氧化沟工艺的发展及特点

Posted 2023-01-12 发展

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【摘　要】阐述了氧化沟技术的发展以及几种典型氧化沟工艺的发展和特点，同时讨论了氧化沟技术的发展前景。

【关键词】氧化沟；工艺特点；发展前景

氧化沟（oxidation ditch）又名氧化渠，实际上它是活性污泥的一种变型。因为污水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，有人称其为“循环曝气池”、“ 无终端的曝气系统”。氧化沟的主要类型有卡鲁塞尔型（Carroussel）、奥贝尔型（Orbal）、交替式工作型、一体化氧化沟（Integrated oxidation ditch）。

1氧化沟技术的发展和特点

1.1氧化沟技术的发展

氧化沟工艺是20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所（TNO）的帕斯维尔（A.Pasveer）博士通过研究和设计首先开发的。第一座氧化沟污水处理厂是帕斯维尔于1954年在荷兰的伏肖汀（Voorshoten）建造的，服务人口仅为360人[1]。它将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，BOD5去除率高达97﹪，管理十分方便，运行效果稳定，适用于中小村镇的污水处理。这种类型的氧化沟因其设计者而被命名为“帕斯维尔沟”。60年代起，这项技术在欧洲、大洋洲、北美和南非等各国得到了迅速推广和应用，工艺上和构造上也有了很大的发展和改进。据不完全统计，目前英国业已兴建了300多座氧化沟污水处理厂，美国已有500多座这样的污水处理厂。氧化沟的处理能力为500万－1000万人口当量，既能用于生活污水处理，也能用于城市污水和工业废水的处理。经过30多年的实践和发展，这项技术在各种形式的活性污泥法中处于领先地位，被评价为处理效果可靠、基建费用低而运行费用又较省的污水生物处理方法。目前，此项技术已被广泛应用于城市污水，石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水、食品加工废水等的工业废水处理之中。特别是在荷兰、德国、美国、丹麦、瑞典、瑞士、希腊、加拿大、巴西、南非、澳大利亚、新西兰、印度、前苏联、日本及中国等，这项技术发展十分迅速，不仅处理工艺的数量急剧增长，而且处理规模也在不断扩大。我国从80年代初开始做过一些研究和应用工作，但相比之下，这项技术在我国的发展还是比较缓慢的。

1.2氧化沟的特点

1.2.1氧化沟的工艺特点[2]

（1）简化了预处理氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法厂，悬浮有机物可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化沟可不设初沉池，污泥不需要进行厌氧消化。

（2）占地面积少因为在流程中省略了初沉池、污泥消化池，有时还省略了二沉池和污泥回流装置，使污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还可缩小。

（3）具有推流式流态的特征氧化沟具有推流特性，使得溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧和厌氧条件。通过对系统合理的设计与控制，可以取得较好的脱氮除磷效果。

（4）简化了工艺将氧化沟和二沉池合建为一体式氧化沟，以及近年来发展的交替工作的氧化沟，可不用二沉池，从而使处理流程更为简化。

1.2.2 氧化沟的技术特点[3]

（1）构造形式的多样性氧化沟沟的基本形式呈封闭的沟渠形，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，可以是单沟或多沟，多沟系统可以是一组同心的互相连通的沟渠（如奥贝尔氧化沟），也可以是互相平行、尺寸相同的一组沟渠（如三沟式氧化沟），有与二沉池分建的氧化沟，也有合建的氧化沟。

（2）氧化沟的曝气设备的多样性常用的曝气装置有转刷、转盘和微孔曝气等。

（3）曝气强度的可调节形氧化沟的曝气强度可以调节，其一式通过出水溢流堰调节堰的高度改变沟渠内水深，进而改变曝气装置的淹没深度，改变氧量已适应运行的需要。淹没深度的变化对于曝气设备的推动力也会产生影响，从而也可对水的流速起一定的调节作用。其二式通过曝气器的转速进行调节，从而可以调整曝气强度和推动力。

