原理概述

奥贝尔氧化沟由多个椭圆形同心沟渠组成，污水首先进入最外环的沟渠内，然后依次进入下一层沟渠，最后由中心沟渠流出，进入到二沉池里。

奥贝尔氧化沟是一种多级氧化沟，典型的是三个同心沟，外沟占总体积的50%以上，外沟以缺氧状态运行，促进了同时进行硝化反硝化的过程。

中沟占总体积的30%以上，中沟溶解氧设计值在1mg/L左右，实际运行可根据每天的负荷量增加或降低溶解氧，以使得系统达到更好的出水效果。

内沟占总体积的10%以上，中沟溶解氧设计值在2mg/L以上，使污水在进入二沉池之前去除BOD₅和NH₃-N，由于内沟体积小，只需要很少的补给量就可以维持高的溶解氧。

技术特点

1、奥贝尔氧化沟采用圆形或者椭圆形的形状，比沟渠较长的氧化沟更能充分的利用水流的惯性，可以节省推动水流的能耗。

2、多渠道串联的形式可以减少污水的短流现象。

3、沟渠内溶氧梯度较大，可以同时硝化反硝化。

4、相比于其他氧化沟的形式，奥贝尔氧化沟更节能。

5、受结构形式的限制，总图布置困难。

设计参数

1、混合液悬浮固体浓度(MLSS)X=4000~5000mg/L

2、污泥负荷N=0.05~0.1 kgBOD5/(kgMLVSS.d)

3、考虑脱氮时停留时间T=12~24h

4、沟渠深H≤4.5m

5、为了简化曝气设备(曝气转盘)，各沟可取等宽

6、沟深不超过沟宽，直线段尽可能短，弯曲部分占体积的70%~90%

7、三沟体积分配50：33：17。一般第一个沟占50%~70%。

8、溶解氧控制比例为0：1：2

9、充氧量分配按65：25：10

典型例题解析

某污水处理厂设计水量Q=40000 m?/d;进水水质BOD₅浓度S₀=200 mg/L,TSS浓度X₀=250 mg/L;VSS=175 mg/L(VSS/TSS=0.7);TKN=45 mg/L(进水中认为不含硝态氮)；NH₃-N=35 mg/L；碱度S_ALK=280 mg/L(以CaCO₃计，一般城镇污水多采用此值)；最低温度14℃，最高温度25℃。

设计出水水质BOD₅浓度S_e=20mg/L,TSS浓度X_e=20mg/L;TKN=20mg/LNH₃-N=15 mg/L。

其中污泥产泥系数Y=0.55;混合液悬浮固体浓度(MLSS)X=4000 mg/L,混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS) X_V=3000 mg/L, (MLVSS/MLSS=0.75);污泥龄θ_c=25dd；自身氧化系数K_d=0.055 d^-1；20℃时脱氮速率q_dn=0.035kgNO₃?-N/(kgMLVSS.d)。

求奥贝尔氧化沟相关参数？

(1)去除BOD₅计算

①氧化沟出水所含溶解性BOD₅的量S, mg/L

S=S_e-1.42*TSS(1-e^-kt)*VSS/TSS

 =20-1.42*20*(1-e^-0.23*5)*0.7

 =6.41 mg/L

②好氧区容积V1，m?

V₁=Yθ_c Q(S₀-S) /X_V(1+K_d*θ_c)

 =0.55*25*40000*(0.2-0.00641)/3*(1+0.055*25)

 =14945 m?

③好氧区水力停留时间t₁，h

t₁=V/Q

 =14945/40000

 =0.374(d)

 =8.97h

④剩余污泥量

ΔX_V=[Q(S₀-S)*Y/(1+K_d*θ_c)]+Q(X₁-X_e)

式中：X₁为进水悬浮固体惰性部分的浓度(进水TSS-进水VSS), mg/L

     X_e为TSS的浓度

X₁=250-0.7*250

  =75 mg/L

  =0.075kg/ m?

X_e=20 mg/L

  =0.02kg/ m?

故ΔX_V=[40000*(0.2-0.00641)*0.55/(1+0.55*25)]+40000(0.075-0.02)

       =3993.48kg/d

每去除1KgBOD₅产生的干污泥量为：

ΔX/ Q(S₀-S_e)

=3993.48/40000(0.2-0.02)

=0.55 kgDS/kg BOD₅

(2)脱氮计算

①氧化的氨氮量。

由题知进水中硝态氮为0，氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%，则用于生物合成的总氮N₀为

N₀=0.124*Y*(S₀-S)/( 1+K_d*θ_c)

 =0.124*0.05*(200-6.41)/( 1+0.55*25)

