氧化沟工艺
摘 要:氧化沟技术目前正广泛应用于多种类型的废水处理中, 并取得了良好的出水水质和稳定污泥。文章从组成、 技术特点、 常用类型、案例分析及改良工艺等方面对氧化沟进行了介绍。
关键词: Carrou sel氧化沟; Orbal氧化沟;交替式氧化沟;一体化氧化沟;脫氮除磷处理技术
改善我国水环境被污染的状况,保护我国紧缺的水资源,除了要刻不容缓地对大中城市的城市污水进行处理外,小城市也应该成为关注的重点。鉴于数量庞大的中小城市在城市污水水量、 水质和经济发展程度等方面具有共性, 根据现有的中小城市处理经验显示,氧化沟工艺更适合被我国中小城市污水处理厂采用。
氧化沟法是 1950 年由荷兰公共卫生研究所研究成功的。氧化沟工艺建成投入运行后, 取得了良好的处理效果,出水BOD5 一般为 10 mg/ L 左右,被普遍认为是一种工艺流程简单、 运行管理方便、 处理效果稳定、 基建投资和运行费用较低且具有较强竞争力的二级处理工艺[1]。
1、 氧化沟工艺及其构成
1. 1 氧化沟工艺
氧化沟是活性污泥处理工艺的一种变形工艺,一般不需设初沉池。且通常采用延时曝气;其结构形式采用封闭的环形沟渠形式,污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作水平流动;其污泥龄一般在10~ 30 d。污泥负荷在 0. 05 kg BOD5 / ( kgMLSS ∕d) ~ 0. 10 kgBOD5 / ( kgMLSS ∕d)之间。
1. 2 氧化沟系统的构成
( 1) 氧化沟池体。氧化沟一般呈环形, 平面上多为椭圆形或圆形, 水深与所采用的曝气设备有关,2. 5~ 8 m不等。
( 2) 氧化沟曝气设备。曝气设备具有以下功能:一是供氧,二是推动水流作不停的循环运动, 三是防止活性污泥沉淀,四是使有机物、 微生物及氧气三者充分混合、 接触。主要的曝气装置有:机械曝气机, 射流曝气机, 导管式曝气机, 混合曝气系统。
( 3) 进(出)水装置。包括进水口、 回流污泥口和出水调节堰等。氧化沟的进水和回流污泥进入点在曝气器的上游,氧化沟的出水在曝气器的下游。
( 4) 导流和混合装置。包括导流墙和导流板。在弯道设置导流墙可以减少水头损失,防
止弯道停滞区的产生和防止对弯道过度冲刷。通常在曝气转刷上下游设置导流板,主要是为了使表面的较高流速转入池底,同时降低混合液表面流速, 提高传氧速率。
( 5) 附属构筑物。如二沉池、 刮泥机和污泥回流泵房等,这一部分构筑物与传统活性污泥工艺相同。
2 、 氧化沟工艺的技术特点
( 1) 氧化沟的流态在整体上是完全混合的, 而局部又具有推流特性,使得在污水中能形成良好的混合液生物絮凝体,提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效果;另外,其独特的水流特性对除磷脱氮也是极其重要的。
( 2) 氧化沟构造形式的多样性赋予了它灵活机动的运行性能,可按照任意一种活性污泥法的运行方式运行。
( 3) 处理效果稳定, 出水水质好,并可实现脱氮。工艺流程简单,构筑物少, 节省基建费用,减少占地面积,便于管理。污泥产量少,污泥性质稳定。
( 4) 能承受水量、 水质冲击负荷, 对高浓度工业废水有很大的稀释能力[ 3]
3、案例分析
郑州市五龙口城市污水处理厂一期工程由中国市政工程华北设计院设计，二级处理采用改良氧化沟工艺，处理污水规模为 10 万 m3/d，远期达到 20万 m3/d， 建设用地 196 亩， 收集郑州市西郊的生活污水和工业废水， 服务面积约 27 平方公里， 服务人口 37 万， 处理后的出水， 排入五龙口明渠经贾鲁河后、 入沙颖河最终入淮河。
3.1 工艺流程及设计要求
郑州市五龙口城市污水处理厂全部工艺流程见图 1。
其中由前置反硝化池- 厌氧池- 氧化沟所组成的部分被称为改良氧化沟，五龙口共有 3
套改良氧化沟和3个二沉池组成 3 个系列平行运行。其设计进出水水质见表 1。
3.2. 预处理单元
预处理单元包括粗格栅、 提升泵房、 细格栅、 旋流沉砂池。粗格栅采用回转式格栅，共2 台，宽为1800mm， 栅条间隙为 20mm， 过栅流量 330L/s（二期工程共用）。进水泵采用卧式离心泵，共 4 台， 3 用 1 备， 其中流量 500L/s， 扬程 12m， 功率 90kW。细格栅采用螺旋式细格栅， 共 3 台， 2 用 1 备， 宽 1800 mm、 栅条间隙为6mm、 过栅流量 852L/s。旋流沉砂池为圆形钢筋砼结构， 直径 4870mm，池深 4350mm，进水渠宽度 1220mm, 出水渠宽度1220mm,单池设计流量 750L/s， 去除污水中比重大于2.65， 粒径大于 0.2mm 的无机砂粒。
3.3 生物处理
生物处理包括厌氧池、 前置反硝化池、 氧化沟、沉淀池。
3.3.1厌氧池根据本工程进、 出水条件， 污水处理系统应保证除磷效率。 为获得一个较稳定的磷去除率， 在系统前端设置厌氧段，为聚磷菌进行充分的磷释放提供一个必要的停留空间和适合的环境条件，从而提高系统除磷效率， 同时还可以改善污泥的沉降性能， 防止丝状菌的生长， 提高系统的稳定性。 在厌氧时聚磷菌放磷，伴随着溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存。若放磷时无溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存，则聚磷菌进入好氧环境中并不吸磷， 此类为无效放磷。在厌氧的条件下， 利用污泥内的兼性微生物将不溶有机物水解为溶解性有机物，大分子和难降解的物质转化为易于生物降解的物质。 这样为聚磷菌有效释磷提供了可能。 厌氧池有效容积为 2202m3，有效水深 6m, 平均停留时间为1.59h,90%的进水进到厌氧池
3.3.2 前置反消化考虑到本工程进水氮的含量很高，仅氨氮设计值高达55mg/L， 对而言， 碳源则略显不足。 在这种情况下， 系统的反硝化过程不可能进行得很完全， 回流污泥中硝酸盐氮含量必然较高。如不采取相应措施， 回流污泥将把大量的硝酸盐氮带入厌氧段中， 抑制聚磷菌对磷的释放过程， 影响系统生物除磷效果。
其次，进入沉淀池的 NO-3- N将在池底进行反硝化，生成的氮气在上升过程中会造成漂泥现象，将大量颗粒杂质带到水面， 使出水水质 SS 含量提高， 并进而导致 TP、 TN、 BOD5 和 COD含量的提高。针对这种情况， 吸取国外科研成果和国内实际运行经验， 在厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段（即前置缺氧段），使回流污泥进入缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程，以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.5mg/L以下， 确保系统生物除磷效果。 为提供回流污泥反硝化所需碳源， 10%的进水直接进入前置缺氧段。前置
