氧化沟工艺概述

氧化沟工艺概述摘要：本文在阅读大量文献资料的基础上，较为全面的阐述了氧化沟工艺的原理、技术特点及其工艺的发展过程，着重介绍了氧化沟脱氮除磷的工艺，最后针对氧化沟的工艺及其发展方向提出了讨论。关键字：污水处理氧化沟脱氮除磷1氧化沟工艺艺概述1.1氧化沟沟工艺基本原原理和主要设设计参数氧化沟又名名氧化渠，因因其构筑物呈呈封闭的环形形沟渠而得名名。它是活性性污泥法的一一种变型。因因为污水和活活性污泥在曝曝气渠道中不不断循环流动动，因此有人人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气气池”。氧化沟的的水力停留时时间长，有机机负荷低，其其本质上属于于延时曝气系系统。以下为为一般氧化沟沟法的主要设设计参数：水力停留时时间：10－40小时；污泥龄：一一般大于20天；有机负荷：：0.05－0.15kkgBOD55/(kgMMLSS.dd)；容积负荷：：0.2－0.4kggBOD5/(m3.d)；活性污泥浓浓度：2000－6000mmg/l；沟内平均流流速：0.3－0.5m//s1.2氧化沟沟的技术特点点：氧化沟利用用连续环式反反应池（CintiinuoussLooppReattor,简称CLR）作生物反反应池，混合合液在该反应应池中一条闭闭合曝气渠道道进行连续循循环，氧化沟沟通常在延时时曝气条件下下使用。氧化化沟使用一种种带方向控制制的曝气和搅搅动装置，向向反应池中的的物质传递水水平速度，从从而使被搅动动的液体在闭闭合式渠道中中循环。氧化沟一般般由沟体、曝曝气设备、进进出水装置、导导流和混合设设备组成，沟沟体的平面形形状一般呈环环形，也可以以是长方形、L形、圆形或或其他形状，沟沟端面形状多多为矩形和梯梯形。氧化沟法由由于具有较长长的水力停留留时间，较低低的有机负荷荷和较长的污污泥龄。因此此相比传统活活性污泥法，可可以省略调节节池，初沉池池，污泥消化化池，有的还还可以省略二二沉池。氧化化沟能保证较较好的处理效效果，这主要要是因为巧妙妙结合了CLR形式和曝气气装置特定的的定位布置，是是式氧化沟具具有独特水力力学特征和工工作特性：1)氧化化沟结合推流流和完全混合合的特点，有有力于克服短短流和提高缓缓冲能力，通通常在氧化沟沟曝气区上游游安排入流，在在入流点的再再上游点安排排出流。入流流通过曝气区区在循环中很很好的被混合合和分散，混混合液再次围围绕CLR继续循环。这这样，氧化沟沟在短期内（如如一个循环）呈呈推流状态，而而在长期内（如如多次循环）又又呈混合状态态。这两者的的结合，即使使入流至少经经历一个循环环而基本杜绝绝短流，又可可以提供很大大的稀释倍数数而提高了缓缓冲能力。同同时为了防止止污泥沉积，必必须保证沟内内足够的流速速（一般平均均流速大于0.3m//s），而污水水在沟内的停停留时间又较较长，这就要要求沟内由较较大的循环流流量（一般是是污水进水流流量的数倍乃乃至数十倍），进进入沟内污水水立即被大量量的循环液所所混合稀释，因因此氧化沟系系统具有很强强的耐冲击负负荷能力，对对不易降解的的有机物也有有较好的处理理能力。2)氧化化沟具有明显显的溶解氧浓浓度梯度，特特别适用于硝硝化－反硝化化生物处理工工艺。氧化沟沟从整体上说说又是完全混混合的，而液液体流动却保保持着推流前前进，其曝气气装置是定位位的，因此，混混合液在曝气气区内溶解氧氧浓度是上游游高，然后沿沿沟长逐步下下降，出现明明显的浓度梯梯度，到下游游区溶解氧浓浓度就很低，基基本上处于缺缺氧状态。氧氧化沟设计可可按要求安排排好氧区和缺缺氧区实现硝硝化－反硝化化工艺，不仅仅可以利用硝硝酸盐中的氧氧满足一定的的需氧量，而而且可以通过过反硝化补充充硝化过程中中消耗的碱度度。这些有利利于节省能耗耗和减少甚至至免去硝化过过程中需要投投加的化学药药品数量。3)氧化化沟沟内功率率密度的不均均匀配备，有有利于氧的传传质，液体混混合和污泥絮絮凝。传统曝曝气的功率密密度一般仅为为20－30瓦/米3，平均速度度梯度G大于100秒－1。