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 氧化溝（大型污水處理廠常用工藝）
我山東光博環(huán)保（污水處理）工程有限公司是專業(yè)從事污水處理、廢水處理、中水回用、凈水處理、RO返滲透系統(tǒng)和安裝服務(wù)的綜合型環(huán)保公司，對各關(guān)鍵工藝的研發(fā)改良，使技術(shù)更加成熟穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的水處理工程中，提供專業(yè)的設(shè)計(jì)方案和整體施工承包，竭誠為您服務(wù)！
 
氧化溝是一種活性污泥處理系統(tǒng)，其曝氣池呈封閉的溝渠型，所以它在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)的活性污泥法，它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠，又稱循環(huán)曝氣池。最早的氧化溝渠不是由鋼筋混凝土建成的，而是加以護(hù)坡處理的土溝渠，是間歇進(jìn)水間歇曝氣的，從這一點(diǎn)上來說，氧化溝最早是以序批方式處理污水的技術(shù)。
 氧化溝工藝自誕生以來，其發(fā)展過程可分為四個階段：
第一代氧化溝
Pasveer氧化溝當(dāng)時用來處理村鎮(zhèn)的污水，服務(wù)人口只有340人。這是一種間歇流的處理廠，它把常規(guī)處理系統(tǒng)的四個主要內(nèi)容合并在一個溝中完成，白天進(jìn)水曝氣，夜間用作沉淀池，BOD5的去除率達(dá)到97%左右。
采用臥式表面曝氣機(jī)曝氣及推流，每隔一段時間，Pasveer氧化溝的曝氣機(jī)就需停下來，使溝內(nèi)的污泥沉淀，排出處理后的出水。第一代氧化溝溝深1～2.5m，為了達(dá)到連續(xù)運(yùn)行，Pasveer氧化溝發(fā)展的多種形式，設(shè)置了二沉池。這一階段的氧化溝主要是延時曝氣系統(tǒng)。
第二代氧化溝
氧化溝因其簡易、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，自60年代以來其數(shù)量和規(guī)模不斷增長和擴(kuò)大，處理能力已從300人口當(dāng)量發(fā)展到目前的1000萬人口當(dāng)量。處理對象也從處理生活污水發(fā)展到既能處理城市污水又能處理工業(yè)廢水。這期間，有相當(dāng)多的工業(yè)廢水也相繼采用氧化溝技術(shù)進(jìn)行處理的工程范例。
新一代氧化溝由于采用直徑1米的曝氣刷（Mammoth Rotor系由Passavant公司生產(chǎn)）和立式曝氣器（DHV公司），使氧化溝的溝深逐步擴(kuò)大。使用Mammoth Rotor溝深可達(dá)3.5m，溝寬可達(dá)20m。而使用立式曝氣器的氧化溝，后來稱為Carrousel氧化溝，溝深可達(dá)4.5m。這一階段的氧化溝考慮到了硝化和反硝化（Simultaneous Nitrification/Denitrification）。
第三代氧化溝
隨著氧化溝技術(shù)的發(fā)展，人們從不同的角度對氧化溝作了深入細(xì)致的研究，出現(xiàn)了許多種新型的氧化溝，如：
·DHV公司的Carrousel 2000型、Carrousel Dlenit型、DHV—EIMCO Carrousel氧化溝
·丹麥Kruger公司的雙溝、三溝式氧化溝
·德國Passavant公司使用Mammoth Rotor的深型氧化溝
·美國Envirex公司的Orbal多環(huán)型氧化溝
這一階段的氧化溝進(jìn)一步考慮到了利用氧化溝進(jìn)行除磷脫氮處理，許多新的概念被提出來，產(chǎn)生了許多新的設(shè)計(jì)方法。在這一時期，氧化溝出現(xiàn)不只是延時曝氣低負(fù)荷系統(tǒng)，還出現(xiàn)了所謂“高負(fù)荷氧化溝”、“要求硝化的氧化溝”、“要求硝化反硝化及除磷的氧化溝”及“要求污泥穩(wěn)定的氧化溝”等，還有許多的新的溝型出現(xiàn)。
第四代的氧化溝
80年代初期，美國最早提出將二沉淀池直接設(shè)置在氧化溝中的一體氧化溝概念，在短短的十幾年中，這一概念在實(shí)際中得到迅速發(fā)展和應(yīng)用，并顯示出極為廣闊的前景。所謂一體化氧化溝，就是充分利用氧化溝較大的容積和水面，在不影響氧化溝正常運(yùn)行的情況下，通過改進(jìn)氧化溝部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)或在溝內(nèi)設(shè)置一定的裝置，使污水分離過程在氧化溝內(nèi)完成。美國環(huán)境保護(hù)局將這一技術(shù)稱之謂革新即可選擇的（I/A）技術(shù)。
一體化氧化溝由于其中沉淀區(qū)結(jié)構(gòu)形式及運(yùn)行方式不同，有多種型式，例如：
1）帶溝內(nèi)分離器的一體化氧化溝（BMTS式）
2）船形一體化氧化溝
3）側(cè)溝或中心島式一體化氧化溝（中國）
4）交替曝氣式氧化溝
