摘要: 簡要介紹了當今工程中常用的幾種氧化溝技術的特點及其發(fā)展歷程, 主要包括Carrousel 氧化溝、Orbal 氧化溝、交替式氧化溝以及一體化氧化溝。

關鍵詞: 氧化溝; 污水處理; 脫氮除磷

氧化溝( Oxidation Ditch ,OD) 污水處理工藝于20 世紀50 年代初期發(fā)展形成, 屬于延時曝氣活性污泥法。20 世紀60 年代以來, 氧化溝技術在歐洲、北美、南非、大洋洲等地得到了迅速的推廣和應用。據(jù)統(tǒng)計, 丹麥已興建了300 多座氧化溝污水處理廠, 占其污水處理廠的40%, 美國有500 多座氧化溝污水處理廠。我國自20 世紀80 年代以來從丹麥、美國等國家引進氧化溝技術, 建成了大約40 多座不同種類的氧化溝污水處理廠, 設計水量最大的達到30 萬t/d,最小的有72 t/d。氧化溝技術的發(fā)展不僅體現(xiàn)在數(shù)量增加上, 也體現(xiàn)在處理規(guī)模和處理對象的不斷擴大上。氧化溝的處理能力為500 萬人口當量至1000 萬人口當量, 既能用于生活污水的處理, 也能用于工業(yè)廢水和城市污水的處理。經(jīng)過幾十年的實踐和發(fā)展, 氧化溝技術被認為是出水水質(zhì)好、運行穩(wěn)定、基建投資費用和運轉(zhuǎn)費用低的污水生物處理方法。根據(jù)其構造和運行特征, 并根據(jù)不同的發(fā)明者和專利情況氧化溝可分為不同的類型, 下面介紹幾種工程中常用的具有代表性的氧化溝。

1 Carrousel 氧化溝

1.1 Carrousel 氧化溝的特征

Carrousel 氧化溝是一種單溝式環(huán)形氧化溝, 水深5 m 以上, 水與污泥混合后在溝渠內(nèi)作不停地循環(huán)流動。每組溝渠的同一端安裝一個垂直表面曝氣機, 該曝氣機兼有供氧和推流攪拌作用。Carrousel 氧化溝獨特的池型與相應的曝氣設備布局使之形成了靠近曝氣機下游的富氧區(qū)和曝氣機上游以及外環(huán)的缺氧區(qū), 這不僅有利于生物凝聚, 還使活性污泥易于沉淀。由于曝氣機周圍的局部地區(qū)能量強度比傳統(tǒng)活性污泥曝氣池中的能量強度高很多, 使得氧的轉(zhuǎn)移效率大大提高, 平均傳氧效率達到至少2.1 kg/( kW·h) 。因此,Carrousel 氧化溝具有極強的混合攪拌耐沖擊能力。當有機負荷較低時, 可以停止某些曝氣器的運行, 在保證水流攪拌混合循環(huán)流動的前提下, 節(jié)約能量消耗。和其他氧化溝工藝相比,Carrousel 氧化溝占地面積少, 土建費用低, 節(jié)能效果顯著, 管理維護簡單。其BOD 去除率高達95%～99%, 脫氮率可達90%以上, 除磷率在50%左右, 如配以投加混凝劑, 除磷效果可達95%。所以, 在所有的氧化溝處理工藝中它的應用最廣泛。

1.2 Carrousel 氧化溝的發(fā)展

從1968 年第一座Carrousel 氧化溝到今天的帶厭氧區(qū)的Carrousel氧化溝系統(tǒng), Carrousel 氧化溝發(fā)生了巨大的變化。其發(fā)展歷程可分為三代: 第一代普通Carrousel 氧化溝以去除BOD 為主要目的, 系統(tǒng)內(nèi)具備模糊的A/O 系統(tǒng), 硝化作用和反硝化作用發(fā)生在同一池中, 具有一定的脫氮除磷效果。第二代Carrousel2000 氧化溝系統(tǒng)強化了普通Carrousel 氧化溝系統(tǒng)的脫氮除磷功能, 此系統(tǒng)在普通Carrousel 氧化溝前增加一個厭氧池和一個缺氧池, 以便有利于脫氮除磷。第三代Carrousel3000 氧化溝是在Carrousel2000 氧化溝系統(tǒng)前再加一個生物選擇區(qū)。該生物選擇區(qū)是利用高有機負荷篩選菌種, 抑制絲狀細菌的增長, 提高各污染物的去除率。其后的工藝原理與Carrousel2000 氧化溝系統(tǒng)相同。

