摘要：氧化溝定義為傳統(tǒng)活性污泥法污水處理技術(shù)的改良，外形呈封閉環(huán)狀溝，其特點(diǎn)是混合液在溝內(nèi)不中斷地循環(huán)流動(dòng)，形成厭氧、缺氧和好氧段，且將傳統(tǒng)的鼓風(fēng)曝氣改為表面機(jī)械曝氣，由活性污泥在閉合的曝氣渠道中循環(huán)流動(dòng),通過(guò)活性污泥中的微生物對(duì)污水中的有機(jī)污染物不斷地進(jìn)行降解和去除，達(dá)到凈化污水的目的。本文首先闡述了氧化溝工藝在污水處理中的應(yīng)用,其次,以Carrousel氧化溝為例來(lái)闡述其處理污水的原理和氧化溝運(yùn)行存在一些問(wèn)題。
　　關(guān)鍵詞：氧化溝，污水處理，應(yīng)用，原理
　　1氧化溝工藝在污水處理中的應(yīng)用
　　從理論上講,氧化溝既具有推流反應(yīng)的特征,又具有完全混合反應(yīng)的優(yōu)勢(shì);前者使其具有出水優(yōu)良的條件,后者使其具有抗沖擊負(fù)荷的能力。正是因?yàn)橛羞@個(gè)環(huán)流,且有能量分區(qū)的緣故,使它具有其它許多污水生物處理技術(shù)所擁有的眾多優(yōu)勢(shì),其中最為顯著的優(yōu)勢(shì)是工作穩(wěn)定可靠。由于具有出水水質(zhì)好,運(yùn)行穩(wěn)定,管理方便以及區(qū)別于傳統(tǒng)活性污泥法的一系列技術(shù)特征,氧化溝技術(shù)在污水處理中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前,歐洲己有的氧化溝污水處理廠超過(guò)2000多座,北美超過(guò)800座。氧化溝的處理能力由最初的服務(wù)人口僅360人,到如今的500萬(wàn)～l000萬(wàn)人口當(dāng)量。不僅氧化溝的數(shù)量在增長(zhǎng),而且其處理規(guī)模也在不斷擴(kuò)大,處理對(duì)象也發(fā)展到既能處理城市污水又能處理石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水及食品加工廢水等工業(yè)廢水。
　　2Carrousel氧化溝處理污水的原理
　　目前應(yīng)用較為廣泛的氧化溝類(lèi)型包括:帕斯韋爾(Pas-veer)氧化溝、卡魯塞爾(Carousel)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。本文以Carousel氧化溝為例來(lái)闡述其處理污水的原理。
　　為了取得更好的除磷脫氮的效果,Carousel2000系統(tǒng)在普通Carousel氧化溝前增加了一個(gè)厭氧區(qū)和絕氧區(qū)(又稱前反硝化區(qū))。全部回流污泥和10～30%的污水進(jìn)人厭氧區(qū),可將回流污泥中的殘留硝酸氮在缺氧和10～30%碳源條件下完成反硝化,為以后的絕氧池創(chuàng)造絕氧條件。同時(shí),厭氧區(qū)中的兼性細(xì)菌將可溶性BOD轉(zhuǎn)化成VFA,聚磷菌獲得VFA將其同化成PHB,所需能量來(lái)源于聚磷菌的水解并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。厭氧區(qū)出水進(jìn)入內(nèi)部安裝有攪拌器的絕氧區(qū),所謂絕氧就是池內(nèi)混合液既無(wú)分子氧,也無(wú)化合物氧(硝酸根),在此絕氧環(huán)境下,70～90%的污水可提供足夠的碳源,使聚磷菌能充分釋磷!絕氧區(qū)后接普通Carousel氧化溝系統(tǒng),進(jìn)一步完成去除BOD、脫氮和除磷!最后,混合液在氧化溝富氧區(qū)排出,在富氧環(huán)境下聚磷菌過(guò)量吸磷,將磷從水中轉(zhuǎn)移到污泥中,隨剩余污泥排出系統(tǒng)。這樣,在Carousel2000系統(tǒng)內(nèi),較好的同時(shí)完成了去除BOD、COD和脫氮除磷。
　　3氧化溝運(yùn)行存在一些問(wèn)題
　　三溝污泥濃度分布不均勻,直道內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)刷易產(chǎn)生污泥沉積現(xiàn)象,出水中含有飄泥,氧化溝負(fù)荷過(guò)低等。經(jīng)過(guò)分析和研究,逐步解決了這些問(wèn)題,使氧化溝的處理能力進(jìn)一步增強(qiáng)。現(xiàn)就這些問(wèn)題產(chǎn)生的原因和解決辦法與同行探討。