設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)美國環(huán)保局（EPA）2000年發(fā)布的設(shè)計(jì)指導(dǎo)參數(shù)中，氧化溝的平均速度要達(dá)到0.25m/s-0.35m/s，以保持氧化溝中活性污泥處于懸浮狀態(tài)。另還有功率參數(shù)。
 技術(shù)展望
氧化溝自從Pasveer氧化溝1954年出現(xiàn)以來，就是依靠其簡便的方式處理污水而得到不斷發(fā)展的。氧化溝應(yīng)用多年，經(jīng)久不衰，而且取得相當(dāng)多的突破，例如：1968年出現(xiàn)了Carrousel氧化溝，1970年出現(xiàn)了Orbal氧化溝，1993年出現(xiàn)了Carrousel 2000型氧化溝，1998年出現(xiàn)了Carrousel 1000型氧化溝，而且還在不斷發(fā)展，1999年又出現(xiàn)了Carrousel 3000型氧化溝，80年代初出現(xiàn)了一體化氧化溝等。
究其原因，可以這樣說，氧化溝技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勢在于氧化溝的環(huán)流，由于這種環(huán)流，是造成氧化溝長久不衰的內(nèi)在原因，外在原因則是其具有多功能性、污泥穩(wěn)定、出水水質(zhì)好和易于管理。氧化溝有別于其它活性污泥的主要特征是環(huán)形池型，或者說只要保持溝渠首尾相接，水流循環(huán)流動，選用的特定設(shè)計(jì)參數(shù)、溝型和運(yùn)行方式，就會給運(yùn)行者和設(shè)計(jì)者帶來極大方便，其靈活性和適應(yīng)性也非常強(qiáng)，有進(jìn)一步研究、發(fā)展和應(yīng)用的廣闊空間。
技術(shù)特點(diǎn)
氧化溝又名氧化渠，因其構(gòu)筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因?yàn)槲鬯突钚晕勰嘣?a >曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時間長，有機(jī)負(fù)荷低，其本質(zhì)上屬于延時曝氣系統(tǒng)。以下為一般氧化溝法的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
水力停留時間：10－40小時；
污泥齡：一般大于20天；
有機(jī)負(fù)荷：0.05－0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)；
容積負(fù)荷：0.2－0.4kgBOD5/(m3.d)；
活性污泥濃度：2500－4500mg/l；
溝內(nèi)平均流速：0.3－0.5m/s。
氧化溝的技術(shù)特點(diǎn)：
氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池（Cintinuous Loop Reator,簡稱CLR）作生物反應(yīng)池，混合液在該反應(yīng)池中一條閉合曝氣渠道進(jìn)行連續(xù)循環(huán)，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應(yīng)池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式渠道中循環(huán)。
氧化溝一般由溝體、曝氣設(shè)備、進(jìn)出水裝置、導(dǎo)流和混合設(shè)備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。
氧化溝法由于具有較長的水力停留時間，較低的有機(jī)負(fù)荷和較長的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活性污泥法，可以省略調(diào)節(jié)池，初沉池，污泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因?yàn)榍擅罱Y(jié)合了CLR形式和曝氣裝置特定的定位布置，是氧化溝具有獨(dú)特水力學(xué)特征和工作特性：
1) 氧化溝結(jié)合推流和完全混合的特點(diǎn)，有利于克服短流和提高緩沖能力，通常在氧化溝曝氣區(qū)上游安排入流，在入流點(diǎn)的再上游點(diǎn)安排出流。入流通過曝氣區(qū)在循環(huán)中很好地被混合和分散，混合液再次圍繞CLR繼續(xù)循環(huán)。這樣，氧化溝在短期內(nèi)（如一個循環(huán)）呈推流狀態(tài)，而在長期內(nèi)（如多次循環(huán)）又呈混合狀態(tài)。這兩者的結(jié)合，即使入流至少經(jīng)歷一個循環(huán)而基本杜絕短流，又可以提供很大的稀釋倍數(shù)而提高了緩沖能力。同時為了防止污泥沉積，必須保證溝內(nèi)足夠的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在溝內(nèi)的停留時間又較長，這就要求溝內(nèi)有較大的循環(huán)流量（一般是污水進(jìn)水流量的數(shù)倍乃至數(shù)十倍），進(jìn)入溝內(nèi)污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋，因此氧化溝系統(tǒng)具有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，對不易降解的有機(jī)物也有較好的處理能力。
