淺談污水處理中氧化溝工藝的研究發(fā)展

莊學(xué)泳

氧化溝(Oxidation Ditch)又名連續(xù)循環(huán)曝氣池(Continuous loop reactor),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年在荷蘭首次投入使用以來,由于其出水水質(zhì)好、運行穩(wěn)定、管理方便等技術(shù)特點,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。

1 氧化溝工藝特點

從理論上講,氧化溝既具有推流反應(yīng)的特征,又具有完全混合反應(yīng)的優(yōu)勢。由于具有出水水質(zhì)好,運行穩(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,氧化溝技術(shù)在污水處理中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計,歐洲現(xiàn)已有的氧化溝污水處理廠超過2 000多座,北美超過800座。氧化溝的處理能力由最初的服務(wù)人口僅360人,到如今的500萬～1 000萬人口當量。不僅氧化溝的數(shù)量在增長,而且其處理規(guī)模也在不斷擴大,處理對象也發(fā)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20世紀80年代亦開始應(yīng)用這項技術(shù),隨著污水處理事業(yè)的極大發(fā)展,全國各地先后建起了不同規(guī)模、不同形式的氧化溝污水處理廠。目前在我國,采用氧化溝處理城市污水和工業(yè)廢水的污水處理廠已有近百家。

2 氧化溝工藝研究進展

目前應(yīng)用較為廣泛的氧化溝類型包括:Carrousel氧化溝、奧爾伯(Orbal)氧化溝和T型氧化溝(三溝式氧化溝)。這些氧化溝由于在結(jié)構(gòu)和運行上存在差異,因此各具特點。

2.1 Carrousel氧化溝

Carrousel氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開發(fā)研制。在原Carrousel氧化溝的基礎(chǔ)上,DHV公司和其在美國的專利特許公司EIMCO又發(fā)明了Carrousel 2000系統(tǒng)圖,實現(xiàn)了更高要求的生物脫氮和除磷功能。至今世界上已有850多座Carrousel氧化溝和Carrousel 2000系統(tǒng)正在運行。

最初的普通Carrousel氧化溝的工藝中污水直接與回流污泥一起進入氧化溝系統(tǒng)。表面曝氣機使混合液中溶解氧DO的濃度增加到2 mg/L～3 mg/L。在這種充分摻氧的條件下,微生物得到足夠的溶解氧來去除BOD;同時,氨也被氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽,此時,混合液處于有氧狀態(tài)。在曝氣機下游,水流由曝氣區(qū)的湍流狀態(tài)變成之后的平流狀態(tài),水流維持在最小流速,保證活性污泥處于懸浮狀態(tài)(平均流速大于0.3 m/s)。微生物的氧化過程消耗了水中溶解氧,直到DO值降為零,混合液呈缺氧狀態(tài)。經(jīng)過缺氧區(qū)的反硝化作用,混合液進入有氧區(qū),完成一次循環(huán)。該系統(tǒng)中,BOD降解是一個連續(xù)過程,硝化作用和反硝化作用發(fā)生在同一池中。由于結(jié)構(gòu)的限制,這種氧化溝雖然可以有效的去除BOD,但除磷脫氮的能力有限。