这不仅有有利于氧的传传递和液体混混合，而且有有利于充分切切割絮凝的污污泥颗粒。当当混合液经平平稳的输送区区到达好氧区区后期，平均均速度梯度G小于30秒－1，污泥仍有有再絮凝的机机会，因而也也能改善污泥泥的絮凝性能能。4)氧化化沟的整体功功率密度较低低，可节约能能源。氧化沟沟的混合液一一旦被加速到到沟中的平均均流速，对于于维持循环仅仅需克服沿程程和弯道的水水头损失，因因而氧化沟可可比其他系统统以低得多的的整体功率密密度来维持混混合液流动和和活性污泥悬悬浮状态。据据国外的一些些报道，氧化化沟比常规的的活性污泥法法能耗降低20％－30％。另外，据国国内外统计资资料显示，与与其他污水生生物处理方法法相比，氧化化沟具有处理理流程简单，超超作管理方便便；出水水质质好，工艺可可靠性强；基基建投资省，运运行费用低等等特点。1.3氧化沟沟技术的发展展自19200年英国shefffield建立的污水水厂成为氧化化沟技术先驱驱以来，氧化化沟技术一直直在不断的发发展和完善。其其技术方面的的提高是在两两个方面同时时展开的：一一是工艺的改改良；二是曝曝气设备的革革新。1.3.1工工艺的改良工艺的改良良过程大致可可分为四个阶阶段：阶段型式初期氧化沟1954年，PPasveeer教授建造的Voorsshopenn氧化沟，间间歇运行。分分进水、曝气气净化、沉淀淀和排水四个个基本工序规模型氧化沟增加沉淀池，使使曝气和沉淀淀分别在两个个区域进行，可可以连续进水水多样型氧化沟考虑脱氮除磷等等要求。著名名的有DE型氧化沟，Carroousel氧化沟及Orbal氧化沟等一体化氧化沟时空调配型（DD型，VR型，T型等）合建建式（BMTS式，侧沟式式，中心岛式式等）1.3.2曝曝气设备的革革新：曝气设备对对氧化沟的处处理效率，能能耗及处理稳稳定性有关键键性影响，其其作用主要表表现在以下四四个方面：向向水中供氧；；推进水流前前进，使水流流在池内作循循环流动；保保证沟内活性性污泥处于悬悬浮状态；使使氧、有机物物、微生物充充分混合。针针对以上几个个要求，曝气气设备也一直直在改进和完完善。常规的的氧化沟曝气气设备有横轴轴曝气装置及及竖轴曝气装装置。1)横轴轴曝气装置为为转刷和转盘盘。其中转刷刷更为常见，转转刷单独使用用通常只能满满足水深较浅浅的氧化沟，有有效水深不大大于2.0－3.5米。从而造造成传统氧化化沟较浅，占占地面积大的的弊端。近几几年开发了水水下推进器配配合转刷，解解决了这个问问题，如山东东高密污水厂厂，有效水深深为4.5米，保证沟沟内平均流速速大于0.3米/秒，沟底流流速不低于0.1米/秒，这样氧氧化沟占地大大大减少，转转刷技术运用用已相当成熟熟，但因其供供氧率低，能能耗大，故其其逐渐被另外外先进的曝气气技术所取代代。2)竖轴轴式表面曝气气机，各种类类型的表面曝曝气机均可用用于氧化沟，一一般安装在沟沟渠的转弯处处，这种曝气气装置有较大大的提升能力力，氧化沟水水深可达4－4.5米，如1968年荷兰PHV开发的著名Carroousel氧化沟在一一端的中心设设垂直轴的一一定方向的低低速表曝叶轮轮，叶轮转动动时除向污水水供氧外，还还能使沟中水水体沿一定方方向循环流动动。表曝设备备价格较便宜宜，但能耗大大易出故障，且且维修困难。3)射流流曝气，1969年Lewrnnpt等创建了第第一座试验性性射流曝气氧氧化沟（JAC），国外的的射流曝气多多为压力供气气式，而国内内通常是自吸吸空气式，JAC的优点是氧氧化沟的宽度度和水的深度度不受限制，可可以用于深水水曝气，且氧氧的利用率高高，目前最大大的JAC在奥地利的的林茨，处理理流量为17.2万吨/天，水深7.5米。4)微孔孔曝气，现在在应用较多的的微孔曝气装装置，采用多多孔性空气扩扩散装置克服服了以往装置置气压损失大大，易堵塞的的毛病，且氧氧利用率较高高，在氧化沟沟技术运用中中越来越广泛泛，目前，我我国广东省某某污水厂已成成功运用此种种曝气系统。