氧化溝工藝的發(fā)展及特點(diǎn)
【摘 要】闡述了氧化溝技術(shù)的發(fā)展以及幾種典型氧化溝工藝的發(fā)展和特點(diǎn)，同時討論了氧化溝技術(shù)的發(fā)展前景。
【關(guān)鍵詞】氧化溝；工藝特點(diǎn)；發(fā)展前景
氧化溝（oxidation ditch）又名氧化渠，實(shí)際上它是活性污泥的一種變型。因?yàn)槲鬯突钚晕勰嗟幕旌弦涸诃h(huán)狀的曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“ 無終端的曝氣系統(tǒng)”。氧化溝的主要類型有卡魯塞爾型（Carroussel）、奧貝爾型（Orbal）、交替式工作型、一體化氧化溝（Integrated oxidation ditch）。
1氧化溝技術(shù)的發(fā)展和特點(diǎn)
1.1氧化溝技術(shù)的發(fā)展
氧化溝工藝是20世紀(jì)50年代由荷蘭衛(wèi)生工程研究所（TNO）的帕斯維爾（A.Pasveer）博士通過研究和設(shè)計(jì)首先開發(fā)的。第一座氧化溝污水處理廠是帕斯維爾于1954年在荷蘭的伏肖汀（Voorshoten）建造的，服務(wù)人口僅為360人[1]。它將曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定等處理過程集于一體，間歇運(yùn)行，BOD5去除率高達(dá)97﹪，管理十分方便，運(yùn)行效果穩(wěn)定，適用于中小村鎮(zhèn)的污水處理。這種類型的氧化溝因其設(shè)計(jì)者而被命名為“帕斯維爾溝”。60年代起，這項(xiàng)技術(shù)在歐洲、大洋洲、北美和南非等各國得到了迅速推廣和應(yīng)用，工藝上和構(gòu)造上也有了很大的發(fā)展和改進(jìn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前英國業(yè)已興建了300多座氧化溝污水處理廠，美國已有500多座這樣的污水處理廠。氧化溝的處理能力為500萬－1000萬人口當(dāng)量，既能用于生活污水處理，也能用于城市污水和工業(yè)廢水的處理。經(jīng)過30多年的實(shí)踐和發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)在各種形式的活性污泥法中處于領(lǐng)先地位，被評價為處理效果可靠、基建費(fèi)用低而運(yùn)行費(fèi)用又較省的污水生物處理方法。目前，此項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市污水，石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水、食品加工廢水等的工業(yè)廢水處理之中。特別是在荷蘭、德國、美國、丹麥、瑞典、瑞士、希臘、加拿大、巴西、南非、澳大利亞、新西蘭、印度、前蘇聯(lián)、日本及中國等，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展十分迅速，不僅處理工藝的數(shù)量急劇增長，而且處理規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。我國從80年代初開始做過一些研究和應(yīng)用工作，但相比之下，這項(xiàng)技術(shù)在我國的發(fā)展還是比較緩慢的。
1.2氧化溝的特點(diǎn)
1.2.1氧化溝的工藝特點(diǎn)[2]
（1）簡化了預(yù)處理 氧化溝水力停留時間和污泥齡比一般生物處理法廠，懸浮有機(jī)物可與溶解性有機(jī)物同時得到較徹底的去除，排出的剩余污泥已得到高度穩(wěn)定，因此氧化溝可不設(shè)初沉池，污泥不需要進(jìn)行厭氧消化。
（2）占地面積少 因?yàn)樵诹鞒讨惺÷粤顺醭脸亍⑽勰嘞，有時還省略了二沉池和污泥回流裝置，使污水廠總占地面積不僅沒有增大，相反還可縮小。
（3）具有推流式流態(tài)的特征 氧化溝具有推流特性，使得溶解氧濃度在沿池長方向形成濃度梯度，形成好氧、缺氧和厭氧條件。通過對系統(tǒng)合理的設(shè)計(jì)與控制，可以取得較好的脫氮除磷效果。
