三槽式氧化溝污水處理工藝研究

鐘 理，李文輝，2

(1.華南理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.佛山桂城污水處理廠，廣東 佛山 528200)

氧化溝工藝是活性污泥法的一種改進(jìn)工藝，其曝氣池呈首尾循環(huán)、封閉的溝渠型，污水滲入其中得到凈化，所以它在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)的活性污泥法。傳統(tǒng)上應(yīng)用較為廣泛的氧化溝工藝包括Pasveer氧化溝、Carrousel氧化溝、Orbal氧化溝、DE型氧化溝和一體化氧化溝[1-4]。不同氧化溝由于在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上存在差異而各具特點(diǎn)。三槽式氧化溝是在傳統(tǒng)的氧化溝處理工藝基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)。按好氧、缺氧、沉淀3種不同的工藝條件運(yùn)行，與傳統(tǒng)氧化溝相比，三槽式氧化溝除了具有一般氧化溝的優(yōu)點(diǎn)外，污水生化處理過程的曝氣和沉淀均在氧化溝內(nèi)交替進(jìn)行，因此具有不需另加沉淀池和污泥回流系統(tǒng)及管理方便等優(yōu)點(diǎn)。作者針對(duì)廣東省佛山桂城污水處理廠三槽式氧化溝處理城市生活污水過程和工藝開展研究，分析和探討了不同操作與運(yùn)行條件對(duì)污水處理效果的影響，獲得了適宜的操作參數(shù)，并與傳統(tǒng)氧化溝污水處理工藝進(jìn)行對(duì)比，為三槽式氧化溝污水處理工藝推廣應(yīng)用提供參考。

1 三槽式氧化溝工藝流程

廣東佛山桂城污水處理廠三槽式氧化溝工藝流程簡圖見圖1。主要由進(jìn)水泵、格柵、沉砂池、刮砂機(jī)、輸砂機(jī)、曝氣機(jī)等組成。格柵用于隔離去除污水夾雜部份固體垃圾和硬物；刮砂機(jī)安裝在沉砂池底部，刮除沉砂池內(nèi)的沉積物，配備了2臺(tái)刮砂機(jī)；輸砂機(jī)把刮砂后的殘?jiān)斔偷嚼斑\(yùn)走，配備2臺(tái)LXB-300螺旋輸砂機(jī)；轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)除了推動(dòng)水流前進(jìn)，還起曝氣作用，運(yùn)轉(zhuǎn)過程轉(zhuǎn)刷機(jī)把空氣帶入水中形成曝氣，為好氧處理提供條件。三槽式氧化溝的設(shè)計(jì)見圖2，配水井是一個(gè)邊長3 m、高4 m的三角型配水井，內(nèi)設(shè)3個(gè)長4 m的堰門，堰門開關(guān)根據(jù)三槽式氧化溝各槽運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。氧化溝的尺寸為77 m×33 m，水深3.3 m，總有效容積為9 035 m3，水力停留時(shí)間為14.5 h,污水處理量為1.5萬t/d，池內(nèi)配備10臺(tái)德國GTA-100/50S-H1型轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)，三槽中轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)的分配為4臺(tái)、2臺(tái)、4臺(tái)，是氧化溝的主要運(yùn)行設(shè)備。三槽式氧化溝采用三溝運(yùn)行，分6個(gè)階段運(yùn)行。第1階段：污水通過配水井堰門進(jìn)入第一溝，進(jìn)行生物氧化，接著廢水與活性污泥進(jìn)入第二溝生物氧化和硝化后進(jìn)入第三溝，沉淀后排出；第2階段：污水從第一溝轉(zhuǎn)向第二溝，經(jīng)第二溝處理過的污水與活性污泥一起進(jìn)入第三溝，第三溝仍作為沉淀池，沉淀后的廢水排出；第3階段：污水進(jìn)入第二溝，處理后的污水通過第三溝出水堰排出；第4階段：污水從第二溝轉(zhuǎn)入第三溝，經(jīng)生物處理的污水污泥從第三溝流回第二溝，經(jīng)曝氣后再流回第一溝，經(jīng)沉淀后清液通過第一溝排出；第5階段：階段5與階段2類似，所不同的僅僅是2個(gè)外溝功能相反；第6階段：該階段基本與階段3類似。6個(gè)階段全部完成后即進(jìn)行了一次溝體循環(huán)。

圖1 工藝流程簡圖

圖2 三槽式氧化溝

2 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測定(HCA—100標(biāo)準(zhǔn)COD消解器，江蘇姜堰市華晨儀器有限公司)；固體懸浮物SS采用重量法GB/T11901測定；氨氮采用HJ535—2009納氏試劑分光光度法，即原GB 7479—87進(jìn)行測定；pH值采用電極法測定；水中溶解氧DO采用便攜式溶解氧儀(HQ30d，HACH)測定。

