常用氧化沟工艺在污水处理厂中的应用研究

常用氧化沟工艺在污水处理厂中的应用研究

氧化沟是连接头部和尾部的循环流的沟，也被称为连续循环流的沟。这是活性污水处理厂的一种变形。此工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功。自1954年在荷兰首次投入使用以来,由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业废水的治理。20世纪80年代以来,随着我国城镇化进程的推进,氧化沟工艺以其显著的优势成为了中小城市污水处理厂的首选工艺。由于其流程简洁、运行稳定、运行方式灵活、管理方便、处理费用低,所以在我国引进、新建的污水处理工艺中,运用最多的是氧化沟技术。近年来,随着水资源的日益匮乏、水污染形势的严峻、人类环保意识的增强及我国水质标准和法规的日趋严格。对于大多数中小城市来说,城市污水的治理成为财政负担。所以,低投资成本、低操作要求、低能耗的污水处理技术倍受青睐,而在众多工艺中氧化沟污水处理技术是国内外专家优先推荐的污水处理技术。因此,为了满足更高的水质标准要求,对氧化沟工艺技术及其应用情况进行深入的了解是十分必要的。1.氧化沟法(1)微生物污泥处理氧化沟工艺是一种利用循环式混合曝气沟渠来处理污水的简易污水处理技术。通常采用延时曝气,连续进出水,不需设初沉池。另外,所产生的微生物污泥在污水曝气净化的同时得到稳定,不需专门设置污泥消化池,大大简化了处理设施。其曝气池呈封闭的环形沟渠形,池体狭长,曝气装置多采用表面曝气器。污水和活性污泥的混合液通过曝气装置特定的定位布置而产生曝气和推动,在闭合渠道内做不停的循环流动,污泥在推流作用下呈悬浮状态,得以与污水充分混合、接触,最后通过二沉池或固液分离器进行泥水分离,使污水得到净化。(2)氧生态和氧传质的作用氧化沟工艺与一般的活性污泥法工艺相比有其独特的技术性能特征,主要表现在以下几方面:①氧化沟兼具完全混合和推流的特征。在长期内呈现完全混合特征,而在短期内则呈现推流特征,这种独特的反应器水流特征有利于克服短流现象和提高氧化沟的缓冲能力;②氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度。由于曝气设备的定位分区布置,使沟内沿水流方向存在明显的溶解氧浓度梯度,使沟内同时具有好氧区和缺氧区,呈现出好氧区和缺氧区的交替变化,从而实现了脱氮除磷;③氧化沟具有高能区和低能区两个能量区。在装置曝气设备附近处呈现高能区,有利于氧的转移和液体的充分混合;在环流的低能区,增加了污泥絮凝的机会,使污泥呈现出良好的悬浮状态;④曝气和推流混合的分离,提高了氧化沟运行的灵活性;水下推动器的使用,使曝气和推流混合分离开来。这些不仅解决了曝气设备很难同时满足曝气量控制和推流速度大小要求的矛盾,而且还大大增加了氧化沟的沟深,从而构造出了更好的脱氮除磷环境,提高了氧化沟的处理性能和运行的灵活性;⑤氧化沟的HRT和SRT均较长,一般情况下,HRT为8~40h,SRT为10~30d,而硝化菌的世代周期大于10d,因此,较长的污泥龄有利于硝化菌的繁殖和生存,使氨氮转化率高,去除效果好。2.氧化沟法的类型和应用在污水处理工程中,常用的氧化沟工艺类型有Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、一体化氧化沟及其改良工艺。(1)carrousl2000氧化沟络合成技术在原Carrousel氧化沟的基础上,DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel2000系统,实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。最新研发的Carrousel3000系统是在Carrousel2000系统前再加上一个生物选择区,从而能很好的抑制丝状菌的增长,提高了污染物去除率,且占地面积小,运行灵活。在污水处理中,Carrousel氧化沟的研究和应用最为广泛。张朝升等就C/N对Carrousel2000氧化沟同步脱氮除磷的影响进行了研究。当C/N>11时,TN去除率达到93.48%,TP去除率接近100%,具有良好的同步脱氮除磷效果,出水水质满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准要求。张代钧等人通过实测Carrousel氧化沟不同位置处流速与水质组分,分析了流速对沟内污泥、溶解氧浓度的影响以及溶解性组分的微生物转化规律;赵继红等利用细胞生物学方法对氧化沟中的微生物多样性进行了分析。(2)沉池的运行Orbal氧化沟一般由3个同心椭圆形沟道组成,由外向内依次为第一沟、第二沟、第三沟。污水从第一沟进入、通过水下输入口连续地从一条沟进入,下一条沟,每一条沟都是一个闭路连续循环的完全混合反应器,每沟中的水流在排出之前,污水及污泥在沟内绕了数百圈的循环后再流入下一沟,最后,污水由第三沟流入二沉池进行固液分离,回流污泥由二沉池回流至第一沟。Orbal氧化沟的总能耗较低,出水水质好且稳定,能较好地避免二沉池污泥流失,并有利于有机物的去除,减少污泥膨胀现象的发生。葛强的研究表明,运行中控制外沟DO<0.5mg/L,中沟DO为0.5~1.5mg/L,内沟DO为2.0~3.0mg/L,污泥回流比为100%,MLSS为3500~4000mg/L。用Orbal氧化沟工艺处理城市生活污水可以取得较好的效果。