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1、. . 卡鲁赛尔氧化沟概述1967年，DVH公司综合了常规污水处理系统和氧化沟的优点，发明了第一代Carrousel氧化沟系统。时至今日，世界围有近850多个上规模的污水处理厂投入了运行。实践证明，Carrousel氧化沟技术是二级污水处理技术中一种最可靠的技术之一。从1967年的第一座Carrousel氧化沟到今天的带厌氧区的Carrousel3000氧化沟系统，Carrousel氧化沟发生了巨大的变化。由图可见，Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点
2、，又有推流式反应器的特点，沟存在明显的溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟水深一般为2.54.5m，宽深比为2:1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。卡鲁赛尔氧化沟的主要优点与常规污水处理系统相比，Carrousel氧化沟具有以下几个主要优点：(1)在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；(2)污泥稳定，不需消化池可直接干化；(3)工艺极为稳定可靠；(4)工艺控制极其简单；(5)系统性能显示，BOD降解率达
3、95%98%，COD降解率达90%95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；(6)Carrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，使沟式可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小；(7)Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。卡鲁赛尔氧化沟系统形式上的演变第一代为普通Carrousel氧化沟，该种形式氧化沟以去除BOD为主要目的，并具一定的脱氮除磷效果；第二代为Carrousel2000氧化沟，该种形式氧化沟主要是针对排放标准对氮、磷的严格要求而发展起来的具有脱氮除磷的工艺；第三代是Carrousel3000氧
4、化沟，其最显著的特点是水深很大，减少了占地面积，同时也具备脱氮除磷功效。如图1、图2和图3所示。卡鲁赛尔3000氧化沟Carrousel3000氧化沟系统是在Carrousel2000氧化沟系统前再加了一个生物选择池。该生物选择池是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌的增长，提高各污染物的去除率，其后的工艺原理同Carrousel2000氧化沟系统。但Carrousel3000氧化沟系统质的飞跃，一是增加了池深可达7.5-8m，同心圆式池壁共同，减少了占地面，降低造价同时提高耐低温能力(可达7)；二是曝气设备的巧妙设计，表曝机下安装导流筒，抽吸乏氧的混合液，采用水下推进器解决流速问题；三是使用了
5、先进的曝气控制器QUTE(它是一种多变量控制模式)。卡鲁赛尔氧化沟处理污水的原理最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约23mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速0.3m/s）。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统
6、中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD，但除磷脱氮的能力有限。为了取得更好的除磷脱氮的效果，Carrousel2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。全部回流污泥和10-30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝氧条件。同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA，聚磷菌获得VFA将其同化成PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。厌氧区出水进入部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池混
7、合液既无分子氧，也无化合物氧（硝酸根），在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统，进一步完成去除BOD、脱氮和除磷。最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。这样，在Carrousel2000系统，较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。综合采用该工艺的第一污水厂、市第二污水净化中心及市污水处理厂的运行效果可见：经过Carrousel2000系统处理后，BOD、COD、SS的去除率均达到了90%以上，TN的去除率达到了80%，TP的去除率也达到了90%。
8、卡鲁赛尔氧化沟除磷脱氮的影响因素影响Carrousel氧化沟除磷的因素主要是污泥龄、硝酸盐浓度及基质浓度。研究表明，当总污泥龄为8-10d时活性污泥中的最大磷含量为其干污泥量的4%，为异养菌体质量的11%，但当污泥龄超过15d时污泥中最大含磷量明显下降，反而达不到最大除磷效果。因此，一味延长污泥龄（例如20d、25d、30d）是没有必要的，宜在8-15d围选用。同时，高硝酸盐浓度和低基质浓度不利于除磷过程。影响Carrousel氧化沟脱氮的主要因素是DO、硝酸盐浓度及碳源浓度。研究表明，氧化沟存在溶解氧浓度梯度即好氧区DO达到3-3.5mg/L，缺氧区DO达到0-0.5mg/L是发生硝化反应及
9、反硝化反应的前提条件。同时，充足的碳源及较高的C/N比有利于脱氮的完成。卡鲁赛尔氧化沟存在的问题及解决方法尽管Carrousel氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题。1污泥膨胀问题2泡沫问题3污泥上浮问题4流速不均及污泥沉积问题污泥膨胀问题当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代速度较慢，积贮
