污水處理 | 氧化溝工藝分析

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2017-11-23

氧化溝（oxidation ditch）又名連續(xù)循環(huán)曝氣池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一種變形。氧化溝污水處理工藝是在20世紀50年代由荷蘭衛(wèi)生工程研究所研制成功的。


自從1954年在荷蘭首次投入使用以來。由于其出水水質(zhì)好、運行穩(wěn)定、管理方便等技術(shù)特點，已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛的應(yīng)用于生活污水和工業(yè)污水的治理。


至今，氧化溝技術(shù)己經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，在構(gòu)造形式、曝氣方式、運行方式等方面不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了種類繁多、各具特色的氧化溝。


目前應(yīng)用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾（Pasveer）氧化溝、卡魯塞爾（Carrousel）氧化溝、奧爾伯（Orbal）氧化溝、T型氧化溝（三溝式氧化溝）、DE型氧化溝和一體化氧化溝。






工藝特點
（1）構(gòu)造形式多樣性
基本形式氧化溝的曝氣池呈封閉的溝渠形，而溝渠的形狀和構(gòu)造則多種多樣，溝渠可以呈圓形和橢圓形等形狀。可以是單溝系統(tǒng)或多溝系統(tǒng)；多溝系統(tǒng)可以是一組同心的互相連通的溝渠，也可以是相互平行，尺寸相同的一組溝渠。


有與二次沉淀池分建的氧化溝也有合建的氧化溝，合建的氧化溝又有體內(nèi)式和體外式之分，等等。多種多樣的構(gòu)造形式，賦予了氧化溝靈活機動的運行性能，使他可以按照任意一種活性污泥的運行方式運行，并結(jié)合其他工藝單元，以滿足不同的出水水質(zhì)要求。


（2）曝氣設(shè)備的多樣性
常用的曝氣設(shè)備有轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)盤、表面曝氣器和射流曝氣等。不同的曝氣裝置導(dǎo)致了不同的氧化溝型式，如采用表曝氣機的卡魯塞爾氧化溝，采用轉(zhuǎn)刷的帕斯維爾氧化溝等等。


與其他活性污泥法不同的是，曝氣裝置只在溝渠的某一處或者幾處安設(shè)，數(shù)目應(yīng)按處理場規(guī)模、原污水水質(zhì)及氧化溝構(gòu)造決定，曝氣裝置的作用除供應(yīng)足夠的氧氣外，還要提供溝渠內(nèi)不小于0.3m/s的水流速度，以維持循環(huán)及活性污泥的懸浮狀態(tài)。






（3）曝氣強度可調(diào)節(jié)
氧化溝的曝氣強度可以通過兩種方式調(diào)節(jié)。一是通過出水溢流堰調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)溢流堰的高度改變溝渠內(nèi)水深，進而改變曝氣裝置的淹沒深度，使其充氧量適應(yīng)運行的需要。


淹沒深度的變化對曝氣設(shè)備的推動力也會產(chǎn)生影響，從而可以對進水流速起到一定的調(diào)節(jié)作用；其二是通過直接調(diào)節(jié)曝氣器的轉(zhuǎn)速：由于機電設(shè)備和自控技術(shù)的發(fā)展，目前氧化溝內(nèi)的曝氣器的轉(zhuǎn)速時可以調(diào)節(jié)的，從而可以調(diào)節(jié)曝氣強度的推動力。


（4）簡化了預(yù)處理和污泥處理
氧化溝的水力停留時間和污泥齡都比一般生物處理法長，懸浮裝有機物與溶解性有機物同時得到較徹底的穩(wěn)定，姑氧化溝可以不設(shè)初沉池。


由于氧化溝工藝污泥齡長，負荷低，排出的剩余污泥已得到高度穩(wěn)定，剩余污泥量也較少。因此不再需要厭氧消化，而只需進行濃縮和脫水。




工藝缺點
（1）污泥膨脹問題當(dāng)廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負荷較高時。


微生物的負荷高，細菌吸取了大量營養(yǎng)物質(zhì)，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì)，使活性污泥的表面附著水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨脹。


（2）泡沫問題由于進水中帶有大量油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)轉(zhuǎn)刷充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫；泥齡偏長，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。


（3）污泥上浮問題當(dāng)廢水中含油量過大，整個系統(tǒng)泥質(zhì)變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上�。�


當(dāng)曝氣時間過長，在池中發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮氣，使污泥上�。涣硗�，廢水中含油量過大，污泥可能挾油上浮。