缺氧池单池有效容积为 1626m3， 有效水深6m,平均停留时间为 1.17h。
3.3.3 氧化沟从氧化沟的水流特性看，既具备完全混合式反应器的特点， 也具有推流式反应器的特点。 污水在封闭的沟渠中循环流动多次，并且曝气装置在沟中布置的特点， 即生物池内间隔布置曝气系统、 潜水搅拌机， 这样生物池内水力流态较好， 使氧化沟中溶解氧呈现分区变化，溶解氧浓度在远离曝气装置的区域溶解氧较低， 使氧化沟中某一段会出现缺氧区， 这样在氧化沟内溶解氧、 有机物(BOD)和氨氮浓度梯度十分有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮，氧化沟接近完全混合式生物池，生物池设计中采用部分区域不设曝气器， 以人为形成缺氧段， 实现反硝化，而无需采用内回流。 另外反硝化过程中可提供氧， 减小实际中的供氧量， 降低运行费用。 传统氧化沟曝气形式通常采用倒伞型表曝机、 转碟、 转刷等表面机械曝气， 各种表面机械曝气机性能上各有其特点， 但其共性的缺点是动力效率较低，使传统氧化沟工艺能耗较高。五龙口污水处理厂氧化沟采用刚玉曝气盘鼓风曝气的形式， 并且运行效果很稳定。氧化沟的工艺参数设计为： 长105.4m， 宽50.3m，内分6 格， 单格宽8m， 有效水深 6.0m， 单池有效池容28450m3， 泥 龄 13.1d， 污 泥 负 荷 0.085kg-BOD5/kgMLSS· d， 容积负荷 0.30kgBOD5/m3· d， 产 泥率0.90kgSS/kgBOD5 · d， 产泥量22770 kg/d， 停留时间17.82h， 混合液悬浮固体浓度MLSS为3500mg/L， 最大污泥回流比100%， 标准状况需氧量3030 kgO2/h。 图2为厌氧、 前置缺氧、 氧化沟一体的生物池。
3.3.4 沉淀池 本污水处理厂沉淀池采用辐流式池型结构。影响各种沉淀构筑物沉淀效果的主要因素除了溢流率外， 出水集水系统及构筑物的结构形式也会对沉淀效果产生重要的影响。 传统沉淀池常常因为水力设计不当而出现短流和污泥悬浮固体的异重流动， 导致出水SS浓度偏高或出水水质不稳定。在本工程方案设计中，对传统辐流式沉淀池的出水堰和池型结构进行改进，在出水堰底部增设挡板有效防止出水带走悬浮污泥，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处， 保证出水 SS达到较低的浓度， 使水质达标排放。单池设计最大流量 1806m3/h、平均流量1389m3/h， 设计最大表面负荷 0.758m3/m2·h(最大流量)、平均负荷 0.58m3/m2· h (平均流量)，沉淀时间HRT 为3.1h， 池直径 55m， 有效水深
4.1m。
3.4空气供给系统
生物池曝气采用电机驱动离心式鼓风机， 3 台（2 用 1 备）， 单机风量 260m3/min， 风压 0.07MPa，风量调节范围 45%～100%，根据空气管路压力由PLC 自动调整供气量。
3.5改良氧化沟工艺特点
(1)生物池由前置反硝化、 厌氧、 氧化沟组成， 构成改良氧化沟。该工艺具有推流式与完全混合式的优点， 出水水质好， 运行稳定可靠， 耐冲击负荷能力强。减少了内回流泵， 采用鼓风曝气， 氧的利用率高， 设备少， 减少了设备维护量， 有利于运行管理， 占地适中。
(2)厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段（即前图 2 生物池示意图张建新等， 改良氧化沟处理城市污水 83置缺氧段） ， 使回流污泥进入缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程，以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.5mg/L以下， 确保系统生物除磷效果。
(3)采用分流进水， 10%的进水量分配给缺氧池，而剩余 90%进水量则直接进入厌氧池， 这样克服了非前置反硝化工艺中需要外加碳源的缺点，大大降低了运行成本。
(4)生物池接近完全混合式生物池， 生物池设计中采用部分区域不设曝气器， 以人为形成缺氧段， 实现反硝化， 而无需采用内回流。 另外反硝化过程中可提供氧， 减小实际中的供氧量， 且曝气系统采用深层微孔鼓风曝气， 氧的利用率高， 降低运行费用。
(5)沉淀池出水堰底部增设挡板,有效防止出水带走悬浮污泥，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处，克服了传统沉淀池常常因为水力设计不当而出现短流和污泥悬浮固体的异重流动，导致出水 SS浓度偏高或出水水质不稳定的情况。
3.6运行数据分析
该工程于 2004 年12 月 28 日通水调试， 该厂污水处理系统 2005 年第一季度进行培菌试运行， 2005年 3 月底出水水质指标达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》 GB18918-2002 中二级处理标准，实现污水处理达标排放。
改良氧化沟工艺用于实际城市生活污水处理， 特别是NH3-N值较高、碳源略显不足的进水条件下达到了较高的NH3-N去除率， 效果十分显著。该工艺占地面积小、 出水水质好、 运行稳定可靠、 耐冲击负荷能力强、 污泥产量少和运行管理方便等特点， 而且改良氧化沟工艺表现出优异的处理效果， 除 TP外， BOD5、COD、 SS、 NH3-N等出水水质指标达到了或优于设计目标， 尤其是出水NH3-N,大部分时间在1mg/L以下，这都体现了改良氧化沟工艺的优良性能。[7]
4、 氧化沟工艺在污水处理中的应用
从理论上讲,氧化沟既具有推流反应的特征,又具有完全混合反应的优势;前者使其具有水优良的条件,后者使其具有抗冲击负荷的能力。正是因为有这个环流,且有能量分区的缘故,使它具有其它许多污水生物处理技术所拥有的众多优势,其中最为显著的优势是工作稳定可靠。由于具有出水水质好,运行稳定,管理方便以及区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,氧化沟技术在污水处理中得到广泛应用。 据不完全统计[4],目前,欧洲己有的氧化沟污水处理厂超过2000多座,北美超过800座。氧化沟的处理能力由最初的服务人口仅360人,到如今的500万-1000万人口当量。不仅氧化沟的数量在增长,而且其处理规模也在不断扩大,处理对象也发展到既能处理城市污水又能处理石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水及食加工废水等工业废水。 我国自80年代亦开始应用这项技术,随着污水处理事业的极大发展,全国各地先后建起了不同规模、不同型式的氧化沟污水处理厂。 目前在我国,采用氧化沟处理城市污水和工业废水的污水处理厂已有近百家,我国典型氧化沟型式及应用部分国内氧化沟污水处理厂型式及规模。
5 、 氧化沟运行中存在问题及对策
5. 1 存在的问题