3 結(jié)果與討論

污水處理廠主要處理日常生活污水，污水通過城市排污管道收集到污水處理廠。污水廠原有的傳統(tǒng)氧化溝工藝污水處理能力為1萬t/d，新建的三槽式氧化溝污水處理能力為1.5萬t/d，2種工藝污水的水力停留時(shí)間為14.5 h，污泥齡變化范圍約為14～18 d。城市生活污水主要污染物見表1，數(shù)據(jù)來自2009年1月～12月廣東佛山桂城污水處理廠監(jiān)測結(jié)果。

表1 污水水質(zhì)

3.1 不同污水進(jìn)水COD對(duì)去除率的影響

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水COD與去除率的關(guān)系見圖3。

進(jìn)水COD/(mg·L-1)圖3 污水進(jìn)水COD與去除率關(guān)系

從圖3可看出，隨著進(jìn)水COD增加，去除率呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，但上升過程中會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，當(dāng)COD在100 mg/L以下去除率約為89%，當(dāng)進(jìn)水COD在100～200 mg/L時(shí)，去除率達(dá)到90%以上，進(jìn)水COD大于200 mg/L，去除率均超過95%。進(jìn)水濃度越大整體去除率也越高。這是因?yàn)楫?dāng)污水濃度較低，氧化溝內(nèi)微生物處于饑餓狀態(tài)，生長所需的營養(yǎng)物不足，生物活性下降，一旦微生物的更新增長速率低于衰老速率，會(huì)出現(xiàn)大量微生物老化、死亡現(xiàn)象，進(jìn)水COD較低導(dǎo)致了處理效果下降[5-6]。當(dāng)進(jìn)水的COD增加，氧化溝內(nèi)微生物可獲得足夠生長所需的營養(yǎng)物，COD處理效率提高，當(dāng)COD超過1 000 mg/L，微生物的更新增長速率與衰老速率達(dá)到平衡，去除率趨于平緩，基本保持在98%以上。

3.2 不同污水進(jìn)水SS對(duì)去除率的影響

2009年5月5日～15日期間，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水SS與去除率的關(guān)系見圖4。

進(jìn)水SS/(mg·L-1)圖4 污水進(jìn)水SS與去除率關(guān)系

從圖4可看出，SS去除率隨著進(jìn)水SS的增加而增加，進(jìn)水SS小于80 mg/L時(shí)，去除率約90%，當(dāng)進(jìn)水SS超過800 mg/L，去除率高達(dá)98%以上，在整個(gè)進(jìn)水范圍，SS的去除率均在90%以上，表明三槽式氧化溝設(shè)計(jì)能力可達(dá)到污水處理能力1.5萬t/d。

3.3 不同污水進(jìn)水ρ(NH3—N)對(duì)去除率的影響

2009年5月5日～15日期間，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水ρ(NH3—N)與去除率關(guān)系見圖5。從圖5可看出，進(jìn)水ρ(NH3—N)變化對(duì)去除率影響與COD和SS不同，去除率并沒有隨著進(jìn)水ρ(NH3—N)的增加而上升。進(jìn)水濃度對(duì)去除率的影響不顯著，進(jìn)水ρ(NH3—N)=30～40 mg/L平均去除率略低些，但在整個(gè)ρ(NH3—N)范圍，去除率均維持在92%～97%。

進(jìn)水ρ(NH3—N)/(mg·L-1)圖5 污水進(jìn)水ρ(NH3—N)與去除率關(guān)系

圖3～圖5結(jié)果還表明，當(dāng)進(jìn)水污染物較高，如COD、SS、NH3—N由最低時(shí)90、50和4增加到最高時(shí)1 480(高達(dá)15倍)、1350(高達(dá)27倍)、48(高達(dá)12倍)，污水的處理效率并沒有下降，說明三槽式氧化溝具有較強(qiáng)抗沖擊能力。

3.4 溶解氧對(duì)污染物降解效果的影響

溶解氧是氧化溝處理工藝一個(gè)重要的控制參數(shù)。溶解氧對(duì)其生命活動(dòng)有重要的影響作用[16]。三槽式氧化溝工藝的DO大小是通過改變曝氣量來調(diào)節(jié)。從操作工藝過程可以觀察到，當(dāng)氧化溝溶解氧充足時(shí)處理后污水的惡臭氣味會(huì)減弱，COD、SS、NH3—N的去除率較高。如果水中溶解氧不足(DO<0.8 mg/L)，生物活性降低，出水污染物濃度增加。相反，如果DO過高，會(huì)造成工藝過程溶解氧剩余，造成浪費(fèi)，使運(yùn)行費(fèi)用增加。研究結(jié)果表明，為了確保氧化溝內(nèi)微生物有較高降解活性，對(duì)COD和SS去除而言，DO維持在1～3 mg/L；而對(duì)于NH3—N去除所需DO相對(duì)高些，因NH3—N的去除是一個(gè)硝化與反硝化的過程，硝化是一個(gè)高耗氧反應(yīng)，氨氮在有氧存在下被微生物氧化為亞硝酸鹽，并進(jìn)一步氧化為硝酸鹽，反硝化過程是以硝酸鹽為電子受體，以有機(jī)氮作為電子供體，通過生物異化還原轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮從水中逸出，或通過生物同化還原轉(zhuǎn)化為氨氮進(jìn)入生物合成的過程[8]。DO主要為硝化反應(yīng)的進(jìn)行提供充足的氧氣，運(yùn)行結(jié)果表明，溶解氧維持在2～4.5 mg/L較適宜。