2 Orbal 氧化溝

起源于南非、發(fā)展于美國的Orbal 氧化溝是具有脫氮除磷的新工藝之一, 因其在技術、經(jīng)濟上具有獨特優(yōu)勢而受到國內(nèi)外污水處理界的重視。Orbal 氧化溝是一種多渠道氧化溝系統(tǒng), 一般由3 條同心圓形成或橢圓形渠道組成, 各渠道之間相通。進水先引入最外側(cè)的渠道, 在其中不斷循環(huán)流動的同時, 依次進入下一個渠道, 相當于一系列完全混合反應池串聯(lián)在一起, 最后從中心渠道排出。渠內(nèi)設導向閥, 使進水位于出水口的下游, 以避免污水的短流。曝氣設備多采用曝氣轉(zhuǎn)盤, 轉(zhuǎn)盤的數(shù)量取決于渠內(nèi)所需的溶解氧量, 水深一般3.5 m～4.5 m, 并保持溝底流速為0.3 m/s ～0.9 m/s。在3 條渠道系統(tǒng)中, 從外到內(nèi), 第一渠道的容積約為總?cè)莘e的60%～70%, 第二渠約為總?cè)莘e的20%～30%, 第三渠則僅占總?cè)莘e的10%。在運行時應保持第一、二及三渠的溶解氧分別為0 mg/L,1 mg/L,2 mg/L,即所謂三溝DO 的0- 1- 2 梯度分布。第一渠中氧的吸收率很高, 通常高于供氧速率, 供給的大部分溶解氧立即被消耗掉; 在第二、三渠道中, 氧的吸收率低, 盡管反應池中的供氧量比較低, 溶解氧的量卻可以保持較高水平。這種供氧方式有以下幾個優(yōu)點: 一是第一渠的供氧既能滿足降解BOD 需要, 又能維持渠內(nèi)的溶解氧為零, 這樣既能節(jié)約能耗, 又能滿足反硝化條件; 二是在第一渠缺氧的條件下, 微生物可進行磷的釋放, 以使它們在好氧環(huán)境下吸收廢水中磷, 達到除磷效果; 三是在3 條溝渠中形成較大的溶解氧梯度, 有利于提高充氧效率。

隨著Orbal 氧化溝工藝優(yōu)越性的展現(xiàn), 采用此工藝的污水處理廠日益增多。我國20 世紀80 年代就引進了此項技術, 但真正引起重視卻是在最近幾年。由于對Orbal 氧化溝系統(tǒng)的研究還不夠成熟, 故引進國外的技術設備多, 自己的東西少, 缺乏系統(tǒng)的研究與總結(jié), 也缺乏實際操作、運行、控制經(jīng)驗。我們應對該工藝進行更進一步的實際應用考察和性能研究, 為今后的工程設計和運行管理提供參考依據(jù)和技術指導, 使其適合國內(nèi)需要且能最大限度地發(fā)揮功效。

3 交替式氧化溝

交替式氧化溝是由丹麥Kruger 公司創(chuàng)建, 有二池交替( D 型) 和三池交替( T 型) 運行的氧化溝。它們可以在不設二沉池的條件下連續(xù)運行,溝深可以在2 m～3.5 m 之間調(diào)整。D 型氧化溝由容積相同的A,B 兩池組成, 串聯(lián)運動, 交替地作為曝氣池和沉淀池, 一般以8 h 為一個運動周期。