　　3.1污泥分布不均勻
　　在實(shí)際運(yùn)行中,三溝式氧化溝三溝中的污泥濃度相差較大,中間溝與側(cè)邊溝污泥濃度的比值(Xm/Xs)運(yùn)行初期僅為0.133,這與設(shè)計(jì)值不符。因設(shè)計(jì)中假設(shè)氧化溝中污泥分布均勻,并設(shè)定氧化溝的平均污泥濃度為4g/L。我們認(rèn)為這對(duì)于設(shè)置二沉池及污泥回流系統(tǒng)的氧化溝工藝如DE型氧化溝、Or2bal氧化溝是適用的。而三溝式氧化溝普遍存在污泥濃度側(cè)邊溝遠(yuǎn)高于中間溝的情況。經(jīng)觀察和研究認(rèn)為這是三溝式氧化溝運(yùn)行模式的必然結(jié)果。以某廠為例,采用硝化/反硝化運(yùn)行模式,8h為一個(gè)運(yùn)行周期,每個(gè)運(yùn)行周期分為8個(gè)階段,各階段運(yùn)行情況見(jiàn)圖2。在一個(gè)運(yùn)行周期中(480min),側(cè)邊溝進(jìn)水并進(jìn)行反硝化反應(yīng),混合液從側(cè)邊溝流向中間溝,時(shí)間為90min。經(jīng)過(guò)硝化和沉淀階段后,側(cè)邊溝開(kāi)始出水,混合液從中間溝流向側(cè)邊溝(同時(shí)污泥回流),時(shí)間為210min。階段4和階段6為過(guò)渡階段,各溝以調(diào)整水位為主,可認(rèn)為不發(fā)生污泥交換。設(shè)氧化溝進(jìn)水量為Q,側(cè)邊溝反硝化階段污泥平均濃度為Xs,中間溝的污泥平均濃度為Xm,根據(jù)物料守恒定律,正常運(yùn)行時(shí),側(cè)邊溝的污泥量應(yīng)該守恒。即:
　　出泥量=進(jìn)泥量
　　
　　又因?yàn)?br /> 　　因此:
　　式中Q———氧化溝進(jìn)水量,m3/h;
　　XS———側(cè)邊溝反硝化階段平均污泥濃度,g/L;
　　Xm———中間溝平均污泥濃度,g/L;
　　t1———反硝化階段時(shí)間,min;
　　T———運(yùn)行周期,min;
　　t4———過(guò)渡階段時(shí)間,min。
　　由此可見(jiàn),三溝式氧化溝污泥分布由反硝化階段即側(cè)邊溝進(jìn)水時(shí)間所決定。污泥分布不均勻根本改善的辦法是延長(zhǎng)反硝化階段的時(shí)間。該廠自動(dòng)控制系統(tǒng)采用微機(jī)-PLC二級(jí)控制,通過(guò)微機(jī)的PDS管理程序改變各運(yùn)行階段的時(shí)間,把反硝化反應(yīng)階段時(shí)間從設(shè)定的90min調(diào)整到120min,硝化階段調(diào)整為45min,則Xm/Xs由通常的0.4上升到0.53,處理效果大為改進(jìn)。
　　3.2污泥沉積
　　運(yùn)行初期,在氧化溝直道內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)刷的后面一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了大量的污泥沉積,而在彎道內(nèi),污泥
　　
　　圖2同時(shí)脫氮的三溝式氧化溝運(yùn)行階段
　　沉積現(xiàn)象幾乎沒(méi)有。經(jīng)過(guò)1年的運(yùn)行,該處沉積區(qū)最高處達(dá)110cm。
　　大量的污泥沉積減少了氧化溝的有效容積,降低了氧化溝的處理能力,這種現(xiàn)象的根源在于氧化溝的曝氣方式。該廠采用的是Manmmoth曝氣機(jī),曝氣機(jī)長(zhǎng)9m,直徑1m,安裝在氧化溝表面,葉片浸入水中20～30cm。工作時(shí),葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),葉片撥動(dòng)混合液前進(jìn),同時(shí)向水中充氧。表面混合液被加速后,能量向溝內(nèi)部擴(kuò)散,產(chǎn)生較大的速度梯度。根據(jù)流體力學(xué)定律,就會(huì)在擴(kuò)散區(qū)下方產(chǎn)生回流。進(jìn)入此區(qū)的混合液流動(dòng)緩慢,污泥容易沉積并致使污泥越積越多,越積越高。轉(zhuǎn)刷后端即使安裝了導(dǎo)流板也不能消除沉積,只是有所改善。在彎道處,由于彎道作用產(chǎn)生了二次流,即外側(cè)水流由水面流向內(nèi)側(cè)底部,內(nèi)側(cè)水流由底部流向外側(cè)表面,