2) 氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用于硝化－反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說是完全混合的，而液體流動卻又保持著推流前進(jìn)，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區(qū)內(nèi)溶解氧濃度是上游高，然后沿溝長逐步下降，出現(xiàn)明顯的濃度梯度，到下游區(qū)溶解氧濃度就很低，基本上處于缺氧狀態(tài)。氧化溝設(shè)計(jì)可按要求安排好氧區(qū)和缺氧區(qū)實(shí)現(xiàn)硝化－反硝化工藝，不僅可以利用硝酸鹽中的氧滿足一定的需氧量，而且可以通過反硝化補(bǔ)充硝化過程中消耗的堿度。這些有利于節(jié)省能耗和減少甚至免去硝化過程中需要投加的化學(xué)藥品數(shù)量。
3) 氧化溝溝內(nèi)功率密度的不均勻配備，有利于氧的傳質(zhì)，液體混合和污泥絮凝。傳統(tǒng)曝氣的功率密度一般僅為20－30瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒－1。這不僅有利于氧的傳遞和液體混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥顆粒。當(dāng)混合液經(jīng)平穩(wěn)的輸送區(qū)到達(dá)好氧區(qū)后期，平均速度梯度G小于30秒－1，污泥仍有再絮凝的機(jī)會，因而也能改善污泥的絮凝性能。
4) 氧化溝的整體功率密度較低，可節(jié)約能源。氧化溝的混合液一旦被加速到溝中的平均流速，對于維持循環(huán)僅需克服沿程和彎道的水頭損失，因而氧化溝可比其他系統(tǒng)以低得多的整體功率密度來維持混合液流動和活性污泥懸浮狀態(tài)。據(jù)國外的一些報(bào)道，氧化溝比常規(guī)的活性污泥法能耗降低20%－30%。
另外，據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料顯示，與其他污水生物處理方法相比，氧化溝具有處理流程簡單，操作管理方便；出水水質(zhì)好，工藝可靠性強(qiáng)；基建投資省，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。
傳統(tǒng)氧化溝的脫氮，主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性，通過合理的設(shè)計(jì)，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達(dá)到脫氮的目的。其最大的優(yōu)點(diǎn)是在不外加碳源的情況下在同一溝中實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和總氮的去除，因此是非常經(jīng)濟(jì)的。但在同一溝中好氧區(qū)與缺氧區(qū)各自的體積和溶解氧濃度很難準(zhǔn)確地加以控制，因此對除氮的效果是有限的，而對除磷幾乎不起作用。另外，在傳統(tǒng)的單溝式氧化溝中，微生物在好氧－缺氧－好氧短暫的經(jīng)常性的環(huán)境變化中使硝化菌和反硝化菌群并非總是處于好的生長代謝環(huán)境中，由此也影響單位體積構(gòu)筑物的處理能力。
缺陷
盡管氧化溝具有出水水質(zhì)好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、除磷脫氮效率高、污泥易穩(wěn)定、能耗省、便于自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，仍存在一系列的問題。
1、污泥膨脹問題
當(dāng)廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負(fù)荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷較高時。微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸取了大量營養(yǎng)物質(zhì)，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì)，使活性污泥的表面附著水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨脹。
