氧化溝工藝在城市生活污水處理中的應(yīng)用分析

氧化溝工藝在城市生活污水處理中的應(yīng)用分析給排水科學(xué)與工程1118824202黃佳摘要:本文從城市生活污水的特點(diǎn)及近年來開展?fàn)顩r出發(fā)，結(jié)合氧化溝工藝在城市生活污水中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了氧化溝典型工藝及其技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行了簡(jiǎn)略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，以及氧化溝的主要工藝〔脫氮除磷〕，并列舉了氧化溝工藝啟動(dòng)及運(yùn)行過程中的異常情況及其處理措施。關(guān)鍵詞：城市生活污水氧化溝脫氮除磷污泥膨脹Abstract:Thisarticlefromthecitysewageandthedevelopmentofthesituation,combinedwithapplicationofoxidationditchprocessinthecitysewage,introducesthetypicalprocessandtechnicalcharacteristicsofoxidationditch,thetechnicalandeconomicassessmentbriefly,andthemainprocessofoxidationditch(nitrogenandphosphorus),andliststheabnormalsituationoxidationditchstartingprocessandoperationprocessanditstreatmentmeasures.Keyword：CitylifesewageOxidationditchNitrogenandphosphorusremovalSludgebulking1城市生活污水1、城市生活污水特點(diǎn)生活污水主要是城市生活中使用的各種洗滌劑和污水、垃圾、糞便等，多為無毒的無機(jī)鹽類，生活污水中含氮、磷、硫多，致病細(xì)菌多。改革開放以來，我國城市化也進(jìn)入快速開展時(shí)期，城市數(shù)量由1978年的190個(gè)增加到2006年的661個(gè)，城鎮(zhèn)人口由17245萬人增加到57706萬人。城市數(shù)量與規(guī)模的迅速增加與擴(kuò)張，帶來了嚴(yán)重的城市生活污水和垃圾污染問題。近10年來，我國城市生活污水排放量每年以5%的速度遞增，在1999年首次超過工業(yè)污水排放量，2006年城市生活污水排放量296億噸，占全國污水排放總量的55.3%。據(jù)統(tǒng)計(jì)：近幾年我國工業(yè)和城市污水年排放量已到達(dá)630億噸，并以每年18億噸的速度增加，目前全國年排污量約為350億m3，但城市污水集中處理率僅為15％，全國超過80％的城市污水未經(jīng)任何有效的收集處理就直接排放到附近的水體，理論上足以污染全國所有的地表水源。目前全國90%以上的城市水域受到污染，有7億人在飲用大腸桿菌含量超標(biāo)的水，1.7億人在飲用被有機(jī)物污染的水[1]。2、氧化溝工藝在生活污水處理中的應(yīng)用從理論上講，氧化溝既具有推流反響的特征，又具有完全混合反響的優(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)特征且在建設(shè)中可省略調(diào)節(jié)池、初沉池、污泥消化池、甚至二沉池等優(yōu)點(diǎn)，氧化溝工藝作為污水處理的熱點(diǎn)工藝之一正得到廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，歐洲已有的氧化溝污水處理廠超過2000多座，北美超過800座，亞洲有上百座。氧化溝的處理能力由最初的效勞人口僅360人，到如今的500萬-1000萬人口當(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)象也開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。我國自80年代亦開始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，隨著污水處理事業(yè)的極大開展，全國各地先后建起了不同規(guī)模、不同型式的氧化溝污水處理廠。2氧化溝工藝介紹及各及其技術(shù)特點(diǎn)1、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是在20世紀(jì)50年代由荷蘭衛(wèi)生工程研究所研制成功的自從1954年在荷蘭的首次投入使用以來。