搜索
氧化沟工艺摘要:氧化沟技术目前正广泛应用于多种类型的废水处理中,并取得了良好的出水水质和稳定污泥。文章从组成、技术特点、常用类型、案例分析及改良工艺等方面对氧化沟进行了介绍。关键词:Carrousel氧化沟;Orbal氧化沟;交替式氧化沟;一体化氧化沟;脫氮除磷处理技术改善我国水环境被污染的状况,保护我国紧缺的水资源,除了要刻不容缓地对大中城市的城市污水进行处理外,小城市也应该成为关注的重点。鉴于数量庞大的中小城市在城市污水水量、水质和经济发展程度等方面具有共性,根据现有的中小城市处理经验显示,氧化沟工艺更适合被我国中小城市污水处理厂采用。氧化沟法是1950年由荷兰公共卫生研究所研究成功的。氧化沟工艺建成投入运行后,取得了良好的处理效果,出水BOD5一般为10mg/L左右,被普遍认为是一种工艺流程简单、运行管理方便、处理效果稳定、基建投资和运行费用较低且具有较强竞争力的二级处理工艺[1]。1、氧化沟工艺及其构成1.1氧化沟工艺氧化沟是活性污泥处理工艺的一种变形工艺,一般不需设初沉池。且通常采用延时曝气;其结构形式采用封闭的环形沟渠形式,污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作水平流动;其污泥龄一般在10~30d。污泥负荷在0.05kgBOD5/(kgMLSS∕d)~0.10kgBOD5/(kgMLSS∕d)之间。1.2氧化沟系统的构成(1)氧化沟池体。氧化沟一般呈环形,平面上多为椭圆形或圆形,水深与所采用的曝气设备有关,2.5~8m不等。(2)氧化沟曝气设备。曝气设备具有以下功能:一是供氧,二是推动水流作不停的循环运动,三是防止活性污泥沉淀,四是使有机物、微生物及氧气三者充分混合、接触。主要的曝气装置有:机械曝气机,射流曝气机,导管式曝气机,混合曝气系统。(3)进(出)水装置。包括进水口、回流污泥口和出水调节堰等。氧化沟的进水和回流污泥进入点在曝气器的上游,氧化沟的出水在曝气器的下游。(4)导流和混合装置。包括导流墙和导流板。在弯道设置导流墙可以减少水头损失,防止弯道停滞区的产生和防止对弯道过度冲刷。通常在曝气转刷上下游设置导流板,主要是为了使表面的较高流速转入池底,同时降低混合液表面流速,提高传氧速率。(5)附属构筑物。如二沉池、刮泥机和污泥回流泵房等,这一部分构筑物与传统活性污泥工艺相同。2、氧化沟工艺的技术特点(1)氧化沟的流态在整体上是完全混合的,而局部又具有推流特性,使得在污水中能形成良好的混合液生物絮凝体,提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效果;另外,其独特的水流特性对除磷脱氮也是极其重要的。(2)氧化沟构造形式的多样性赋予了它灵活机动的运行性能,可按照任意一种活性污泥法的运行方式运行。(3)处理效果稳定,出水水质好,并可实现脱氮。工艺流程简单,构筑物少,节省基建费用,减少占地面积,便于管理。污泥产量少,污泥性质稳定。(4)能承受水量、水质冲击负荷,对高浓度工业废水有很大的稀释能力[3]3、案例分析郑州市五龙口城市污水处理厂一期工程由中国市政工程华北设计院设计，二级处理采用改良氧化沟工艺，处理污水规模为10万m3/d，远期达到20万m3/d，建设用地196亩，收集郑州市西郊的生活污水和工业废水，服务面积约27平方公里，服务人口37万，处理后的出水，排入五龙口明渠经贾鲁河后、入沙颖河最终入淮河。3.1工艺流程及设计要求郑州市五龙口城市污水处理厂全部工艺流程见图1。其中由前置反硝化池-厌氧池-氧化沟所组成的部分被称为改良氧化沟，五龙口共有3套改良氧化沟和3个二沉池组成3个系列平行运行。其设计进出水水质见表1。3.2.预处理单元预处理单元包括粗格栅、提升泵房、细格栅、旋流沉砂池。粗格栅采用回转式格栅，共2台，宽为1800mm，栅条间隙为20mm，过栅流量330L/s（二期工程共用）。进水泵采用卧式离心泵，共4台，3用1备，其中流量500L/s，扬程12m，功率90kW。细格栅采用螺旋式细格栅，共3台，2用1备，宽1800mm、栅条间隙为6mm、过栅流量852L/s。旋流沉砂池为圆形钢筋砼结构，直径4870mm，池深4350mm，进水渠宽度1220mm,出水渠宽度1220mm,单池设计流量750L/s，去除污水中比重大于2.65，粒径大于0.2mm的无机砂粒。