2各类型氧化沟特点

2.1卡鲁塞尔（Carroussel）氧化沟

卡鲁塞尔氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。它是一个由多渠串联组成的氧化沟系统。废水与活性污泥的混合液在氧化沟中不停地流动，在沟的一端设置曝气器，使系统中形成好氧区和缺氧区，使其具有生物脱氮的处理功能。卡鲁塞尔氧化沟的发展经历了普通卡鲁塞尔氧化沟、卡鲁塞尔2000氧化沟和卡鲁塞尔3000氧化沟三个阶段[4]。

在普通卡鲁塞尔氧化沟工艺中，污水经过格栅和沉砂池后，不经过预沉池，直接于回流污泥一起进入氧化沟系统。BOD降解是一个连续过程，硝化和反硝化作用发生在同一池中。

卡鲁塞尔2000氧化沟系统是由美国盐湖城EIMCO公司研制的一种具有内部前置反硝化功能的氧化沟工艺。该工艺运行过程中，借助于安装在反硝化区的螺旋桨将混合液循环至前置前置反硝化区（不需循环泵）。前置反硝化区的容积一般为总容积的10﹪左右。反硝化菌利用污水中的有机物和回流混合液中硝酸盐和亚硝酸盐进行反硝化，由于混合液的大量回流混合，同时利用氧化沟内曝气所获得的两会各硝化效果，该工艺使氧化沟脱氮功能得到加强。聚磷菌的释放磷和过量吸收磷过程又可以实现污水中磷的去除。

卡鲁塞尔3000氧化沟又称深型卡鲁塞尔氧化沟系统，水深可达7.5－8m。该系统是在卡鲁塞尔氧化沟2000系统前再加上一个生物选择区，该生物选择区是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌的增长，提高各误认为的去除率。除了比普通卡鲁塞尔氧化沟深外，其独特的圆形缠绕式设计还可降低建设成本和减少污水厂土地占用。

2.2奥贝尔（Orbal）氧化沟

奥贝尔氧化沟工艺是由南非的休斯曼（Huisman）设想开发，后转让给美国的Envirex公司，该公司于1970年开始将它投放市场。奥贝尔氧化沟一般由3条同心园形或椭圆形渠道组成，各渠道之间相通，进水先引入最外的渠道，在其中不断循环的同时，依次进入下一个渠道，相当于一系列完全混合反应池串联在一起，最后从中心的渠道排出。曝气设备多采用曝气转盘，转盘的数量取决于渠内的溶解氧量。水深可采用2－3.6m，并保持沟底流速为0.3－0.9m/s。

在三条渠道系统中，从外到内，第一渠的容积为总容积的50﹪－55﹪；第二渠为30﹪－35﹪；第三渠为15﹪－20﹪。运行时，应保持第一、第二、第三渠的溶解氧分别为0mg/L、1 mg/L、2 mg/L。第一渠中可同时进行硝化和反硝化，其中硝化的程度取决于供氧量。由于第一条渠道中氧的吸收率通常很高，一次可在该段反应池中提供90﹪的供氧量，仍可把溶解氧的含量保持在0 mg/L的水平上。在以后的几条渠道中，氧的吸收率比较低，因此，尽管反应池中的供养量较低，溶解氧的含量却可以保持较高的水平[6]。

2.3交替式工作氧化沟

交替式工作氧化沟是由丹麦克鲁格（Kruger）公司研制，该工艺造价低，易于维护，通常有双沟交替和三沟交替（T型氧化沟）的氧化沟系统和半交替工作式氧化沟。

2.3.1双沟式氧化沟

双沟交替氧化沟两池体积相同，水流相通，以保证两池的水深相等，不设二沉池。通过曝气转刷的旋转方向来使两部分交替作为曝气区和沉淀区。处理过程中，进水和出水都是连续的，但曝气转刷的工作则是间歇的，其在单个工作周期的利用率仅为40﹪左右。目前双沟式氧化沟虽然得到了广泛的应用，但其设备利用率差的缺点制约了其发展[7]。

