污水处理 | 氧化沟工艺分析

Back

2017/11/23

氧化沟（oxidation ditch）又名连续循环曝气池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的。


自从1954年在荷兰首次投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。


至今，氧化沟技术己经历了半个多世纪的发展，在构造形式、曝气方式、运行方式等方面不断创新，出现了种类繁多、各具特色的氧化沟。


目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。






工艺特点
（1）构造形式多样性
基本形式氧化沟的曝气池呈封闭的沟渠形，而沟渠的形状和构造则多种多样，沟渠可以呈圆形和椭圆形等形状。可以是单沟系统或多沟系统；多沟系统可以是一组同心的互相连通的沟渠，也可以是相互平行，尺寸相同的一组沟渠。


有与二次沉淀池分建的氧化沟也有合建的氧化沟，合建的氧化沟又有体内式和体外式之分，等等。多种多样的构造形式，赋予了氧化沟灵活机动的运行性能，使他可以按照任意一种活性污泥的运行方式运行，并结合其他工艺单元，以满足不同的出水水质要求。


（2）曝气设备的多样性
常用的曝气设备有转刷、转盘、表面曝气器和射流曝气等。不同的曝气装置导致了不同的氧化沟型式，如采用表曝气机的卡鲁塞尔氧化沟，采用转刷的帕斯维尔氧化沟等等。


与其他活性污泥法不同的是，曝气装置只在沟渠的某一处或者几处安设，数目应按处理场规模、原污水水质及氧化沟构造决定，曝气装置的作用除供应足够的氧气外，还要提供沟渠内不小于0.3m/s的水流速度，以维持循环及活性污泥的悬浮状态。






（3）曝气强度可调节
氧化沟的曝气强度可以通过两种方式调节。一是通过出水溢流堰调节：通过调节溢流堰的高度改变沟渠内水深，进而改变曝气装置的淹没深度，使其充氧量适应运行的需要。


淹没深度的变化对曝气设备的推动力也会产生影响，从而可以对进水流速起到一定的调节作用；其二是通过直接调节曝气器的转速：由于机电设备和自控技术的发展，目前氧化沟内的曝气器的转速时可以调节的，从而可以调节曝气强度的推动力。


（4）简化了预处理和污泥处理
氧化沟的水力停留时间和污泥龄都比一般生物处理法长，悬浮装有机物与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定，姑氧化沟可以不设初沉池。


由于氧化沟工艺污泥龄长，负荷低，排出的剩余污泥已得到高度稳定，剩余污泥量也较少。因此不再需要厌氧消化，而只需进行浓缩和脱水。




工艺缺点
（1）污泥膨胀问题当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。


微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。


（2）泡沫问题由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。


（3）污泥上浮问题当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；


当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。




（4）流速不均及污泥沉积问题在氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。


一般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3-0.5m/s。氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250-300mm，转盘的浸没深度为480-530mm。


与氧化沟水深（3.0-3.6m）相比，转刷只占了水深的1/10-1/12，转盘也只占了1/6-1/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.8-1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速），致使沟底大量积泥（有时积泥厚度达1.0m），大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。




改良氧化沟池型的构建原则


改良氧化沟池型的构建是在一体化简易污水处理技术的思想基础上，依托于卡鲁塞尔氧化沟、一体化氧化沟和奥贝尔氧化沟而建立的。


它是以连续流的方式，不作专门的时空调配，通过空间分区和空间顺序及对溶解氧的优化控制，将污水净化(C、N、P的去除)和固液分离功能集于一体，以水力内回流的方式替代机械内回流的反应器。构建的总原则是以连续流的方式，在更少的和合理的空间中完成C、N、P和SS的同时去除。






改良氧化沟池型


按上述构建原则，提出了改良型氧化沟模型。污水流入外沟经回流调节闸板后流经中沟和内沟，在各沟道内循环数十次到数百次，最终由固液分离器进行泥水分离出水。


外—中—内沟道分别为好氧/缺氧交替区、厌氧区和好氧区，完成有机物的降解和同时脱氮除磷。该模型着重在保留奥贝尔氧化沟硝化反硝化优势，同时克服该工艺占地面积大的缺点。


借鉴卡罗塞尔氧化沟跑道型沟道的构型和水力内回流方式，减少了大回流比的机械设备；考虑将奥贝尔氧化沟的同心圆型沟道展开，去掉中心岛的无效占地，同时又保留其三沟道串连、层层推进的流态特点。


另外，将一体化氧化沟中的侧沟固液分离器技术也揉合了进来，不设置单独的二沉池并实现污泥的无泵自动回流。






改良氧化沟的优化分析
（1）改良型氧化沟采用奥贝尔氧化沟三沟道串联的特性，将各分区考虑成串联，从而有利于难降解有机物的去除，并可减少污泥膨胀现象的发生。


（2）改良型氧化沟借鉴奥贝尔氧化沟的溶解氧梯度分布，具有较好的脱氮功能。在外沟道形成交替的好氧和大区域的缺氧环境，较高程度地发生“同时硝化/反硝化”，即使在不设内回流的条件下，也能获得较好的脱氮效果。


由于外沟道溶解氧平均值很低，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，所以氧的传递效率有所提高，有一定的节能效果，一般约节省能耗15%-20%。加之外沟道内所特有的同时硝化/反硝化功能，节能效果更为明显。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗相对较低。


（3）改良型氧化沟将奥贝尔氧化沟布置相对困难的圆形或椭圆形沟型设计为环状跑道型，降低了占地面积和工程造价。同时取消了无效占地的中心岛，进一步节省占地面积和造价。


（4）改良型氧化沟借鉴卡罗塞尔氧化沟水力条件，使内沟的好氧区向外沟的缺氧区回流实现了水力内回流，简化了处理环节、节省了设备和能耗。
（5）改良型氧化沟借鉴一体化氧化沟将集曝气净化和固液分离于一体的优势，不单独建二沉池和污泥回流泵站，污泥自动回流，简单、节能且节省占地和基建投资。