污水處理 | 氧化溝工藝分析

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2017-11-23

氧化溝（oxidation ditch）又名連續循環曝氣池（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。由于其出水水質好、運行穩定、管理方便等技術特點，已經在國內外廣泛的應用于生活污水和工業污水的治理。


至今，氧化溝技術己經歷了半個多世紀的發展，在構造形式、曝氣方式、運行方式等方面不斷創新，出現了種類繁多、各具特色的氧化溝。


目前應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，而溝渠的形狀和構造則多種多樣，溝渠可以呈圓形和橢圓形等形狀�？梢允菃螠舷到y或多溝系統；多溝系統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式和體外式之分，等等。多種多樣的構造形式，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，并結合其他工藝單元，以滿足不同的出水水質要求。


（2）曝氣設備的多樣性
常用的曝氣設備有轉刷、轉盤、表面曝氣器和射流曝氣等。不同的曝氣裝置導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，數目應按處理場規模、原污水水質及氧化溝構造決定，曝氣裝置的作用除供應足夠的氧氣外，還要提供溝渠內不小于0.3m/s的水流速度，以維持循環及活性污泥的懸浮狀態。






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


淹沒深度的變化對曝氣設備的推動力也會產生影響，從而可以對進水流速起到一定的調節作用；其二是通過直接調節曝氣器的轉速：由于機電設備和自控技術的發展，目前氧化溝內的曝氣器的轉速時可以調節的，從而可以調節曝氣強度的推動力。


（4）簡化了預處理和污泥處理
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定，姑氧化溝可以不設初沉池。


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，排泥不暢等易引發絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發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物質，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，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，處理系統不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經轉刷充氧攪拌，產生大量泡沫；泥齡偏長，污泥老化，也易產生泡沫。


（3）污泥上浮問題當廢水中含油量過大，整個系統泥質變輕，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，產生腐化污泥上浮；


當曝氣時間過長，在池中發生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發生反硝化作用，產生氮氣，使污泥上��；另外，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循環流動。


一般認為，最低流速應為0.15m/s，不發生沉積的平均流速應達到0.3-0.5m/s。氧化溝的曝氣設備一般為曝氣轉刷和曝氣轉盤，轉刷的浸沒深度為250-300mm，轉盤的浸沒深度為480-530mm。


與氧化溝水深（3.0-3.6m）相比，轉刷只占了水深的1/10-1/12，轉盤也只占了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。




改良氧化溝池型的構建原則


改良氧化溝池型的構建是在一體化簡易污水處理技術的思想基礎上，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。


它是以連續流的方式，不作專門的時空調配，通過空間分區和空間順序及對溶解氧的優化控制，將污水凈化(C、N、P的去除)和固液分離功能集于一體，以水力內回流的方式替代機械內回流的反應器。構建的總原則是以連續流的方式，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


按上述構建原則，提出了改良型氧化溝模型。污水流入外溝經回流調節閘板后流經中溝和內溝，在各溝道內循環數十次到數百次，最終由固液分離器進行泥水分離出水。


外—中—內溝道分別為好氧/缺氧交替區、厭氧區和好氧區，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型和水力內回流方式，減少了大回流比的機械設備；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、層層推進的流態特點。


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






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


（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域的缺氧環境，較高程度地發生“同時硝化/反硝化”，即使在不設內回流的條件下，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，有一定的節能效果，一般約節省能耗15%-20%。加之外溝道內所特有的同時硝化/反硝化功能，節能效果更為明顯。內溝道作為最終出水的把關，一般應保持較高的溶解氧，但內溝道容積最小，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計為環狀跑道型，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，使內溝的好氧區向外溝的缺氧區回流實現了水力內回流，簡化了處理環節、節省了設備和能耗。
（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勢，不單獨建二沉池和污泥回流泵站，污泥自動回流，簡單、節能且節省占地和基建投資。