5)其他他曝气设备，包包括一些新型型的曝气推动动设备，如浙浙江某公司开开发的复叶节节流新型曝气气器，氧利用用率较高，浮浮于水面，易易检修，充氧氧能力可达水水下7米，推动能能力相当强，满满足氧化沟的的曝气推动一一体化要求，同同时能够满足足氧化沟底部部的充氧和推推动。氧化沟在国国内外都发展展很快。欧州州的氧化沟污污水厂已有上上千座，在国国内，从20世纪80年代末开始始在城市污水水和工业废水水中引进国外外氧化沟的先先进技术，从从原来的日处处理量3000立方米到目目前10万吨以上的的污水处理厂厂已比较普遍遍，氧化沟工工艺已成为我我国城市污水水处理的主要要工艺。2.氧化沟脱氮氮除磷工艺2.1传统氧氧化沟的脱氮氮除磷传统氧化沟沟的脱氮，主主要是利用沟沟内溶解氧分分布的不均匀匀性，通过合合理的设计，使使沟中产生交交替循环的好好氧区和缺氧氧区，从而达达到脱氮的目目的。其最大大的优点是在在不外加碳源源的情况下在在同一沟中实实现有机物和和总氮的去除除，因此是非非常经济的。但但在同一沟中中好氧区与缺缺氧区各自的的体积和溶解解氧浓度很难难准确地加以以控制，因此此对除氮的效效果是有限的的，而对除磷磷几乎不起作作用。另外，在在传统的单沟沟式氧化沟中中，微生物在在好氧－缺氧氧－好氧短暂暂的经常性的的环境变化中中使硝化菌和和反硝化菌群群并非总是处处于最佳的生生长代谢环境境中，由此也也影响单位体体积构筑物的的处理能力。随着氧化沟沟工艺的反展展，目前，在在工程应用中中比较有代表表性的有形式式有：多沟交交替式氧化沟沟（如三沟式式，五沟式）及及其改进型、卡卡鲁塞尔氧化化沟及其改进进型、奥贝尔尔(Orbaal)氧化沟及其其改进型、一一体化氧化沟沟等。他们都都具有一定的的脱氮除磷能能力，2.2.PI型型氧化沟的脱脱氮除磷PI（PhhaseIIsolattion）型氧化沟沟，即交替式式和半交替式式氧化沟，是是七十年代在在丹麦发展起起来的，其中中包括DE型、T型和VR型氧化沟，随随着各国对污污水处理厂出出水氮，磷含含量要求越来来越严，因而而开发出现了了功能加强的的PI型氧化沟，主主要由Krugeer公司与Demmaark技术学院合合作开发的，称称为Bio-DDenitrro和Bio-DDeniphho工艺，这两两种工艺都是是根据A/O和A2/O生物脱氮氮除磷原理，创创造缺氧/好氧，厌氧/缺氧/好氧的工艺艺环境，达到到生物脱氮除除磷的目的。2.2.1DDE型、T型氧化沟脱脱氮工艺DE型氧化化沟为双沟系系统，T型氧化沟为为三沟系统，其其运行方式比比较相似，都都是通过配水水井对水流流流向的切换，堰堰门的起闭以以及曝气转刷刷的调速，在在沟中创造交交替的硝化，反反硝化条件，以以达到脱氮的的目的。其不不同之处在于于DE型氧化沟系系统是二沉池池与氧化沟分分建，有独立立的污泥回流流系统；而T型氧化沟的的两侧沟轮流流作为沉淀池池。2.2.2VVR型氧化沟脱脱氮工艺VR氧化沟沟沟型宛如通通常的环形跑跑道，中央有有一小岛的直直壁结构，氧氧化沟分为两两个容积相当当的部分，其其水平形式如如反向的英文文字母C，污水处理理通过二道拍拍门和二道出出流堰交替起起闭进行连续续和恒水位运运行。2.2.3PPI型氧化沟同同时脱氮除磷磷工艺交替式氧化化沟在脱氮效效果上良好，为为了达到除磷磷效果，通常常在氧化沟前前设置相应的的厌氧区或构构筑物或改变变其运行方式式。据国内外外实际运行经经验显示，这这种同时脱氮氮除磷工艺只只要运行时控控制的好，可可以取得很好好的脱氮除磷磷效果。

