污水處理氧化溝工藝

污水處理氧化溝工藝氧化溝(oxidationditch)又名連續(xù)循環(huán)曝氣池(Continuousloopreactor),是活性污泥法的一種變形。氧化溝污水處理工藝自投入使用以來。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)，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用于生活污水和工業(yè)污水的治理。目前應(yīng)用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾氧化溝、卡魯塞爾氧化溝、奧爾伯氧化溝、T型氧化溝、DE型氧化溝和一體化氧化溝。氧化溝是由荷蘭衛(wèi)生工程研究所在上世紀(jì)50年代研制開發(fā)的廢水生物處理技術(shù)，是活性污泥法的一種改型，屬延時(shí)曝氣的一種特殊形式。其基本特征是曝氣池呈封閉、環(huán)狀跑道式，池體狹長(zhǎng)，池深較淺，在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。廢水和活性污泥以及各種微生物混合在溝渠中作不停地循環(huán)流動(dòng)，完成對(duì)廢水的硝化與反硝化處理。生物氧化溝兼有完全混合式、推流式和氧化塘的特點(diǎn)。在技術(shù)上具有凈化程度高、耐沖擊、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便、維修簡(jiǎn)單、投資少、能耗低等特點(diǎn)。氧化溝在空間上形成了好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，具有良好的脫氮功能。最早的氧化溝為20世紀(jì)50年代開發(fā)的帕斯韋爾(Pasveer)氧化溝，在溝道轉(zhuǎn)彎處采用豎軸表面曝氣器，在一側(cè)溝道上設(shè)有橫軸轉(zhuǎn)刷曝氣器，取得曝氣與攪拌兩個(gè)作用，二沉池與之分建；1960年，一種結(jié)構(gòu)更為緊湊的奧貝爾(Orbal)氧化溝在南非被開發(fā)和使用，后被Envirex收購(gòu)，成為美國(guó)USFilter公司的一項(xiàng)專利;20世紀(jì)60年代荷蘭DHV公司開發(fā)了使用廣泛的Carrousel氧化溝，除了能獲得較高的BOD5去除效率，同時(shí)還能達(dá)到部分脫氮除磷的目的；80年代初，美國(guó)開發(fā)了將二次沉淀池設(shè)置在氧化溝中的合建式氧化溝一一BMTS型，并發(fā)展成現(xiàn)在所說的一體化氧化溝；此外，還有目前常用的多溝交替式氧化溝(雙溝?！辍⑷郎蟃型)等等，形成了頗為龐大的氧化溝家族。氧化溝工藝概述1.1氧化溝工藝基本原理和主要設(shè)計(jì)參數(shù)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突钚晕勰嘣谄貧馇乐胁粩嘌h(huán)流動(dòng)，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(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)負(fù)荷低，其本質(zhì)上屬于延時(shí)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(shí)間：10—40小時(shí)；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：2000—6000mg/l；溝內(nèi)平均流速：0.3—0.5m/s1.2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(CintinuousLoopReator,簡(jiǎn)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(shí)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(dòng)裝置，向反應(yīng)池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)的水力停留時(shí)間，較低的有機(jī)負(fù)荷和較長(zhǎng)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，是式氧化溝具有獨(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)，有力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)中很好的被混合和分散，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(gè)循環(huán)）呈推流狀態(tài)，而在長(zhǎng)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(gè)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(shí)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(shí)間又較長(zhǎng)，這就要求溝內(nèi)由較大的循環(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(duì)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，特別適用于硝化一反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說又是完全混合的，而液體流動(dòng)卻保持著推流前進(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(zhǎng)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)硝化一反硝化工藝，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秒一1。