OGO工艺的生物脱氮除磷特性探析
论文摘要：工艺是在OCO工艺的基础上改进得到的。本文通过比较两个工艺反应器的构造,从提高生物脱氮除磷去除率的角度，对优化反应器内的流态特征与混合液流动特性进行了分析。根据有关文献报道的OGO工艺稳定运行后的实验数据，我们判定OGO工艺实现了反应器的优化。
论文关键词：生物脱氮除磷特性,水力特性
1引言
近年来，同心圆(或椭圆)跑道式循环流动污水处理工艺，如Orbal氧化沟工艺、OOC工艺、OCO工艺、AOR工艺、AOE工艺、Carrousel3000等，由于其具有池壁共建、占地省、造价低，以及在动力学方面易于形成适合污水处理的生化和物理环境等优点，得到了越来越多水处理工程师和水处理领域研究人员的关注，并在我国部分地区进行了实际工程应用的初步尝试。其中，OCO工艺将厌氧区、缺氧区和好氧区组合在同心圆反应器中，通过环流循环实现了污水中有机物、氮、磷等污染物质的同时去除。OCO工艺是一种活性污泥工艺，BOD、氮和磷的去除均在OCO池中进行，OCO池的构造在动力学方面可保证形成适合污水处理的生化和物理环境。但在稳定运行后发现OCO工艺存在如下问题:1）中间C隔墙长度不够,使缺氧区停留时间较短,不利于反硝化脱氮。2）采用调速搅拌器实现混合液的内回流，不利于缺氧、好氧工况混合液内回流量的调节，操作管理也不太方便。3）一般要辅之以化学手段才能保证良好的同时脱氮除磷效果，增加了运行费用和操作管理的难度。为此研究改进了OCO反应器内同心圆的隔墙结构和混合液回流的设备配置，形成了OGO新型反应器。这种新工艺采用延伸C-隔墙和增设活动导流墙替代调速回流搅拌器以弥补OCO工艺的不足，因改造后的C-隔墙形似字母G，顾定名改进后的工艺为OGO工艺。OGO工艺独特的反应器结构使其具有更高的生物脱氮除磷效能。在环流循环反应器中，氮、磷的去除效能在很大程度上取决于混合液流动状态及水力特性，因此,掌握其水力特性具有十分重要的意义。
2OCO与OGO反应器结构的比较
反应器改进前后平面示意如图1所示。
图1反应器改进前后的平面示意图
(1.厌氧区2.缺氧区3.好氧区4.混合区
5.水下推进器,A～D为溶解氧测试点)
反应器中心为厌氧区1，开口的C-隔墙将反应器好氧曝气区3(图中阴影区域)和缺氧区2分隔，好氧区底部安装环型曝气软管充氧。循环混合液在2区、3区出口形成混合区4，在此，两区混合液发生交换作用。OCO反应器中通过设置在2、3区入口的调速回流搅拌器调节混合液内回流。改进的OGO反应器中延伸了C-隔墙60℃，并以与池底相联的活动导流墙替代了OCO反应器好氧、缺氧区入口的调速回流搅拌器，在简化工艺运行的同时，实现了混合液水力内回流。根据OCO工艺运行的试验结果来看，对氨氮和TN的平均去除率分别为51％和49％，系统中的硝化、脱氮效果不理想。其原因一方面是由于反应器的缺氧仅发生在内侧环区，缺氧停留时间不够导致反硝化不充分；另一方面是反应器的环流循环过程中将部分溶解氧带入C-隔墙内的缺氧区，进一步影响了反硝化脱氮效果。试验中还发现通过调节2、3区入口处调速搅拌器的转速来调节混合液会流量的方式,是难以控制混合液回流量的。经过改造后的OGO工艺对氨氮和TN的去除率提高到74％和63％,系统的脱氮效果的提高较为明显。C-隔墙的延伸在一定程度上提高了反应器推流流态的容积利用率，优化了好氧、缺氧分区，减少了混合区的水力紊动，降低了流体运动阻力，更有利于形成基质、溶解氧在空间上的浓度分布,增加了内环缺氧区的单次停留时间,提高了脱氮效果。OGO工艺中以活动导流墙替代调速搅拌器调节2、3区入口处混合液的回流量，操作方便，即可节省系统混合液内回流的调速搅拌器，又能够消除调速搅拌器转速不当对缺氧区环境的不利影响，充分发挥缺氧区反硝化脱氮潜力。此外，活动导流墙液有利于强化反应器内推流特性，节约调速搅拌器的运行能耗，简化工艺的运行管理。
3OGO反应器生物脱氮除磷特性