3.3生物处理生物处理包括厌氧池、前置反硝化池、氧化沟、沉淀池。3.3.1厌氧池根据本工程进、出水条件，污水处理系统应保证除磷效率。为获得一个较稳定的磷去除率，在系统前端设置厌氧段，为聚磷菌进行充分的磷释放提供一个必要的停留空间和适合的环境条件，从而提高系统除磷效率，同时还可以改善污泥的沉降性能，防止丝状菌的生长，提高系统的稳定性。在厌氧时聚磷菌放磷，伴随着溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存。若放磷时无溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存，则聚磷菌进入好氧环境中并不吸磷，此类为无效放磷。在厌氧的条件下，利用污泥内的兼性微生物将不溶有机物水解为溶解性有机物，大分子和难降解的物质转化为易于生物降解的物质。这样为聚磷菌有效释磷提供了可能。厌氧池有效容积为2202m3，有效水深6m,平均停留时间为1.59h,90%的进水进到厌氧池3.3.2前置反消化考虑到本工程进水氮的含量很高，仅氨氮设计值高达55mg/L，对而言，碳源则略显不足。在这种情况下，系统的反硝化过程不可能进行得很完全，回流污泥中硝酸盐氮含量必然较高。如不采取相应措施，回流污泥将把大量的硝酸盐氮带入厌氧段中，抑制聚磷菌对磷的释放过程，影响系统生物除磷效果。其次，进入沉淀池的NO-3-N将在池底进行反硝化，生成的氮气在上升过程中会造成漂泥现象，将大量颗粒杂质带到水面，使出水水质SS含量提高，并进而导致TP、TN、BOD5和COD含量的提高。针对这种情况，吸取国外科研成果和国内实际运行经验，在厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段（即前置缺氧段），使回流污泥进入缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程，以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.5mg/L以下，确保系统生物除磷效果。为提供回流污泥反硝化所需碳源，10%的进水直接进入前置缺氧段。前置缺氧池单池有效容积为1626m3，有效水深6m,平均停留时间为1.17h。3.3.3氧化沟从氧化沟的水流特性看，既具备完全混合式反应器的特点，也具有推流式反应器的特点。污水在封闭的沟渠中循环流动多次，并且曝气装置在沟中布置的特点，即生物池内间隔布置曝气系统、潜水搅拌机，这样生物池内水力流态较好，使氧化沟中溶解氧呈现分区变化，溶解氧浓度在远离曝气装置的区域溶解氧较低，使氧化沟中某一段会出现缺氧区，这样在氧化沟内溶解氧、有机物(BOD)和氨氮浓度梯度十分有利于活性污泥的生物絮凝和生物脱氮，氧化沟接近完全混合式生物池，生物池设计中采用部分区域不设曝气器，以人为形成缺氧段，实现反硝化，而无需采用内回流。另外反硝化过程中可提供氧，减小实际中的供氧量，降低运行费用。传统氧化沟曝气形式通常采用倒伞型表曝机、转碟、转刷等表面机械曝气，各种表面机械曝气机性能上各有其特点，但其共性的缺点是动力效率较低，使传统氧化沟工艺能耗较高。五龙口污水处理厂氧化沟采用刚玉曝气盘鼓风曝气的形式，并且运行效果很稳定。氧化沟的工艺参数设计为：长105.4m，宽50.3m，内分6格，单格宽8m，有效水深6.0m，单池有效池容28450m3，泥龄13.1d，污泥负荷0.085kg-BOD5/kgMLSS·d，容积负荷0.30kgBOD5/m3·d，产泥率0.90kgSS/kgBOD5·d，产泥量22770kg/d，停留时间17.82h，混合液悬浮固体浓度MLSS为3500mg/L，最大污泥回流比100%，标准状况需氧量3030kgO2/h。图2为厌氧、前置缺氧、氧化沟一体的生物池。3.3.4沉淀池本污水处理厂沉淀池采用辐流式池型结构。影响各种沉淀构筑物沉淀效果的主要因素除了溢流率外，出水集水系统及构筑物的结构形式也会对沉淀效果产生重要的影响。传统沉淀池常常因为水力设计不当而出现短流和污泥悬浮固体的异重流动，导致出水SS浓度偏高或出水水质不稳定。