Corrousel氧化溝工藝設(shè)計(jì)中所涉及的主要參數(shù)是：硝化速率、各反應(yīng)單元的污泥齡及總污泥齡、反硝化速率或能力、污泥產(chǎn)率、污泥負(fù)荷、污泥回流比、大除磷能力、異養(yǎng)菌體比例、活性污泥濃度、活性污泥需氧量、去除BOD5需氧量等。對(duì)以上參數(shù)計(jì)算得正確與否將直接影響設(shè)計(jì)精度及碳化、脫氮除磷的效果。 

1 生物除磷脫氮 

1.1 影響生物除磷效果的因素
1.1.1 污泥齡
  經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，影響除磷效果的因素之一是活性污泥中聚磷菌的含量及其對(duì)磷的吸收能力，當(dāng)總污泥齡為8～10d時(shí)活性污泥中的大磷含量為其干污泥量的4%，為異養(yǎng)菌體質(zhì)量的11%，但當(dāng)污泥齡超過(guò)15d時(shí)污泥中大含磷量明顯下降，反而達(dá)不到大除磷效果。因此，一味延長(zhǎng)污泥齡(例如20d、25d、30d)是沒(méi)有必要的，宜在8～15d范圍內(nèi)選用，終應(yīng)以各反應(yīng)階段污泥齡的計(jì)算公式進(jìn)行校核，當(dāng)兩者接近時(shí)說(shuō)明假定是合理的，反之則需重新假定，直至結(jié)果相近為止。除磷效果與異養(yǎng)菌體質(zhì)量和污泥齡、BOD5去除的關(guān)系可用下式表示： 

       P0-Pe=0.11ZaLC0·η(1-e-0.24tST)   (1)
  式中 P0-Pe——進(jìn)、出水磷濃度之差，mg/L
   LC0、η——分別為進(jìn)水BOD5濃度及其去除率，mg /L、%
    tST——污泥齡，d
   a——污泥產(chǎn)率，kg TS/kg BOD5
   a=0.6(TS0/BOD5+1)-0.072×0.60×1.072(T-15)／［1/tST+0.08×1.072(T-15)］    (2)
  式中 Z——活性污泥中異養(yǎng)菌體重量所占比例，%
    Z=［B-B2-8.33Ns·1.072(T-15)］0.5         (3)
    B=0.555+4.167(1+TS0/BOD5)Ns×1.072(T-15)    (4)
  式中 Ns——BOD5—SS負(fù)荷，kgBOD5/(kgMLSS·d)
         Ns=1/a·tST         (5)
  式中 TS0——進(jìn)水中懸浮固體濃度，mg/L
  顯而易見(jiàn)除磷效果與多項(xiàng)因素有關(guān)，決非為假定厭氧區(qū)HRT=1.5 h那樣輕而易舉可以確定的，且污泥產(chǎn)率也受多項(xiàng)因子的制約，不同的進(jìn)水水質(zhì)及污泥齡和水溫得出的污泥產(chǎn)率不同，因此不是簡(jiǎn)單地假定a=0.6所能概括的。
1.1.2 硝酸鹽及基質(zhì)濃度
  前置厭氧池有利于聚磷菌對(duì)污水中易于降解的有機(jī)基質(zhì)的儲(chǔ)備和對(duì)磷的釋放，加強(qiáng)了在好氧條件下對(duì)污水中磷的吸收。
  研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，未進(jìn)行反硝化或反硝化不充分的高濃度NO3-N的存在將阻礙對(duì)磷的釋放，聚磷菌將直接利用有機(jī)酸呼吸，由其他異養(yǎng)細(xì)菌降解有機(jī)物，其關(guān)系式為： 

 PF=［a0LC0-2.9(NO3-Np)］f/(1+Rp)  (6)
 Ｐ0-Pe=1.55e0.2038PF  (7) 

