改進型底曝氧化溝技術研究

張 琦，周遠濤，郭佳偉，馬 杰，趙 梁，楊 勇

（西安創(chuàng)業(yè)水務有限公司，陜西西安 710086）

DE氧化溝工藝起源于 20世紀末，采用表面曝氣， 2個溝相互連通，通過半交替運行的方式使雙溝處于厭氧和好氧的循環(huán)狀態(tài)，從而達到脫氮的目的。

西安創(chuàng)業(yè)水務有限公司北石橋污水廠的 10萬t/d處理單元正是采用表曝DE氧化溝的運行工藝，項目始建于 20世紀90年代，設計規(guī)模為 15萬m3/d，設計出水水質為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB 18918— 2002）》一級B類。后于 2014年進行提標改造，前端增加厭氧池，將 15萬m3/d的處理規(guī)模減容降負荷為 10萬m3/d，后端增加混凝過濾設施。經過提標后，出水水質穩(wěn)定達到GB 18918— 2002一級A類標準。 2019年黃河流域各污水廠推行準Ⅳ類水提標政策，對DE氧化溝能否穩(wěn)定達到新的水質標準帶來了新的挑戰(zhàn)。原有的池容已經無法滿足準Ⅳ類水質指標的要求，在無法增加池容的條件下，只能通過投加MBBR填料提升池中污泥濃度上限來彌補池容不足的缺陷〔1-4〕。但MBBR填料只能在底曝模式下在池中懸浮運行，因此，表曝改底曝后能否繼續(xù)保持該工藝高效穩(wěn)定運行是本研究的重點〔5-8〕。

1 材料與方法

1.1 實驗用水與接種污泥

實驗用水取自北石橋廠曝氣沉砂池出水，接種污泥為DE氧化溝中污泥。

1.2 實驗裝置

實驗裝置為根據DE氧化溝雙溝以及三溝流態(tài)制作的有機玻璃模型，配有進水泵、回流泵、推流器、進出水電動閥、液位計、流量計、鼓風機、MBBR填料、PLC控制柜，曝氣采用底曝形式。

1.3 實驗方法

進水為北石橋污水廠曝氣沉砂池出水，進水流量通過裝置前端的流量計計量，進水和各組溝的進氣端均設置電磁閥，通過PLC模塊控制風機、推流器、電磁閥等設備的啟停。實驗裝置有效容積為 1.5 m3，模擬實際停留時間 14 h，實驗進水量設置為 107 L/h，污泥質量濃度控制為5000～6000 mg/L。

進水啟動前直接將北石橋氧化溝5000～6000mg/L的混合污泥直接加滿至實驗裝置，按照DE氧化溝運行工況在PLC運行界面上設置好啟動風機、推流器、電磁閥的運行參數(shù)。雙溝模式初次啟動的參數(shù)設置模擬北石橋現(xiàn)有表曝氧化溝的運行參數(shù)，即 1個運行周期為4 h，一三階段與二四階段的時間比為 1∶5。三溝模式因為沒有現(xiàn)實參考數(shù)據，啟動周期設置為3 h，每個階段時間為 1 h。

在設置相同進水水質、水量、曝氣風量、水力停留時間、活性污泥等參數(shù)的情況下，對底曝雙溝交替運行和底曝三溝交替運行模式下出水水質進行監(jiān)測，觀察 2種運行模式下出水水質的變化。

再投加MBBR填料，待掛膜運行穩(wěn)定后觀察 2種運行模式下出水水質的變化。保持進水水質不變，出水水質若能達到污染物控制標準以下，則認為改造方案可行。

表 1為進出水水質主要污染物控制標準。

西方人民在長期改造自然的過程中衍生出了“物我分離”的思想，注重客觀事物對人產生的作用和影響，嚴格區(qū)分主客體，習慣了以物本為主體的客體思維方式，語言表達上力求客觀、公正、嚴謹。相反，中國古代哲學家所倡導的是“天人合一”的思想，強調人與自然的和諧統(tǒng)一，因此形成了漢民族以人為中心的主體性思維方式。換句話來說就是，英語傾向于客體性描述，漢語注重本體性敘述。這兩種不同的思維方式在語言上的反映就是，英語大多以物或抽象概念為主語，且不存在無主句；而漢語則習慣以人為主語，有時甚至會隱含或省略人稱，產生無主句。以下句為例：

