氧化沟工艺技术

1、氧化沟工艺 氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化，最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。 氧化沟(Oxidation Ditch)污水处理的整个过程如进水、曝气、沉淀、污泥稳定和出水等全部集中在氧化沟内完成，最早的氧化沟不需另设初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流设备。后来处理规模和范围逐渐扩大，它通常采用延时曝气，连续进出水，所产生的微生物污泥在污水曝气净化的同时得到稳定，不需设置初

2、沉池和污泥消化池，处理设施大大简化。 不仅各国环境保护机构非常重视，而且世界卫生组织(WH0)也非常重视。在美国已建成的污水处理厂有几百座，欧洲已有上千座。在我国，氧化沟技术的研究和工程实践始于上一世纪70年代，氧化沟工艺以其经济简便的突出优势已成为中小型城市污水厂的首选工艺。 氧化沟工艺自诞生以来，其发展过程可分为四个阶段： 氧化沟(Oxidation Ditch)是本世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法。 1954年荷兰建成了世界上第一座氧化沟污水处理厂，其原型为一个环状跑道式的斜坡池壁的间歇运行反应池，白天用作曝气池，晚上用作沉淀池，其生化需氧量(BOD)去除率可达97%，由

3、于其结构简单，处理效果好，从而引起了世界各国广泛的兴趣和关注。历史与现状 自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用，其工艺和构造也有了很大的发展和进步，处理能力不断地提高，已经建成规模为650,000m3/d的大型的以氧化沟为主要工艺的污水处理厂；同时处理范围不断地扩大，不仅能处理生活污水，也能处理工业废水，而且在脱氮除磷方面表现了极好的性能。1.第一代氧化沟Pasveer氧化沟Pasveer氧化沟当时用来处理村镇的污水，服务人口只有340人。这是一种间歇流的处理厂，它把常规处理系统的四个主要内容合并在一个沟中完成，白天进水曝气，夜

4、间用作沉淀池，BOD5的去除率达到97%左右。采用卧式表面曝气机曝气及推流，每隔一段时间，Pasveer氧化沟的曝气机就需停下来，使沟内的污泥沉淀，排出处理后的出水。第一代氧化沟沟深12.5m，为了达到连续运行，Pasveer氧化沟发展的多种形式，设置了二沉池。这一阶段的氧化沟主要是延时曝气系统。2.第二代氧化沟规模型和用于处理工业废水氧化沟因其简易、运行管理方便等优点，自60年代以来其数量和规模不断增长和扩大。处理对象也从处理生活污水发展到既能处理城市污水又能处理工业废水。这期间，有相当多的工业废水也相继采用氧化沟技术进行处理的工程范例。新一代氧化沟由于采用直径1米的曝气刷（Mammoth

5、Rotor系由Passavant公司生产）和立式曝气器（DHV公司），使氧化沟的沟深逐步扩大。使用Mammoth Rotor沟深可达3.5m，沟宽可达20m。而使用立式曝气器的氧化沟，后来称为Carrousel氧化沟，沟深可达4.5m。这一阶段的氧化沟考虑到了硝化和反硝化。 最初的氧化沟主要用于去除水中的BOD和COD，以满足污水的排放标准。随着水体富营养化问题的出现，许多国家都开始控制进入水体中的氮和磷的排放量，并制定了较为严格的污水处理厂出水中氮和磷的排放标准。一些不仅能去除污水中的BOD和COD，而且兼具有生物脱氮除磷功能的氧化沟应运而生，这就是第二代氧化沟。3.第三代氧化沟多样性发展随

6、着氧化沟技术的发展，人们从不同的角度对氧化沟作了深入细致的研究，出现了许多种新型的氧化沟，如：DHV公司的Carrousel 2000型、Carrousel Dlenit型、DHVEIMCO Carrousel氧化沟丹麦Kruger公司的双沟、三沟式氧化沟德国Passavant公司使用Mammoth Rotor的深型氧化沟美国Envirex公司的Orbal多环型氧化沟这一阶段的氧化沟进一步考虑到了利用氧化沟进行除磷脱氮处理，许多新的概念被提出来，产生了许多新的设计方法。在这一时期，氧化沟出现不只是延时曝气低负荷系统，还出现了所谓“高负荷氧化沟”、“要求硝化的氧化沟”、“要求硝化反硝化及除磷的氧