該系統(tǒng)可得到十分優(yōu)良的出水和穩(wěn)定的污泥, 同樣不需設污泥回流裝置, 缺點是曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率僅為37.5%。為了克服D 型系統(tǒng)的缺點,Kruger 公司又開發(fā)了T 型氧化溝, 從而將設備利用率提高到58%, 而后發(fā)展的動態(tài)順序沉淀( DSS) 氧化溝的設備利用率為70%。

D 型交替式氧化溝以去除BOD 為主, 若要同時脫氮除磷, 就需在氧化溝前后分別增設厭氧池和沉淀池。而三溝式氧化溝脫氮除磷可在同一反應器中完成?？傊? 這種交替式運行工藝提高了處理效率, 同時脫氮除磷效果顯著。但其容積利用率比較低, 使其占地面積遠遠大于其他氧化溝工藝, 因此在選擇工藝時, 應慎重考慮, 權衡利弊。

4 一體化氧化溝

一體化氧化溝( Integrated Oxidation Ditch) 又稱合建式氧化溝。廣義地說, 一體化氧化溝就是不單獨設二沉池及污泥回流裝置的氧化溝。這一意義上的氧化溝包括早期間歇運行的Pasveer 氧化溝和20 世紀70 年代在丹麥發(fā)展起來的交替式氧化溝。狹義的氧化溝是指充分利用氧化溝的較大容積與水面, 在不影響氧化溝正常運行的情況下, 通過改進氧化溝部分區(qū)域的結(jié)構或在溝內(nèi)設置一定的裝置, 使泥水分離過程在溝內(nèi)完成的氧化溝。這一概念在20 世紀80 年代初由美國最先提出, 并將此類型氧化溝統(tǒng)稱為ICC( Interchannel Clarifier) 型氧化溝, 到目前為止, 美國已建有近百座這一類型的一體化氧化溝。

與其他氧化溝相比, 一體化氧化溝處理效果不是很好, 主要原因是:其一, 由于固液分離器和氧化溝渠的一體化設計, 使出水易受水質(zhì)、水量波動的影響, 影響出水效果; 其二, 對固液分離器的設計和安裝要求較高, 但工程上往往達不到要求。但一體化氧化溝也有顯著優(yōu)點: 由于省去了二沉池, 占地面積小, 污泥自動回流, 管理更方便, 能耗少, 投資成本和運行費用較低。所以, 該工藝特別適合在小城市和小城鎮(zhèn)的污水處理、旅游景點的生活污水處理及類似情況下推廣。

5 各種類型氧化溝的發(fā)展方向

( 1) 發(fā)展生物除磷脫氮技術。至今氧化溝系統(tǒng)多為活性污泥法,可以借鑒生物膜理論,提高單位反應器的微生物總量,從而提高有機負荷,但需著重解決水力設計問題。

( 2) 提高氧化溝中微生物的活性。在氧化溝中投加專一菌種、投入鐵鹽, 使微生物馴化成生物鐵,投入活性炭增強菌膠團的形成并提高耐毒性沖擊等都是氧化溝技術的研究方向。

( 3) 提高氧化溝設備性能和監(jiān)控技術, 使氧化溝系統(tǒng)進一步節(jié)能。提高表面曝氣機、水下推進器的性能,減少維修工作量。利用DO, ORP 等多目標監(jiān)控技術及變頻技術是今后氧化溝科學運行的必由之路。

( 4) 提高氧化溝的耐寒、耐毒性能,減少占地面積和工程造價。

6 結(jié)語

作為一種成熟的生物處理方法, 氧化溝具有處理效果好、能耗低、基建投資省、運行管理簡單、污泥生成量少、耐沖擊負荷等優(yōu)點。在進行實際設計時應充分分析該技術在不同工程中的應用狀況, 吸收消化國內(nèi)工程設計的成功經(jīng)驗, 結(jié)合各地的水量、水質(zhì)特征及經(jīng)濟發(fā)展水平, 綜合確定氧化溝類型和具體的設計參數(shù)。

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