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秒一1，污泥仍有再絮凝的機(jī)會(huì)，因而也能改善污泥的絮凝性能。有污水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。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(duì)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(dòng)和活性污泥懸浮狀態(tài)。據(jù)國(guó)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(guó)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(jiǎn)單，超作管理方便；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)。1.3氧化溝技術(shù)的發(fā)展自1920年英國(guó)Sheffield建立的污水廠成為氧化溝技術(shù)先驅(qū)以來，氧化溝技術(shù)一直在不斷的發(fā)展和完善。其技術(shù)方面的提高是在兩個(gè)方面同時(shí)展開的：一是工藝的改良；二是曝氣設(shè)備的革新。1.3.1工藝的改良工藝的改良過程大致可分為四個(gè)階段:1.3.2曝氣設(shè)備的革新:曝氣設(shè)備對(duì)氧化溝的處理效率，能耗及處理穩(wěn)定性有關(guān)鍵性影響，其作用主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：向水中供氧；推進(jìn)水流前進(jìn)，使水流在池內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)；保證溝內(nèi)活性污泥處于懸浮狀態(tài)；使氧、有機(jī)物、微生物充分混合。針對(duì)以上幾個(gè)要求，曝氣設(shè)備也一直在改進(jìn)和完善。常規(guī)的氧化溝曝氣設(shè)備有橫軸曝氣裝置及豎軸曝氣裝置。1） 橫軸曝氣裝置為轉(zhuǎn)刷和轉(zhuǎn)盤。其中轉(zhuǎn)刷更為常見，轉(zhuǎn)刷單獨(dú)使用通常只能滿足水深較淺的氧化溝，有效水深不大于2.0—3.5米。從而造成傳統(tǒng)氧化溝較淺，占地面積大的弊端。近幾年開發(fā)了水下推進(jìn)器配合轉(zhuǎn)刷，解決了這個(gè)問題，如山東高密污水廠，有效水深為4.5米，保證溝內(nèi)平均流速大于0.3米/秒，溝底流速不低于0.1米/秒，這樣氧化溝占地大大減少，轉(zhuǎn)刷技術(shù)運(yùn)用已相當(dāng)成熟，但因其供氧率低，能耗大，故其逐漸被另外先進(jìn)的曝氣技術(shù)所取代。2） 豎軸式表面曝氣機(jī)，各種類型的表面曝氣機(jī)均可用于氧化溝，一般安裝在溝渠的轉(zhuǎn)彎處，這種曝氣裝置有較大的提升能力，氧化溝水深可達(dá)4—4.5米，如1968年荷蘭PHV開發(fā)的著名Carrousel氧化溝在一端的中心設(shè)垂直軸的一定方向的低速表曝葉輪，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)除向污水供氧外，還能使溝中水體沿一定方向循環(huán)流動(dòng)。表曝設(shè)備價(jià)格較便宜，但能耗大易出故障，且維修困難。3） 射流曝氣，1969年Lewrnpt等創(chuàng)建了第一座試驗(yàn)性射流曝氣氧化溝（JAC），國(guó)外的射流曝氣多為壓力供氣式，而國(guó)內(nèi)通常是自吸空氣式，JAC的優(yōu)點(diǎn)是氧化溝的寬度和水的深度不受限制，可以用于深水曝氣，且氧的利用率高，目前最大的JAC在奧地利的林茨，處理流量為17.2萬(wàn)噸/天，水深7.5米。4） 微孔曝氣，現(xiàn)在應(yīng)用較多的微孔曝氣裝置，采用多孔性空氣擴(kuò)散裝置克服了以往裝置氣壓損失大，易堵塞的毛病，且氧利用率較高，在氧化溝技術(shù)運(yùn)用中越來越廣泛，目前，我國(guó)廣東省某污水廠已成功運(yùn)用此種曝氣系統(tǒng)。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。5）其他曝氣設(shè)備，包括一些新型的曝氣推動(dòng)設(shè)備，如浙江某公司開發(fā)的復(fù)葉節(jié)流新型曝氣器，氧利用率較高，浮于水面，易檢修，充氧能力可達(dá)水下7米，推動(dòng)能力相當(dāng)強(qiáng)，滿足氧化溝的曝氣推動(dòng)一體化要求，同時(shí)能夠滿足氧化溝底部的充氧和推動(dòng)。氧化溝在國(guó)內(nèi)外都發(fā)展很快。歐州的氧化溝污水廠已有上千座，在國(guó)內(nèi)，從20世紀(jì)80年代末開始在城市污水和工業(yè)廢水中引進(jìn)國(guó)外氧化溝的先進(jìn)技術(shù)，從原來的日處理量3000立方米到目前10萬(wàn)噸以上的污水處理廠已比較普遍，氧化溝工藝已成為我國(guó)城市污水處理的主要工藝。2.氧化溝脫氮除磷工藝2.1傳統(tǒng)氧化溝的脫氮除磷傳統(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(duì)除氮的效果是有限的，而對(duì)除磷幾乎不起作用。另外，在傳統(tǒng)的單溝式氧化溝中，微生物在好氧一缺氧一好氧短暫的經(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最佳的生長(zhǎng)代謝環(huán)境中，由此也影響單位體積構(gòu)筑物的處理能力。隨著氧化溝工藝的反展，目前，在工程應(yīng)用中比較有代表性的有形式有：多溝交替式氧化溝（如三溝式，五溝式）及其改進(jìn)型、卡魯塞爾氧化溝及其改進(jìn)型、奧貝爾（Orbal）氧化溝及其改進(jìn)型、一體化氧化溝等。他們都具有一定的脫氮除磷能力，2.2.PI型氧化溝的脫氮除磷PI(PhaseIsolatio