（4）簡化了工藝 將氧化溝和二沉池合建為一體式氧化溝，以及近年來發(fā)展的交替工作的氧化溝，可不用二沉池，從而使處理流程更為簡化。
1.2.2 氧化溝的技術(shù)特點(diǎn)[3]
（1）構(gòu)造形式的多樣性 氧化溝溝的基本形式呈封閉的溝渠形，而溝渠的形狀和構(gòu)造則多種多樣。溝渠可以呈圓形和橢圓形等形狀，可以是單溝或多溝，多溝系統(tǒng)可以是一組同心的互相連通的溝渠（如奧貝爾氧化溝），也可以是互相平行、尺寸相同的一組溝渠（如三溝式氧化溝），有與二沉池分建的氧化溝，也有合建的氧化溝。
（2）氧化溝的曝氣設(shè)備的多樣性 常用的曝氣裝置有轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)盤和微孔曝氣等。
（3）曝氣強(qiáng)度的可調(diào)節(jié)形 氧化溝的曝氣強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，其一式通過出水溢流堰調(diào)節(jié)堰的高度改變溝渠內(nèi)水深，進(jìn)而改變曝氣裝置的淹沒深度，改變氧量已適應(yīng)運(yùn)行的需要。淹沒深度的變化對于曝氣設(shè)備的推動力也會產(chǎn)生影響，從而也可對水的流速起一定的調(diào)節(jié)作用。其二式通過曝氣器的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以調(diào)整曝氣強(qiáng)度和推動力。
2各類型氧化溝特點(diǎn)
2.1卡魯塞爾（Carroussel）氧化溝
卡魯塞爾氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開發(fā)研制。它是一個由多渠串聯(lián)組成的氧化溝系統(tǒng)。廢水與活性污泥的混合液在氧化溝中不停地流動，在溝的一端設(shè)置曝氣器，使系統(tǒng)中形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，使其具有生物脫氮的處理功能？斎麪栄趸瘻系陌l(fā)展經(jīng)歷了普通卡魯塞爾氧化溝、卡魯塞爾2000氧化溝和卡魯塞爾3000氧化溝三個階段[4]。
在普通卡魯塞爾氧化溝工藝中，污水經(jīng)過格柵和沉砂池后，不經(jīng)過預(yù)沉池，直接于回流污泥一起進(jìn)入氧化溝系統(tǒng)。BOD降解是一個連續(xù)過程，硝化和反硝化作用發(fā)生在同一池中。
卡魯塞爾2000氧化溝系統(tǒng)是由美國鹽湖城EIMCO公司研制的一種具有內(nèi)部前置反硝化功能的氧化溝工藝。該工藝運(yùn)行過程中，借助于安裝在反硝化區(qū)的螺旋槳將混合液循環(huán)至前置前置反硝化區(qū)（不需循環(huán)泵）。前置反硝化區(qū)的容積一般為總?cè)莘e的10﹪左右。反硝化菌利用污水中的有機(jī)物和回流混合液中硝酸鹽和亞硝酸鹽進(jìn)行反硝化，由于混合液的大量回流混合，同時利用氧化溝內(nèi)曝氣所獲得的兩會各硝化效果，該工藝使氧化溝脫氮功能得到加強(qiáng)。聚磷菌的釋放磷和過量吸收磷過程又可以實(shí)現(xiàn)污水中磷的去除。
卡魯塞爾3000氧化溝又稱深型卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)，水深可達(dá)7.5－8m。該系統(tǒng)是在卡魯塞爾氧化溝2000系統(tǒng)前再加上一個生物選擇區(qū)，該生物選擇區(qū)是利用高有機(jī)負(fù)荷篩選菌種，抑制絲狀菌的增長，提高各誤認(rèn)為的去除率。除了比普通卡魯塞爾氧化溝深外，其獨(dú)特的圓形纏繞式設(shè)計(jì)還可降低建設(shè)成本和減少污水廠土地占用。
2.2奧貝爾（Orbal）氧化溝