（4）流速不均及污泥沉積問題在氧化溝中，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內(nèi)循環(huán)流動。


一般認為，最低流速應(yīng)為0.15m/s，不發(fā)生沉積的平均流速應(yīng)達到0.3-0.5m/s。氧化溝的曝氣設(shè)備一般為曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)刷的浸沒深度為250-300mm，轉(zhuǎn)盤的浸沒深度為480-530mm。


與氧化溝水深（3.0-3.6m）相比，轉(zhuǎn)刷只占了水深的1/10-1/12，轉(zhuǎn)盤也只占了1/6-1/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為0.8-1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特別是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒有流速），致使溝底大量積泥（有時積泥厚度達1.0m），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質(zhì)。




改良氧化溝池型的構(gòu)建原則


改良氧化溝池型的構(gòu)建是在一體化簡易污水處理技術(shù)的思想基礎(chǔ)上，依托于卡魯塞爾氧化溝、一體化氧化溝和奧貝爾氧化溝而建立的。


它是以連續(xù)流的方式，不作專門的時空調(diào)配，通過空間分區(qū)和空間順序及對溶解氧的優(yōu)化控制，將污水凈化(C、N、P的去除)和固液分離功能集于一體，以水力內(nèi)回流的方式替代機械內(nèi)回流的反應(yīng)器。構(gòu)建的總原則是以連續(xù)流的方式，在更少的和合理的空間中完成C、N、P和SS的同時去除。






改良氧化溝池型


按上述構(gòu)建原則，提出了改良型氧化溝模型。污水流入外溝經(jīng)回流調(diào)節(jié)閘板后流經(jīng)中溝和內(nèi)溝，在各溝道內(nèi)循環(huán)數(shù)十次到數(shù)百次，最終由固液分離器進行泥水分離出水。


外—中—內(nèi)溝道分別為好氧/缺氧交替區(qū)、厭氧區(qū)和好氧區(qū)，完成有機物的降解和同時脫氮除磷。該模型著重在保留奧貝爾氧化溝硝化反硝化優(yōu)勢，同時克服該工藝占地面積大的缺點。


借鑒卡羅塞爾氧化溝跑道型溝道的構(gòu)型和水力內(nèi)回流方式，減少了大回流比的機械設(shè)備；考慮將奧貝爾氧化溝的同心圓型溝道展開，去掉中心島的無效占地，同時又保留其三溝道串連、層層推進的流態(tài)特點。


另外，將一體化氧化溝中的側(cè)溝固液分離器技術(shù)也揉合了進來，不設(shè)置單獨的二沉池并實現(xiàn)污泥的無泵自動回流。






改良氧化溝的優(yōu)化分析
（1）改良型氧化溝采用奧貝爾氧化溝三溝道串聯(lián)的特性，將各分區(qū)考慮成串聯(lián)，從而有利于難降解有機物的去除，并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。


（2）改良型氧化溝借鑒奧貝爾氧化溝的溶解氧梯度分布，具有較好的脫氮功能。在外溝道形成交替的好氧和大區(qū)域的缺氧環(huán)境，較高程度地發(fā)生“同時硝化/反硝化”，即使在不設(shè)內(nèi)回流的條件下，也能獲得較好的脫氮效果。


由于外溝道溶解氧平均值很低，氧傳遞作用是在虧氧條件下進行的，所以氧的傳遞效率有所提高，有一定的節(jié)能效果，一般約節(jié)省能耗15%-20%。加之外溝道內(nèi)所特有的同時硝化/反硝化功能，節(jié)能效果更為明顯。內(nèi)溝道作為最終出水的把關(guān)，一般應(yīng)保持較高的溶解氧，但內(nèi)溝道容積最小，能耗相對較低。


（3）改良型氧化溝將奧貝爾氧化溝布置相對困難的圓形或橢圓形溝型設(shè)計為環(huán)狀跑道型，降低了占地面積和工程造價。同時取消了無效占地的中心島，進一步節(jié)省占地面積和造價。


（4）改良型氧化溝借鑒卡羅塞爾氧化溝水力條件，使內(nèi)溝的好氧區(qū)向外溝的缺氧區(qū)回流實現(xiàn)了水力內(nèi)回流，簡化了處理環(huán)節(jié)、節(jié)省了設(shè)備和能耗。
（5）改良型氧化溝借鑒一體化氧化溝將集曝氣凈化和固液分離于一體的優(yōu)勢，不單獨建二沉池和污泥回流泵站，污泥自動回流，簡單、節(jié)能且節(jié)省占地和基建投資。