表 1 進出水水質主要污染物控制標準Table 1 Water quality control standards for the main pollutants of influent and effluent

1.4 實驗指標分析

根據《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）中標準方法測量水質參數(shù)：COD采用重鉻酸鉀法；BOD5采用稀釋接種法；TN采用堿性過硫酸鉀消減-紫外分光光度計法；NH4+-N采用納氏試劑分光光度計法。混合液懸浮固體（MLSS）和污泥容積指數(shù)（SVI）使用標準方法測試。使用光學顯微鏡觀察污泥的形態(tài)〔11〕。

2 結果與討論

2.1 2種運行模式原理

2.1.1 雙溝式氧化溝

雙溝式氧化溝為周期連續(xù)運行，一個周期分為4個階段，好氧和缺氧交替運行，一、三階段實現(xiàn)反硝化，二、四階段實現(xiàn)硝化。具體控制過程如表 2和圖 1所示。

圖 1 雙溝模式運行示意Fig.1 Operationschematic of DE oxidation ditch

不同于A2O工藝中污染物隨空間的變化而降解，DE氧化溝在4個運行階段中，通過控制各階段的時間來控制污染物濃度限值，即在某一污染物濃度即將達到表 1中控制指標臨界點時切換到下一階段，其中，以二、四階段的污染物濃度為主要控制參數(shù)，一、三階段為二、四階段的參數(shù)指標作鋪墊。因此，在運行過程中氨氮、總氮等指標多表現(xiàn)為近似等波式的曲線波動。

表 2 雙溝式氧化溝的運行控制Table 2 Operation control of DEoxidation ditch

2.1.2 三溝式氧化溝

三溝式氧化溝為周期性連續(xù)運行，一個周期分為3個階段，每個階段都同時有 2道溝發(fā)生硝化反應， 1道溝發(fā)生反硝化反應，3道溝兩兩交替運行，具體控制過程如表3和圖 2所示。

圖 2 三溝模式運行示意Fig.2 Operationschematic of triple oxidation ditch

表3 三溝式氧化溝的運行控制Table 3 Operational control of triple oxidation ditch

三溝交替的運行模式始終保證當前出水溝不進水，首先可避免雙溝式氧化溝運行時在二、四階段發(fā)生的進水污染物指標對出水的影響。其次，無論哪個階段，當前出水溝都經過充分的硝化反應。最后，三個階段等時間循環(huán)運行，由曝氣量控制氨氮排放限值，曝氣量和運行周期綜合控制總氮排放限值。

2.2 雙溝和三溝運行模式下出水水質對比

圖3為雙溝、三溝 2種運行模式下的出水氨氮、總氮、COD、總磷的對比。

圖3 2種運行模式下出水水質對比Fig.3 Comparison of effluent water quality under two operation modes

由圖3（a）可知，雙溝運行過程中出水氨氮隨著階段的變換呈近似等波式的曲線循環(huán)，且一、三階段氨氮隨時間推移逐漸降低，二、四階段隨時間推移逐漸升高，在升至臨界點（5 mg/L）前進入下一階段繼續(xù)循環(huán)，整個循環(huán)過程中氨氮質量濃度最高為4.3 mg/L，最低為 1.6 mg/L，平均為3.3 mg/L。而三溝運行過程中出水氨氮呈階梯型變化，且每個階段都是由高至低，往復循環(huán)，整個循環(huán)過程中氨氮質量濃度最高為3.8 mg/L，最低為 2.4 mg/L，平均為3.1 mg/L。通過對比得出，在進水水質、水量、污泥負荷等都相同的運行條件下，雙溝運行和三溝運行均能滿足出水氨氮不超過臨界點的要求，雙溝運行模式下氨氮最低能達到 1.6 mg/L，優(yōu)于三溝模式的最低值。但三溝運行模式的水質波動較穩(wěn)定，且整體氨氮平均值低于雙溝運行模式。