原OCO系统主反应器的C-隔墙半环区内为理论上的缺氧区，但由于受到混合液环流回流循环过程以及缺氧区人口处调速搅拌器运转过程中溶解氧带人的不利影响，缺氧环境易于受到破坏，造成实际反硝化停留时间的缩短，进而影响了脱氮效果的稳定性和脱氮率的提高。从生物除磷的角度，系统改进前TP平均去除率为68.4％，高于传统活性污泥法，说明反应器内的活性污泥已形成较好的聚磷菌作用机制．由于原系统反硝化脱氮率的限制，沉淀池回流污泥中带入厌氧区的NO-N含量较高，厌氧释磷受到限制，系统除磷效能难以正常发挥。根据废水生物处理理论，反硝化菌为异氧微生物，废水生物处理系统中常见的许多细菌都能完成反硝化作用，包括无色菌、产气杆菌、产碱杆菌、微球菌、变形杆菌和假单胞菌等；但有研究表明，系统中能够进行反硝化的异氧菌的比例并不确定，与系统的构型关系较大。OGO反应器在结构上延伸了内环C-隔墙，增加了混合液单次循环过程中缺氧区的总长度和停留时间，在一定程度上优化了反应器内好氧、缺氧分区,有利于促进活性污泥微生物对基质转化作用的稳定性。同时,活动导流墙替代缺氧、好氧调速搅拌器，减少了机械设备运行带人缺氧区的溶解氧量,成为提高系统反硝化率的另一有利因素。 OGO生化反应系统中缺氧环境较改进前明显改善且更加稳定，为反硝化菌提供了针对不能反硝化的异氧菌的竞争优势，有效提高了系统反硝化脱氮效能。
3.1OGO反应器流态特征分析
3.1.1缺氧区DO浓度分布
从能量角度，由于反应器流态为混合液环路闭路循环，对反应器任意断面，均可认为是首尾相接的。反应器结构与设备配置改进后，破坏了原有的能量平衡状态，并达到新的流动稳定平衡，使得反应器中流速分布、摩擦阻力等发生改变，进而影响了反应器中的水力混合特性，导致DO浓度的空间分布发生变化。另一方面，缺氧区通过导流墙进行水力内回流极大地降低了缺氧区入口混合液的紊流扰动。OGO反应器的内环缺氧区呈现出的较改进前更为明显的DO浓度梯度，表明系统改进后更有利于该区DO浓度梯度的良好形成，反应器中缺氧环区推流流态得以强化。因此，OGO反应器具有更为良好的生化动力学优势，反应器效率和反应器容积利用率随之提高。
3.1.2反应器内流态特征
由于改进前后反应器结构存在差异，使得流体在反应器内的停留时间分布发生改变。根据流态试验结果，到峰值后的拖尾较长，示踪剂未在短时集中流出反应器；反应器构造与内回流方式改进前后，其流型整体均呈现全混流特征。根据临界时间的试验结果，反应器平推流流型所占的比例从改进前的5.9％提高到改进后的12.9％，增加了7％左右。从流体行为的角度，OGO反应器中活动导流墙替代了2台调速搅拌器，紊流剪切力尤其是在缺氧区内的紊动作用大大减小，极大削弱了分子扩散作用的影响，使反应器的推流流态得到有效强化，更有利于在空间形成基质的浓度梯度分布，从而可提高反应效率。
3.2OGO反应器混合区水力特性分析
受圆形反应器池型结构的影响，内环缺氧区内的混合液在离心力、惯性力和弯道壁的导流作用下，其流线趋势沿弯道外壁切线方向扩散。C-隔墙突然终止，使内环液流与外环液流发生碰撞紊动混合，在混合区形成二次流。由于高速液流多集中于弯道外侧，形成弯道越靠外侧流速越大、内壁侧速度小的流动特征。同时，混合区径向宽度较环区大大增加，其内外两侧速度梯度更加明显，降低了内外环液流混合的不均匀性。反应器改进前后混合区流体运动的趋势线理论分析如图2所示。系统改进后，混合区有效容积减小，且C-隔墙的延伸使得停滞回旋区向后移动，在接近缺氧区入口处，由于活动导流墙的水力阻挡使得流线方向反射变化，有效避免了反应器混合区内侧停滞回旋积泥的问题。同时，改善液流的运动行为增强了基质与活性污泥絮体均匀接触的程度，可促进生化反应效率的提高。
4结论
1)OGO工艺在确保有机物、NH-N良好去除的前提下，其脱氮除磷效果较OCO有明显提高，总氮、总磷的去除率分别为69.8％、81.3％,生物同时除磷脱氮性能稳定。
