氧化溝工藝的構(gòu)造與運(yùn)行

氧化溝工藝的構(gòu)造與運(yùn)行

氧化溝法在20世紀(jì)50年代初形成，是一種延遲式氣生廢水法。因其構(gòu)造簡(jiǎn)單,易于管理,很快得到推廣,且不斷創(chuàng)新,有一定發(fā)展前景和競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)氧化溝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行方式及曝氣設(shè)備種類,氧化溝有不同的表現(xiàn)形式。1氧化溝斷面形狀氧化溝溝體的平面形狀一般呈環(huán)狀溝渠形,也可以是長(zhǎng)方形、L形、馬蹄形、園形或其它形狀,氧化溝斷面形狀多為矩形和梯形;可以是單溝系統(tǒng),也可以是多溝系統(tǒng)等。多種多樣的構(gòu)造形式賦予了氧化溝靈活的運(yùn)行性能,使它能按任意一種活性污泥法的運(yùn)行方式運(yùn)行,滿足不同的出水水質(zhì)要求。2基建投資較低、管理較簡(jiǎn)單傳統(tǒng)氧化溝工藝成熟可靠;對(duì)污水水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、抗沖擊負(fù)荷性能好;處理構(gòu)筑物較少、基建投資較低、管理比較簡(jiǎn)單;剩余污泥較少且較穩(wěn)定、無(wú)需經(jīng)消化處理、具有良好的脫水性能,目前在我國(guó)已廣泛采用,但該工藝雖有一定的脫氮除磷效果,卻難以保證出水中所含的氮、磷達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。生物脫氮除磷理論的發(fā)展是氧化溝系統(tǒng)工藝演變的推動(dòng)力。2.1脫氮除磷目現(xiàn)代生物脫氮除磷理論認(rèn)為,污水通過(guò)污水處理系統(tǒng)的非曝氣區(qū)形成的缺氧和厭氧環(huán)境,或單獨(dú)設(shè)立的缺氧和厭氧環(huán)境,或通過(guò)控制充氧量與運(yùn)行條件而形成硝化/反硝化、除磷的環(huán)境,從而達(dá)到脫氮除磷的目的。生物脫氮過(guò)程通過(guò)氨化、硝化和反硝化完成。硝化作用是在好氧環(huán)境中及硝化細(xì)菌參與下,氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過(guò)程;反硝化作用是在缺氧的環(huán)境中及反硝化細(xì)菌的參與下,將NO-2和NO-3中的氧作為氧源與有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng),使得NO-2-N和NO-3-N還原成N2,從而除去污水中的氮,同時(shí)有機(jī)物被氧化成CO2和H2O。生物除磷是利用聚磷菌在厭氧條件下釋放磷于環(huán)境中,而在好氧條件下從外部環(huán)境超量地?cái)z取磷,并將磷以聚合的形態(tài)儲(chǔ)藏在菌體內(nèi),形成高磷污泥排出系統(tǒng),達(dá)到從污水中除磷的目的。2.2卡魯塞爾—從卡魯塞爾氧化溝的演變看氧化溝工藝處理深度的發(fā)展1967年,DHV公司綜合了常規(guī)污水處理系統(tǒng)和氧化溝的優(yōu)點(diǎn),開(kāi)發(fā)了第一代卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)。第一代普通卡魯塞爾氧化溝以去除BOD為主要目的,系統(tǒng)內(nèi)具備模糊的缺氧/好氧系統(tǒng),硝化作用和反硝化作用發(fā)生在同一池中,具有一定的脫氮除磷效果。第二代卡魯塞爾—2000氧化溝系統(tǒng)強(qiáng)化了普通卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)的脫氮除磷功能,此系統(tǒng)在普通卡魯塞爾氧化溝前增加一個(gè)厭氧池和一個(gè)缺氧池,以更利于脫氮除磷。第三代卡魯塞爾—3000氧化溝系統(tǒng)是在卡魯塞爾—2000氧化溝系統(tǒng)前再加上一個(gè)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(zhǎng),提高各污染物的去除率,其后的工藝原理與卡魯塞爾—2000氧化溝系統(tǒng)相同。3通風(fēng)方式的發(fā)展3.1葉片盤(pán)片的制備水平軸曝氣機(jī)包括轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)和盤(pán)式曝氣機(jī),它充氧效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維修較方便,是應(yīng)用最廣的一類氧化溝充氧設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)由電機(jī)、調(diào)速裝置和主軸等組成,主軸上裝有放射狀的葉片或2個(gè)半圓組成的盤(pán)片。①轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)簡(jiǎn)稱曝氣轉(zhuǎn)刷,一般用于Pasveer氧化溝中。調(diào)整轉(zhuǎn)速和浸沒(méi)深度,可改變其充氧量,以適應(yīng)不同的工作條件。但采用曝氣轉(zhuǎn)刷時(shí),曝氣溝渠的水深一般不超過(guò)2.5m;②盤(pán)式曝氣機(jī)主要用于Orbal型氧化溝,通常稱曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)或曝氣轉(zhuǎn)碟。