2.3.2三沟式氧化沟

三沟式氧化沟（T型氧化沟）是由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟之间相互双双联通，每个池都配有可供污水和环流（混合）的转刷，每池的进口均与经格栅和沉砂池处理的出水通过配水井相连接，两侧氧化沟可起曝气和沉淀双重作用中间的池子则维持连续曝气，曝气转刷的利用率可提高到60﹪左右。三沟式氧化沟可通过改变曝气转刷的运转速度，来控制池内的缺氧、好氧状态，从而取得较好的脱氮效果。依靠三池工作状态的转换,还可以免除污泥回流和混合液回流,从而使运行费用大大节省。但三沟由于进、出水交替运行,所以各沟中的活性污泥量在不断变化,存在明显的污泥迁移现象。同时,在同一沟内由于污泥迁移、污泥浓度有规律地变化必然导致溶解氧也产生规模性地变化。此外,三沟式氧化沟工艺还存在容积利用率低、除磷效率不高等缺点,所以对三沟式氧化沟的设计和运行管理时要考虑沉淀时间、排泥方式等参数的影响[8]。

2.3.3半交替工作式氧化沟[9][10]

半交替工作式氧化沟兼具连续工作式和交替工作的特点。首先，该类氧化沟系统设有单独的二沉池，可实现曝气和沉淀完全分离。其次，与D型氧化沟不同的是：根据需要，氧化沟可分别处于不同的工作状态，使之具有交替工作式运行的灵活特点，特别是用于脱氮。最典型的半交替工作式氧化沟式DE型氧化沟。

DE型氧化沟工艺是专为生物脱氮而开发的，它不同于D型氧化沟之处在于其有独立的二沉池及回流污泥系统，氧化沟内交替进行硝化与反硝化。在DE型氧化沟前增设一厌氧池，可达到同时脱氮、除磷的效果。

2.4一体化氧化沟（Integrated oxidation ditch）[11]

一体化氧化沟又称合建式氧化沟，是指集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独的氧化沟。一体化氧化沟的优点是不必设单独的二沉池，工艺流程短，构筑物和设备少，所以投资省，占地少。此外污泥可在系统内自动回流，无需回流泵和设置回流泵站，因此能耗低，管理简便容易。但由于沟内需要设分区，或增设侧渠，使氧化沟的内部结构变得复杂，造成检修不便。

3氧化沟的发展前景

经过几十年的使用、研究、开发和改进,氧化沟系统在池型结构、运行方式、曝气装置、处理规模、适用范围等方面都得到了长足的发展。据资料介绍,迄今欧洲已有的氧化沟污水处理厂超过2000座,北美超过800座,中国目前正在建造和已投入运行氧化沟的也有很多。氧化沟自问世以来,经久不衰的一个重要原因是污水在一个闭合沟渠中完成污水净化。从理论上讲,它既具有推流反应的特征,又具有完全混合反应的优势前者使其具有出水优良的条件,后者使其具有抗冲击负荷的能力。正因为有这个环流,且有能量分区的缘故,使它具有其他许多污水生物处理技术所拥有的众多优势,其中最为显著的优势是工作稳定可靠。

氧化沟的未来发展方向: 1)加强反应器的生物除磷脱氮功能。至今氧化沟系统多为活性污泥法,可以借鉴生物膜理论，提高单位反应器的微生物总量。高效除磷脱氮是氧化沟技术的研究的主要方向2)提高氧化沟中微生物的活性。提高氧化沟中微生物的耐毒性冲击是氧化沟技术研究的潜在方向。3）提高氧化沟设备的性能和监控技术使氧化沟系统进一步节能。提高曝气器的充氧效率及水下推进器的性能，同时减少维修；同时对DO、ORP等目标进行智能监控，这是氧化沟技术发展的主要方向。4）提高氧化沟的耐寒，减少占地面积和工程造价，使其得到更广泛的应用。

4结语

氧化沟技术经过几十年的发展，在世界各地得到了广泛的发展和应用。国内外的应用情况证明，它是一种工艺简单，管理方便，投资省，运行费用低，稳定性高，出水水质好的污水处理技术。氧化沟对高浓度工业废水有很强的稀释能力，能够承受水质、水量的冲击负荷。更为重要的是，氧化沟在处理有机物的同时能将污水中的氮、磷去除，使出水水质能够满足对污水排放中氮、磷的高标准要求。结合我国国情，开展氧化沟工艺的研究并促使其在我国得到广泛应用，是一个重要而且很有意义的课题。

参考文献

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