7、化沟”及“要求污泥稳定的氧化沟”等，还有许多的新的沟型出现。 我国近10年来在研究和推广应用氧化沟技术方面也有了很迅速的发展。据不完全统计，目前已有10余座大型氧化沟污水厂在运行中，其中邯郸市东污水厂处理能力(第一期)为66,000 m3/d；昆明市第一污水厂处理能力为55,000 m3/d；桂林市东区污水厂处理能力为40,000 m3/d；金山水质净化总厂的三槽式氧化沟处理能力已经达到138,800m3/d；另外，有一些小型氧化沟，处理能力为200 1000 m3/d不等，主要用于小区及工业废水的处理。4. 第四代的氧化沟曝气净化与污泥的沉淀分离一体化80年代初期，美国最早提出将二沉淀池直接

8、设置在氧化沟中的一体氧化沟概念，在短短的十几年中，这一概念在实际中得到迅速发展和应用，并显示出极为广阔的前景。所谓一体化氧化沟，就是充分利用氧化沟较大的容积和水面，在不影响氧化沟正常运行的情况下，通过改进氧化沟部分区域的结构或在沟内设置一定的装置，使污水分离过程在氧化沟内完成。美国环境保护局将这一技术称之谓革新即可选择的（I/A）技术。一体化氧化沟由于其中沉淀区结构形式及运行方式不同，有多种型式，例如：1）带沟内分离器的一体化氧化沟（BMTS式）2）船形一体化氧化沟3）侧沟或中心岛式一体化氧化沟（中国）4）交替曝气式氧化沟氧化沟工艺的演变图 三沟式 单沟式 双沟式 AE型 DE型 (BioDN

9、P) DE型 (BioDN) 出水堰 厌氧池 沉淀池 氧化沟 转刷 图例 工作特性分析 根据A/O和A2/O生物脱氮除磷的工艺原理，人们发现改变氧化沟的构造和操作方式就可以在其中形成与A/O和A2/O工艺类似的环境，从而使其实现脱氮除磷的目的。这是因为氧化沟具有其特殊的水流混合特性，它界于推流式和完全混合式之间，或者说基本上是完全混合式，同时又具有推流式的某些特征。工作特性分析 如果着眼于整体，可以认为氧化沟是一个完全混合池，其中的污水水质几近一致，它因此可以处理高浓度有机废水，能够承受水量和水质的冲击负荷。如果着眼于氧化沟中的某一段，就可以发现某些推流式的特征。这种水流搅动情况和溶解氧浓度沿

10、池长变化的特征，十分有利于活性污泥的生物凝聚作用，且可以利用来进行硝化、反硝化作用以及吸磷、释磷作用，以达到生物脱氮除磷的效果。工艺特点 生产实践和试验研究表明，氧化沟污水处理技术的主要优点是：处理流程简单，构筑物少，一般情况下可不建初沉池和污泥消化池，某些条件下还可以不建二沉池和污泥回流系统，因此基建费用较省；处理效果好且稳定可靠，出水水质不仅可满足BOD5和SS的排放标准，且可实现脱氮、除磷等深度处理的要求；工艺特点采用的机械设备少，运行管理十分方便，不要求具有高技术水平的管理人员；对高浓度工业废水有很大的稀释能力，能承受水量、水质的冲击负荷，消除其对活性污泥细菌的抑制作用，而且对其中含有

