三溝式氧化溝的工藝及其特點(diǎn)

1、三溝式氧化溝的工藝及其特點(diǎn)1. 概述氧化溝也稱氧化渠， 又稱循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形， 是 50 年代荷蘭 pasveer 首先設(shè)計(jì)的。最初一般用于處理在 5000m3 以 下的城市污水。三溝式氧化溝是氧化溝的一種典型構(gòu)造型式， 目前采用的三溝式 氧化溝工藝， 是丹麥在間歇式運(yùn)行的氧化溝基礎(chǔ)上開創(chuàng)的， 它實(shí)際上 仍是一種連續(xù)流活性污泥法，只是將曝氣、沉淀工序集于一體，并具 有按時(shí)間順序交替輪換運(yùn)行的特點(diǎn)， 其運(yùn)轉(zhuǎn)周期可根據(jù)處理水質(zhì)的不 同進(jìn)行調(diào)整，從而使其運(yùn)行操作更趨于靈活方便。 這種工藝流程簡(jiǎn)單， 無需另設(shè)一次、 二次沉淀池和污泥回流裝置， 使氧化溝工藝的基建投 資和運(yùn)行費(fèi)用大為降

2、低， 并在一定程度上解決了以往氧化溝占地面積 大的缺點(diǎn)，我國(guó)邯鄲市東污水處理廠采用的就是這種工藝。2. 三溝式氧化溝的工藝流程三溝式氧化溝工藝主要按下面六個(gè)階段輪換運(yùn)行DN-反硝化皿硝化三詢式拿化客工莒as程圖ui階段A:污水經(jīng)配水井進(jìn)入溝I,溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控 制在僅能維持水和污泥混合，并推動(dòng)水流循環(huán)流動(dòng)，但不足以供給徽 生物降解有機(jī)物所需的氧。此時(shí)，溝I處于缺氧狀態(tài)，溝內(nèi)活性污泥 利用水中的有機(jī)物作為碳源，活性污泥中的反硝化菌則利用前一段產(chǎn) 生的硝酸鹽中的氧來降解有機(jī)物，釋放出氮?dú)?，完成反硝化過程。同 時(shí)溝I的出水堰自動(dòng)升起，污水和污泥混合液進(jìn)人溝溝H內(nèi)的轉(zhuǎn) 刷以高速運(yùn)行，保證溝內(nèi)

3、有足夠的溶解氧來降解有機(jī)物， 并使氨氮轉(zhuǎn) 化為硝酸鹽，完成硝化過程.處理后的污水流入溝皿，溝皿中的轉(zhuǎn)刷 停止運(yùn)轉(zhuǎn)，起沉淀池的作用，進(jìn)行泥水分離，由溝皿處理后的水經(jīng)自 動(dòng)降低的出水堰排出。階段B:進(jìn)水改從處于好氧狀態(tài)的溝H流入，并經(jīng)溝互皿沉淀后排出。同時(shí)溝I中的轉(zhuǎn)刷開始高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使其從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛?態(tài)，并使階段A進(jìn)入溝I的有機(jī)物和氨氮得到好氧處理， 待溝內(nèi)的溶 解氧上升到一定值后，該階段結(jié)束。階段C:迸水仍然從溝H注入，經(jīng)溝皿排出.但溝I中的轉(zhuǎn)刷停 止運(yùn)轉(zhuǎn)，開始進(jìn)行泥水分離，待分離完成，該階段結(jié)束。階段A、B、C組成了上半個(gè)工作循環(huán).階段D:進(jìn)水改從溝皿流入，溝皿出水堰升高，溝I出水堰降低