針對污泥膨脹的起因，可采取不同對策：由缺氧、水溫高造成的，可加大曝氣量或降低進(jìn)水量以減輕負(fù)荷，或適當(dāng)降低MLSS（控制污泥回流量），使需氧量減少；如污泥負(fù)荷過高，可提高M(jìn)LSS，以調(diào)整負(fù)荷，必要時可停止進(jìn)水，悶曝一段時間；可通過投加氮肥、磷肥，調(diào)整混合液中的營養(yǎng)物質(zhì)平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值過低，可投加石灰調(diào)節(jié)；漂白粉和液氯（按干污泥的0.3%~0.6%投加），能抑制絲狀菌繁殖，控制結(jié)合水性污泥膨脹[11]。
2、 泡沫問題
由于進(jìn)水中帶有大量油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)轉(zhuǎn)刷充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫；泥齡偏長，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫，常用除沫劑有機(jī)油、煤油、硅油，投量為0.5~1.5mg/L。通過增加曝氣池污泥濃度或適當(dāng)減小曝氣量，也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當(dāng)廢水中含表面活性物質(zhì)較多時，易預(yù)先用泡沫分離法或其他方法去除。另外也可考慮增設(shè)一套除油裝置。但最重要的是要加強(qiáng)水源管理，減少含油過高廢水及其它有毒廢水的進(jìn)入。
3、污泥上浮問題
當(dāng)廢水中含油量過大，整個系統(tǒng)泥質(zhì)變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上??；當(dāng)曝氣時間過長，在池中發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮?dú)?，使污泥上浮；另外，廢水中含油量過大，污泥可能挾油上浮。
發(fā)生污泥上浮后應(yīng)暫停進(jìn)水，打碎或清除污泥，判明原因，調(diào)整操作。污泥沉降性差，可投加混凝劑或惰性物質(zhì)，改善沉淀性；如進(jìn)水負(fù)荷大應(yīng)減小進(jìn)水量或加大回流量；如污泥顆粒細(xì)小可降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速；如發(fā)現(xiàn)反硝化，應(yīng)減小曝氣量，增大回流或排泥量；如發(fā)現(xiàn)污泥腐化，應(yīng)加大曝氣量，清除積泥，并設(shè)法改善池內(nèi)水力條件。
4、流速不均及污泥沉積問題
在氧化溝中，為了獲得其獨(dú)特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內(nèi)循環(huán)流動。一般認(rèn)為，最低流速應(yīng)為0.15m/s，不發(fā)生沉積的平均流速應(yīng)達(dá)到0.3~0.5m/s。氧化溝的曝氣設(shè)備一般為曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)刷的浸沒深度為250~300mm，轉(zhuǎn)盤的浸沒深度為480~ 530mm。與氧化溝水深（3.0~3.6m）相比，轉(zhuǎn)刷只占了水深的1/10~1/12，轉(zhuǎn)盤也只占了1/6~1/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很?。ㄌ貏e是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒有流速），致使溝底大量積泥（有時積泥厚度達(dá)1.0m），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質(zhì)。
加裝上、下游導(dǎo)流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)刷）軸心4.0處（上游），導(dǎo)流板高度為水深的1/5~1/6，并垂直于水面安裝；下游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)刷）軸心3.0m處。導(dǎo)流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。導(dǎo)流板與其他改善措施相比，不僅不會增加動力消耗和運(yùn)轉(zhuǎn)成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動力效率。
另外，通過在曝氣機(jī)上游設(shè)置水下推動器也可以對曝氣轉(zhuǎn)刷底部低速區(qū)的混合液循環(huán)流動起到積極推動作用，從而解決氧化溝底部流速低、污泥沉積的問題。設(shè)置水下推動器專門用于推動混合液可以使氧化溝的運(yùn)行方式更加靈活，這對于節(jié)約能源、提高效率具有十分重要的意義。
5、導(dǎo)致有較多的大腸桿菌散發(fā)到空氣中，引發(fā)了毒黃瓜的事件。
6、對于BOD較小的水質(zhì)完全沒有處理能力。