11、的不易降解的有机物也有较好的处理效果；氧化沟污泥生成量少，且已在氧化沟中得到好氧稳定，不需要设污泥消化池，因而使得污泥后处理大大简化，节省运行费用，且便于管理；当需要进行脱氮除磷处理时，氧化沟的能耗和运行费用较传统的处理流程低。 氧化沟技术由于具有以上的潜质和灵活机动性，因而越来越受到各国环保专家和环保工作者的重视，不仅在欧洲得到了相当程度的普及，也受到了美国等国家的欢迎。美国环保局(EPA)曾对氧化沟系统及其它生物处理系统的基建费用和运行费用进行了比较，其报告结论是：“氧化沟能够通过最低限度的操作，稳定地达到BOD5和TSS去除率的要求。同时，成本数据表明，在379m3/d 3,7850m3

12、/d的流量范围内，氧化沟比其他技术更经济有效。”氧化沟的形式 氧化沟根据其构造和运行特征，并根据不同的发明者和专利情况可分为不同的类型。以下介绍几种常用的典型的氧化沟系统。Carrousel氧化沟1一出水堰：2一曝气器卡鲁塞尔氧化沟图Carrousel氧化沟 Carrousel氧化沟是60年代末由荷兰DHV公司研制成功的，当时开发这一工艺的主要目的是寻求一种渠道更深、效率更高和机械性能更好的系统设备，来改善和弥补当时流行的转刷式氧化沟的技术弱点。技术特征 这是一个多沟串联的系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流动。 卡鲁赛尔 (Carrousel)氧化沟采用垂直安装的低速表面

13、曝气器，每组沟渠安装一个，均安装在同一端，因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。其BOD5去除率可达95%99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%。Carousel氧化沟的表面曝气机单机功率大，其水深可达5m以上，使氧化沟占地面积减少，土建费用降低。由于曝气机周围的局部区域能量强度比传统活性污泥曝气池中的强度高得多，使得氧的转移效率大大提高，平均传氧效率达到至少2.1kg/kwh。 因此，Carrousel氧化沟具有极强的混合搅拌耐冲击能力。当有机负荷较低时，可以停止某些曝气器的运行，在保证水流搅拌混合循环流动的前提下，

14、节约能量消耗。Carrousel氧化沟的发展 为了满足越来越严格的水质排放标准，Carrousel氧化沟在原有的基础上开发出了许多新的设计，实现了新的功能。这些新的Carrousel氧化沟在提高处理效率、降低运行能耗、改进活性污泥性能和生物脱氮除磷方面成为新沟型。主要包括:单级标准Carrousel工艺和变形；Carrousel DN/Carrousel2000工艺；新型的四段、五段Carrousel/BardenPho工艺系统。Carrousel氧化沟的发展 Carrousel2000是一种反硝化脱氮工艺，其突出的优点是可实现硝化液的高回流比，达到较高程度的脱氮率，同时无需任何回流提升动力。

15、 卡鲁塞尔BarDNP系统是在Carrousel2000下游增设了第二缺氧池及再曝气池，达到了更高程度的脱氮。Carrousel氧化沟的发展 目前，一种最新型的Carrousel氧化沟系统诞生在荷兰的Dukh城西部的Leidsche Rijn，其主要特点是比普通Carrousel氧化沟深，达到7.5m，独特的圆形缠绕式设计降低了建设成本和减少了污水厂土地占用。但随着对环境要求严格，去除污染物目标的增加，氧化沟工艺流程也变得越来越复杂，增加了应用的局限性。工程实例昆明第一污水处理厂 昆明第一污水处理厂采用了Carrousel/BarDNP氧化沟，其主要设计指标如表所示。项目BOD5(mg/L)C

16、OD (mg/L)SS(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)进水153010100.5 1工程实例昆明第一污水处理厂设计运行参数为：混合液浓度：4 g/L污泥负荷：0.05 kgBOD5/kgMLSSd污泥产率：0.65 kgMLSSkgBOD5回流污泥浓度：8g/L污泥回流比：100%污泥龄：30d流速：0.3 m/s昆明第一污水处理厂 该厂于1991年投产以来，大部分出水指标均能达到设计要求，且磷的去除效果十分理想，出水TP能维持在0.5mg/L以下，去除率稳定在90%左右。效果较差、且不稳定的是TN指标。 运行中主要存在的问题是氧化沟流速不够，推动力不能满