3.5 pH值對(duì)污染物去除率的影響

pH值是監(jiān)測水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，該城市生活污水進(jìn)水pH=7.05～8.20、出水pH=6.64～7.98，符合《城鎮(zhèn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、水力停留時(shí)間14.5 h，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水pH值與污染物去除率的關(guān)系見圖6。從圖6可見，當(dāng)進(jìn)水pH值改變，COD、SS和NH3—N的去除率有一些變化，除個(gè)別點(diǎn)波動(dòng)較大外，去除率總體隨pH值變化并不顯著，表明進(jìn)水pH值對(duì)污染物去除率影響較小，不必調(diào)節(jié)污水pH值。

pH值圖6 進(jìn)水pH對(duì)污染物去除率影響

3.6 操作溫度對(duì)污染物去除率的影響

三槽式氧化溝是一個(gè)開放的體系，環(huán)境溫度會(huì)影響氧化溝的處理過程，處理廠地處南方沿海地區(qū)，冬夏的水溫在10～35 ℃。作者考察了在該溫度范圍內(nèi)污染物的去除效果。2009年1月～12月，進(jìn)水pH=7.05～8.20、水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，不同溫度與COD、SS和NH3—N平均去除率的關(guān)系見圖7。當(dāng)溫度變化，COD的去除率基本維持在90%～97%，SS去除率基本維持在85%～98%，NH3—N去除率保持在88%～96%，盡管在某些溫度時(shí)去除率有些波動(dòng)，但整體變化不太明顯。表明在一年四季期間，三槽式氧化溝保持較高的處理效率。

t/℃圖7 溫度對(duì)污染物去除率影響

3.7 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)比

污水處理廠原有傳統(tǒng)氧化溝，新建了三槽式氧化溝，兩者以并聯(lián)方式同時(shí)處理城市污水，進(jìn)水污染物種類、濃度、停留時(shí)間與工作環(huán)境基本相同，下面考察了2種氧化溝對(duì)COD、SS和NH3—N的去除狀況。

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h、不同進(jìn)水COD時(shí)，傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)COD的平均去除率比較見表2。

表2 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)COD平均去除率比較

表2結(jié)果表明，在不同進(jìn)水COD時(shí)，三槽式氧化溝對(duì)COD的平均去除效果均優(yōu)于傳統(tǒng)氧化溝，尤其是在低的COD時(shí)顯得更明顯。

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h、不同進(jìn)水SS時(shí)，傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)SS的平均去除率比較見表3。

表3 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)SS平均去除率比較

結(jié)果顯示，三槽式氧化溝在不同的進(jìn)水SS時(shí)去除率均高于傳統(tǒng)氧化溝，特別是在進(jìn)水SS<80 mg/L，三槽式氧化溝SS平均去除率比傳統(tǒng)氧化溝高出近10%。

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h、不同進(jìn)水ρ(NH3—N)時(shí)，傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)NH3—N的平均去除率比較見表4。

表4 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)NH3—N平均去除率比較

結(jié)果表明，三槽式氧化溝在不同的進(jìn)水ρ(NH3—N)時(shí)去除率均高于傳統(tǒng)氧化溝，當(dāng)進(jìn)水ρ(NH3—N)=30～40 mg/L，三槽式氧化溝平均去除率比傳統(tǒng)氧化溝高出10%。

4 結(jié) 論

三槽式氧化溝工藝可以有效地處理城市生活污水，且具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。當(dāng)污水進(jìn)水的COD=90～1 480 mg/L、SS=55～1 350 mg/L、ρ(NH3—N)=4～48 mg/L、pH=7.05～8.20，經(jīng)三槽式氧化溝處理后污水可達(dá)標(biāo)排放。污水處理量為1.5萬t/d，水力停留時(shí)間14.5h，適宜的操作條件為pH=7～8，溶解氧在1～4.5 mg/L，溫度為10～35 ℃。與傳統(tǒng)的氧化溝工藝對(duì)比，三槽式氧化溝工藝具有一定優(yōu)勢(shì)。

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