4、， 并開始出水。同時(shí)，溝皿中轉(zhuǎn)刷開始低速運(yùn)轉(zhuǎn)，使其處于缺氧狀態(tài).溝 H則仍然處于好氧狀態(tài)，溝I起沉淀池作用。階段D與階段A的水淹 方向恰好相反，溝皿起反硝化作用，出水由溝I排出。階段E:類似于階段B,進(jìn)水又從溝H流入，溝I仍然起沉淀他 作用，溝皿中的轉(zhuǎn)刷開始高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)。階段F:類似于階段C,溝H進(jìn)水，溝I沉淀出水。溝皿中的轉(zhuǎn) 刷停止運(yùn)轉(zhuǎn)，開始泥水分離。至此完成整個(gè)循環(huán)過程。通常一個(gè)工作循環(huán)需 4-8 小時(shí)，在整個(gè)循環(huán)過程中， 中間的溝始 終處于好氧狀態(tài)， 而外側(cè)兩溝中的轉(zhuǎn)刷則處于交替運(yùn)行狀態(tài)， 當(dāng)轉(zhuǎn)刷 低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行反稍化過程，轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行硝化過程，而 轉(zhuǎn)刷停

5、止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氧化溝起沉淀池作用。不難看出，若調(diào)整各階段的 運(yùn)行時(shí)間，就可達(dá)到不同的處理效果，以適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化。目 前運(yùn)行的這種工藝， 大部分是預(yù)先將各階段的運(yùn)行時(shí)間， 根據(jù)具體的水質(zhì)、水量，編入運(yùn)行管理的計(jì)算機(jī)程序中，從而使整個(gè)管理過程運(yùn) 行靈活、操作方便。3. 三溝式氧化溝的有優(yōu)點(diǎn)美國(guó)EPA對(duì)不同類型生物處理法的運(yùn)行情況的調(diào)查結(jié)果表明， 不 同工藝出水B0D5、于20mg/L的時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間百分?jǐn)?shù)分別是： 氧化溝 90，鼓風(fēng)曝氣 70，生物濾池 60。由此可見，氧化溝的 處理效果比其它生物處理方法穩(wěn)定。 氧化溝的特點(diǎn)是低負(fù)荷運(yùn)行， 因 此有機(jī)物可以有效去除，COD去除率在90%以上。而

6、且對(duì)氨氮完成硝 化。氧化溝運(yùn)行操作簡(jiǎn)便， 基建和運(yùn)行費(fèi)均低于活性污泥法。當(dāng)要求 污水脫氮時(shí)，氧化溝比其它生物脫氮工藝費(fèi)用低、TN去除效率高，因?yàn)樗难h(huán)運(yùn)行方式非常適合生物脫氮的過程， 不需要為反硝化而 增設(shè)回流系統(tǒng)。4. 式氧化溝運(yùn)行及設(shè)計(jì)存在的問題及解決辦法A:存在的問題以邯鄲三溝式氧化溝為例， 邯鄲三溝式氧化溝的根據(jù)下列數(shù)據(jù)設(shè) 計(jì)處理生活污水：進(jìn)水：BOD5=130 mg/LNH3 N=22 mg/L(T=10 0)TN=42 mg/LSS=160 mg/L堿度=280 mg/L(以 CaCO計(jì))出水：BOD515 mg/LNH N 2 3 mg/L(T=100)TN 1012 mg/L

7、(T=100)TN=6 8 mg/L(T=25 0)TSS 20 mg/L最低溫度=10o (最高溫度=25o)清華大學(xué)周律等人 2，3對(duì)邯鄲氧化溝進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定工 作，總結(jié)起來也是以下三個(gè)問題： 停留時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間問題：出水 NH N偏高，通過實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn)延長(zhǎng)硝化停留時(shí)間，可以降低出水的NH2這說明原設(shè)計(jì)的停留 時(shí)間雖然對(duì)于BOD勺去除充分，但對(duì)于脫氮其停留時(shí)間是不夠的。 上 述問題可能也與污泥齡和運(yùn)行方式有關(guān)。 污泥停留時(shí)間問題： 通過污泥耗氧速率和懸浮物干重?fù)p失率 等評(píng)價(jià)污泥穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)方法， 對(duì)其污泥進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果表明： 經(jīng)過處 理的污泥尚未得到穩(wěn)定。 三溝式氧化溝的容積利用率問題：