17、足需要，使得氧化沟中存在污泥沉淀现象，有时甚至比较严重。再则是氧化沟中供氧不足，这是造成NH4+-N硝化不好、总氮去除效果差的主要原因。交替式氧化沟 交替式氧化沟是由丹麦Krger公司创建的，有二池和三池交替工作的两种情况。 二池交替工作的氧化沟又可分为VR型、D型，如图所示。交替工作的氧化沟(V-R型) 图1沉砂池；2曝气转刷；3出水堰；4排泥管；5污泥井；6氧化沟二池交替工作的氧化沟(D型) 图1沉砂池；2曝气转刷：3一出水堰4一排泥管；5一污泥井VR型氧化沟是将曝气沟渠分为A、B两部分，其间有单向活扳门相连。利用定时改变曝气转刷的旋转方向，以改变沟渠中的水流方向，使A和B两部分交替地作为

18、曝气区和沉淀区，因此不需另设二沉池。当沉淀区改变为曝气区运行时，己沉淀的污泥会自动与水相混合，因此不需设置污泥回流装置。这种系统简化了流程，节省了基建费用和运行费用，管理也很方便。D型氧化沟由容积相同的A、B两池组成。串联运行，交替地作为曝气池和沉淀池，一般以8小时为一个运行周期。该系统可得十分优质的出水和稳定的污泥，同样不需设污泥回流装置。缺点是曝气转刷的利用率仅为37.5%。 为了克服D型系统的缺点，Krger公司又开发了三沟式(T型)氧化沟，从而将设备利用率提高到了58%，而后发展的动态顺序沉淀(DSS)氧化沟的设备利用率为70%。三池交替工作氧化沟系统(T型)图1沉砂池：2曝气转刷：3

19、出水溢流堰：4排泥井：5污泥井三沟式氧化沟技术特征该系统由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟之间相互双双连通。在运行时，两侧的A、C两池交替地用作曝气池和沉淀池。中间的B池一直维持曝气，进水交替地引入A池或C池，出水相应地从C池或A池引出。这样做提高了曝气转刷的利用率，还有利于生物除磷。三沟式氧化沟技术特征进水的分配和出水调节堰完全靠自控装置控制。三沟式氧化沟的脱氮是通过双速电机来实现的，曝气转刷能起到混合器和曝气器的双重功能。工程实例邯郸市东污水处理厂 邯郸市东污水处理厂是我国利用丹麦政府赠款引进丹麦Krger公司三沟式氧化沟技术修建的，也是我国的第一座三沟式氧化沟污水处

20、理厂。该厂占地5万m2，总设计规模为10万m3/d，其中工业废水和生活废水各占50%。汇水面积26km2，规划服务人口35万。一期工程处理流量为6.6万m3d，于1990年11月投入使用。邯郸市东污水处理厂污水污泥处理工艺流程图主要处理构筑物技术参数曝气沉砂池，长22m，有效容积2245m3，处理水量10万立方米，近期水力停留时间为1min。配水井，两座，每座安设3个5m长的可调节溢流堰，控制向对应的3座氧化沟的进水。污泥浓缩池，直径16m，容积600m3，设栅式连续刮泥机，污泥浓度可由4g/L提高到40g/L。污泥脱水机，采用2台带式压滤机(HP2000型)，带宽2000mm，单台能力121

21、5m3/h，功率2.5kw，脱水后含固率为20%左右。主要处理构筑物技术参数 氧化沟，两组三沟式氧化沟，每组平面尺寸9873m，水深3.5m，两组总容积为39900m3，共装有直径1m，长9m的曝气转刷28台(转速72rmin，功率45kw，充氧能力74kgO2/h)，在两侧的沟渠内设有5m长的可调式溢流堰32个，水力停留时间约为16小时(包括沉淀)。 1991年4月后运行趋向正常，各项水质指标均达到了设计要求。项目 BOD5(mg/L)COD (mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)进水范围90130178.82257015014.522.338.5