  式中 PF——當(dāng)有NO3-N存在時(shí)所能除磷的期望值
     NO3-Np——[ZK(]進(jìn)入?yún)捬醭氐腘O3-N濃度，mg/L
     NO3-Np=(NO3-N)0+(NO3-N)e·Rp    (8)
  式中(NO3-N)０、(NO3-N)e——分別為進(jìn)、出水中的NO3-N濃度，mg/L
    f——容積比系數(shù)，%
    f=Vp/(Vp+Ｖn+Va)   (9)
  式中 Vp、Vn、Va——分別為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)反應(yīng)池容積，m3
     Rp——至厭氧區(qū)之污泥回流比，%
    a0——進(jìn)水中易降解BOD5所占比例，
    a0=0.30
  從上述公式可知，在低基質(zhì)污水、高NO3-N及高污泥回流比的條件下，為達(dá)到同等除磷效果必須通過(guò)加大厭氧區(qū)容積的措施予以解決，因而隨意確定厭氧區(qū)的HRT(例如1.0 h、1.5 h等)將事與愿違。
1.2 影響生物脫氮效果的因素
1.2.1 DO
  盡管人們對(duì)好氧區(qū)中伴隨反硝化作用的發(fā)生具有濃厚的興趣，但并不認(rèn)為當(dāng)好氧區(qū)的DO達(dá)2～4mg/L時(shí)以及在強(qiáng)烈的空氣擾動(dòng)下阻礙活性污泥絮體直徑的增大也會(huì)帶來(lái)反硝化作用。同時(shí)研究結(jié)果表明，當(dāng)好氧區(qū)DO保持在0.5～0.7mg/L時(shí)才會(huì)產(chǎn)生有限的反硝化作用(總氮去除率達(dá)65%左右)。這一發(fā)現(xiàn)與以往的研究成果一致，即活性污泥在DO存在時(shí)異養(yǎng)細(xì)菌將優(yōu)先利用DO作為終電子受體，只有在缺氧環(huán)境中(僅有NO3-存在時(shí))才有可能利用NO3-被降解時(shí)釋放出的氧來(lái)降解有機(jī)物。
   因A2/O系統(tǒng)大量的內(nèi)回流而導(dǎo)致缺氧區(qū)DO增高影響脫氮效果的事實(shí)已被大家認(rèn)同。因此，在前置缺氧區(qū)的氧化溝內(nèi)設(shè)置適當(dāng)?shù)?不宜過(guò)大)反硝化段(見(jiàn)圖1)以預(yù)先削減來(lái)自好氧段的DO，再以無(wú)動(dòng)力回流至前置缺氧區(qū)是必要的。 

1.2.2 碳源及硝酸鹽含量
  當(dāng)有足夠的碳源存在時(shí)(前置反硝化)脫氮反應(yīng)過(guò)程迅速，所需反硝化容積小；但當(dāng)內(nèi)源呼吸時(shí)(同步反硝化)脫氮反應(yīng)過(guò)程緩慢，所需反硝化容積大，其關(guān)系可用增速系數(shù)K=［Vn/(Va+Vn)］-0.235表示。
  從有機(jī)物的降解反應(yīng)和活性污泥的脫氮反應(yīng)式可以看出，需反硝化的NO3-越多所需碳源越多；反之，如果需反硝化的NO3-濃度高，則必須供給足夠的碳源，而若碳源不足則會(huì)影響反硝化能力。為達(dá)到設(shè)計(jì)脫氮量，在不另加碳源的情況下，在有限的范圍內(nèi)可加大反硝化容積來(lái)解決(反硝化速度決不單是水溫的函數(shù))，其關(guān)系可用下式表示：
[NO3-Nn］/[BODs］=0.75×0.80Oc／2.9 ×(Vn/Va+Vn)   (10)
  或：
    ［NO3-Nn］／［BOD5］=（0.75×0.80×Oc／2.9]×(VnVa+Vn)0.765   (11)
  式中［NO3-Nn］／［BOD5］——反硝化能力，kg(NO3-N)/kg BOD5
    Oc——BODs去除需氧量，kgO2/(kg BOD5·d)
  式(10)適用于同步反硝化，式(11)適用于前置反硝化。
     Oc=OR/Ns   (12)
  式中 OR——單位活性污泥需氧量，kgO2/(kgMLSS·d)
    OR=0.5η·Nv+0.24Z·MLSS·1.072(T-15)   (13)
  式中Nv——ＢＯＤ5容積負(fù)荷，kgBOD5/(m3·d)
    NO3Nn——能提供給反硝化區(qū)的硝酸鹽濃度，mg/L
     NO3-Nn=TN0-TNe-Nus-Nes   (14)
  式中 TN0、TNe——分別為進(jìn)、出水中總氮濃度，mg/L
    Nus、Nes——分別為排出剩余污泥中氮合成濃度和出水懸浮濃度中含氮量，mg/L
     Nus=0.125aZ(Lc0-Lr)   (15)
     Nes=0.125Z·Lse     (16)
  式中 LC0、Lse——分別為出水中BOD5懸浮物濃度，mg/L
     Lr=Lce=ZLse·1.42(1-e-k1t)    (17) 
1.3 影響好氧硝化效果的因素
1.3.1 硝化速率與水溫、堿度關(guān)系
  研究表明，硝化速率不僅是污水水溫的單一函數(shù)，且受DO、堿度的影響。通常情況下硝化反應(yīng)池內(nèi)保持DO在2mg/L左右是可以實(shí)現(xiàn)的，不會(huì)對(duì)硝化速率產(chǎn)生明顯的影響，主要問(wèn)題是當(dāng)進(jìn)水溫度＜20℃、堿度低(pH＜8.0～8.4)時(shí)將會(huì)對(duì)硝化速率構(gòu)成影響，其關(guān)系可用下式表示：
     μn(T·pH)=［μmax(20℃)·100.033(T-20)］／［1+0.04(10pH0-pH-1)］      (18)
  式中 μmax(20℃)——當(dāng)水溫為20℃時(shí)的大硝化速率，d-1；取μmax(20℃)=0.3～0.4d-1
      pH、pH0——分別為進(jìn)水和佳酸堿度，當(dāng)pH0=8.0～8.4時(shí)μmax(pH0)=1d-1
  按式(18)計(jì)算的硝化速率即為設(shè)計(jì)采用值，無(wú)需按假定的污泥齡推算硝化速率，以避免假定不合理而產(chǎn)生任意性。
1.3.2 硝化污泥齡及NH3-N與硝化速率的關(guān)系
  通常當(dāng)硝化速率確定之后取其倒數(shù)作為硝化污泥齡似乎是合理的，但由于目前均采用單一水溫函數(shù)關(guān)系推求μn，一旦不能滿足設(shè)計(jì)者的要求時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)以穩(wěn)定污泥為理由加大污泥齡(例如25、30d等)的問(wèn)題，這將意味著制地增大氧化溝好氧區(qū)容積，故推薦采用下列公式推算硝化污泥齡：
    E=1-[100.051T-1.156／(NH3-N)0［tSN·μ n(T·pH)-1］    (19)
  式中 tSN——硝化污泥齡，d
    E——NH3-N去除率，%
     (NH3-N)0——進(jìn)水中NH3-N濃度，mg/L 