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)在國內(nèi)外廣泛的應(yīng)用于生活污水和工業(yè)污水的治理。至今，氧化溝技術(shù)己經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的開展，在構(gòu)造形式、曝氣方式、運(yùn)行方式等方面不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了種類繁多、各具特色的氧化溝。從運(yùn)行方式角度考慮，氧化溝技術(shù)開展主要有兩方面：一方面是按時(shí)間順序安排為主對(duì)污水進(jìn)行處理；另一方面是按空間順序安排為主對(duì)污水進(jìn)行處理。屬于前者的有交替和半交替工作式氧化溝；屬于后者的有連續(xù)工作分建式和合建式氧化溝。目前應(yīng)用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾〔Pasveer〕氧化溝、卡魯塞爾〔Carrousel〕氧化溝、奧貝爾〔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。詳細(xì)分類見圖2.1[1]。2、常用氧化溝的技術(shù)特點(diǎn)〔1〕雙溝說式氧化溝①工藝流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少，將氧化溝和二沉池合建為一體式氧化溝，以及近年來開展的交替工作的氧化溝，可不用二沉池，從而使處理流程更為簡(jiǎn)化。②污泥在氧化溝中已經(jīng)得到穩(wěn)定，無需消化處理即可脫水。③缺氧系統(tǒng)不用回流污泥，節(jié)省動(dòng)力。④自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、方便，定員及勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低[2]?！?〕帕斯韋爾〔Pasveer〕氧化溝Pasveer氧化溝是連續(xù)式處理污水的氧化溝系統(tǒng)，具有分建的二次沉淀池。原污水經(jīng)過格后直接進(jìn)入氧化溝，與溝中的污泥混合液混合。氧化溝為一跑道形的溝渠。溝上裝設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)曝氣器推動(dòng)混合液在溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，平均流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)并充氧?；旌弦旱蕉脸赝獗淼母≡亓鞯窖趸瘻现?，剩余污泥比擬穩(wěn)定，經(jīng)濃縮后可以直接脫水，或貯存在污泥池中以待進(jìn)一步處理?！?〕卡魯塞爾〔Carrousel〕氧化溝Carrousel氧化溝是一種單溝式環(huán)形氧化溝，在氧化溝的頂端設(shè)有垂直外表曝氣機(jī)，兼有供氧和推流攪拌作用。污水在溝道內(nèi)轉(zhuǎn)折巡回流動(dòng)，處于完全混合形態(tài)，有機(jī)物不斷氧化得以去除。Carrousel氧化溝獨(dú)特的池型與相應(yīng)的曝氣設(shè)備布局使之形成了靠近曝氣機(jī)下游的富氧區(qū)和曝氣機(jī)上游以及外環(huán)的缺氧區(qū)，這不僅有利于生物凝聚，還使活性污泥易于沉淀。3、氧化溝工藝優(yōu)化城市生活污水通過污水管網(wǎng)管道聚集輸運(yùn)至污水處理廠，進(jìn)行除磷脫氮生物處理。在氣候溫和的江南地區(qū)，生活污水COD一般在170～210mg/L,進(jìn)水中的碳源作為動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行脫氮除磷生物處理。同時(shí)城市漫長(zhǎng)的污水管道〔目前為62kg〕中有適應(yīng)性、降解能力很強(qiáng)的活性微生物，一般以厭氧菌為主存在于污水管道的有效空間內(nèi)，污水在進(jìn)入污水處理廠前就行良好的發(fā)酵、降解等預(yù)處理，并且工藝處理所需要的局部微生物經(jīng)過變異、馴化后以適應(yīng)接下來的生物除磷脫氮處理。這種預(yù)處理，相當(dāng)于工藝強(qiáng)化了厭氧處理空間和時(shí)間的重要性，加大厭氧處理比重?？傮w來說，城市污水管道的作用功能不僅是聚集輸運(yùn)污水而且還進(jìn)行的預(yù)處理對(duì)接下來的工藝處理作用至關(guān)重要。