22、50.46.913.3平均105.8194.895.517.443.88.3出水范围2.517.119.535.85.511.80.654.18.917.91.85.3平均6.826.67.72.511.73.1设计要求范围134160.022.0平均1520.02 36 12ObraI氧化沟 Orbal氧化沟是一种多渠道的氧化沟系统，沟中有若干多孔曝气圆盘的水平旋转装置，用以进行传氧和混合。此法是由南非的Huisman提出的，后来这项技术被转让给Envirex公司加以推广。该公司于1970年开始把它投放市场，并在设计上进行了一些改进，从而使该系统在经济上更具竞争力，目前已有200多座Orba

23、l氧化沟在运转。Orbal氧化沟图ObraI氧化沟 氧化沟由多个同心的沟渠组成，沟渠呈圆形或椭圆形，进水先引入最外的沟渠，在其中不断循环的同时，依次引入下一个沟渠，最后从中心沟渠排出，这相当于一系列完全混合反应池串联在一起。但是n个串联的完全反应池与单个渠的动力学是不同的. ObraI氧化沟 Orbal系统中每一圆形沟渠均表现出单个反应器的特性。例如，对氧的吸收率进水渠最高，出水渠最低，相应溶解氧浓度从外沟到内沟依次增高，渠与渠之间有相当大的变化。用这种方法，Orbal系统具有接近推流反应器的特性，可以达到快速去除有机物和氨氮的效果。Orbal这种串联形式，可以兼有完全混合式与推流式的优点。O

24、braI氧化沟技术特征曝气设备均采用曝气转盘。由于曝气盘上有大量的曝气孔和楔形突出物，增加了推进混合和充氧效率，水深可达3.54.5m，并保持沟底流速0.30.9m/s。同时可以借助配置各沟中不同的曝气盘数目，变化输入每一沟的供氧量。圆形或椭圆形的平面形状，比渠道较长的氧化沟更能利用水流惯性，可节省推动水流的能耗。多渠串联的形式可减少水流短流现象。Orbal氧化沟的分区常用的Orbal型氧化沟分为三条沟渠，第一渠道的容积约为总容积的60%70%，第二渠约为总容积的20%30%，第三渠则仅占总容积的10%。在运行时，应保持第一、二及三渠的溶解氧分别为0、1及2mg/L，即为所谓三沟DO的0-1-

25、2梯度分布。第一渠中氧的吸收率很高，通常高于供氧速率，供给的大部分溶解氧立即被消耗掉。Orbal氧化沟的分区 因此即使该段提供90%的需氧量，仍可将溶解氧的含量保持在0左右。在第二、三渠道中，氧的吸收率比较低，尽管反应池中供氧量比较低，溶解氧的量却可以保持较高的水平。 为了保持Orbal氧化沟中这种浓度梯度，可简单地通过增减曝气盘的数量，来达到调节溶解氧的目的。在氧化沟中保持0-1-2的浓度梯度，可达到以下目的：(1) 在第一渠内仅提供将BOD物质氧化稳定所需的氧，保持溶解氧为0或接近0，既可节约供氧的能耗，也可为反硝化创造条件；(2)在第一渠缺氧条件下，微生物可进行磷的释放，以便它们在好氧环

26、境下吸收废水中的磷，达到除磷效果；(3) 在三条沟渠中形成较大的溶解氧梯度，有利于提高充氧效率。Orbal氧化沟的脱氮Orbal氧化沟特有的三沟溶解氧呈0-1-2的分布正创造了一个极好的脱氮条件，其独特之处是大部分硝化反应发生在第一沟。如果硝化只发生在后面两个沟内，则反硝化部分只有回流污泥中的硝酸盐，即使污泥回流比高达100%，也只有50%的硝酸盐进行反硝化。根据市政工程华北设计研究院的测试结果，在污泥回流比为60%时，外沟测得的TN去除率即达88%，所以在第一沟内同时发生了硝化和反硝化。Orbal氧化沟的脱氮对这种现象的解释是：在整个第一沟内存在缺氧与曝气区域。根据现场测试结果，在曝气转碟上