2 反應(yīng)池容積計(jì)算 

  以生物除磷脫氮為目標(biāo)的反應(yīng)池包括厭氧池、缺氧池和好氧池三部分(或區(qū))，為便于比較，本文也按兩個(gè)缺氧區(qū)計(jì)算：一部分(完成80%的反硝化)設(shè)在氧化溝的后段，該部分容積按同步反硝化方法計(jì)算；另一部分(完成20%的反硝化)設(shè)在厭氧池之后，該部分容積按前置反硝化方式計(jì)算。各區(qū)段所需污泥齡與相應(yīng)階段容積比的關(guān)系可用以下聯(lián)合公式表示： 

    tSR=tSN·［（Vn+Va）／Va]               (20)
   tSP=tSR·［（Vn+Va+VP）／（Vn+Va）］     (21)
   tST=tSP·［（Vn+Va+Vp+Vd）／（Vn+Va+Vp）］   (22)
  式中 tSN、tSR、tSP、tST——分別為硝化、反硝化、厭氧階段污泥齡及總污泥齡，d
            Vd——二沉池容積，m3；HRT≤3.0 h
  氧化溝好氧區(qū)容積也可按下式計(jì)算：
    Va=［KaQ(LC0-Ｌr)／(Ns·MLSS)]      (23)
  式中 Q——處理污水量，m3/d
     K——變化系數(shù) 

3 工程算例 

  為便于比較，設(shè)計(jì)基本條件及工藝同引文。處理水量Q=15000m3/d(不考慮變化系數(shù))，進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。 

  設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)果見(jiàn)表2。 

4 工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化及討論 

  從表2可知，引文中總有效反應(yīng)池容積為10016m3(HRT=16.0h)，本文為10394m3(HRT=16.6h)，即總反應(yīng)池容積比較接近，但從各功能反應(yīng)區(qū)的容積來(lái)看則差別甚大，從而可能導(dǎo)致好氧硝化、厭氧釋磷不徹底(容積偏小)，且大大超出了脫氮所需的缺氧池容積，因而增加了不必要的投資。為避免此種結(jié)果的發(fā)生，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)建議：
  ① 宜按照本文提出的公式，緊密結(jié)合進(jìn)、出水質(zhì)進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，防止假定的任意性；
  ② 要使厭氧池容積減小，一是要盡可能降低排放水中NO3-N濃度，二是防止過(guò)多的污泥回流至厭氧池；
  ③ 如果在氧化溝內(nèi)不設(shè)反硝化段，或者只承擔(dān)反硝化的20%，將80%改由前置缺氧池承擔(dān)以得到充足的碳源，進(jìn)一步減少缺氧池容積則有利于降低出水NO3-N濃度；
  ④ 可將圖1工藝改為60%的污泥回流至厭氧池，40%回流至缺氧池，這樣既可同時(shí)滿足厭氧、好氧段對(duì)活性污泥的需求，又能達(dá)到預(yù)期的處理效果；
  ⑤ 將表面曝氣機(jī)改為轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，以提高溶氧效率和有效水深，并減小占地面積。