淺談污水處理中氧化溝工藝的研究發展

莊學泳

氧化溝(Oxidation Ditch)又名連續循環曝氣池(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,由于其出水水質好、運行穩定、管理方便等技術特點,已經在國內外廣泛的應用于生活污水和工業污水的治理。

1 氧化溝工藝特點

從理論上講,氧化溝既具有推流反應的特征,又具有完全混合反應的優勢。由于具有出水水質好,運行穩定,管理方便以及區別于傳統活性污泥法的一系列技術特征,氧化溝技術在污水處理中得到廣泛應用。據不完全統計,歐洲現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。不僅氧化溝的數量在增長,而且其處理規模也在不斷擴大,處理對象也發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廢水。我國自20世紀80年代亦開始應用這項技術,隨著污水處理事業的極大發展,全國各地先后建起了不同規模、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構和運行上存在差異,因此各具特點。

2.1 Carrousel氧化溝

Carrousel氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開發研制。在原Carrousel氧化溝的基礎上,DHV公司和其在美國的專利特許公司EIMCO又發明了Carrousel 2000系統圖,實現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。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。在曝氣機下游,水流由曝氣區的湍流狀態變成之后的平流狀態,水流維持在最小流速,保證活性污泥處于懸浮狀態(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。經過缺氧區的反硝化作用,混合液進入有氧區,完成一次循環。該系統中,BOD降解是一個連續過程,硝化作用和反硝化作用發生在同一池中。由于結構的限制,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系統在普通Carrousel氧化溝前增加了一個厭氧區和絕氧區(又稱前反硝化區)。全部回流污泥和10%～30%的污水進入厭氧區,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,為以后的絕氧池創造絕氧條件。同時,厭氧區中的兼性細菌將可溶性BOD轉化成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致磷酸鹽的釋放。厭氧區出水進入內部安裝有攪拌器的絕氧區,所謂絕氧就是池內混合液既無分子氧,也無化合物氧(硝酸根),在此絕氧環境下,70%～90%的污水可提供足夠的碳源,使聚磷菌能充分釋磷。絕氧區后接普通Carrousel氧化溝系統,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排出,在富氧環境下聚磷菌過量吸磷,將磷從水中轉移到污泥中,隨剩余污泥排出系統。這樣,在Carrousel 2000系統內,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溝道,在各溝道循環達數百次到數十次。最后經中心島的可調堰門流出,至二次沉淀池。在各溝道橫跨安裝有不同數量水平轉碟曝氣機,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”,可發揮外溝道或內溝道的強化作用;內溝道的容積約為總容積的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,出水水質好;具有推流式和完全混合式兩種流態的優點,且池容較大,循環流量大,因而具有較強的抗沖擊負荷能力,并可減少污泥膨脹現象的發生,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定、可不設污泥硝化池,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、運行穩定、節能效益顯著;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,非常適合經濟、技術、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上開創的,它實際上仍是一種連續流活性污泥法,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,其運轉周期可根據處理水質的不同進行調整,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 結語

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

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