在氧化溝中設(shè)置轉(zhuǎn)碟和水下推進(jìn)器，有效的形成缺氧區(qū)域，設(shè)置水下推進(jìn)器〔高速推進(jìn)器效果更為理想〕，以保證溝底流速，同時(shí)有效形成缺氧區(qū)域，防止過量曝氣。理論上在氧化溝中減少曝氣量以形成缺氧區(qū)域會(huì)對(duì)硝化作用和生物好氧聚磷產(chǎn)生不利影響。實(shí)際運(yùn)行中，由于該工藝較長(zhǎng)污泥齡及良好曝氣效果導(dǎo)致硝化進(jìn)程過于順利，適當(dāng)?shù)慕档拖趸Ч约訌?qiáng)反硝化效果是合理的。而過量曝氣直接導(dǎo)致了活性污泥的絮凝體結(jié)構(gòu)松散，使得沉池淀沉池時(shí)間延長(zhǎng)致使磷的再次釋放，還會(huì)使微生物處于饑餓狀態(tài)而引起自身氧化進(jìn)入衰老期。氧化中DO值上升，短期內(nèi)污染活性可能很好，因?yàn)樾玛惔x快，有機(jī)物分解也快，但時(shí)間一久，污泥被轉(zhuǎn)碟打得又輕又碎，這種污泥色淺，活性差，耗氧速率下降，污泥體積和污泥指數(shù)增高，脫氮處理效果明顯降低[3]。4、氧化溝技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)氧化溝工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)要點(diǎn)概括如下：〔1〕工藝流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少運(yùn)行管理方便。一般情況下，氧化溝工藝可以比傳統(tǒng)活性污泥法少建初沉池和污泥厭氧消化系統(tǒng)，基建投資少?！?〕處理效果穩(wěn)定出水水質(zhì)好，實(shí)際運(yùn)行效果說明，氧化溝在去除BOD和SS方面均可取得比傳統(tǒng)活性污泥法更高質(zhì)量的出水，運(yùn)行也穩(wěn)定可靠?！?〕基建投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。由于氧化溝工藝省去初沉池和污泥厭氧消化系統(tǒng)，氧化溝在投資方面比傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)省很多?！?〕污泥量少，污泥性穩(wěn)定。由于氧化溝所采用的污泥齡一般長(zhǎng)達(dá)20～30d，污泥在溝內(nèi)得到了好氧穩(wěn)定，污泥生成量少?！?〕具有一定的承受水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷的能力，原污水一進(jìn)入氧化溝，就會(huì)披幾十倍甚至上百倍的循環(huán)流量所稀釋[4]?！?〕氧化溝工藝存在一定的限制因素和適用范圍。如奧貝爾氧化溝設(shè)備及建造投資較高；一體化氧化溝對(duì)固液別離器的設(shè)計(jì)和安裝水平要求較高；交替運(yùn)行式氧化溝最大的問題是積利用率低等。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選用適宜的處理技術(shù)。3氧化溝處理工藝——脫氮除磷1、生物脫氮〔1〕硝化硝化作用是指異養(yǎng)微生物進(jìn)行氨化作用產(chǎn)生的氨，被硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌氧化成亞硝酸，再氧化成硝酸的過程。由于硝化菌不能儲(chǔ)存多余的NH3-N，在一定的運(yùn)行條件下，系統(tǒng)去除NH3-N的量是有限的，故在進(jìn)水NH3-N濃度較高時(shí)，取NH3-N的去除量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。影響硝化反響的主要因素有:溫度〔T〕、溶解氧〔DO〕、污泥濃度〔MLSS〕或泥齡〔SRT〕、進(jìn)水氨氮濃度等。水溫是隨季節(jié)而變的，在實(shí)際運(yùn)行中主要通過泥齡和DO來控制系統(tǒng)脫氮?！?〕反硝化反硝化是指硝酸鹽氮〔NO3-N〕和亞硝酸鹽氮〔NO2-N〕在反硝化菌的作用下，被復(fù)原為氣態(tài)氮的過程。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)反硝化效率與進(jìn)水有機(jī)物濃度〔CODCr〕存在明顯的正比關(guān)系。進(jìn)水碳源是影響系統(tǒng)反硝化的限制性因素，碳源濃度〔CODCr〕越高，系統(tǒng)的反硝化效率越高。另外溫度和溶解氧也是影響系統(tǒng)反硝化的主要因素，其中溫度對(duì)反硝化的影響與其對(duì)硝化的影響一樣[5]。