浅谈污水处理中氧化沟工艺的研究发展

庄学泳

氧化沟(Oxidation Ditch)又名连续循环曝气池(Continuous loop reactor),是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的。自从1954年在荷兰首次投入使用以来,由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。

1 氧化沟工艺特点

从理论上讲,氧化沟既具有推流反应的特征,又具有完全混合反应的优势。由于具有出水水质好,运行稳定,管理方便以及区别于传统活性污泥法的一系列技术特征,氧化沟技术在污水处理中得到广泛应用。据不完全统计,欧洲现已有的氧化沟污水处理厂超过2 000多座,北美超过800座。氧化沟的处理能力由最初的服务人口仅360人,到如今的500万～1 000万人口当量。不仅氧化沟的数量在增长,而且其处理规模也在不断扩大,处理对象也发展到既能处理城市污水又能处理石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水及食品加工废水等工业废水。我国自20世纪80年代亦开始应用这项技术,随着污水处理事业的极大发展,全国各地先后建起了不同规模、不同形式的氧化沟污水处理厂。目前在我国,采用氧化沟处理城市污水和工业废水的污水处理厂已有近百家。

2 氧化沟工艺研究进展

目前应用较为广泛的氧化沟类型包括:Carrousel氧化沟、奥尔伯(Orbal)氧化沟和T型氧化沟(三沟式氧化沟)。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异,因此各具特点。

2.1 Carrousel氧化沟

Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。在原Carrousel氧化沟的基础上,DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel 2000系统图,实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟和Carrousel 2000系统正在运行。

最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到2 mg/L～3 mg/L。在这种充分掺氧的条件下,微生物得到足够的溶解氧来去除BOD;同时,氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐,此时,混合液处于有氧状态。在曝气机下游,水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态,水流维持在最小流速,保证活性污泥处于悬浮状态(平均流速大于0.3 m/s)。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧,直到DO值降为零,混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用,混合液进入有氧区,完成一次循环。该系统中,BOD降解是一个连续过程,硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制,这种氧化沟虽然可以有效的去除BOD,但除磷脱氮的能力有限。

为了取得更好的除磷脱氮的效果,Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区(又称前反硝化区)。全部回流污泥和10%～30%的污水进入厌氧区,可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10%～30%碳源条件下完成反硝化,为以后的绝氧池创造绝氧条件。同时,厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA,聚磷菌获得VFA将其同化成PHB,所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的绝氧区,所谓绝氧就是池内混合液既无分子氧,也无化合物氧(硝酸根),在此绝氧环境下,70%～90%的污水可提供足够的碳源,使聚磷菌能充分释磷。绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统,进一步完成去除BOD、脱氮和除磷。最后,混合液在氧化沟富氧区排出,在富氧环境下聚磷菌过量吸磷,将磷从水中转移到污泥中,随剩余污泥排出系统。这样,在Carrousel 2000系统内,较好的同时完成了去除BOD,COD和脱氮除磷。

2.2 奥贝尔(Orbal)氧化沟

奥贝尔(Orbal)氧化沟一般由三个同心椭圆形沟道组成,污水由外沟道进入,与回流污泥混合后,由外沟道进入中间沟道再进入内沟道,在各沟道循环达数百次到数十次。最后经中心岛的可调堰门流出,至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机,进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50%～55%,溶解氧控制趋于0.0 mg/L,高效地完成主要氧化作用;中间沟道容积一般为25%～30%,溶解氧控制在 1.0 mg/L左右,作为“摆动沟道”,可发挥外沟道或内沟道的强化作用;内沟道的容积约为总容积的15%～20%,需要较高的溶解氧值(2.0 mg/L左右),以保证有机物和氨氮有较高的去除率。

奥贝尔(Orbal)氧化沟可有效去除污水中的磷,出水水质好;具有推流式和完全混合式两种流态的优点,且池容较大,循环流量大,因而具有较强的抗冲击负荷能力,并可减少污泥膨胀现象的发生,有利于难降解有机物的去除;污泥龄较长,使污泥量较少并趋于好氧稳定、可不设污泥硝化池,从而简化工艺流程,投资省,管理方便;投资少、操作容易、控制灵活、对自动化程度依赖低、维护方便、运行稳定、节能效益显著;尤其能有效地抵抗暴雨流量的冲击。

奥贝尔氧化沟工艺因其投资较少、工艺流程简单、运行管理方便、耐冲击负荷、处理效果良好,非常适合经济、技术、管理有限的县级污水处理厂使用。

2.3 T型氧化沟(三沟式氧化沟)

三沟式氧化沟是氧化沟的一种典型构造形式,目前采用的三沟式氧化沟工艺,是丹麦在间歇式运行的氧化沟基础上开创的,它实际上仍是一种连续流活性污泥法,只是将曝气、沉淀工序集于一体,并具有按时间顺序交替轮换运行的特点,其运转周期可根据处理水质的不同进行调整,从而使其运行操作更趋于灵活方便。这种工艺流程简单,无需另设一次、二次沉淀池和污泥回流装置,使氧化沟工艺的基建投资和运行费用大为降低,并在一定程度上解决了以往氧化沟占地面积大的缺点。

3 结语

随着我国工业和城镇的迅速发展,废水量逐年增加,水污染日趋严重。就我国的经济实力而言,要利用现有的资金解决日趋严重的水污染问题,就必须要研究开发和利用效率高、投资少、能耗低的废水处理技术。因此,氧化沟必将成为一个有竞争力的污水处理工艺,具有很好的应用前景。

[1] Xia shibin,Liu junxin.An innovative,integrated oxidation ditch with vertical circle for domestic wastewater treatment[J].Process biochemistry,2004,39(4):1111-1117.

[2] 李 元.氧化沟技术的新进展[J].科技信息,2006(2):24.

[3] 李 永.改良型Carrousel氧化沟脱氮除磷工艺研究[J].华北水利水电学院学报,2003,24(1):35-36.

[4] G.T.Daigger,门晓欣.Orbal氧化沟同时硝化/反硝化及生物除磷的机理研究[J].中国给水排水,1999,15(3):1-7.

[5] 周 律.三沟式氧化沟处理城市污水的效应[J].给水排水,1997,13(5):4-7.

[6] 邓荣森.一体化氧化沟技术的发展[J].中国给水排水,1998,14(1):42-44.