污水处理「卡鲁塞尔氧化沟」你知道多少?

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编辑 | 山少爷     来源 | 网络

卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟  是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维待较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。Carrousel (卡鲁塞尔)氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气器，每组沟渠安装一个，均安设在一端。靠近曝气器下游为富氧区，靠近曝气器上游为缺氧区。进水与回流污泥混合后在沟内循环流动，废水多次经富氧区和缺氧区可创造良好的生物脱氮环境。当有机负荷较低时，可以停止某曝气器的运行，在保证水流搅拌混合循环的前提下，节约能量消耗。至今世界上已有上千座 Carrousel 氧化沟系统正在运行，其应用领域涉及各行各业的废水处理，处理规模从400m3/d到113万m3/d不等，我国也已有几十座污水处理厂采用此工艺。

（一）表爆机

与氧化沟的其他曝气设备比较，Carrousel 的OXYRATOR表曝机克服了转刷、碟刷曝气机机械零件多，日常维护量大的缺点，一般一组氧化沟只需布置1~3台表曝设备，故维护量较小，运行管理方便。

倒伞型表曝机现场图

由于OXYRATOR 的独特设计和叶轮形状，叶轮的转动使水流受到剧烈搅拌，刚进入池中的污水很快与池中的污水混合，在曝气区附近形成完全混合的流态。由于叶轮的特殊形状，在其旋转过程中会对水流产生一个向上的提升作用，使池底的水也可翻到上方来。水流上升到上部后，又被叶轮甩向四周，从而在卡鲁塞沟道中形成一种螺旋状推进的水流形态，这使得卡鲁塞2000氧化沟中同时具备了完全混合和推流的水力流态。另外通过合理的沟道形状、隔墙布置，可实现向污水中充氧、搅拌和推流三个功能和最优组合，从而保证整个系统最低的能耗和最佳的处理效果。在充氧方面，可能通过以下两种方式实现充氧的调节和控制能量的变化，一是采用变频驱动装置，来调节叶轮的转速；另外通过调整氧化沟出水堰的高度或调节叶轮浸没深度，从而达到节能的目的。

（二）池型和功能

在池型和功能方面，Carrousel氧化沟已有Carrousel 1000型，Carrousel 2000型及Carrousel 3000型、AB—卡鲁塞尔、MBR—卡鲁塞尔以及其他形式的Carrousel。

 01   Carrousel 1000

Carrousel 1000 针对小规模污水处理厂而设计，适合于小型工业废水或社区内的污水处理。Carrousel 1000系统以去除BOD5为主要目的，具有一定的脱氮除磷效果；Carrousel氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4~4.5m,沟中的流速0.3m/s。其B0D5的去除率可达95%,脱氮效率约为90%,除磷效率约为50%。

 02   Carrousel 2000氧化沟

（1）Carrousel 2000 氧化沟基本工艺

Carrousel 2000氧化沟内部示意图

Carrousel 2000氧化沟是美国EIMCO公司专为卡鲁塞尔系统设计的一种先进的生物脱氮除磷工艺，它在构造上的主要改进是在氧化沟内设置了一个独立的缺氧区，缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门，即内回流控制门，内回流流量的具体控制方法是调节设置在位于好氧区和前反硝化区之间的混合液内回流通道上的内回流控制门的开度。内回流门顶部装有位置指示器，卡控系统根据进水水量、水质以及有关工艺参数和条件，可在自控系统上给出达到适当流量的开度值。结合内回流门上的指示器，操作人员可方便地对开度进行调整，从而将内回流量调整到最优化值上。在运行中，根据出水含氮量的要求，调节内回流门张开程度，可控制进入缺氧区的流量。缺氧和好氧区合建式氧化沟的关键在与于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠处的混合液处于缺氧状态，为反硝化创造良好环境。缺氧区内有潜水搅拌器，具有混合和维持污泥悬浮的作用。据介绍其出水水质BOD:TSS:TN=10:157~10)。

混合液回流通过沟型布置和水力设计自然实现，无需设置额外的回流设备和管线；并且可通过内回流控制门对内回流量进行方便地调节，简化了系统，节省了投资。

Carrousel 2000型氧化沟由于其特殊的预反硝化区设计（容积占整个Carrousel 氧化沟的10%~20%,安装有2个推进器），在缺氧条件下（预反硝化区）通过简单的水力控制，进水与回流污泥及一定量的混合液（该量可通过内部回流控制门调节）充分混合，进行反硝化作用；剩余部分（总容积的80%~90%)包括有氧和缺氧区，用于硝化和内源反硝化作用间时进行，也用于磷的富集吸收。