奧貝爾氧化溝工藝是由南非的休斯曼（Huisman）設(shè)想開發(fā)，后轉(zhuǎn)讓給美國的Envirex公司，該公司于1970年開始將它投放市場。奧貝爾氧化溝一般由3條同心園形或橢圓形渠道組成，各渠道之間相通，進(jìn)水先引入最外的渠道，在其中不斷循環(huán)的同時，依次進(jìn)入下一個渠道，相當(dāng)于一系列完全混合反應(yīng)池串聯(lián)在一起，最后從中心的渠道排出。曝氣設(shè)備多采用曝氣轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的數(shù)量取決于渠內(nèi)的溶解氧量。水深可采用2－3.6m，并保持溝底流速為0.3－0.9m/s。
在三條渠道系統(tǒng)中，從外到內(nèi)，第一渠的容積為總?cè)莘e的50﹪－55﹪；第二渠為30﹪－35﹪；第三渠為15﹪－20﹪。運(yùn)行時，應(yīng)保持第一、第二、第三渠的溶解氧分別為0mg/L、1 mg/L、2 mg/L。第一渠中可同時進(jìn)行硝化和反硝化，其中硝化的程度取決于供氧量。由于第一條渠道中氧的吸收率通常很高，一次可在該段反應(yīng)池中提供90﹪的供氧量，仍可把溶解氧的含量保持在0 mg/L的水平上。在以后的幾條渠道中，氧的吸收率比較低，因此，盡管反應(yīng)池中的供養(yǎng)量較低，溶解氧的含量卻可以保持較高的水平[6]。
2.3交替式工作氧化溝
交替式工作氧化溝是由丹麥克魯格（Kruger）公司研制，該工藝造價低，易于維護(hù)，通常有雙溝交替和三溝交替（T型氧化溝）的氧化溝系統(tǒng)和半交替工作式氧化溝。
2.3.1雙溝式氧化溝
雙溝交替氧化溝兩池體積相同，水流相通，以保證兩池的水深相等，不設(shè)二沉池。通過曝氣轉(zhuǎn)刷的旋轉(zhuǎn)方向來使兩部分交替作為曝氣區(qū)和沉淀區(qū)。處理過程中，進(jìn)水和出水都是連續(xù)的，但曝氣轉(zhuǎn)刷的工作則是間歇的，其在單個工作周期的利用率僅為40﹪左右。目前雙溝式氧化溝雖然得到了廣泛的應(yīng)用，但其設(shè)備利用率差的缺點(diǎn)制約了其發(fā)展[7]。
2.3.2三溝式氧化溝
三溝式氧化溝（T型氧化溝）是由三個相同的氧化溝組建在一起作為一個單元運(yùn)行，三個氧化溝之間相互雙雙聯(lián)通，每個池都配有可供污水和環(huán)流（混合）的轉(zhuǎn)刷，每池的進(jìn)口均與經(jīng)格柵和沉砂池處理的出水通過配水井相連接，兩側(cè)氧化溝可起曝氣和沉淀雙重作用中間的池子則維持連續(xù)曝氣，曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率可提高到60﹪左右。三溝式氧化溝可通過改變曝氣轉(zhuǎn)刷的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，來控制池內(nèi)的缺氧、好氧狀態(tài)，從而取得較好的脫氮效果。依靠三池工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,還可以免除污泥回流和混合液回流,從而使運(yùn)行費(fèi)用大大節(jié)省。但三溝由于進(jìn)、出水交替運(yùn)行,所以各溝中的活性污泥量在不斷變化,存在明顯的污泥遷移現(xiàn)象。同時,在同一溝內(nèi)由于污泥遷移、污泥濃度有規(guī)律地變化必然導(dǎo)致溶解氧也產(chǎn)生規(guī)模性地變化。此外,三溝式氧化溝工藝還存在容積利用率低、除磷效率不高等缺點(diǎn),所以對三溝式氧化溝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理時要考慮沉淀時間、排泥方式等參數(shù)的影響[8]。
2.3.3半交替工作式氧化溝[9][10]
半交替工作式氧化溝兼具連續(xù)工作式和交替工作的特點(diǎn)。首先，該類氧化溝系統(tǒng)設(shè)有單獨(dú)的二沉池，可實(shí)現(xiàn)曝氣和沉淀完全分離。其次，與D型氧化溝不同的是：根據(jù)需要，氧化溝可分別處于不同的工作狀態(tài)，使之具有交替工作式運(yùn)行的靈活特點(diǎn)，特別是用于脫氮。最典型的半交替工作式氧化溝式DE型氧化溝。
