導管式氧化溝的特點與設計

出　　自： 《中國給水排水》 1987年第6期第42頁
發表時間： 1992-4

杭世珺

( 天津市市政工程勘測設計院)

導管式氧化溝是美國八十年代開發的一種高效和節能的水處理新技術，它以導管式曝氣器(簡稱DTA:Draft Tube Aerator)代替傳統的轉刷，從而克服了傳統氧化溝的一系列缺點，是一種新型的氧化溝。1980年美國環境保護局(E PA)把它作為新技術對外介紹。1983 年日本建設省正式承認它為優秀的新技術，并鼓勵在日本推廣使用。
1. 導管式氧化溝的構造(見圖1)

(1) 在渠道某處設置阻流墻。
(2) 阻流墻上、下游兩側用導管連通。
(3) 在上游導管內安裝DTA裝置。
(4) 必要時可在渠道轉彎處設置導流墻。
2. 導管式氧化溝系統的組成
氧化溝系統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，就可滿足要求。氧化溝本身兼起調節池的作用。不必設置初次沉淀池，原污水和回流污泥從厭氧區一帶進入。處理水一般從好氧區排出。
(1) 氧化溝渠道的長度與形狀
氧化溝渠道的形狀無特殊要求。氧化溝渠道的長度對脫氮效率有一定影響，渠道越長，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系
1)整體式
氧化溝與沉淀池組成一個整體，污泥從沉淀池底部自動回流入氧化溝，不必設置污泥泵(見圖2)。
2) 獨立式
氧化溝與沉淀池分開成為兩個獨立單元。這種形式有利于氧化溝的形狀和運轉的多樣化
3. 導管式氧化溝的特點

(1) 渠道內的流速和供氧量可分別進行獨立控制。以改變葉輪轉速來調節流速；以調節空氣量來控制供氧量(見圖3)。

(2) 可在不同水深下正常運轉。無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轉。隨進水量的變化，渠道內的水深可自動調節，使得沉淀池的水力負荷總維持在一定的范圍內，從而保證了穩定良好的出水水質(見圖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流動，且不會在渠道底部發生沉淀現象。加大水深可以減少占地面積，從而可用于大型處理廠的場合(見圖5)。

(4) 屬節能型的處理技術。DTA進口處的溶解氧為零(DO=0 mg/L，而下部導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移效率。另外，因為流速與供氧量可獨立控制，所以不會浪費動力(見圖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和厭氧區兩部分。當渠道長達200m 左右時，硝化與脫氮的反應激烈，脫氮效率高。另外，由于以原污水中的BOD作為脫氮反應時的碳源，大大減少去除BOD所需的氧量，節省能源(見圖7)。
(6) 無需調節pH值。硝化反應時所消耗堿度的一半，可在脫氮反應時再生。因脫氮反應快速進行，防止了pH值的下降。
(7) 供氧均勻。因為渠道內沒有阻流墻，使得全部混合液都要通過DTA，所以供氧均勻出水水質穩定(見圖8)。
(8) 防止氧化溝內水溫下降。傳統的表面攪拌曝氣器直接與大氣接觸，容易受季節氣溫的影響，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，即使在寒冷地區也能充分發揮其處理功能。


(9) 沒有二次污染。本法可克服傳統曝氣器產生的水花飛濺、噪音和臭氣等現象，對環境和管理人員無不良影響。
(10) DTA管理容易。只需維護DTA的減速器和電動機。水下部分一般無需管理。需要維修時可非常簡單地把其提升出水面。
(11) 可進行多種方式的運轉。在保證流速和攪拌狀態的前提下，可進行間歇運轉，也可進行連續運轉。供氧量可通過渠內的溶解氧測定儀進行自動調節。
(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、長度和水深等)可根據生物處理原理及占地面積來決定。
4. 導管式氧化溝的設計
(1) DTA標準機種(見表1和圖9)
DTA標準機種一覽表 表1

DTA系由DTA本體和空壓機組成。一條渠道上所需DTA臺數可根據污水流量和運轉方式決定。根據每臺DTA的過水斷面積(H×B)和設計流速，查圖-10選定DTA本體機種。


[例]
渠道斷面積=10m 2
DTA臺數=2臺
渠道流速=25以上(C m/s)
每臺DTA的渠道斷面積為10/2=5 m 2
查圖得機種為1000-1型。
(2) 計算所需空氣量
由于曝氣器的供氧量在不同水質(清水和污水)和運轉條件(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準狀態(20℃、1個大氣壓、槽內DO=0 mg/L，α=β=1)下氧在清水中的溶解量來表示，稱為標準氧率，記為SOR(Standard Qxygen Rate:kgO2/h)。在實際處理廠中，必須滿足處理條件下污水所需氧量，稱為實際氧率，記為AOR(Actual Oxygen Rate:kgO2/h)。
AOR為實際處理過程中所需要的氧量，計算時應先把AOR換算成為SOR，然后再計算所需空氣量。
一般情況下，AOR<SOR(SOR/AOR >1)，例AOR為10kgO2/h時，SOR應為12或15 kgO 2 /h。
AOR、SOR與空氣量的關系可表示如下:

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) 時的溫度修正系數(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，下部導管水深與氧分壓下降(以SOR計)的修正系數；
M A —在C s(T) 時，下部導管水深與氧分壓下降(以AOR計)的修正系數。
在設計時，無論AOR值多少，應力求SOR 值最小。為此應考慮(1)α、β→1；(2)C=0；(3)盡量提高C，值。本設計已考慮了上述因素，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) 換算式中各個參數值的決定
1)α、β值
SRT與α、β值之間的關系如圖11所示。

下式近似表示SRT與F/M之間的關系(圖12)

式中: a—污泥轉換率，即去除1 kgBOD產生的污泥量，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SRT設計為數十日時，α與β值就接近于1，
2) C值
在導管式氧化溝設計中，應盡量使DTA入口處的DO=0(mg/L)。因為DO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，所以必須對溶解氧飽和濃度進行修正。

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)。
以C sx 、C sy 的對數平均值表示總體的溶解氧飽和濃度。

對于SOR，M值表示為M，；對于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(見圖13、表3)

當渠內水源較淺時，在DTA處可局部加深，見圖14。其中坡角α值可與生產廠家商定。

2. 平面布置
圖15所示為平面布置最小尺寸。

當渠道寬度W較狹時，在曝氣器安裝處可局部放寬，見圖16。