( 1) 污泥膨胀。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,代谢速度较慢,积贮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。
( 2) 泡沫问题。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。
( 3) 污泥上浮。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,使硝酸盐浓度升高,在二沉池易发生反硝化作用、 产生氮气、 使污泥上浮;另外,废水中含油量过大,污泥可能挟油上浮。
5. 2 处理对策
( 1) 针对污泥膨胀, 可采取: 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M (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 BN B P= 100 B 5 B 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涨。
( 2) 消除泡沫的方法: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. 5 mg/ 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。
( 3) 解决污泥上浮: 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,改善其沉淀性;如进水负荷大应减小进水量或加大回流量; 其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,并设法改善池内水力条件[ 8]。
6 、氧化沟工艺的研究新进展
通过对多种连续流生物除磷脱氮工艺时空关系的分析,并结合新的除磷脱氮理论,继续贯彻简易污水处理的思想,重庆大学的王涛[5]、钟仁超[6]、刘兆荣[7]、麦松冰[8]等人对氧化沟工艺进行了改良。
6.1 改良氧化沟池型的构建原则
改良氧化沟池型的构建是在一体化简易污水处理技术的思想基础上,依托于卡鲁塞尔氧化沟、一体化氧化沟和奥贝尔氧化沟而建立的。它是以连续流的方式,不作专门的时空调配,通过空间分区和空间顺序及对溶解氧的优化控制,将污水净化(C、N、P 的去除)和固液分离功能集于一体,以水力内回流的方式替代机械内回流的反应器。构建的总原则是以连续流的方式,在更少的和合理的空间中完成 C 、N 、P 和 SS 的同时去除。
6.2 改良氧化沟池型
按上述构建原则,所示改良型氧化沟模型。污水流入外沟经回流调节闸板后流经中沟和内沟,在各沟道内循环数十次到数百次,最终由固液分离器进行泥水分离出水。外- 中- 内沟道分别为好氧/ 缺氧交替区、厌氧区和好氧区,完成有机物的降解和同时脱氮除磷。该模型着重在保留奥贝尔氧化沟同时硝化反硝化优势,同时克服该工艺占地面积大的缺点。借鉴卡罗塞尔氧化沟跑道型沟道的构型和水力内回流方式,减少了大回流比的机械设备;考虑将奥贝尔氧化沟的同心圆型沟道展开,去掉中心岛的无效占地,同时又保留其三沟道串连层层推进的流态特点。另外,将一体化氧化沟中的侧沟固液分离器技术也揉合了进来,不设置单独的二沉池并实现污泥的无泵自动回流。
6.3 改良氧化沟的优化分析
(1)改良型氧化沟采用奥贝尔氧化沟三沟道串联的特性,将各分区考虑成串联,从而有利于难降解有机物的去除,并可减少污泥膨胀现象的发生[9]。
(2)改良型氧化沟借鉴奥贝尔氧化沟的溶解氧梯度分布,具有较好的脱氮功能。在外不设内回流的条件下,也能获得较好的脱氮效果。由于外沟道溶解氧平均值很低,氧传递作用是在亏氧条件下进行的,所以氧的传递效率有所提高,有一定的节能效果,一般约节省能耗15%~20%。加之外沟道内所特有的同时硝化/ 反硝化功能,节能效果更为明显。内沟道作为最终出水的把关,一般应保持较高的溶解氧,但内沟道容积最小,能耗相对较低。
(3)改良型氧化沟将奥贝尔氧化沟布置相对困难的圆形或椭圆形沟型设计为环状跑道型,降低了占地面积和工程造价。同时取消了无效占地的中心岛,进一步节省占地面积和造价。
(4)改良型氧化沟借鉴卡罗塞尔氧化沟水力条件,使内沟的好氧区向外沟的缺氧区回流实现了水力内回流,简化了处理环节、节省了设备和能耗。
(5)改良型氧化沟借鉴一体化氧化沟将集曝气净化和固液分离于一体的优势,不单独建二沉池和污泥回流泵站, 污泥自动回流, 简单、节能且节省占地和基建投资。
7 、几种新型的氧化沟污泥处理技术
7. 1 Car rousel氧化沟
( 1) Carr ousel 系统最早是 1967 年由荷兰的DHV 公司开发研制的, 后来又和其在美国的专利特许公司EIMCO发明了Carrousel 2000 系统, 实现了更高的生物除磷脱氮功能,其预反硝化区占总体积的15% ,在缺氧条件下进水与一定量的内回流混合液混合,好氧区和缺氧区占总体积的 85% ,用于进行同时硝化反硝化,也用于吸磷。设置厌氧、 缺氧段的 Car2r ousel氧化沟又称A2/ C氧化沟。
( 2) 影响生物除磷效果的最主要因素是污泥龄和硝酸盐及基质浓度。活性污泥中聚磷菌的含量及其对磷的吸收能力与除磷效果密切相关。当总泥龄为8~ 10 d 时,活性污泥中的最大磷含量为其干重的4%, 为异养菌体质量的 11%。当污泥龄超过 15 d时,污泥中最大含磷量明下降, 反而达不到最大除磷效果。因此, 不宜过分延长泥龄(如20~ 30 d) , 应在8~ 15 d 范围选用。Carr ousel氧化沟中影响生物脱氮效果的最主要因素是溶解氧、 碳源及硝酸盐含量。好氧区DO保持在0. 5~ 0. 7 mg/ L 时,才会产生显著的反硝化作用,总氮去除 65%。这是由于活性污泥在 DO 存在时,异养细菌将优先利用DO作为最终电子受体, 只有在缺氧环境中,才有可能利用 NO-3 降解时释放出的氧来降解有机物。大量的内回流会导致缺氧区 DO 增高而影响脱氮效果, 因此, A2/ C 氧化沟在前置缺氧区内设置适当的(不宜过大)反硝化段, 以削
减来自好氧段的DO。
( 3) 影响好氧硝化效果的最主要因素是水温和碱度。硝化速率不仅是污水水温的单一函数, 且受DO、 碱度的影响。硝化反应池内保持 DO在 2 mg/ L左右不会对硝化速率产生明显的影响, 但进水温度低(
( 4) Car rousel氧化沟工艺设计优化。为了减小厌氧池容积,尽可能降低回流污泥中的NO-3 N 浓度,且回流量不宜过多。由前置缺氧池主要承担反硝化任务以得到充足的碳源时,可以减少缺氧池容积以降低出水NO-3 N 浓度。可将60%的污泥回流至厌氧池, 40%回流至缺氧池,这样既可同时满足厌氧、 好氧段对活性污泥的需求,又能达到预期的处理效果。将表面曝气机改为转碟曝气机,可以提高溶氧效率和有效水深,并减小占地面积。
7. 2 Or bal 氧化沟