10、起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。针对污泥膨胀的起因，可采取不同对策：由缺氧、水温高造成的，可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷，或适当降低MLSS（控制污泥回流量），使需氧量减少；如污泥负荷过高，可提高MLSS，以调整负荷，必要时可停止进水，闷曝一段时间；可通过投加氮肥、磷肥，调整混合液中的营养物质平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值过低，可投加石灰调节；漂白粉和液氯（按干污泥的0.3%-0.6%投加），能抑制丝状菌繁殖，控制结合水性污泥膨胀。泡沫问题由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经
11、转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。用表面喷淋水或除沫剂去除泡沫，常用除沫剂有机油、煤油、硅油，投量为0.5-1.5mg/L。通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量，也能有效控制泡沫产生。当废水中含表面活性物质较多时，易预先用泡沫分离法或其他方法去除。另外也可考虑增设一套除油装置。但最重要的是要加强水源管理，减少含油过高废水及其它有毒废水的进入。污泥上浮问题当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上
12、浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除污泥，判明原因，调整操作。污泥沉降性差，可投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷大应减小进水量或加大回流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，应减小曝气量，增大回流或排泥量；如发现污泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池水力条件。流速不均及污泥沉积问题在Carrousel氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟循环流动。一般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3-0.5m/s。氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为
13、250-300mm，转盘的浸没深度为480-530mm。与氧化沟水深（3.0-3.6m）相比，转刷只占了水深的1/10-1/12，转盘也只占了1/6-1/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.8-1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速），致使沟底大量积泥（有时积泥厚度达1.0m），大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。加装上、下游导流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游导流板安装在距转盘（转刷）轴心4.0处（上游），导流板高度为水深的1/5-1/6，并垂直于水面安装；下游导流板安装在距转盘（转刷
14、）轴心3.0m处。导流板的材料可以用金属或玻璃钢，但以玻璃钢为佳。导流板与其他改善措施相比，不仅不会增加动力消耗和运转成本，而且还能够较大幅度地提高充氧能力和理论动力效率。另外，通过在曝气机上游设置水下推动器也可以对曝气转刷底部低速区的混合液循环流动起到积极推动作用，从而解决氧化沟底部流速低、污泥沉积的问题。设置水下推动器专门用于推动混合液可以使氧化沟的运行方式更加灵活，这对于节约能源、提高效率具有十分重要的意义。卡鲁赛尔氧化沟的发展实际上，Carrousel就是一个池中的模糊的A-O工艺。1 普通Carrousel氧化沟2 Carrousel2000氧化沟3 Carrousel3000氧化沟
15、普通卡鲁赛尔氧化沟污水经过格栅和除砂池后，不经过预沉淀，直接与回流污泥一起进入卡鲁塞尔系统。污水在曝气区被充分搅拌后，混合液(污水和悬浮状活性污泥)流过氧化沟。在充分搅拌的曝气区下游，湍流减弱，逐渐形成活塞流。水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态(平均流速0.3m/S)。水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，使活性污泥再次絮凝在一起，从而改善了污泥的可沉降能力，提高了水的澄清质量。在普通Carrousel系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中，使用设备并不超过一种。实际上，Carrousel就是一个池中的模糊的A-O工艺。表面曝气机使混合液中溶解氧DO
16、的浓度增加到大约23mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来氧化BOD，同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐(硝化作用)，此时，混合液处于有氧状态。微生物的氧化过程消耗了水中的溶解氧，直到DO值降为0，混合液呈缺氧状态。缺氧区没有用于BOD和氨氧化的溶解氧，但是，仍有某些微生物可以利用硝酸盐中结合的氧来氧化有机物。这个过程可以把硝酸盐分解成氮气释放出来，被称做“反硝化作用”。反硝化作用有助于进一步净化水质，但是它依赖于水中生物可降解碳源的数量。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进人有氧区，完成一次循环。普通Carrousel氧化沟系统的污水处理效果非常显著，降解率分别可达BOD95%，COD90%，N75%，P65%。卡鲁赛尔200