 =5.56 mg/L

需要氧化的氨氮量N₁=进水TNK-出水氨氮-生物合成所需要的N₀

=45-15-5.66

24.44 mg/L

②脱氮量N_r

N_r=进水总氮量-出水总氮量-生物合成所需的氮量

 =45-20-5.56

 =19.44 mg/L

③碱度平衡

每氧化1mg氨氮需要消耗7.14 mg/L的碱度，每氧化1 mg的BOD₅产生0.1 mg/L的碱度，每还原1mg的NO3?-N产生3.57 mg/L的碱度

剩余碱度S_ALK1=原水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产碱度+氧化BOD₅产碱度

=280-7.14*24.44+3.57*19.44+0.1*(200-6.41)

=194.26mg/L

④脱氮所需池容V₂, m?及停留时间t₂,h

脱销速率 q_dn(t)=q_dn(20)*1.08^T-20

14℃时，

q_dn(t)=0.035*1.08^14-20

   =0.022 kgNO₃?-N/(kgMLVSS)

脱氮所需的容积

V₂=QN_r/q_dnX_v

 =40000*19.44/0.022*3000

 =11781.8 m?

t₂= V₂/Q

 =11781.8/40000

 =0.29d

 =7.07h

(3)氧化沟总容积V及停留时间t

V= V₁+V₂

 =14945+11781.8

 =26726.8 m?

t= t₁+t₂

 =8.97+7.07

 =16.04h

(4)设计需氧量AOR

AOR=去除BOD₅需氧量-剩余污泥中BOD₅需氧量+去除氨氮耗氧量-剩余污泥中氨氮的耗氧量-脱氮产氧量

去除BOD₅需氧量为D₁

D₁=a′Q(S₀-S)+b′VX_V

式中：a′为微生物对有机底物氧化分解的需氧量，取0.52

      b′为活性污泥微生物自身氧化的需氧率，取0.12

D₁=0.52*40000*(0.2-0.00641)+0.12*26726.8*3

 =13649kg/d

剩余污泥中BOD₅需氧量为D₂

D₂=1.42*ΔX

 =1.42*YQΔS/1+K_d*θ_c

 =1.42*0.55*40000*(0.2-0.00641)/1+0.55*25

 =2546.4 kg/d

1Kg氨氮硝化需要消耗4.6 kgO₂,则去除氨氮的需氧量D₃

D₃=4.6*(进水TKN-出水氨氮)

 =4.6*（45-15）*40000/1000

 =5520 kg/d

剩余污泥中氨氮耗氧量D₄

D₄=4.6*0.124* YQΔS/1+K_d*θ_c

 =4.6*0.124*0.55*40000*（0.2-0.00641）/1+0.55*25

 =1022.9 kg/d

每还原1kgNO₃?-N产生2.86kgO₂，则脱氮产氧量D₅

D₅=2.86*19.43*40000/1000

 =2222.8 kg/d

总需氧量=13649-2546.4+5520-1022.9-2222.8

        =13376.9 kg/d

考虑安全系数1.4

则AOR=1.4*13376.9

     =18727.7 kg/d

(5)标准需氧量SOR

SOR=AOR*C_S(20)/α[βρC_S(t)- C]*1.024^T-20

C_S(20)是20℃水中溶解氧饱和度，取值9.17 mg/L

C_S(25) 取值8.38mg/L

 α取值0.85

 β取值0.95

ρ压力修正系数.

为所在地区实际气压/1.013*10⁵

=0.921*10⁵/1.013*10⁵

=0.909

C溶解氧浓度，外沟取0.2 mg/L，中沟取1 mg/L，内沟取2 mg/L

充氧量分配按照外:中：内=65:25:10

则供氧量

SOR_外=0.65*18727.7*9.17/0.85*(0.95*0.909*8.38-0.2)*1.024^25-20

     =16583 kgO₂/d

     =691 kgO₂/h

SOR_中=0.25*18727.7*9.17/0.85*(0.95*0.909*8.38-1)*1.024^25-20

     =7192 kgO₂/d

     =299.68 kgO₂/h

SOR_内=0.1*18727.7*9.17/0.85*(0.95*0.909*8.38-2)*1.024^25-20

     =3426 kgO₂/d

     =142.76 kgO₂/h

总标准需氧量SOR

SOR= SOR_外+ SOR_中+ SOR_内

=16583+7192+3426

=27201 kgO₂/d

=1133 kgO₂/h

(6)氧化沟池容计算

设氧化沟2座，则每座的容积V,m?

V=V_总/2

 =26720/2

 =13360 m?

各沟容积比为50：33：17

则外沟的容积为：13360*0.5=6680 m?

中沟的容积为：13360*0.33=4408.8 m?

内沟的容积为：13360*0.17=2271.2 m?

(7)出水堰计算

为了能够调节曝气转蝶的淹没深度，氧化沟出水处设置出水竖井，竖井内安装电动可调节堰

Q=1.86bH^3/2

则b= Q/1.86 H^3/2

取堰上水头高H=0.2m

b=0.463/1.86*0.2^3/2

 =2.78m

取值2.8米。

由于可调节堰的安装两边要流出0.3米的安装距离。

因此竖井长3.4米，宽取值1.2米

则出水竖井的平面尺寸为3.4*1.2m

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知识点：氧化沟之Orbal奥贝尔设计与计算