2)OGO反应器增加了缺氧反应时间，强化了沟内推流流态，优化了反应器内好氧、缺氧分区，有利于更好地形成有基质、溶解氧在沟内空间上的浓度分布，提高反应器效率。
3)OGO工艺以无能耗的活动导流墙替代调速搅拌器，实现了硝酸盐混合液的水力内回流，可降低工艺能耗，简化了工艺的运行管理。
4)OGO反应器整体呈现全混流流型的特征，反应器构造和设备配置的改进改善了反应器水力流态和混合区流动特征，改进后推流流型增加了7％，反应器容积利用率显著增加。同时，OGO反应器有效解决混合区内侧停滞回旋积泥的问题，从提高反应技术先进性的角度，实现了反应器的优化。
参考文献
1 周 雹.2003.国内外城镇污水处理技术概况[J].天津市政设计(给排水专辑):76—89
2 张望军.OCO工艺对城市污水的处理[J].给水排水,2000,26(3):5-6
3 罗固源,许晓毅,唐刚,季铁军.OGO工艺处理城市污水脱氮除磷试验研究[J].中国给水排水,2006,22(3):69-72
4 Sidat M , Bux F, Kasan H C. 1999. Polyphosphate accumulation by bacteriaisolated from activated sludge[J].Water S A,25(2):l75一l79
5 Painter H A.1977.Microbial transformation of inorganic nitrogen[J].Progress in WaterTechnology,8(4/5):3—29
6 Henze M. 1989. The influence of raw wastewater biomass on activated sludge oxygen respiration rates and denitrification rates[J].Water
7 邓荣森,张贤彬,潘江俊等.1998.一体化氧化沟混合液循环流动情况试验研究[J].给水排水,24(2):l5
论文关键词：生物脱氮除磷特性,水力特性
1引言
近年来，同心圆(或椭圆)跑道式循环流动污水处理工艺，如Orbal氧化沟工艺、OOC工艺、OCO工艺、AOR工艺、AOE工艺、Carrousel3000等，由于其具有池壁共建、占地省、造价低，以及在动力学方面易于形成适合污水处理的生化和物理环境等优点，得到了越来越多水处理工程师和水处理领域研究人员的关注，并在我国部分地区进行了实际工程应用的初步尝试。其中，OCO工艺将厌氧区、缺氧区和好氧区组合在同心圆反应器中，通过环流循环实现了污水中有机物、氮、磷等污染物质的同时去除。OCO工艺是一种活性污泥工艺，BOD、氮和磷的去除均在OCO池中进行，OCO池的构造在动力学方面可保证形成适合污水处理的生化和物理环境。但在稳定运行后发现OCO工艺存在如下问题:1）中间C隔墙长度不够,使缺氧区停留时间较短,不利于反硝化脱氮。2）采用调速搅拌器实现混合液的内回流，不利于缺氧、好氧工况混合液内回流量的调节，操作管理也不太方便。3）一般要辅之以化学手段才能保证良好的同时脱氮除磷效果，增加了运行费用和操作管理的难度。为此研究改进了OCO反应器内同心圆的隔墙结构和混合液回流的设备配置，形成了OGO新型反应器。这种新工艺采用延伸C-隔墙和增设活动导流墙替代调速回流搅拌器以弥补OCO工艺的不足，因改造后的C-隔墙形似字母G，顾定名改进后的工艺为OGO工艺。OGO工艺独特的反应器结构使其具有更高的生物脱氮除磷效能。在环流循环反应器中，氮、磷的去除效能在很大程度上取决于混合液流动状态及水力特性，因此,掌握其水力特性具有十分重要的意义。
2OCO与OGO反应器结构的比较
反应器改进前后平面示意如图1所示。
图1反应器改进前后的平面示意图
(1.厌氧区2.缺氧区3.好氧区4.混合区
5.水下推进器,A～D为溶解氧测试点)