　　在明渠橫斷面上形成了環(huán)流,改善了混合狀態(tài)。因此,在彎道處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的沉積區(qū)。對(duì)于中間溝,由于該廠進(jìn)水指標(biāo)偏低,需氧量相應(yīng)較小,因此中間溝曝氣轉(zhuǎn)刷開(kāi)啟數(shù)較少,特別是直道轉(zhuǎn)刷,幾乎不能自動(dòng)開(kāi)啟。所以,中間溝污泥沉積現(xiàn)象不明顯。
　　側(cè)邊溝直道上的沉積區(qū)通過(guò)改變直道上曝氣轉(zhuǎn)刷控制方式,即增加側(cè)邊溝溶解氧控制,并在直道曝氣轉(zhuǎn)刷增加時(shí)間控制,使之交替運(yùn)行,減輕了污泥沉積。曝氣轉(zhuǎn)刷突然停止造成的水流沖擊甚至使已經(jīng)沉積的污泥發(fā)生上浮。
　　3.3出水懸浮物
　　在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有一側(cè)邊溝污泥沉淀性能不好,出水中常常帶有細(xì)碎漂泥,在出水初期和末期尤其嚴(yán)重。這是由于中間溝向側(cè)邊溝通水時(shí),水流中含有較大的能量,推動(dòng)側(cè)邊溝中的一側(cè)混合液緩慢流動(dòng),而另一側(cè)則基本靜止,只有半邊溝參與換水。因此造成沉淀區(qū)部分區(qū)域表面負(fù)荷過(guò)大,污泥不能得到充分沉淀,造成污泥流失,降低了出水水質(zhì)。污泥流失又會(huì)使兩側(cè)邊溝污泥不均衡而使氧化溝運(yùn)行不穩(wěn)定。而且氧化溝換水不均勻,會(huì)使污泥濃度分布不均勻,降低了處理能力。對(duì)于有三級(jí)處理的污水處理廠,則會(huì)加重三級(jí)處理工藝的負(fù)擔(dān)。因中間溝水流為環(huán)形,對(duì)兩側(cè)邊溝的推動(dòng)方向不同,推向側(cè)邊溝彎道方向因受彎道阻力,影響較小,而在另一側(cè)邊溝推向出水堰方向,影響較大,出水懸浮物高于前者。這個(gè)問(wèn)題從三個(gè)方面解決:一是減小氧化溝整體曝氣強(qiáng)度,增加缺氧反應(yīng)時(shí)間,降低溶解氧水平,以改進(jìn)活性污泥的形態(tài),使之形體較大,結(jié)構(gòu)緊密,易于沉淀;二是控制氧化溝側(cè)邊溝中的污泥濃度,使之維持在較低水平;三是在側(cè)邊溝與中間溝間底部的連通口安裝導(dǎo)流柵板。導(dǎo)流柵板有固定式和活動(dòng)式兩種,可酌情選用。其中固定式見(jiàn)圖3。當(dāng)水流通過(guò)導(dǎo)流柵板時(shí),受到柵板的作用改變了水流方向,從而減輕了對(duì)側(cè)邊溝混合液的推動(dòng)作用,使側(cè)邊溝換水均勻。
　　
　　
　　圖3固定式導(dǎo)流柵板示意
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　(1)氧化溝由于其出水水質(zhì)好、運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便等技術(shù)特點(diǎn),在我國(guó)污水處理廠中有著較為廣泛的應(yīng)用。Carousel氧化溝由于具有良好的除磷脫氮能力、抗沖擊負(fù)荷能力和運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用!但由于科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,該工藝必將得到進(jìn)一步的提高,如膜理論的應(yīng)用、深池水力條件和工藝性能的研究為降低工程造價(jià)、提高耐寒耐毒性能等提供了可能的方向。
　　(2)污水處理廠的運(yùn)行,往往會(huì)因?yàn)槟承┰�因與設(shè)計(jì)意圖出現(xiàn)偏差,嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常運(yùn)行。這就要求工藝技術(shù)人員善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,勇于實(shí)踐,在理解設(shè)計(jì)意圖,吃透技術(shù)要求的前提下,充分挖掘工藝潛力,改進(jìn)工藝缺點(diǎn),合理調(diào)整運(yùn)行參數(shù),使處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、高效地運(yùn)行。