内回流控制门

卡鲁塞2000系统设置专门厌氧区，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD转化成低分子发酵产物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵产物，并将其运送到细胞内、同化成胞内炭源存贮物，所需能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的水解，并导致磷酸盐的释放。经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在好氧状态下具有很强的吸磷能力，吸收、贮存超出生长需求的磷量，内回流控制门并合成新的聚磷菌细胞、产生富磷污泥，通过剩余污泥的排放将磷从系统中除去。

在缺氧条件下（水中溶解氧浓度很低，但是有NO3- ，NO2-;等电子受体存在），微生物能够利用NO3-、NO2-这些电子受体（而不是氧），氧化水中的有机物机质，而将NO3-、NO2-还原成氮气，从系统中放出，从而达到脱氮的目的，而卡鲁塞2000系统在进水端设置专门的前反硝化区，在富含NO3-、NO2-的回流混合液与含有大量新鲜碳源的进水在前反硝化区混合，反应条件和环境都十分有利于反硝化菌的作用，因此反硝化程度提高，改进了生物脱氮的效果。

Carrousel 2000型氧化沟的推流式模型对前置缺氧池反硝化工艺是极其重要的。反硝化工艺要求水体中没有溶解氧，此时惟一的氧源来自水中的硝态氮。通过对表曝机的设计与控制，曝气区末端的溶解氧可以减少到最低程度，有效地防止前篮缺氧池氧过量的问题，由于采取这种流型，当儿乎没有溶解氧的混合液回流到前置缺氧池后，可以取得最好的反硝化效果（过多的氧进入前置缺氧池会对反硝化过程产生危害，因为BOD将被O2所氧化，而不是正常情况下被NOx-; 所氧化，导致出水中的NOx-浓度升高），从而提高了总氮去除量，同时又节省了供氧所需的能耗。该工艺的另一个特点是其内回流机制，这是通过利用表曝机所提供的推动力，使水力设计达到最优而实现的。由于设计合理，混合液的内回流无需使用内回流泵，从而可以节省一定的能耗，通常Carrousel 2000型氧化沟的内部回流所需的推流能量小于表曝机能量的1%。

（2）Carrousel 2000型氧化沟在污水处理厂的应用

应用案例1

采用了Carrousel 2000氧化沟处理工艺，处理水量为8×104~10×104m3/d, 氧化沟共2池，单池尺寸L×B×H=107m×57m×5. 5m,设计水力停留时间T=12.2h, 设计流量1. 16m3/s，设计泥龄15d,设计水温15℃，污泥回流170%,污泥负荷0.068kgBOD5/(kgMLSS•d),污泥产率0.985kgDS/kgB0D5,设计水深5m,混合液浓度5g/L。每池配4台表曝气机，单台功率160kW,直径3.75m,动力效率2.0kgO2/(kW•h)。

应用案例2

① 基本情况

吴忠市污水处理厂设计规模6万m3/d,主要处理生产、生活污水。出水水质要求达到GB8978 -96中二级污水综合排放标准。

② 工艺流程

进水→粗格栅→提升泵站→细格栅→沉砂池→卡鲁塞2000系统→二沉池→出水。进水经粗、细格栅和沉砂等预处理后，进人卡鲁塞2000系统。卡鲁塞2000 系统对脱氮和除磷进行了整体的综合考虑，氧化沟前设置了选择池和厌氧池。

③ 处理设施

污水处理厂设卡鲁塞2000氧化沟3组，每组4条沟。每条沟有效容积12500m3,  前反硝化区容积2500m3。卡鲁塞氧化沟水力停留时间为15h,沟内有效水深4.3m,  渠道宽度9m。