8、 從前面的討論可知三溝式 氧化溝本身的容積利用率較低（58 %）。在邯鄲測(cè)得三溝中MLS助 5.3 、2.0 、 5.0 kg/m 3。 f a=0.40 與上述的理想狀態(tài)相差很大。三條 溝的MLSS布與設(shè)計(jì)的分布情況有較大差距。這是三溝式氧化溝運(yùn) 行及設(shè)計(jì)的一個(gè)主要問題。B 改善三溝式氧化溝運(yùn)行的一些考慮從邯鄲污水廠幾年運(yùn)行來看 , 進(jìn)一步完善工藝操作以達(dá)更為優(yōu)化 的運(yùn)行是可能的。如下主要是以改進(jìn)出水水質(zhì)為目標(biāo)的完善。由于邯鄲污水廠目前的進(jìn)水水質(zhì)與設(shè)計(jì)值不全相符 , 這對(duì)其出水 水質(zhì)有一定影響 ,主要反映在脫氮效果不太理想。 這與水質(zhì)組成 ,如進(jìn) 水的碳氮比有很大關(guān)系 ,也與操作有一定關(guān)系。

9、從三溝式氧化溝硝化 反硝化的操作模式中可以發(fā)現(xiàn) ,反硝化操作與硝化操作的運(yùn)行時(shí)間 相比較短,在一個(gè)周期內(nèi)這一比值為1 : 2。前置式A/0流程,反硝化 與硝化的水力停留時(shí)間比采用1 : 34。在實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，出水的 NH+4-N常有偏高的現(xiàn)象。針對(duì)上述的一些情況進(jìn)行了小型試驗(yàn) ，發(fā)現(xiàn) 如果適當(dāng)提高硝化的運(yùn)行時(shí)間比例可降低出水 NH+4-N值,并使脫氮 的效果有所改進(jìn)。由于自養(yǎng)型的硝化菌生長(zhǎng)速度慢 , 其生長(zhǎng)環(huán)境條件影響硝化速率及含氮有機(jī)物和氨氮的去除 , 只有硝化菌的正常代謝才 能為脫氮提供N0-3-N。異養(yǎng)型反硝化菌生長(zhǎng)環(huán)境要求低，代謝速度也 較快,不僅在硝化過程中利用適宜的微環(huán)境進(jìn)行同時(shí)反

10、硝化, 還可利用邊溝5h的澄清和沉淀過程進(jìn)行反硝化。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，邊溝的脫氮效 果一般為 10%左右。5. 三溝式氧化溝的應(yīng)用前景三溝式氧化溝是新一代氧化溝工藝的典型代表 , 這種氧化溝工藝 結(jié)合了許多新的污水處理操作方式，如A / O法，SBR法等。通過對(duì) 生產(chǎn)性三溝式氧化溝的調(diào)查研究表明 , 這種工藝處理效果十分穩(wěn)定 , 滿足BOD僑口懸浮物濃度小于30mg/L的頻率分別為92呀口 96%而且, 氧化溝排放的剩余污泥可滿足EPA隹薦的B級(jí)污泥病原菌排放標(biāo)準(zhǔn)。 其反硝化運(yùn)行和硝化運(yùn)行的時(shí)間比 TDN/TN對(duì)調(diào)節(jié)三溝式氧化溝脫氮 效果起著重要的作用 , 是一個(gè)關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù) , 針對(duì)不同的污水水

11、質(zhì) , 調(diào)節(jié)TDN/TN可達(dá)到比較好的氮去除效果。三溝式氧化溝工藝能耗低， 運(yùn)行管理方便 , 是適合我國(guó)中小型城市使用的簡(jiǎn)便、高效的污水處理 技術(shù)。三溝式氧化溝的活性污泥特性三溝式氧化溝工藝類似于延時(shí)曝氣活性污泥法，與傳統(tǒng)活性污泥 法比較，它的最大特點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，無需單設(shè)初沉池和污泥回流 裝置(曝氣池和二沉池合建)，同時(shí)由于氧化溝設(shè)計(jì)采用了較長(zhǎng)的泥 齡，污泥基本得到好氧穩(wěn)定、也無需另設(shè)消化池。邯鄲市東污水處理廠是我國(guó)首家采用三溝式氧化溝工藝的城市 污水處理廠，自1990年11月正式投產(chǎn)以來，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到并 優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本文分析了大量運(yùn)行記錄和化驗(yàn)數(shù)據(jù)， 并做了大量的 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，