( 1) Orbal氧化沟一般由三个同心椭圆形沟道组成。污水进入外沟,与回流污泥混合,再进入中沟、 内沟,最后经中心岛流至二沉池。外沟容积占总容积的50%~ 55% ,中沟容积一般为 25% ~ 30% ,内沟的容积约为总容积的 15% ~ 20%。Orbal 氧化沟一般适用于中小规模的城市污水处理厂,也能很好的适应工业废水比例较高的城市污水,以及合流制或部分合流制的污水系统[ 4, 5]。
( 2) 脱氮除磷工作原理。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机,进行供氧兼有较强的推流搅拌作用, 使混合液在各沟道呈悬浮态。硝化、 反硝化反应在奥贝尔系统内同时进行,特别是外沟道中可完成81%甚至100%的硝化作用以及80%以上的反硝化作用。反硝化细菌利用硝酸盐中的氧,以有机物作碳源及电子供体, 使有机物得到分解氧化, 这就相当于回收了一部分被消耗的氧。其次,在 Orbal 氧化沟中需氧量最大的外沟道有最大的氧传递现场校正系数, 这就大大减少了实际所需供氧量。
( 3) Orbal氧化沟的优缺点: ¹有较好的节能性能。由于外沟道溶解氧平均值很低,氧的传递作用是在亏氧条件下进行的, 具有较高的效率。º3 个沟道的溶解氧呈0~ 1~ 2 mg/ L(外~ 中~ 内)的梯度分布,不仅使Orbal氧化沟具有卓越的脱氮性能, 而且大大节省了能耗。»Orbal 氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点。对于每个沟道内来讲, 混合液的流态基本为完全混合式,具有较强的抗冲击负荷能力;对于3个沟道来讲, 沟道与沟道之间的流态为推流式, 有着不同的溶解浓度和污泥负荷, 兼有多沟道串联的特性,有利于难降解有机物的去除, 并可减少污泥膨胀现象的发生。¼Orbal 氧化沟采用的曝气转碟, 具有较高的充氧能力和动力效率。通过改变曝气机的旋转方向、 浸水深度、 转速和开停数量, 可以调整供氧能力和电耗水平;尤其是碟片可以方便地拆装, 更为优化运行提供了简便手段。另一方面, 由于转
碟具有极强的整流和推流能力,氧化沟有效水深可达4 m 以上。½圆形或椭圆形沟型平面布置相对困难, 需要设立独立的沉淀池, 这样虽然有利于获得稳定的水质,但占地面积尚偏大, 中心岛增加了无效占地[ 6]
7. 3 交替工作式氧化沟
交替工作式氧化沟一般不单独设二沉池,采用在不同时间段内设计氧化沟系统的一部分交替作为沉淀池使用;沟内水流方向一般会发生改变。这种设计使交替工作式氧化沟基建费用低, 运行管理方便。
7. 3. 1 A 型氧化沟
A型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟, 系统由单沟构成,分别设计曝气、 沉淀(整个氧化沟作为沉淀区)、 排水3 个工况。一般适于水量较小、 间歇排水的条件下使用。
7. 3. 2 VR 型氧化沟
VR 型氧化沟是实现了连续进出水的单沟交替式氧化沟。其特点是将曝气沟渠分成容积相等的 2部分,定时改变曝气器的旋转方向来改变沟内水流方向,使两部分池体交替地作为曝气池和沉淀池使用,不设二沉池和污泥回流系统。
7. 3. 3 D型/ DE 型氧化沟
D型氧化沟由池容完全相同的2 个氧化沟组成,两池串联运行, 交替作为曝气池和沉淀池,控制运行工况可以实现硝化和一定的反硝化。在两池交替的过渡轮换期内, 转刷全部停止工作。转刷的实际利用率低,是D型氧化沟的一个主要缺点。DE 型氧化沟是在D 型氧化沟基础上为强化生物脱氮而开发的新工艺。DE 型氧化沟为半交替式氧化沟,兼具连续工作式和交替工作式的特点。DE型氧化沟设有独立的二沉池和污泥回流系统,可以实现曝气和沉淀的完全分离;氧化沟内交替进行硝化和反硝化。沟内曝气转刷一般为双速,高速工作时曝气
充氧,低速工作时以推动水流为目的。通过两沟内转刷交替处于高速和低速运行, 使两沟交替处于好氧和缺氧状态,从而达到脱氮的目的。在DE 型氧化沟前增设一厌氧池, 可以实现强化生物除磷。
7. 3. 4 T 型氧化沟
在D型氧化沟基础上开发了T 型氧化沟。T 型氧化沟为三沟交替工作式氧化沟系统,较 D 型氧化沟设备利用率大大提高。T 型氧化沟前设置配水井,每沟之间相互贯通, 两侧沟上设有可调出水堰, 剩余污泥一般从中间沟道排出。T 型氧化沟运行灵活, 曝气沉淀均在沟内完成,无需设二沉池和污泥回流。T型氧化沟中存在三沟道污泥浓度不均匀的现象,即普遍存在侧边沟污泥浓度远大于中间沟的情况,这是三沟式氧化沟硝化,反硝化运行模式的必然结
果。可以通过延长反硝化阶段的时间来改善污泥浓度分布不均的情况。采用侧沟沉淀, 由于受反应器流态的影响,出水中悬浮物较多,沉淀效果不好,可以通过控制运行工况和改善沉淀环境来解决沉淀问题[ 7]。
7.3. 5 一体化氧化沟
一体化氧化沟集曝气、 沉淀、 泥水分离和污泥回流功能为一体,不需建单独的二沉池该工艺的主要特点: ¹工艺流程短, 构筑物设备少。不需设初沉池、 调节池和单独的二沉池,占地面积少。º污泥可自动回流到沟渠内, 省掉了回流泵房和相应的设备、
管道系统,节省了基建费用和运行费用。»造价低,建造快,管理工作量少。¼固液分离效果比一般二沉池高,运行稳定。
8 、 结束语
氧化沟工艺是一种处理效率高、 投资费用省、 运行稳定的处理技术,尤其适合我国的国情。目前, 我国采用氧化沟处理工艺的污水处理厂在逐渐增多。因此, 合理选择氧化沟的设计工艺,研究氧化沟污水处理新技术,对提高污水处理能力、 节约投资和降低运行费用均具有重要意义。主要体现在以下几方面：
(1) 氧化沟由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,在我国污水处理厂中有 着较为广泛的应用。
(2) 改良型氧化沟模型借鉴了卡罗塞尔氧化沟的构型和内回流方式,引用了侧沟式一体化氧化沟的侧沟固液分离技术,同时保留了奥贝尔氧化沟三沟串连层层推进的流态特点,是多种先进工艺的集成,是氧化沟技术研究的新进展。
(3)改良型氧化沟工艺具有系统简单、管理方便、节约能耗、 节省占地和减少基建投资 等优点。
参考文献
【1】 李启红 氧化沟工艺简述 工程设计 2010年第24卷第1期
【2】 李梅,于军亭,孟德良. 氧化沟技术在城市污水处理厂中应用[J]水处理技术, 2007,(01)
【3】 张峰. 氧化沟工艺处理城市污水[J]. 水处理技术, 2008, (07) .
【4】 刘炳娟. 氧化沟工艺及其在污水处理中的应用[J]. 邯郸职业技术学院学报, 2008, (03) .
【5】 马彬,陈峰. 氧化沟工艺在污水处理厂的应用[J]. 泰山乡镇企业职工大学学报, 2008, (02
【6】 戴红玲,胡锋平,王涛,刘靖. 氧化沟工艺在污水处理中的应用与研究新进展
[J]. 科技资讯, 2007, (32)
【7】 张建新, 黄克毅, 邢磊, 王阳. 改良氧化沟处理城市污水[J]. 水处理技术, 2007, (03)
【8】 刘利. 几种新型氧化沟污水处理工艺的特点浅析[J]. 化学工程与装备, 2008, (08) .