西安北石石桥污水净化化中心采用具具有脱氮除磷磷的DE型氧化沟系系统（前加厌厌氧池），一一期工程处理理能力为15万立方米/天，对各阶阶段处理效果果实测结果表表明，DE型氧化沟处处理城市污水水效果显著。COD、TN、TP的总去除效效率分别达到到87.5％－91.6％，63.6％－66.9％，85.0％－93.4％，出水TN为9.0－10.1mmg/l,TTP为0.42－0.45mmg/l,出水水质优优于国家二级级出水排放标标准。上述三种PPI型氧化沟脱脱氮除磷工艺艺都有转刷的的调速，活门门、出水堰的的启闭切换频频繁的特点，对对自动化要求求高，转刷利利用率低，故故在经济欠发发达的地区受受到很大的限限制。2.3奥贝尔尔氧化沟脱氮氮除磷工艺Orball氧化沟简称称同心圆式，它它也是分建式式，有单独二二沉池，采用用转碟曝气，沟沟深较大，它它的脱氮效果果很好，但除除磷效率不够够高，要求除除磷时还需前前加厌氧池。应应用上多为椭椭圆形的三环环道组成，三三个环道用不不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱脱氮除磷。采采用转碟曝气气，水深一般般在4.0～4.5m,动力效率与与转刷接近，现现已在山东潍潍坊、北京黄黄村和合肥王王小郢的城市市污水处理厂厂应用。2.4卡鲁塞塞尔氧化沟脱脱氮除磷工艺艺2.4.1传统统的卡鲁塞尔尔氧化沟工艺艺卡鲁塞尔((Carroousel))氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研研制的。它的的研制目的是是为满足在较较深的氧化沟沟沟渠中使混混合液充分混混合，并能维维持较高的传传质效率，以以克服小型氧氧化沟沟深较较浅，混合效效果差等缺陷陷。至今世界界上已有850多座Carroousel氧化沟系统统正在运行，实实践证明该工工艺具有投资资省、处理效效率高、可靠靠性好、管理理方便和运行行维护费用低低等优点。Carroousel氧化沟使用用立式表曝机机，曝气机安安装在沟的一一端，因此形形成了靠近曝曝气机下游的的富氧区和上上游的缺氧区区，有利于生生物絮凝，使使活性污泥易易于沉降，设设计有效水深深4.0－4.5米，沟中的的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可可达95％－99％，脱氮效效率约为90％，除磷效效率约为50％，如投加加铁盐，除磷磷效率可达95％。2.4.2.单单级卡鲁塞尔尔氧化沟脱氮氮除磷工艺单级卡鲁塞塞尔氧化沟有有两种形式：：一是有缺氧氧段的卡鲁塞塞尔氧化沟，可可在单一池内内实现部分反反硝化作用，使使用于有部分分反硝化要求求，但要求不不高的场合。另另一种是卡鲁鲁塞尔A/C工艺，即在在氧化沟上游游加设厌氧池池，可提高活活性污泥的沉沉降性能，有有效控制活性性污泥膨胀，出出水磷的含量量通常在2.0mgg/l以下。以上上两种工艺一一般用于现有有氧化沟的改改造，与标准准的卡鲁塞尔尔氧化沟工艺艺相比变动不不大，相当于于传统活性污污泥工艺的A/O和A2/O工艺。2.4.3.合合建式卡鲁塞塞尔氧化沟缺氧区与好好氧区合建式式氧化沟式美美国EIMCO公司专为卡卡鲁塞尔系统统设计的一种种先进的生物物脱氮除磷工工艺（卡鲁塞塞尔2000型）。它的的构造上的主主要改进是在在氧化沟内设设置了一个独独立的缺氧区区。缺氧区回回流渠的端口口处装有一个个可调节的活活门。根据出出水含氮量的的要求，调节节活门张开程程度，可控制制进入缺氧区区的流量。缺缺氧和好氧区区合建式氧化化沟的关键在在与于对曝气气设备充氧量量的控制，必必须保证进入入回流渠处的的混合液处于于缺氧状态，为为反硝化创造造良好环境。缺缺氧区内有潜潜水搅拌器，具具有混合和维维持污泥悬浮浮的作用。在卡鲁塞尔尔2000型基础上增增加前置厌氧氧区，可以达达到脱氮除磷磷的目的，被被称为A2/C卡鲁塞尔氧氧化沟。四阶段卡鲁鲁塞尔Bardeenpho系统在卡鲁鲁塞尔2000型系统下游游增加了第二二缺氧池及再再曝气池，实实现更高程度度的脱氮。五五阶段卡鲁塞塞尔Bardeenpho系统在A2/C卡鲁塞尔系系统的下游增增加了第二缺缺氧池和在曝曝气池，实现现更高程度的的脱氮和除磷磷。综上所述，厌厌氧，缺氧与与好氧合建的的氧化沟系统统可以分为三三阶段A2/O系统以及四四、五阶段Bardeenpho系统，这几几个系统均是是A/O系统的强化化和反复，因因此这种工艺艺的脱氮除磷磷效果很好，脱脱氮率达90％－95％。另外，卡鲁鲁塞尔3000型氧化沟也也有较好的脱脱氮除磷效果果。在此不加加以详述。2.4.4.