卡鲁塞2000氧化沟由于其特殊的前反硝化区设计（占氧化沟体积的20% ),在缺氧条件下进水与一定量的混合液混合（该量可通过内部回流控制阀调节）；剩余部分（体积的80% )包括有氧和缺氧区，用于进行同时硝化反硝化，也用于磷的富集吸收。每座卡鲁塞2000氧化沟中配有2台 OXYRATOR表曝机，实现沟内水体的推流、混合和充氧。每座池中装有在线溶解氧(DO) 测定仪1套，实时测定水中DO水平，并用于对表曝机的运行（开停、转速）进行控制，使供氧量符合实际的进水状况和运行条件。每座沟中装有2台潜水推进器，用于保证混合液具有一定的流速；每座沟位于有氧区与前反硝化区间混合液内流的通道上装有 1套内回流控制门，用于内回流流量的调整，以维持前反硝化区中最佳的反硝化脱氮状态。其具体工艺构筑物情况见表。

吴忠污水处理厂具体工艺构筑物及其参数表

应用案例3

银川市第二污水处理厂一期工程工程处理规模为5×104m3/d,主体工艺为卡鲁塞尔2000氧化沟。

运行参数：氧化沟的泥龄为15d,负荷为0.058~0.065kgBOD5/(kgMLSS•d), MLSS为3.6~4g/L,标准需氧盘为1005kgO2/h(水温22℃时），DO为1.0~2.0mg/L,污泥回流比100%~135%, 内回流比为100%~350%。HRT为13.4h。

设备：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3.5m,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）。

 03   Carrousel 3000氧化沟

Carrousel 3000氧化沟为第三代，其特点是水深大，减少了占地面积，同时也具备脱氮除磷功能，其结构示意图见图。

Carrousel 3000氧化沟结构示意图

第三代Carrousel 3000氧化沟是在Carrousel 2000氧化沟系统前再加一个生物选择区。该生物选择区是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状细菌的增长，提高各污染物的去除率。其余工艺原理与Carrousel 2000氧化沟系统相同。

Carrousel 3000系统的功能的提高表现在：

（1）池深可达7.5~8m;同心圆式，池壁共用，减少了占地面积，降低造价同时提高了耐低温能力（可达7℃);

（2）表曝机下安装导流筒，抽吸缺氧的混合液；采用水下推进器解决流速问题；

（3）使用了先进的曝气控制器QUTE(它采用一种多变量控制模式）；

（4）采用一体化设计，从中心开始，包括以下环状连续工艺单元：进水井和用于回流活性污泥的分水器、选择池和厌氧池、Carrousel 2000系统；

（5）圆形一体化的设计使得氧化沟不需额外的管线，即可实现回流污泥在不同工艺单元间的分配。

北京市永丰再生水厂采用卡鲁塞尔3000氧化沟处理系统，处理规模 20000t/d, 采用了DHV公司专有的卡鲁塞尔3000氧化沟技术和设备，氧化沟有效水深达到 7m,出水水质标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918一2002中一级标准的A标准。

 04   AB—卡鲁塞尔

AB—卡鲁寒尔是设计用来处理工业（制浆和造纸，石化，食品加工行业等） 污水的。AB—卡鲁塞尔系统包括两个由DHV开发的内在紧密相关的工艺单元：防止污泥膨胀反应器( ABR)和卡鲁塞尔氧化沟。

AB—卡鲁塞尔系统中的两个单元是互相补充的，防止污泥膨胀反应器 ABRTM, 其水力停留时间为4~10h。只有那些快速生长的细菌能够生存，它们消耗掉易降解的COD而留下了难生物降解的成分。在卡鲁塞尔氧化沟中，剩余的COD将被有效地去除。污泥膨胀的问题在AB—卡鲁塞尔系统中得到解决，出水达到排放标准。除解决污泥膨胀问题之外，还有其他优点，即采用AB—卡鲁塞尔反应器时，相比于传统的处理系统，可使系统的需氧量、占地、污泥的产量下降，因而可以节省大最的投资和运行成本。

泰格林纸集团污水处理厂采用AB—卡鲁塞尔系统，目前已投人运行，纸浆及造纸废水处理量达25000m3/d。

 05   MBR—卡鲁塞尔系统

MBR—卡鲁塞尔系统是卡鲁塞尔氧化沟最新的和最高级的形式，它可以广泛地应用于市政污水和各种工业污水处理方面。

MBR—卡鲁塞尔系统包括两个组成部分，即卡鲁塞尔氧化沟段，在其中将发生生物处理过程；膜处理段，对处理过后的水和污泥进行有效分离。MBR—卡鲁塞尔系统开发的动力源于两方面，第一它大量地减少了系统占地，系统不再采用占地的二沉池；第二是其出水水质好，几乎可以去除悬浮物和胶体，处理后的污水可以实现回用。

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