氧化沟工艺
摘 要:氧化沟技术目前正广泛应用于多种类型的废水处理中, 并取得了良好的出水水质和稳定污泥。文章从组成、 技术特点、 常用类型、案例分析及改良工艺等方面对氧化沟进行了介绍。
关键词: Carrou sel氧化沟; Orbal氧化沟;交替式氧化沟;一体化氧化沟;脫氮除磷处理技术
改善我国水环境被污染的状况,保护我国紧缺的水资源,除了要刻不容缓地对大中城市的城市污水进行处理外,小城市也应该成为关注的重点。鉴于数量庞大的中小城市在城市污水水量、 水质和经济发展程度等方面具有共性, 根据现有的中小城市处理经验显示,氧化沟工艺更适合被我国中小城市污水处理厂采用。
氧化沟法是 1950 年由荷兰公共卫生研究所研究成功的。氧化沟工艺建成投入运行后, 取得了良好的处理效果,出水BOD5 一般为 10 mg/ L 左右,被普遍认为是一种工艺流程简单、 运行管理方便、 处理效果稳定、 基建投资和运行费用较低且具有较强竞争力的二级处理工艺[1]。
1、 氧化沟工艺及其构成
1. 1 氧化沟工艺
氧化沟是活性污泥处理工艺的一种变形工艺,一般不需设初沉池。且通常采用延时曝气;其结构形式采用封闭的环形沟渠形式,污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作水平流动;其污泥龄一般在10~ 30 d。污泥负荷在 0. 05 kg BOD5 / ( kgMLSS ∕d) ~ 0. 10 kgBOD5 / ( kgMLSS ∕d)之间。
1. 2 氧化沟系统的构成
( 1) 氧化沟池体。氧化沟一般呈环形, 平面上多为椭圆形或圆形, 水深与所采用的曝气设备有关,2. 5~ 8 m不等。
( 2) 氧化沟曝气设备。曝气设备具有以下功能:一是供氧,二是推动水流作不停的循环运动, 三是防止活性污泥沉淀,四是使有机物、 微生物及氧气三者充分混合、 接触。主要的曝气装置有:机械曝气机, 射流曝气机, 导管式曝气机, 混合曝气系统。
( 3) 进(出)水装置。包括进水口、 回流污泥口和出水调节堰等。氧化沟的进水和回流污泥进入点在曝气器的上游,氧化沟的出水在曝气器的下游。
( 4) 导流和混合装置。包括导流墙和导流板。在弯道设置导流墙可以减少水头损失,防
止弯道停滞区的产生和防止对弯道过度冲刷。通常在曝气转刷上下游设置导流板,主要是为了使表面的较高流速转入池底,同时降低混合液表面流速, 提高传氧速率。
( 5) 附属构筑物。如二沉池、 刮泥机和污泥回流泵房等,这一部分构筑物与传统活性污泥工艺相同。
2 、 氧化沟工艺的技术特点
( 1) 氧化沟的流态在整体上是完全混合的, 而局部又具有推流特性,使得在污水中能形成良好的混合液生物絮凝体,提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效果;另外,其独特的水流特性对除磷脱氮也是极其重要的。
( 2) 氧化沟构造形式的多样性赋予了它灵活机动的运行性能,可按照任意一种活性污泥法的运行方式运行。
( 3) 处理效果稳定, 出水水质好,并可实现脱氮。工艺流程简单,构筑物少, 节省基建费用,减少占地面积,便于管理。污泥产量少,污泥性质稳定。
( 4) 能承受水量、 水质冲击负荷, 对高浓度工业废水有很大的稀释能力[ 3]
3、案例分析
郑州市五龙口城市污水处理厂一期工程由中国市政工程华北设计院设计，二级处理采用改良氧化沟工艺，处理污水规模为 10 万 m3/d，远期达到 20万 m3/d， 建设用地 196 亩， 收集郑州市西郊的生活污水和工业废水， 服务面积约 27 平方公里， 服务人口 37 万， 处理后的出水， 排入五龙口明渠经贾鲁河后、 入沙颖河最终入淮河。
3.1 工艺流程及设计要求
郑州市五龙口城市污水处理厂全部工艺流程见图 1。
其中由前置反硝化池- 厌氧池- 氧化沟所组成的部分被称为改良氧化沟，五龙口共有 3
套改良氧化沟和3个二沉池组成 3 个系列平行运行。其设计进出水水质见表 1。
3.2. 预处理单元
预处理单元包括粗格栅、 提升泵房、 细格栅、 旋流沉砂池。粗格栅采用回转式格栅，共2 台，宽为1800mm， 栅条间隙为 20mm， 过栅流量 330L/s（二期工程共用）。进水泵采用卧式离心泵，共 4 台， 3 用 1 备， 其中流量 500L/s， 扬程 12m， 功率 90kW。细格栅采用螺旋式细格栅， 共 3 台， 2 用 1 备， 宽 1800 mm、 栅条间隙为6mm、 过栅流量 852L/s。旋流沉砂池为圆形钢筋砼结构， 直径 4870mm，池深 4350mm，进水渠宽度 1220mm, 出水渠宽度1220mm,单池设计流量 750L/s， 去除污水中比重大于2.65， 粒径大于 0.2mm 的无机砂粒。
3.3 生物处理
生物处理包括厌氧池、 前置反硝化池、 氧化沟、沉淀池。
3.3.1厌氧池根据本工程进、 出水条件， 污水处理系统应保证除磷效率。 为获得一个较稳定的磷去除率， 在系统前端设置厌氧段，为聚磷菌进行充分的磷释放提供一个必要的停留空间和适合的环境条件，从而提高系统除磷效率， 同时还可以改善污泥的沉降性能， 防止丝状菌的生长， 提高系统的稳定性。 在厌氧时聚磷菌放磷，伴随着溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存。若放磷时无溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存，则聚磷菌进入好氧环境中并不吸磷， 此类为无效放磷。在厌氧的条件下， 利用污泥内的兼性微生物将不溶有机物水解为溶解性有机物，大分子和难降解的物质转化为易于生物降解的物质。 这样为聚磷菌有效释磷提供了可能。 厌氧池有效容积为 2202m3，有效水深 6m, 平均停留时间为1.59h,90%的进水进到厌氧池
3.3.2 前置反消化考虑到本工程进水氮的含量很高，仅氨氮设计值高达55mg/L， 对而言， 碳源则略显不足。 在这种情况下， 系统的反硝化过程不可能进行得很完全， 回流污泥中硝酸盐氮含量必然较高。如不采取相应措施， 回流污泥将把大量的硝酸盐氮带入厌氧段中， 抑制聚磷菌对磷的释放过程， 影响系统生物除磷效果。
其次，进入沉淀池的 NO-3- N将在池底进行反硝化，生成的氮气在上升过程中会造成漂泥现象，将大量颗粒杂质带到水面， 使出水水质 SS 含量提高， 并进而导致 TP、 TN、 BOD5 和 COD含量的提高。针对这种情况， 吸取国外科研成果和国内实际运行经验， 在厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段（即前置缺氧段），使回流污泥进入缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程，以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.5mg/L以下， 确保系统生物除磷效果。 为提供回流污泥反硝化所需碳源， 10%的进水直接进入前置缺氧段。前置
