
1)α、β值
SRT與α、β值之間的關(guān)系如圖11所示。

下式近似表示SRT與F/M之間的關(guān)系(圖12)

式中: a—污泥轉(zhuǎn)換率，即去除1 kgBOD產(chǎn)生的污泥量，a=0.5或0.7；
b—污泥自身氧化率(1/d)，b=0.04 ~0.1。
由于氧化溝中的F/M值很小，當(dāng)SRT設(shè)計(jì)為數(shù)十日時(shí)，α與β值就接近于1，
2) C值
在導(dǎo)管式氧化溝設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量使DTA入口處的DO=0(mg/L)。因?yàn)镈O值的大小直接影響了SOR值。
3) M s 、M A值
由于水深和氣泡中氧分壓的變化，所以必須對(duì)溶解氧飽和濃度進(jìn)行修正。

式中: C sx -水面附近的溶解氧飽和濃度(mg/L)；
C sx -渠底附近的溶解氧飽和濃度(m g/L)；
C，—在一大氣壓、氧分壓為21%的溶解氧飽和濃度(m g/L)
Z-水深(m)
P-大氣壓
η—溶解效率(小數(shù))。
以C sx 、C sy 的對(duì)數(shù)平均值表示總體的溶解氧飽和濃度。

對(duì)于SOR，M值表示為M，；對(duì)于AOR，M值表示為M A 。在20℃、大氣壓、清水條件下，MA=M s 。

四、DTA的安裝

1.曝氣器的最小水深(見(jiàn)圖13、表3)

當(dāng)渠內(nèi)水源較淺時(shí)，在DTA處可局部加深，見(jiàn)圖14。其中坡角α值可與生產(chǎn)廠家商定。

2. 平面布置
圖15所示為平面布置最小尺寸。

當(dāng)渠道寬度W較狹時(shí)，在曝氣器安裝處可局部放寬，見(jiàn)圖16。