反应器中心为厌氧区1，开口的C-隔墙将反应器好氧曝气区3(图中阴影区域)和缺氧区2分隔，好氧区底部安装环型曝气软管充氧。循环混合液在2区、3区出口形成混合区4，在此，两区混合液发生交换作用。OCO反应器中通过设置在2、3区入口的调速回流搅拌器调节混合液内回流。改进的OGO反应器中延伸了C-隔墙60℃，并以与池底相联的活动导流墙替代了OCO反应器好氧、缺氧区入口的调速回流搅拌器，在简化工艺运行的同时，实现了混合液水力内回流。根据OCO工艺运行的试验结果来看，对氨氮和TN的平均去除率分别为51％和49％，系统中的硝化、脱氮效果不理想。其原因一方面是由于反应器的缺氧仅发生在内侧环区，缺氧停留时间不够导致反硝化不充分；另一方面是反应器的环流循环过程中将部分溶解氧带入C-隔墙内的缺氧区，进一步影响了反硝化脱氮效果。试验中还发现通过调节2、3区入口处调速搅拌器的转速来调节混合液会流量的方式,是难以控制混合液回流量的。经过改造后的OGO工艺对氨氮和TN的去除率提高到74％和63％,系统的脱氮效果的提高较为明显。C-隔墙的延伸在一定程度上提高了反应器推流流态的容积利用率，优化了好氧、缺氧分区，减少了混合区的水力紊动，降低了流体运动阻力，更有利于形成基质、溶解氧在空间上的浓度分布,增加了内环缺氧区的单次停留时间,提高了脱氮效果。OGO工艺中以活动导流墙替代调速搅拌器调节2、3区入口处混合液的回流量，操作方便，即可节省系统混合液内回流的调速搅拌器，又能够消除调速搅拌器转速不当对缺氧区环境的不利影响，充分发挥缺氧区反硝化脱氮潜力。此外，活动导流墙液有利于强化反应器内推流特性，节约调速搅拌器的运行能耗，简化工艺的运行管理。
3OGO反应器生物脱氮除磷特性
原OCO系统主反应器的C-隔墙半环区内为理论上的缺氧区，但由于受到混合液环流回流循环过程以及缺氧区人口处调速搅拌器运转过程中溶解氧带人的不利影响，缺氧环境易于受到破坏，造成实际反硝化停留时间的缩短，进而影响了脱氮效果的稳定性和脱氮率的提高。从生物除磷的角度，系统改进前TP平均去除率为68.4％，高于传统活性污泥法，说明反应器内的活性污泥已形成较好的聚磷菌作用机制．由于原系统反硝化脱氮率的限制，沉淀池回流污泥中带入厌氧区的NO-N含量较高，厌氧释磷受到限制，系统除磷效能难以正常发挥。根据废水生物处理理论，反硝化菌为异氧微生物，废水生物处理系统中常见的许多细菌都能完成反硝化作用，包括无色菌、产气杆菌、产碱杆菌、微球菌、变形杆菌和假单胞菌等；但有研究表明，系统中能够进行反硝化的异氧菌的比例并不确定，与系统的构型关系较大。OGO反应器在结构上延伸了内环C-隔墙，增加了混合液单次循环过程中缺氧区的总长度和停留时间，在一定程度上优化了反应器内好氧、缺氧分区,有利于促进活性污泥微生物对基质转化作用的稳定性。同时,活动导流墙替代缺氧、好氧调速搅拌器，减少了机械设备运行带人缺氧区的溶解氧量,成为提高系统反硝化率的另一有利因素。 OGO生化反应系统中缺氧环境较改进前明显改善且更加稳定，为反硝化菌提供了针对不能反硝化的异氧菌的竞争优势，有效提高了系统反硝化脱氮效能。
3.1OGO反应器流态特征分析
3.1.1缺氧区DO浓度分布
从能量角度，由于反应器流态为混合液环路闭路循环，对反应器任意断面，均可认为是首尾相接的。反应器结构与设备配置改进后，破坏了原有的能量平衡状态，并达到新的流动稳定平衡，使得反应器中流速分布、摩擦阻力等发生改变，进而影响了反应器中的水力混合特性，导致DO浓度的空间分布发生变化。另一方面，缺氧区通过导流墙进行水力内回流极大地降低了缺氧区入口混合液的紊流扰动。OGO反应器的内环缺氧区呈现出的较改进前更为明显的DO浓度梯度，表明系统改进后更有利于该区DO浓度梯度的良好形成，反应器中缺氧环区推流流态得以强化。因此，OGO反应器具有更为良好的生化动力学优势，反应器效率和反应器容积利用率随之提高。
3.1.2反应器内流态特征