颜秀勤等对奥贝尔氧化沟工程实际运行工况进行了测试,结果表明,奥贝尔氧化沟工艺处理效果好,运行稳定,操作控制灵活、方便。王新文等通过对比奥贝尔氧化沟和A/O法在县级污水处理中的应用,结果显示,奥贝尔氧化沟工艺用于县级污水处理,其处理效果及技术经济等方面具有显著优势。(3)除污水回用型水处理技术主要特点一体化氧化沟集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流为一体,无需单独建造二沉池。此工艺将曝气净化与固液分离操作放在同在一个构筑物中完成,使污泥自动回流,连续运行,设备和池容利用率达到100%。根据沉淀器置于氧化沟的部位进行区分,一体化氧化沟可分为三类:沟内式、侧沟式和中心岛式。一体化氧化沟具有以下主要工艺特点:①工艺流程短,构筑物和设备少,污泥自动回流,投资省、能耗低、占地少、管理简便;②处理效果稳定可靠,硝化和脱氮作用明显;③剩余污泥量少且不需消化,性质稳定,易脱水;④造价低,运行管理费用少;⑤固液分离效率好且池容小,能使整个系统在较大的流量和浓度范围内稳定运行;⑥污泥回流及时,减少了污泥膨胀发生的可能性。近年来,一体化氧化沟以其独特的优势在污水处理中得到了广泛的应用。杨华展等对一体化氧化沟弯道流态特性进行了研究,在实测和分析的基础上,提出了水下推进器和曝气转盘的合理设置位置,阐明了弯道导流墙对弯道流态的作用,并提出了导流墙的合理设置方式,为实际工程设计提供了理论依据和参考。王涛等对一体化氧化沟侧沟式固液分离器的分离效果进行了试验研究,结果证明侧沟式固液分离器工作原理独特、适应能力强、分离效果好,是一种高效的固液分离设施。周少奇、王平采用侧沟式一体化氧化沟技术处理生活污水,试验表明一体化氧化沟对有机物的去除效果稳定,氨氮去除率高,具有良好的去污脱氮效果。南通市污水处理中心在国内首次采用改进后的五沟式一体化氧化沟工艺处理城市生活污水和部分工业废水,证明处理效果良好,具有较好的推广前景。(4)奥贝尔氧化沟工艺模型的提出随着污水处理技术的不断发展,为了满足更高的出水水质要求,氧化沟污水处理技术出现了一系列改良型工艺类型,从而使氧化沟工艺在污水处理中的应用优势得到了显著体现。麦松冰等在保留奥贝尔氧化沟同时硝化反硝化、三沟串连流态特点的基础上,借鉴卡罗塞尔氧化沟跑道型沟道的构型,将一体化氧化沟的侧沟固液分离技术融合进来,提出了改良型奥贝尔氧化沟工艺模型并进行试验,通过控制合适的DO、SRT和HRT等运行参数,使得改良型奥贝尔氧化沟达到了较好的脱氮效果。陆天友、钟仁超采用传统一体化氧化沟与倒置A2/O的优势集约、组合开发的倒置A2/O型一体化氧化沟工艺技术处理中药废水,出水满足污水综合排放标准(GB8978-96)一级标准。张志军采用改良型自流式氧化沟工艺,将氧化沟和厌氧选择池合建为一个处理单元,通过对DO、MLSS、SRT等运行参数进行分析和优化控制,最终使该工艺具有较好的脱氮除磷效果。(5)废水物排放指标近年来,一些学者将氧化沟工艺和其他污水处理工艺相结合,形成氧化沟组合工艺,并用于工业废水处理,取得了一定效果,且扩大了应用领域。张安龙、陈婕采用气浮-水解酸化-改良氧化沟组合工艺处理造纸废水。工程实践表明:当进水CODCr和SS分别为1583mg/L和1642mg/L时,出水CODCr和SS均达到《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2001)要求。余华堂针对某污水处理厂采用水解酸化/Carrousel氧化沟组合工艺处理漂染废水的实际运行状况,通过优化控制运行参数,使出水水质达到了广东省《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段的一级标准。黎圣等采用ABR/氧化沟/膜生物反应器组合工艺处理垃圾渗滤液,极大地改善了厂区周围的地表水质状况。另外,将膜工艺与生化工艺有机结合,大幅降低了工程投资和运行费用,取得了很好的社会效益和环境效益。焦学然,张霞采用物化预处理系统/氧化沟组合工艺处理某化纤企业废水,效果明显,出水各项指标均可达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准。LIUChun等利用UASB/改良式氧化沟/混凝沉淀的厌氧-好氧组合工艺处理以木材纤维为原料的APMP废水,出水水质达到了山东省《造纸工业水污染物排放标准》的最新排放标准且运行稳定。3.氧化沟工艺技术在污水处理中的应用探索目前,我国城市污水处理的现状仍较落后。因此,如何根据我国的实际情况采用高效、低耗的污水处理技术,是当前急需解决的问题。氧化沟污水处理技术,具有工艺流程简捷、处理不同性质污水适应面广、处理能耗低、去除效率高、出水水质稳定等优点,尤其是氧化沟工艺的环流,将使其以独特的技术优势,在生活污水及工业废水处理领域中具有更为广阔的应用前景。为使氧化沟工艺更好地应用于污水处理,应从以下几方面进行探索研究:①提高效脱氮除磷效率,尤其是提高磷去除效率;②降低能耗,如加强对间歇曝气运行方式的应用研究;③研制新型曝气设备,提高氧利用率;④应用在线监测技术,提高自动化控制水平;⑤研发氧化沟组合工艺,推进氧化沟工艺在工业废水中的应用;⑥加入填料,实现膜法和泥法的联用技术。氧化沟兼具完全混合和推流的特点,加上其出水水质好、运行稳定且操作管理方便等技术特点,使得氧化沟工艺在污水处理工程中的应用具有显著的优势,尤其是改良型氧化沟工艺的研发,对氧化沟