27、游1m至下游3m的沟长范围内一般DO0.5mg/L，部分区域甚至可达23mg/L，可将此看作曝气区域，其他区域则为缺氧区域。生物处理系统为多种微生物群体共生的系统，污水在经过曝气区域时可发生硝化反应，在缺氧区域则进行氮的脱除，加上污水是先进入外沟，为反硝化反应提供了充足的碳源。使得在第一沟内，氮得到了很好的去除。工程实例牛口峪污水处理厂 我国北京燕山石化公司牛口峪污水处理厂采用了Orbal型氧化沟，其工艺流程如图所示。该厂的设计规模为6104m3/d，主要处理乙烯生产过程中所排废水及居民区少量的生活污水。该厂采用Orbal氧化沟为二级生物处理工艺，全套技术由美国引进，配套设备为国内产品，于19

28、94年12月建成投产。设计进、出水水质一览表项目BOD5/(mg/L)COD/ (mg/L)SS/(mg/L)油/(mg/L)进水2580204生物处理工段设计为平行的两个系列，每个系列包括1个Orbal氧化沟和2个辐流式二沉池。每个氧化沟设24组曝气转碟，外、中、内沟各安装8组。氧化沟的平面布置如图所示。单个氧化沟的主要设计参数如下：设计进水流量：1250m3/h水力停留时间：14.2h泥龄：35d有效水深：4.26mMLSS：4000mg/L污泥负荷： 0.074kgBOD/kgMLVSS/d0.110kgCOD/kgMLVSS/d容积分配：56:26:18(外:

29、中:内)溶解氧分配：0-1-2mg/L(外-中-内)一体化氧化沟概念 一体化氧化沟又称合建式氧化沟，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独的二沉池。最早的Pasveer氧化沟也是一体化氧化沟，因为它是间歇运行，曝气和沉淀是利用一沟完成的。而近年来由丹麦引进的三沟(T型及DSS型)氧化沟属于序批式(SBR)操作方式，也属于此范畴。这里所说一体化氧化沟是指曝气净化与固液分离操作同在一个构筑物中完成，即自动回流，连续运行，设备利用率为100。一体化氧化沟工艺的主要特点工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池，污泥自动回流，投资少、能耗低、占地少、管理简便；处理效

30、果稳定可靠，其BOD5和SS去除率均在90% 95%或更高，COD的去除率也在85%以上，并且硝化、脱氮作用明显；产生的剩余污泥量少，污泥不需硝化，污泥性质稳定，易脱水，不会带来二次污染；一体化氧化沟工艺的主要特点造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少：固液分离效果比一般二沉池高，能使整个系统在较大的流量浓度范围内稳定运行；污泥回流及时，减少了污泥膨胀的可能。一体化氧化沟技术的发展一体化氧化沟技术开发至今迅速得到发展，并在实际生产中得到应用。较有代表性的是：联合工业公司(UII)的船式沉淀器(BOAT)；Armco环境企业公司的BMTS系统；EIMCO公司的Carrousel渠内分离器；Lakeside设备公司的边墙分离器；Lightin公司的式边墙内渠和边渠沉淀分离器；Envirex公司的竖直式氧化沟。一体化氧化沟的固液分离器 固液分离器是一体化氧化沟的关键技术设备，可分为外置式和内置式两种。从本质上来说，外置式固液分离器是利用平流沉淀池的分离原理；内置式则是利用竖流沉淀池和斜板沉淀池的工作原理。一体化氧化沟的固液分离器 因此，如何在氧化沟内创造适合的水力条件是实现氧化沟内良好固液分离的前提。设计良好的分离器结构要有利于消除剧烈的紊动，保持较平稳的层流状态，有利于固液分离的良好效果。内置式固液分