合建式一体体化氧化沟是指集曝气气、沉淀、泥泥水分离和污污泥回流功能能为一体，无无需建造单独独二沉池的氧氧化沟。这种种氧化沟设有有专门的固液液分离装置和和措施。它既既是连续进出出水，又是合合建式，且不不用倒换功能能，从理论上上讲最经济合合理，且具有有很好的脱氮氮除磷效果。一体化氧化化沟除一般氧氧化沟所具有有的优点外，还还有以下独特特的优点：①工艺流程程短，构筑物物和设备少，不不设初沉池、调调节池和单独独的二沉池；；②污泥自动动回流，投资资少、能耗低低、占地少、管管理简便；③造价低，建建造快，设备备事故率低，运运行管理工作作量少；④固液分离离效果比一般般二次沉淀池池高，使系统统在较大的流流量浓度范围围内稳定运行行。一体化氧化化沟的工艺特特点见下图：：3讨论1）提高中中小城市污水水治理率是今今后污水治理理领域的重点点，对于规模模小于10万吨/天的中小型型污水处理厂厂来说，氧化化沟和SBR是首选工艺艺，目前总体体来说应用最最多的是氧化化沟工艺，在在氧化沟各种种工艺中，考考虑其各自的的特点及污水水脱氮除磷的的要求，推荐荐中小城市使使用较成熟的的卡鲁塞尔氧氧化沟.对于合建式式一体化氧化化沟，国内应应用该工艺的的污水厂已超超过十余座，其其示范工程——四川新都污污水处理厂己己成功运行5年多，是未未来氧化沟工工艺发展的一一个主要方向向。2）近年来来，在氧化沟沟中尝试使用用各种综合曝曝气装置，即即采用曝气器器与水下混合合器独立运行行，将氧化沟沟中的水流循循环混合作用用与曝气传氧氧作用区分开开来，使氧化化沟中交替出出现缺氧与好好氧状态，已已达到脱氮除除磷目的，同同时这种运行行方式还能取取得节能的效效果。据报道道，这种综合合曝气系统已已在国外得到到应用，在国国内也可尝试试并推广采用用这种综合曝曝气设备。3）微孔曝曝气氧化沟工工艺即保留了了氧化沟沿水水流方向间断断曝气和循环环流动的特点点，又克服了了氧化沟因采采用表面曝气气机而占地面面积大，充氧氧效率低，水水流断面流速速不均，池底底易沉淀等不不足，不失为为一种可推广广使用的工艺艺。4）在土地地十分紧张的的地区，在取取得较准确的的设计参数的的基础上，可可考虑使用立立体式循环氧氧化沟。5）在氧化化沟工艺设计计中，沟深的的设计是一个个很重要的问问题，尽管水水下推进器的的使用使沟深深有所提高，但但也并非越大大越好，因为为有效水深的的增加会引起起能量模式的的改变，从而而需增加动力力设备就不同同，引起投资资和运行费用用的提高。不不同地质情况况，不同进水水水质及处理理要求，有不不同的沟深要要求。因此，每每一个选用氧氧化沟工艺的的污水厂，都都因根据各种种因素综合分分析以确定最最佳的沟深。参考文献：[1]周周律主编.中小城市污污水处理厂处处理投资决策策与工艺技术术[M].北京：化学学工业出版社社，2002年[2]王王洪臣.城市污水处处理厂运行控控制与维护管管理[M].北京：科学学出版社，1997年.[3]米米克尔G·曼特布鲁斯A·贝尔著，袁袁懋梓译.污水处理的的氧化沟技术术[M].北京:中国建筑出出版社，1988[4]张张自杰，林荣荣忱，金儒霖霖.排水工程（下下册，第4版）[M].北京:中国建筑工工业出版社，2000..[5]周周雹.中、小城市市污水处理厂厂的优选工艺艺[J].中国给水排排水，1995，11(增刊).[6]沈沈光范.关于城市污污水处理厂设设计的若干问问题[J].中国给水排排水，2000，16(3)：20-233.[7