由于改进前后反应器结构存在差异，使得流体在反应器内的停留时间分布发生改变。根据流态试验结果，到峰值后的拖尾较长，示踪剂未在短时集中流出反应器；反应器构造与内回流方式改进前后，其流型整体均呈现全混流特征。根据临界时间的试验结果，反应器平推流流型所占的比例从改进前的5.9％提高到改进后的12.9％，增加了7％左右。从流体行为的角度，OGO反应器中活动导流墙替代了2台调速搅拌器，紊流剪切力尤其是在缺氧区内的紊动作用大大减小，极大削弱了分子扩散作用的影响，使反应器的推流流态得到有效强化，更有利于在空间形成基质的浓度梯度分布，从而可提高反应效率。
3.2OGO反应器混合区水力特性分析
受圆形反应器池型结构的影响，内环缺氧区内的混合液在离心力、惯性力和弯道壁的导流作用下，其流线趋势沿弯道外壁切线方向扩散。C-隔墙突然终止，使内环液流与外环液流发生碰撞紊动混合，在混合区形成二次流。由于高速液流多集中于弯道外侧，形成弯道越靠外侧流速越大、内壁侧速度小的流动特征。同时，混合区径向宽度较环区大大增加，其内外两侧速度梯度更加明显，降低了内外环液流混合的不均匀性。反应器改进前后混合区流体运动的趋势线理论分析如图2所示。系统改进后，混合区有效容积减小，且C-隔墙的延伸使得停滞回旋区向后移动，在接近缺氧区入口处，由于活动导流墙的水力阻挡使得流线方向反射变化，有效避免了反应器混合区内侧停滞回旋积泥的问题。同时，改善液流的运动行为增强了基质与活性污泥絮体均匀接触的程度，可促进生化反应效率的提高。
4结论
1)OGO工艺在确保有机物、NH-N良好去除的前提下，其脱氮除磷效果较OCO有明显提高，总氮、总磷的去除率分别为69.8％、81.3％,生物同时除磷脱氮性能稳定。
2)OGO反应器增加了缺氧反应时间，强化了沟内推流流态，优化了反应器内好氧、缺氧分区，有利于更好地形成有基质、溶解氧在沟内空间上的浓度分布，提高反应器效率。
3)OGO工艺以无能耗的活动导流墙替代调速搅拌器，实现了硝酸盐混合液的水力内回流，可降低工艺能耗，简化了工艺的运行管理。
4)OGO反应器整体呈现全混流流型的特征，反应器构造和设备配置的改进改善了反应器水力流态和混合区流动特征，改进后推流流型增加了7％，反应器容积利用率显著增加。同时，OGO反应器有效解决混合区内侧停滞回旋积泥的问题，从提高反应技术先进性的角度，实现了反应器的优化。
参考文献
1 周 雹.2003.国内外城镇污水处理技术概况[J].天津市政设计(给排水专辑):76—89
2 张望军.OCO工艺对城市污水的处理[J].给水排水,2000,26(3):5-6
3 罗固源,许晓毅,唐刚,季铁军.OGO工艺处理城市污水脱氮除磷试验研究[J].中国给水排水,2006,22(3):69-72
4 Sidat M , Bux F, Kasan H C. 1999. Polyphosphate accumulation by bacteriaisolated from activated sludge[J].Water S A,25(2):l75一l79
5 Painter H A.1977.Microbial transformation of inorganic nitrogen[J].Progress in WaterTechnology,8(4/5):3—29
6 Henze M. 1989. The influence of raw wastewater biomass on activated sludge oxygen respiration rates and denitrification rates[J].Water
7 邓荣森,张贤彬,潘江俊等.1998.一体化氧化沟混合液循环流动情况试验研究[J].给水排水,24(2):l5
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