DE型氧化溝工藝是專為生物脫氮而開發(fā)的，它不同于D型氧化溝之處在于其有獨(dú)立的二沉池及回流污泥系統(tǒng)，氧化溝內(nèi)交替進(jìn)行硝化與反硝化。在DE型氧化溝前增設(shè)一厭氧池，可達(dá)到同時脫氮、除磷的效果。
2.4一體化氧化溝（Integrated oxidation ditch）[11]
一體化氧化溝又稱合建式氧化溝，是指集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流功能為一體，無需建造單獨(dú)的氧化溝。一體化氧化溝的優(yōu)點(diǎn)是不必設(shè)單獨(dú)的二沉池，工藝流程短，構(gòu)筑物和設(shè)備少，所以投資省，占地少。此外污泥可在系統(tǒng)內(nèi)自動回流，無需回流泵和設(shè)置回流泵站，因此能耗低，管理簡便容易。但由于溝內(nèi)需要設(shè)分區(qū)，或增設(shè)側(cè)渠，使氧化溝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，造成檢修不便。
3氧化溝的發(fā)展前景
經(jīng)過幾十年的使用、研究、開發(fā)和改進(jìn),氧化溝系統(tǒng)在池型結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、曝氣裝置、處理規(guī)模、適用范圍等方面都得到了長足的發(fā)展。據(jù)資料介紹,迄今歐洲已有的氧化溝污水處理廠超過2000座,北美超過800座,中國目前正在建造和已投入運(yùn)行氧化溝的也有很多。氧化溝自問世以來,經(jīng)久不衰的一個重要原因是污水在一個閉合溝渠中完成污水凈化。從理論上講,它既具有推流反應(yīng)的特征,又具有完全混合反應(yīng)的優(yōu)勢前者使其具有出水優(yōu)良的條件,后者使其具有抗沖擊負(fù)荷的能力。正因?yàn)橛羞@個環(huán)流,且有能量分區(qū)的緣故,使它具有其他許多污水生物處理技術(shù)所擁有的眾多優(yōu)勢,其中最為顯著的優(yōu)勢是工作穩(wěn)定可靠。
氧化溝的未來發(fā)展方向: 1)加強(qiáng)反應(yīng)器的生物除磷脫氮功能。至今氧化溝系統(tǒng)多為活性污泥法,可以借鑒生物膜理論，提高單位反應(yīng)器的微生物總量。高效除磷脫氮是氧化溝技術(shù)的研究的主要方向2)提高氧化溝中微生物的活性。提高氧化溝中微生物的耐毒性沖擊是氧化溝技術(shù)研究的潛在方向。3）提高氧化溝設(shè)備的性能和監(jiān)控技術(shù)使氧化溝系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)能。提高曝氣器的充氧效率及水下推進(jìn)器的性能，同時減少維修；同時對DO、ORP等目標(biāo)進(jìn)行智能監(jiān)控，這是氧化溝技術(shù)發(fā)展的主要方向。4）提高氧化溝的耐寒，減少占地面積和工程造價，使其得到更廣泛的應(yīng)用。
4結(jié)語
氧化溝技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在世界各地得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。國內(nèi)外的應(yīng)用情況證明，它是一種工藝簡單，管理方便，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，穩(wěn)定性高，出水水質(zhì)好的污水處理技術(shù)。氧化溝對高濃度工業(yè)廢水有很強(qiáng)的稀釋能力，能夠承受水質(zhì)、水量的沖擊負(fù)荷。更為重要的是，氧化溝在處理有機(jī)物的同時能將污水中的氮、磷去除，使出水水質(zhì)能夠滿足對污水排放中氮、磷的高標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合我國國情，開展氧化溝工藝的研究并促使其在我國得到廣泛應(yīng)用，是一個重要而且很有意義的課題。
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