12、將氧化溝活性污泥在運(yùn)行期間的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，以此為三溝式氧化溝的研究推廣積累經(jīng)驗(yàn)，加速對(duì)國(guó)外引進(jìn)技術(shù)的消 化、吸收和創(chuàng)新。1運(yùn)行狀況該廠設(shè)計(jì)三溝的 MLSS分別為4.3-3.4-4.3(kgMLSS/m 3)，則三溝平均污泥濃度為4.0 kgMLSS/rH實(shí)際運(yùn)行中溝內(nèi)平均污泥濃度較高，3在 6.5 kgMLSS/m 左右，MLVSS/MLS值在 0.5 0.6 之間。本文根據(jù)該廠1995、1996年實(shí)際運(yùn)行情況的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析 統(tǒng)計(jì)，詳見表1。表11995年佃96年的實(shí)際運(yùn)行情況參數(shù)19951996邊溝I中溝邊溝II邊溝I中溝邊溝IMLSS(g/L)8.34.38.87.13.39.3SV

13、(%)37.417.245.241.915.843.7SVI(mL/g)454048594847注：以第一組溝為例，各值為年平均值。由表1可見，與設(shè)計(jì)值比較氧化溝中污泥濃度偏高， 尤其是邊溝 與中溝的比值更高。根據(jù)該廠工藝運(yùn)行中進(jìn)水情況分析， 在一個(gè)運(yùn)行 周期8h內(nèi)，邊溝通過溝間隔墻下部的回流窗向中溝進(jìn)泥 （指混合液） 的時(shí)間為1.75 h，而中溝向邊溝進(jìn)泥時(shí)間為4 h（見圖1）。經(jīng)推算， 若干周期后，中溝污泥濃度明顯低于兩條邊溝， 使三條溝的污泥濃度 比例與設(shè)計(jì)值偏差較大。同時(shí)，由于該廠氧化溝剩余污泥的排除方式 為中溝排泥，而中溝污泥濃度偏低，如按原設(shè)計(jì)的排泥時(shí)間排泥，則 每日排泥量相對(duì)較少

14、，這也造成了中溝與邊溝污泥濃度比例失衡和氧 化溝內(nèi)整體污泥濃度偏高的狀況。1碼飛一反琦化活行樓式他另外，從表1可以發(fā)現(xiàn)氧化溝中活性污泥 SVI值偏低。因?yàn)檠趸?溝屬于延時(shí)曝氣，池容較大，經(jīng)沉砂池的污水中可沉性懸浮固體濃度 為45 mg/L，其中70%以上為無機(jī)物；同時(shí)為了提供在反硝化過程中 所需要的足夠碳源，該廠在氧化溝之前不設(shè)初沉池，于是大量非活性 無機(jī)懸浮顆粒進(jìn)入氧化溝，成為活性污泥的絮體中心，使混合液中活 性污泥顆粒變得粗大密實(shí)，SVI值因此偏低。同時(shí)，大量無機(jī)顆粒的 進(jìn)入，也是氧化溝中整體活性污泥濃度偏高的原因之一。2微生物的特點(diǎn)該廠三溝式氧化溝泥齡較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)為 26 d。運(yùn)行負(fù)荷較低

15、，如 1996年平均氧化溝污泥負(fù)荷為 0.055 kgBOB/(kgMLSS d)。水力停 留時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)為14.6 h，因此溝中的細(xì)菌多處于內(nèi)源呼吸期， 運(yùn)行正常時(shí)大量微生物主要是游泳型或固著型纖毛蟲以及輪蟲等一 些后生動(dòng)物，而鞭毛蟲等低等原生動(dòng)物則很少。由于該廠不設(shè)初沉池，城市下水道中種類豐富的微生物直接進(jìn)入 氧化溝，在具有接種功能的同時(shí)，可以使活性污泥中的微生物最大限 度地適應(yīng)原水環(huán)境，故進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的凈化能力和運(yùn)行穩(wěn)定性， 并使微生物種類和數(shù)量大幅度提高。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，自建廠以來所觀察到的 微生物種類計(jì)56種，其中日常出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種類有12種(見表2)9表2三溝式氧化溝常見微生物種類表