由圖3（b）可知，雙溝運行過程中出水總氮與氨氮相似，也呈近似等波式的曲線循環(huán)，一、三階段總氮隨時間推移逐漸升高，在升至臨界點（15 mg/L）前進入下一階段，二、四階段總氮隨時間推移逐漸降低。整個循環(huán)過程中總氮質量濃度最高為 12.9 mg/L，最低為6.8 mg/L，平均為9.8 mg/L。而三溝運行過程中出水總氮變化規(guī)律不明顯，波動較小，總氮質量濃度最高為 11.6 mg/L，最低為9.3 mg/L，平均為 10.2 mg/L。通過對比得出，在進水水質、水量、污泥負荷等都相同的運行條件下，雙溝運行和三溝運行均能滿足出水總氮不超過臨界點的要求，雙溝運行模式下總氮最低能達到6.8 mg/L，優(yōu)于三溝模式的最低值，且整體總氮平均值低于三溝運行模式。

由圖3（c）可知，雙溝運行過程中出水COD也呈近似等波式的曲線循環(huán)，且一、三階段COD隨著時間推移逐漸降低，二、四階段隨著時間的推移逐漸升高，在升至臨界點（50 mg/L）前進入下一階段繼續(xù)循環(huán)，整體循環(huán)過程中COD最高為42 mg/L，最低為 26 mg/L，平均為35 mg/L。而三溝運行過程中出水COD變化規(guī)律不明顯，波動較小，COD最高為35 mg/L，最低為 27 mg/L，平均為30.3 mg/L。通過對比得出，在進水水質、水量、污泥負荷等都相同的運行條件下，雙溝運行和三溝運行均能滿足出水COD不超過臨界點的要求，三溝運行模式下COD最低值接近雙溝模式的最低值，且整體平均值低于雙溝運行模式。

由圖3（d）可知，雙溝和三溝運行過程中出水總磷變化規(guī)律不明顯，且波動幅度近似，平均總磷均接近0.8 mg/L， 2種運行模式對出水總磷的影響不大。

2.3 加MBBR填料改造

2.3.1 添加MBBR填料后出水水質對比

圖4為添加MBBR填料后 2種運行模式下的出水水質的對比。

由圖4可知，添加填料后，雙溝和三溝運行過程中出水氨氮、總氮、COD、總磷的變化趨勢基本接近未添加填料時的趨勢，但各項污染物的指標均得到有效降低，均能達到表 1中的控制指標要求。

圖4 加MBBR后 2種運行模式下出水水質對比Fig.4 Comparison of effluent water quality under two operation modes after installing MBBR

表4為雙溝、三溝 2種模式添加MBBR填料前后平均出水水質變化情況。

表4 添加MBBR填料前后平均出水水質Table 4 The average effluent qualitybefore and after adding MBBRfiller

2.3.2 填料添加方式

雙溝、三溝氧化溝不同于其他氧化溝或A2O工藝，工藝提標改造時添加懸浮填料需要改變分區(qū)比例并在固定的分區(qū)加裝攔截篩網。而氧化溝因為其特殊的循環(huán)式流態(tài)，只需在出水口和溝之間的連通處加裝攔網保證填料不會從本溝跑出，同時溝內增加推流器保證填料的流態(tài)即可，循環(huán)式的流態(tài)還能保證溝內填料均勻流動分布，避免了填料的堆積。

3 結論

（1）DE氧化溝表曝改底曝后，雖然損失了表曝運行的特殊流態(tài)，但底曝在雙溝和三溝 2種運行模式下均能滿足出水水質要求，而且雙溝運行下的指標更低，三溝運行指標波動較平穩(wěn)。

（2）通過小試研究， 2種運行模式在加入懸浮填料后均能有效降低出水污染物中的氨氮、總氮、COD，在二級處理工段能達到準Ⅳ類水的出水指標要求。

（3）北石橋污水廠的DE氧化溝改底曝并添加懸浮填料的工藝模式切實可行，雙溝和三溝 2種模式均可作為實際改造時的備選方案。