為了取得更好的除磷脫氮的效果,Carrousel 2000系統(tǒng)在普通Carrousel氧化溝前增加了一個厭氧區(qū)和絕氧區(qū)(又稱前反硝化區(qū))。全部回流污泥和10%～30%的污水進入?yún)捬鯀^(qū),可將回流污泥中的殘留硝酸氮在缺氧和10%～30%碳源條件下完成反硝化,為以后的絕氧池創(chuàng)造絕氧條件。同時,厭氧區(qū)中的兼性細菌將可溶性BOD轉(zhuǎn)化成VFA,聚磷菌獲得VFA將其同化成PHB,所需能量來源于聚磷的水解并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。厭氧區(qū)出水進入內(nèi)部安裝有攪拌器的絕氧區(qū),所謂絕氧就是池內(nèi)混合液既無分子氧,也無化合物氧(硝酸根),在此絕氧環(huán)境下,70%～90%的污水可提供足夠的碳源,使聚磷菌能充分釋磷。絕氧區(qū)后接普通Carrousel氧化溝系統(tǒng),進一步完成去除BOD、脫氮和除磷。最后,混合液在氧化溝富氧區(qū)排出,在富氧環(huán)境下聚磷菌過量吸磷,將磷從水中轉(zhuǎn)移到污泥中,隨剩余污泥排出系統(tǒng)。這樣,在Carrousel 2000系統(tǒng)內(nèi),較好的同時完成了去除BOD,COD和脫氮除磷。

2.2 奧貝爾(Orbal)氧化溝

奧貝爾(Orbal)氧化溝一般由三個同心橢圓形溝道組成,污水由外溝道進入,與回流污泥混合后,由外溝道進入中間溝道再進入內(nèi)溝道,在各溝道循環(huán)達數(shù)百次到數(shù)十次。最后經(jīng)中心島的可調(diào)堰門流出,至二次沉淀池。在各溝道橫跨安裝有不同數(shù)量水平轉(zhuǎn)碟曝氣機,進行供氧兼有較強的推流攪拌作用。外溝道體積占整個氧化溝體積的50%～55%,溶解氧控制趨于0.0 mg/L,高效地完成主要氧化作用;中間溝道容積一般為25%～30%,溶解氧控制在 1.0 mg/L左右,作為“擺動溝道”,可發(fā)揮外溝道或內(nèi)溝道的強化作用;內(nèi)溝道的容積約為總?cè)莘e的15%～20%,需要較高的溶解氧值(2.0 mg/L左右),以保證有機物和氨氮有較高的去除率。

奧貝爾(Orbal)氧化溝可有效去除污水中的磷,出水水質(zhì)好;具有推流式和完全混合式兩種流態(tài)的優(yōu)點,且池容較大,循環(huán)流量大,因而具有較強的抗沖擊負荷能力,并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生,有利于難降解有機物的去除;污泥齡較長,使污泥量較少并趨于好氧穩(wěn)定、可不設(shè)污泥硝化池,從而簡化工藝流程,投資省,管理方便;投資少、操作容易、控制靈活、對自動化程度依賴低、維護方便、運行穩(wěn)定、節(jié)能效益顯著;尤其能有效地抵抗暴雨流量的沖擊。

奧貝爾氧化溝工藝因其投資較少、工藝流程簡單、運行管理方便、耐沖擊負荷、處理效果良好,非常適合經(jīng)濟、技術(shù)、管理有限的縣級污水處理廠使用。

2.3 T型氧化溝(三溝式氧化溝)

三溝式氧化溝是氧化溝的一種典型構(gòu)造形式,目前采用的三溝式氧化溝工藝,是丹麥在間歇式運行的氧化溝基礎(chǔ)上開創(chuàng)的,它實際上仍是一種連續(xù)流活性污泥法,只是將曝氣、沉淀工序集于一體,并具有按時間順序交替輪換運行的特點,其運轉(zhuǎn)周期可根據(jù)處理水質(zhì)的不同進行調(diào)整,從而使其運行操作更趨于靈活方便。這種工藝流程簡單,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行費用大為降低,并在一定程度上解決了以往氧化溝占地面積大的缺點。

3 結(jié)語

隨著我國工業(yè)和城鎮(zhèn)的迅速發(fā)展,廢水量逐年增加,水污染日趨嚴重。就我國的經(jīng)濟實力而言,要利用現(xiàn)有的資金解決日趨嚴重的水污染問題,就必須要研究開發(fā)和利用效率高、投資少、能耗低的廢水處理技術(shù)。因此,氧化溝必將成為一個有競爭力的污水處理工藝,具有很好的應(yīng)用前景。

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