16、殼蟲Arcella sp褶累枝蟲 Epistylisplicatills普通表殼蟲Arcella有肋楯纖蟲AspidiscaVulgriscostata杯鐘蟲 Vorticella銳利楯纖蟲AspidiscaoctavaIvn ceus小口鐘蟲 Vorticella紅眼旋輪蟲Philodi namicrostomaerythrophthal mn溝鐘蟲 Vorticella conv allaria轉(zhuǎn)輪蟲 Rotaria tardigrada湖累枝蟲 Epistylis凹縫楯纖蟲Aspidiscalacustrissulcate以上優(yōu)勢(shì)種類數(shù)量占總量的97噓右，出現(xiàn)率在95%以上。原生 動(dòng)物中

17、以纖毛蟲占優(yōu)勢(shì)，又以游泳型纖毛蟲類出現(xiàn)的數(shù)量最大， 有柄 纖毛蟲次之，隨后依次是表殼蟲和輪蟲。3泥齡對(duì)氧化溝系統(tǒng)的影響設(shè)計(jì)中該廠三溝式氧化溝穩(wěn)定污泥齡為 26 d，其中參與工藝反 應(yīng)的活性污泥占三條溝污泥總量的55%實(shí)際運(yùn)行中隨排泥量的變化， 不同時(shí)期泥齡有所不同。不同時(shí)期的泥齡對(duì)氧化溝系統(tǒng)的脫氮及COD去除情況見圖2。009080706050亠SS*潘 Y40010 20 30 40 50- 60 7C 80 90 100圈2 渥幫對(duì)COD.N-N.TN去除率的影喘由圖2可以看出，隨泥齡的增加，NHN的去除率隨之提高，說 明活性污泥齡越長(zhǎng)，進(jìn)入氧化溝中的食料相對(duì)越少，系統(tǒng)在低負(fù)荷下 運(yùn)行，硝

18、化作用比較完全。CO在分析的泥齡范圍內(nèi)（1895 d）并無 明顯變化。但是，TN去除率并非隨泥齡的增長(zhǎng)而始終提高，當(dāng)泥齡長(zhǎng)到一 定值（87 d左右）后，TN去除率開始下降，因?yàn)榇藭r(shí)污泥的活性降低， 脫氮效率隨之下降。另外，污泥停留時(shí)間越長(zhǎng)，必然使氧化溝中污泥 總量增多，活性污泥混合液的需氧量因此增加，使水處理能耗提高。如果氧化溝系統(tǒng)泥齡太短，由于硝化菌的世代周期為10 d左右,當(dāng)泥齡v 10 d時(shí)，溝中就不適合硝化菌的繁殖與生存，致使硝化作 用不夠完全，脫氮量減少。所以控制適當(dāng)?shù)哪帻g，對(duì)氧化溝系統(tǒng)的正 常運(yùn)行至關(guān)重要。4污泥脫水性能該廠三溝式氧化溝剩余污泥處理流程為：氧化溝t剩余污泥泵站 t濃縮池t均質(zhì)池t脫水機(jī)房t污泥外運(yùn)。由于氧化溝泥齡長(zhǎng)、負(fù)荷 低，污泥基本得到好氧穩(wěn)定，故不需設(shè)污泥消化池。該廠采用帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，剩余污泥脫水性能的好壞直接影響泥餅的含水率， 過 高的含水率將造成污泥體積較大，堆放、運(yùn)輸不便。因此，脫水性能 是污水處理運(yùn)行中的一項(xiàng)較為重要的指標(biāo)。 對(duì)三溝式氧化溝污泥比阻 和經(jīng)帶機(jī)壓濾后的泥餅含水率隨絮凝劑（PAM投配比變化情況的測(cè)定 和分析見圖3。圈3詬冕比阻、泥餅含水率fit鸞翼?yè)?jù) 投繪比的變牝情況I74I76I783I82IM帶o o o o o O * * *2 0