在本工程方案设计中，对传统辐流式沉淀池的出水堰和池型结构进行改进，在出水堰底部增设挡板有效防止出水带走悬浮污泥，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处，保证出水SS达到较低的浓度，使水质达标排放。单池设计最大流量1806m3/h、平均流量1389m3/h，设计最大表面负荷0.758m3/m2·h(最大流量)、平均负荷0.58m3/m2·h(平均流量)，沉淀时间HRT为3.1h，池直径55m，有效水深4.1m。3.4空气供给系统生物池曝气采用电机驱动离心式鼓风机，3台（2用1备），单机风量260m3/min，风压0.07MPa，风量调节范围45%～100%，根据空气管路压力由PLC自动调整供气量。3.5改良氧化沟工艺特点(1)生物池由前置反硝化、厌氧、氧化沟组成，构成改良氧化沟。该工艺具有推流式与完全混合式的优点，出水水质好，运行稳定可靠，耐冲击负荷能力强。减少了内回流泵，采用鼓风曝气，氧的利用率高，设备少，减少了设备维护量，有利于运行管理，占地适中。(2)厌氧段前加设一个回流污泥反硝化段（即前图2生物池示意图张建新等，改良氧化沟处理城市污水83置缺氧段），使回流污泥进入缺氧段前在这里完成硝酸盐氮的反硝化过程，以便维持厌氧段内硝酸盐氮的浓度在1.5mg/L以下，确保系统生物除磷效果。(3)采用分流进水，10%的进水量分配给缺氧池，而剩余90%进水量则直接进入厌氧池，这样克服了非前置反硝化工艺中需要外加碳源的缺点，大大降低了运行成本。(4)生物池接近完全混合式生物池，生物池设计中采用部分区域不设曝气器，以人为形成缺氧段，实现反硝化，而无需采用内回流。另外反硝化过程中可提供氧，减小实际中的供氧量，且曝气系统采用深层微孔鼓风曝气，氧的利用率高，降低运行费用。(5)沉淀池出水堰底部增设挡板,有效防止出水带走悬浮污泥，该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处，克服了传统沉淀池常常因为水力设计不当而出现短流和污泥悬浮固体的异重流动，导致出水SS浓度偏高或出水水质不稳定的情况。3.6运行数据分析该工程于2004年12月28日通水调试，该厂污水处理系统2005年第一季度进行培菌试运行，2005年3月底出水水质指标达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中二级处理标准，实现污水处理达标排放。改良氧化沟工艺用于实际城市生活污水处理，特别是NH3-N值较高、碳源略显不足的进水条件下达到了较高的NH3-N去除率，效果十分显著。该工艺占地面积小、出水水质好、运行稳定可靠、耐冲击负荷能力强、污泥产量少和运行管理方便等特点，而且改良氧化沟工艺表现出优异的处理效果，除TP外，BOD5、COD、SS、NH3-N等出水水质指标达到了或优于设计目标，尤其是出水NH3-N,大部分时间在1mg/L以下，这都体现了改良氧化沟工艺的优良性能。[7]4、氧化沟工艺在污水处理中的应用从理论上讲,氧化沟既具有推流反应的特征,又具有完全混合反应的优势;前者使其具有水优良的条件,后者使其具有抗冲击负荷的能力。正是因为有这个环流,且有能量分区的缘故,使它具有其它许多污水生物处理技术所拥有的众多优势,其中最为显著的优势是工作稳定可靠。由于具有出水水质好,运行稳定,管理方便以及区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,氧化沟技术在污水处理中得到广泛应用。据不完全统计[4],目前,欧洲己有的氧化沟污水处理厂超过2000多座,北美超过800座。氧化沟的处理能力由最初的服务人口仅360人,到如今的500万-1000万人口当量。不仅氧化沟的数量在增长,而且其处理规模也在不断扩大,处理对象也发展到既能处理城市污水又能处理石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水及食加工废水等工业废水。我国自80年代亦开始应用这项技术,随着污水处理事业的极大发展,全国各地先后建起了不同规模、不同型式的氧化沟污水处理厂。目前在我国,采用氧化沟处理城市污水和工业废水的污水处理厂已有近百家,我国典型氧化沟型式及应用部分国内氧化沟污水处理厂型式及规模。