缺氧池单池有效容积为 1626m3， 有效水深6m,平均停留时间为 1.17h。
3.3.3 氧化沟从氧化沟的水流特性看，既具备完全混合式反应器的特点， 也具有推流式反应器的特点。 污水在封闭的沟渠中循环流动多次，并且曝气装置在沟中布置的特点， 即生物池内间隔布置曝气系统、 潜水搅拌机， 这样生物池内水力流态较好， 使氧化沟中溶解氧呈现分区变化，溶解氧浓度在远离曝气装置的区域溶解氧较低， 使氧化沟中某一段会出现缺氧区， 这样在氧化沟内溶解氧、 有机物(BOD)和氨氮浓度梯度十分有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮，氧化沟接近完全混合式生物池，生物池设计中采用部分区域不设曝气器， 以人为形成缺氧段， 实现反硝化，而无需采用内回流。 另外反硝化过程中可提供氧， 减小实际中的供氧量， 降低运行费用。 传统氧化沟曝气形式通常采用倒伞型表曝机、 转碟、 转刷等表面机械曝气， 各种表面机械曝气机性能上各有其特点， 但其共性的缺点是动力效率较低，使传统氧化沟工艺能耗较高。五龙口污水处理厂氧化沟采用刚玉曝气盘鼓风曝气的形式， 并且运行效果很稳定。氧化沟的工艺参数设计为： 长105.4m， 宽50.3m，内分6 格， 单格宽8m， 有效水深 6.0m， 单池有效池容28450m3， 泥 龄 13.1d， 污 泥 负 荷 0.085kg-BOD5/kgMLSS· d， 容积负荷 0.30kgBOD5/m3· d， 产 泥率0.90kgSS/kgBOD5 · d， 产泥量22770 kg/d， 停留时间17.82h， 混合液悬浮固体浓度MLSS为3500mg/L， 最大污泥回流比100%， 标准状况需氧量3030 kgO2/h。 图2为厌氧、 前置缺氧、 氧化沟一体的生物池。
3.3.4 沉淀池 本污水处理厂沉淀池采用辐流式池型结构。影响各种沉淀构筑物沉淀效果的主要因素除了溢流率外， 出水集水系统及构筑物的结构形式也会对沉淀效果产生重要的影响。 传统沉淀池常常因为水力设计不当而出现短流和污泥悬浮固体的异重流动， 导致出水SS浓度偏高或出水水质不稳定。在本工程方案设计中，对传统辐流式沉淀池的出水堰和池型结构进行改进，在出水堰底部增设挡板有效防止出水带走悬浮污泥，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处， 保证出水 SS达到较低的浓度， 使水质达标排放。单池设计最大流量 1806m3/h、平均流量1389m3/h， 设计最大表面负荷 0.758m3/m2·h(最大流量)、平均负荷 0.58m3/m2· h (平均流量)，沉淀时间HRT 为3.1h， 池直径 55m， 有效水深
4.1m。
3.4空气供给系统
生物池曝气采用电机驱动离心式鼓风机， 3 台（2 用 1 备）， 单机风量 260m3/min， 风压 0.07MPa，风量调节范围 45%～100%，根据空气管路压力由PLC 自动调整供气量。
3.5改良氧化沟工艺特点
(1)生物池由前置反硝化、 厌氧、 氧化沟组成， 构成改良氧化沟。该工艺具有推流式与完全混合式的优点， 出水水质好， 运行稳定可靠， 耐冲击负荷能力强。减少了内回流泵， 采用鼓风曝气， 氧的利用率高， 设备少， 减少了设备维护量， 有利于运行管理， 占地适中。
(2)厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段（即前图 2 生物池示意图张建新等， 改良氧化沟处理城市污水 83置缺氧段） ， 使回流污泥进入缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程，以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.5mg/L以下， 确保系统生物除磷效果。
(3)采用分流进水， 10%的进水量分配给缺氧池，而剩余 90%进水量则直接进入厌氧池， 这样克服了非前置反硝化工艺中需要外加碳源的缺点，大大降低了运行成本。
(4)生物池接近完全混合式生物池， 生物池设计中采用部分区域不设曝气器， 以人为形成缺氧段， 实现反硝化， 而无需采用内回流。 另外反硝化过程中可提供氧， 减小实际中的供氧量， 且曝气系统采用深层微孔鼓风曝气， 氧的利用率高， 降低运行费用。
(5)沉淀池出水堰底部增设挡板,有效防止出水带走悬浮污泥，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处，克服了传统沉淀池常常因为水力设计不当而出现短流和污泥悬浮固体的异重流动，导致出水 SS浓度偏高或出水水质不稳定的情况。
3.6运行数据分析
该工程于 2004 年12 月 28 日通水调试， 该厂污水处理系统 2005 年第一季度进行培菌试运行， 2005年 3 月底出水水质指标达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》 GB18918-2002 中二级处理标准，实现污水处理达标排放。
改良氧化沟工艺用于实际城市生活污水处理， 特别是NH3-N值较高、碳源略显不足的进水条件下达到了较高的NH3-N去除率， 效果十分显著。该工艺占地面积小、 出水水质好、 运行稳定可靠、 耐冲击负荷能力强、 污泥产量少和运行管理方便等特点， 而且改良氧化沟工艺表现出优异的处理效果， 除 TP外， BOD5、COD、 SS、 NH3-N等出水水质指标达到了或优于设计目标， 尤其是出水NH3-N,大部分时间在1mg/L以下，这都体现了改良氧化沟工艺的优良性能。[7]
4、 氧化沟工艺在污水处理中的应用
从理论上讲,氧化沟既具有推流反应的特征,又具有完全混合反应的优势;前者使其具有水优良的条件,后者使其具有抗冲击负荷的能力。正是因为有这个环流,且有能量分区的缘故,使它具有其它许多污水生物处理技术所拥有的众多优势,其中最为显著的优势是工作稳定可靠。由于具有出水水质好,运行稳定,管理方便以及区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,氧化沟技术在污水处理中得到广泛应用。 据不完全统计[4],目前,欧洲己有的氧化沟污水处理厂超过2000多座,北美超过800座。氧化沟的处理能力由最初的服务人口仅360人,到如今的500万-1000万人口当量。不仅氧化沟的数量在增长,而且其处理规模也在不断扩大,处理对象也发展到既能处理城市污水又能处理石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水及食加工废水等工业废水。 我国自80年代亦开始应用这项技术,随着污水处理事业的极大发展,全国各地先后建起了不同规模、不同型式的氧化沟污水处理厂。 目前在我国,采用氧化沟处理城市污水和工业废水的污水处理厂已有近百家,我国典型氧化沟型式及应用部分国内氧化沟污水处理厂型式及规模。
5 、 氧化沟运行中存在问题及对策
5. 1 存在的问题