2、生物除磷活性污泥法處理污水時(shí)，將活性污泥交替在厭氧和好氧狀態(tài)下運(yùn)行，能使過量積聚磷酸鹽的積磷菌占優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中積磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷，在好氧狀態(tài)下過量地?cái)z取磷。經(jīng)過排放富磷剩余污泥，其結(jié)果與普通活性污泥法相比，可去除污水中更多的磷。影響因素有〔1〕污泥齡：影響除磷效果的因素之一是活性污泥中聚磷菌的含量及其對(duì)磷的吸收能力，延長(zhǎng)污泥齡有利于吸收，但一味的延長(zhǎng)污泥齡是沒有必要的[6]?！?〕硝酸鹽及基質(zhì)濃度：硝酸鹽濃度不為零厭氧區(qū)中反硝化，基質(zhì)濃度低聚磷菌生長(zhǎng)不好。3、同時(shí)脫氮除磷反硝化除磷工藝是一種新型的污水生物脫氮除磷工藝。它是利用DPAOs〔反硝化聚磷菌〕的生理代謝活動(dòng)產(chǎn)生的一種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的污水脫氮除磷新工藝。DPAOs能夠利用在厭氧階段吸收的有機(jī)物在缺氧階段以硝酸鹽為電子受體氧化分解，同時(shí)利用此過程產(chǎn)生的能量將污水中的磷過量吸收進(jìn)入胞內(nèi)。這樣利用同一局部COD〔化學(xué)需氧量〕完成了同步的脫氮和除磷效果。同時(shí)去除氮、磷即SBNR提供了今后降低投資并簡(jiǎn)化生物除營養(yǎng)〔BNR〕技術(shù)的可行性[7]。4氧化溝啟動(dòng)及運(yùn)行的異常情況及處理措施1、污泥膨脹污泥膨脹可分為絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹〔黏性膨脹〕，除此之外還和一系列的環(huán)境與操作因素〔溫度、PH值、營養(yǎng)物、負(fù)荷、DO、污泥齡〕等有關(guān)[8]。絲狀菌性污泥膨脹是由于污泥中絲狀菌過度繁殖引起的，而非絲狀菌性污泥膨脹是由于在活性污泥菌體外積蓄高粘性多糖類物質(zhì)而形成的?？梢?，它們的區(qū)別在于：絲狀菌性污泥膨脹是直接由于微生物增殖造成，而非絲狀菌性污泥膨脹是由于代謝產(chǎn)物〔高粘性多糖類〕積蓄造成。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)生非絲狀菌性污泥膨脹，相對(duì)于絲狀菌性污泥膨脹來說，還是極少數(shù)的。故一般人們所提取的污泥膨脹，往往指的是前面一種。處理措施：〔1〕采取了在固液別離器一天三次地投加鐵鹽氫氧化鈣和鋁鹽(聚合氯化鋁)類混凝劑以提高污泥的壓密性，減少出水的跑泥的應(yīng)急措施；同時(shí)通過一天三次地投加Ca(OH)2，一方面調(diào)節(jié)pH值，另一方面提高污泥的壓密性；〔2〕提高曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速，提高混合液溶解氧濃度；將連續(xù)進(jìn)水方式該為間歇進(jìn)水方式，采用進(jìn)水30min，停止進(jìn)水30min的方式；〔3〕控制進(jìn)水COD和進(jìn)水量，防止進(jìn)水對(duì)活性污泥的沖擊?！?〕在曝氣池一圈安裝噴水噴頭每隔兩米一個(gè)噴水減少泡沫，使得污泥不再流失[9]。2、進(jìn)水水溫低針對(duì)低溫帶來的不利影響主要采取了如下應(yīng)對(duì)措施：〔1)在充分掌握進(jìn)水水質(zhì)情況和現(xiàn)有條件的根底上，采用高質(zhì)量濃度接種，直接接種污泥質(zhì)量濃度到1600mg／L，以縮短啟動(dòng)周期?！?)除投加脫水干污泥外，還投加局部生物活性更強(qiáng)的濃縮污泥，減少污泥活性恢復(fù)時(shí)間?！?)控制曝氣量，減少不必要的熱量損失[10]。3、其他異常情況及處理措施[1]5結(jié)語氧化溝工藝是目前城市污水處理技術(shù)中水質(zhì)值得信賴、操作最穩(wěn)定應(yīng)用最多的工藝之一。無論是BOD的處理還是脫氮除磷效果和效率方面，都能夠滿足城市生活污水水質(zhì)和水量的要求。雖然目前應(yīng)用中還存在一些影響處理效果的因素，但隨著科學(xué)技術(shù)開展和社會(huì)的進(jìn)步，該工藝必將得到進(jìn)一步的提高，有望取得更佳的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。6參考文獻(xiàn)[1]戴紅玲氧化溝改進(jìn)工藝處理城市污水的運(yùn)行性能試驗(yàn)研究[C]2008-04-10[2]汪永紅雙溝式氧化溝技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用[C]1998-04-03