( 1) 污泥膨胀。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,代谢速度较慢,积贮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。
( 2) 泡沫问题。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。
( 3) 污泥上浮。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,使硝酸盐浓度升高,在二沉池易发生反硝化作用、 产生氮气、 使污泥上浮;另外,废水中含油量过大,污泥可能挟油上浮。
5. 2 处理对策
( 1) 针对污泥膨胀, 可采取: 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M (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 BN B P= 100 B 5 B 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涨。
( 2) 消除泡沫的方法: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. 5 mg/ 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。
( 3) 解决污泥上浮: 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,改善其沉淀性;如进水负荷大应减小进水量或加大回流量; 其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,并设法改善池内水力条件[ 8]。
6 、氧化沟工艺的研究新进展
通过对多种连续流生物除磷脱氮工艺时空关系的分析,并结合新的除磷脱氮理论,继续贯彻简易污水处理的思想,重庆大学的王涛[5]、钟仁超[6]、刘兆荣[7]、麦松冰[8]等人对氧化沟工艺进行了改良。
6.1 改良氧化沟池型的构建原则
改良氧化沟池型的构建是在一体化简易污水处理技术的思想基础上,依托于卡鲁塞尔氧化沟、一体化氧化沟和奥贝尔氧化沟而建立的。它是以连续流的方式,不作专门的时空调配,通过空间分区和空间顺序及对溶解氧的优化控制,将污水净化(C、N、P 的去除)和固液分离功能集于一体,以水力内回流的方式替代机械内回流的反应器。构建的总原则是以连续流的方式,在更少的和合理的空间中完成 C 、N 、P 和 SS 的同时去除。
6.2 改良氧化沟池型
按上述构建原则,所示改良型氧化沟模型。污水流入外沟经回流调节闸板后流经中沟和内沟,在各沟道内循环数十次到数百次,最终由固液分离器进行泥水分离出水。外- 中- 内沟道分别为好氧/ 缺氧交替区、厌氧区和好氧区,完成有机物的降解和同时脱氮除磷。该模型着重在保留奥贝尔氧化沟同时硝化反硝化优势,同时克服该工艺占地面积大的缺点。借鉴卡罗塞尔氧化沟跑道型沟道的构型和水力内回流方式,减少了大回流比的机械设备;考虑将奥贝尔氧化沟的同心圆型沟道展开,去掉中心岛的无效占地,同时又保留其三沟道串连层层推进的流态特点。另外,将一体化氧化沟中的侧沟固液分离器技术也揉合了进来,不设置单独的二沉池并实现污泥的无泵自动回流。
6.3 改良氧化沟的优化分析
(1)改良型氧化沟采用奥贝尔氧化沟三沟道串联的特性,将各分区考虑成串联,从而有利于难降解有机物的去除,并可减少污泥膨胀现象的发生[9]。
(2)改良型氧化沟借鉴奥贝尔氧化沟的溶解氧梯度分布,具有较好的脱氮功能。在外不设内回流的条件下,也能获得较好的脱氮效果。由于外沟道溶解氧平均值很低,氧传递作用是在亏氧条件下进行的,所以氧的传递效率有所提高,有一定的节能效果,一般约节省能耗15%~20%。加之外沟道内所特有的同时硝化/ 反硝化功能,节能效果更为明显。内沟道作为最终出水的把关,一般应保持较高的溶解氧,但内沟道容积最小,能耗相对较低。
(3)改良型氧化沟将奥贝尔氧化沟布置相对困难的圆形或椭圆形沟型设计为环状跑道型,降低了占地面积和工程造价。同时取消了无效占地的中心岛,进一步节省占地面积和造价。
(4)改良型氧化沟借鉴卡罗塞尔氧化沟水力条件,使内沟的好氧区向外沟的缺氧区回流实现了水力内回流,简化了处理环节、节省了设备和能耗。
(5)改良型氧化沟借鉴一体化氧化沟将集曝气净化和固液分离于一体的优势,不单独建二沉池和污泥回流泵站, 污泥自动回流, 简单、节能且节省占地和基建投资。
7 、几种新型的氧化沟污泥处理技术
7. 1 Car rousel氧化沟
( 1) Carr ousel 系统最早是 1967 年由荷兰的DHV 公司开发研制的, 后来又和其在美国的专利特许公司EIMCO发明了Carrousel 2000 系统, 实现了更高的生物除磷脱氮功能,其预反硝化区占总体积的15% ,在缺氧条件下进水与一定量的内回流混合液混合,好氧区和缺氧区占总体积的 85% ,用于进行同时硝化反硝化,也用于吸磷。设置厌氧、 缺氧段的 Car2r ousel氧化沟又称A2/ C氧化沟。
( 2) 影响生物除磷效果的最主要因素是污泥龄和硝酸盐及基质浓度。活性污泥中聚磷菌的含量及其对磷的吸收能力与除磷效果密切相关。当总泥龄为8~ 10 d 时,活性污泥中的最大磷含量为其干重的4%, 为异养菌体质量的 11%。当污泥龄超过 15 d时,污泥中最大含磷量明下降, 反而达不到最大除磷效果。因此, 不宜过分延长泥龄(如20~ 30 d) , 应在8~ 15 d 范围选用。Carr ousel氧化沟中影响生物脱氮效果的最主要因素是溶解氧、 碳源及硝酸盐含量。好氧区DO保持在0. 5~ 0. 7 mg/ L 时,才会产生显著的反硝化作用,总氮去除 65%。这是由于活性污泥在 DO 存在时,异养细菌将优先利用DO作为最终电子受体, 只有在缺氧环境中,才有可能利用 NO-3 降解时释放出的氧来降解有机物。大量的内回流会导致缺氧区 DO 增高而影响脱氮效果, 因此, A2/ C 氧化沟在前置缺氧区内设置适当的(不宜过大)反硝化段, 以削
减来自好氧段的DO。
( 3) 影响好氧硝化效果的最主要因素是水温和碱度。硝化速率不仅是污水水温的单一函数, 且受DO、 碱度的影响。硝化反应池内保持 DO在 2 mg/ L左右不会对硝化速率产生明显的影响, 但进水温度低(
( 4) Car rousel氧化沟工艺设计优化。为了减小厌氧池容积,尽可能降低回流污泥中的NO-3 N 浓度,且回流量不宜过多。由前置缺氧池主要承担反硝化任务以得到充足的碳源时,可以减少缺氧池容积以降低出水NO-3 N 浓度。可将60%的污泥回流至厌氧池, 40%回流至缺氧池,这样既可同时满足厌氧、 好氧段对活性污泥的需求,又能达到预期的处理效果。将表面曝气机改为转碟曝气机,可以提高溶氧效率和有效水深,并减小占地面积。
7. 2 Or bal 氧化沟
( 1) Orbal氧化沟一般由三个同心椭圆形沟道组成。污水进入外沟,与回流污泥混合,再进入中沟、 内沟,最后经中心岛流至二沉池。外沟容积占总容积的50%~ 55% ,中沟容积一般为 25% ~ 30% ,内沟的容积约为总容积的 15% ~ 20%。Orbal 氧化沟一般适用于中小规模的城市污水处理厂,也能很好的适应工业废水比例较高的城市污水,以及合流制或部分合流制的污水系统[ 4, 5]。
( 2) 脱氮除磷工作原理。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机,进行供氧兼有较强的推流搅拌作用, 使混合液在各沟道呈悬浮态。硝化、 反硝化反应在奥贝尔系统内同时进行,特别是外沟道中可完成81%甚至100%的硝化作用以及80%以上的反硝化作用。反硝化细菌利用硝酸盐中的氧,以有机物作碳源及电子供体, 使有机物得到分解氧化, 这就相当于回收了一部分被消耗的氧。其次,在 Orbal 氧化沟中需氧量最大的外沟道有最大的氧传递现场校正系数, 这就大大减少了实际所需供氧量。
( 3) Orbal氧化沟的优缺点: ¹有较好的节能性能。由于外沟道溶解氧平均值很低,氧的传递作用是在亏氧条件下进行的, 具有较高的效率。º3 个沟道的溶解氧呈0~ 1~ 2 mg/ L(外~ 中~ 内)的梯度分布,不仅使Orbal氧化沟具有卓越的脱氮性能, 而且大大节省了能耗。»Orbal 氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点。对于每个沟道内来讲, 混合液的流态基本为完全混合式,具有较强的抗冲击负荷能力;对于3个沟道来讲, 沟道与沟道之间的流态为推流式, 有着不同的溶解浓度和污泥负荷, 兼有多沟道串联的特性,有利于难降解有机物的去除, 并可减少污泥膨胀现象的发生。¼Orbal 氧化沟采用的曝气转碟, 具有较高的充氧能力和动力效率。通过改变曝气机的旋转方向、 浸水深度、 转速和开停数量, 可以调整供氧能力和电耗水平;尤其是碟片可以方便地拆装, 更为优化运行提供了简便手段。另一方面, 由于转
碟具有极强的整流和推流能力,氧化沟有效水深可达4 m 以上。½圆形或椭圆形沟型平面布置相对困难, 需要设立独立的沉淀池, 这样虽然有利于获得稳定的水质,但占地面积尚偏大, 中心岛增加了无效占地[ 6]
7. 3 交替工作式氧化沟
交替工作式氧化沟一般不单独设二沉池,采用在不同时间段内设计氧化沟系统的一部分交替作为沉淀池使用;沟内水流方向一般会发生改变。这种设计使交替工作式氧化沟基建费用低, 运行管理方便。
7. 3. 1 A 型氧化沟
A型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟, 系统由单沟构成,分别设计曝气、 沉淀(整个氧化沟作为沉淀区)、 排水3 个工况。一般适于水量较小、 间歇排水的条件下使用。
7. 3. 2 VR 型氧化沟
VR 型氧化沟是实现了连续进出水的单沟交替式氧化沟。其特点是将曝气沟渠分成容积相等的 2部分,定时改变曝气器的旋转方向来改变沟内水流方向,使两部分池体交替地作为曝气池和沉淀池使用,不设二沉池和污泥回流系统。
7. 3. 3 D型/ DE 型氧化沟
D型氧化沟由池容完全相同的2 个氧化沟组成,两池串联运行, 交替作为曝气池和沉淀池,控制运行工况可以实现硝化和一定的反硝化。在两池交替的过渡轮换期内, 转刷全部停止工作。转刷的实际利用率低,是D型氧化沟的一个主要缺点。DE 型氧化沟是在D 型氧化沟基础上为强化生物脱氮而开发的新工艺。DE 型氧化沟为半交替式氧化沟,兼具连续工作式和交替工作式的特点。DE型氧化沟设有独立的二沉池和污泥回流系统,可以实现曝气和沉淀的完全分离;氧化沟内交替进行硝化和反硝化。沟内曝气转刷一般为双速,高速工作时曝气
充氧,低速工作时以推动水流为目的。通过两沟内转刷交替处于高速和低速运行, 使两沟交替处于好氧和缺氧状态,从而达到脱氮的目的。在DE 型氧化沟前增设一厌氧池, 可以实现强化生物除磷。
7. 3. 4 T 型氧化沟
在D型氧化沟基础上开发了T 型氧化沟。T 型氧化沟为三沟交替工作式氧化沟系统,较 D 型氧化沟设备利用率大大提高。T 型氧化沟前设置配水井,每沟之间相互贯通, 两侧沟上设有可调出水堰, 剩余污泥一般从中间沟道排出。T 型氧化沟运行灵活, 曝气沉淀均在沟内完成,无需设二沉池和污泥回流。T型氧化沟中存在三沟道污泥浓度不均匀的现象,即普遍存在侧边沟污泥浓度远大于中间沟的情况,这是三沟式氧化沟硝化,反硝化运行模式的必然结
果。可以通过延长反硝化阶段的时间来改善污泥浓度分布不均的情况。采用侧沟沉淀, 由于受反应器流态的影响,出水中悬浮物较多,沉淀效果不好,可以通过控制运行工况和改善沉淀环境来解决沉淀问题[ 7]。
7.3. 5 一体化氧化沟
一体化氧化沟集曝气、 沉淀、 泥水分离和污泥回流功能为一体,不需建单独的二沉池该工艺的主要特点: ¹工艺流程短, 构筑物设备少。不需设初沉池、 调节池和单独的二沉池,占地面积少。º污泥可自动回流到沟渠内, 省掉了回流泵房和相应的设备、
管道系统,节省了基建费用和运行费用。»造价低,建造快,管理工作量少。¼固液分离效果比一般二沉池高,运行稳定。
8 、 结束语
氧化沟工艺是一种处理效率高、 投资费用省、 运行稳定的处理技术,尤其适合我国的国情。目前, 我国采用氧化沟处理工艺的污水处理厂在逐渐增多。因此, 合理选择氧化沟的设计工艺,研究氧化沟污水处理新技术,对提高污水处理能力、 节约投资和降低运行费用均具有重要意义。主要体现在以下几方面：
(1) 氧化沟由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,在我国污水处理厂中有 着较为广泛的应用。
(2) 改良型氧化沟模型借鉴了卡罗塞尔氧化沟的构型和内回流方式,引用了侧沟式一体化氧化沟的侧沟固液分离技术,同时保留了奥贝尔氧化沟三沟串连层层推进的流态特点,是多种先进工艺的集成,是氧化沟技术研究的新进展。
(3)改良型氧化沟工艺具有系统简单、管理方便、节约能耗、 节省占地和减少基建投资 等优点。
参考文献
【1】 李启红 氧化沟工艺简述 工程设计 2010年第24卷第1期
【2】 李梅,于军亭,孟德良. 氧化沟技术在城市污水处理厂中应用[J]水处理技术, 2007,(01)
【3】 张峰. 氧化沟工艺处理城市污水[J]. 水处理技术, 2008, (07) .
【4】 刘炳娟. 氧化沟工艺及其在污水处理中的应用[J]. 邯郸职业技术学院学报, 2008, (03) .
【5】 马彬,陈峰. 氧化沟工艺在污水处理厂的应用[J]. 泰山乡镇企业职工大学学报, 2008, (02
【6】 戴红玲,胡锋平,王涛,刘靖. 氧化沟工艺在污水处理中的应用与研究新进展
[J]. 科技资讯, 2007, (32)
【7】 张建新, 黄克毅, 邢磊, 王阳. 改良氧化沟处理城市污水[J]. 水处理技术, 2007, (03)
【8】 刘利. 几种新型氧化沟污水处理工艺的特点浅析[J]. 化学工程与装备, 2008, (08) .