采用轉(zhuǎn)碟時(shí),曝氣溝渠水深可達(dá)5m。它可以布置在氧化溝的任何位置,有利于經(jīng)濟(jì)地構(gòu)筑大容積的氧化溝,減少用地面積并節(jié)省投資。3.2葉輪直徑對(duì)充氧能力的影響垂直軸表面曝氣葉輪是專為卡魯塞爾氧化溝設(shè)計(jì)的,允許有較大的溝深,其充氧能力隨葉輪直徑變化較大,動(dòng)力效率一般為1.8～2.3kgO2/(kw·h)。3.3池的有效排水系統(tǒng)微孔曝氣方式一般用于微曝氧化溝中,其供氧設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī),氧氣通過(guò)微孔曝氣器釋放于水中。眾所周知,在所有曝氣方式中,微孔曝氣是氧利用率最大的曝氣方式之一。它與其它曝氣方式最顯著的區(qū)別是通過(guò)微孔曝氣頭,產(chǎn)生大量直徑為1mm左右的微小氣泡,這就大大提高了氣泡的表面積,在池容積一定情況下,比表面積增長(zhǎng),氧轉(zhuǎn)移總量增大。如池深增加,則其傳質(zhì)效率更高。根據(jù)目前鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家的技術(shù)能力,池的有效水深最大可達(dá)8m,因此可根據(jù)不同的工藝要求,選取合適的水深。傳統(tǒng)氧化溝的推流是利用曝氣設(shè)備,如轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)盤(pán)或倒傘型表曝機(jī)兼作推流作用,而微曝氧化溝則采用水下推流的方式,主要利用潛水推進(jìn)器葉輪產(chǎn)生的水流推動(dòng)直接作用于水中,被推動(dòng)的水流由下層向上層傳遞,起推流作用的同時(shí)又可有效防止污泥的沉降。不象表曝用轉(zhuǎn)刷或倒傘型曝氣機(jī)將水流從上層向下層傳遞,從而使大部分的動(dòng)能變成熱能散失入空氣中。因而采用潛水推進(jìn)器減少了能量消耗。3.4循環(huán)流動(dòng)利用射流器吸進(jìn)空氣的原理,使射流器噴射出空氣和污水的混合液,對(duì)氧化溝的污水進(jìn)行充氧和推動(dòng)水流,射流器可沒(méi)于污水中直至溝底,因此其深度可加大。由于氧化溝中的混合液需處于循環(huán)流動(dòng)狀態(tài),而且循環(huán)流動(dòng)量遠(yuǎn)大于污水進(jìn)水量,循環(huán)流動(dòng)一周的時(shí)間遠(yuǎn)小于水力停留時(shí)間。因而要求它的曝氣設(shè)備應(yīng)該同時(shí)具備或最好同時(shí)具備曝氣充氧和攪拌推流的雙重功能。射流曝氣器之所以可用于氧化溝,就是因?yàn)橛伤a(chǎn)生的挾氣溶氣液能夠滿足上述要求。目前國(guó)內(nèi)由北京工業(yè)大學(xué)和中國(guó)環(huán)境科學(xué)院合作研制開(kāi)發(fā)的氧化溝用供氣式射流曝氣器,已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。3.5比傳統(tǒng)曝氣過(guò)水工藝更能提高氧傳質(zhì)、提高比百樂(lè)卡曝氣系統(tǒng)的曝氣頭懸掛在浮鏈上,浮動(dòng)鏈被松弛地固定在曝氣池兩側(cè),作停留在水深4～5m處,每條浮鏈可在池中的一定區(qū)域作蛇形運(yùn)動(dòng),氣泡在其表面逸出時(shí),直徑約為50μm。如此微小的氣泡意味著氧氣接觸面積的增大和氧氣傳送效率的提高。同時(shí),因?yàn)闅馀菹蛏线\(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,不斷受到水流流動(dòng)、浮鏈擺動(dòng)等擾動(dòng),因此氣泡并不是垂直向上的運(yùn)動(dòng),而是斜向運(yùn)動(dòng),這樣延長(zhǎng)了氣泡在水中的停留時(shí)間,同時(shí)也提高氧氣傳遞效率。運(yùn)行表明:百樂(lè)卡懸掛鏈的氧氣傳遞速率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的曝氣工藝以及固定在底部的微孔曝氣工藝。在曝氣鏈的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,自身的自然擺動(dòng)就可以達(dá)到很好的混合效果,節(jié)省了混合所需的能耗。由于百樂(lè)卡曝氣頭(BIOLAK-Friox)特殊的結(jié)構(gòu),即使在很復(fù)雜的環(huán)境里曝氣頭也不至于阻塞,這意味著曝氣裝置可運(yùn)行幾年不維修,所需維護(hù)費(fèi)用很少。曝氣系統(tǒng)與配套的高效鼓風(fēng)機(jī)保證了很高的氧氣傳遞效率,供氧能力為2.5kgO2/(kw·h)。且鼓風(fēng)機(jī)就設(shè)在池邊,減少了鼓風(fēng)機(jī)房和空氣輸送管道的費(fèi)用。4根據(jù)時(shí)間順序安排污水從運(yùn)行方式角度考慮,氧化溝技術(shù)發(fā)展主要有兩方面:一方面是按時(shí)間順序安排為主對(duì)污水進(jìn)行處理;另一方面是按空間順序安排為主對(duì)污水進(jìn)行處理。屬于前者的有交替和半交替工作式氧化溝;屬于后者的有連續(xù)工作分建式和合建式氧化溝。4.1氧化溝曝氣、沉淀的操作交替工作式氧化溝,是指在一溝或多溝中按時(shí)間順序在空間上對(duì)氧化溝的曝氣操作和沉淀操作作出調(diào)整換位,以取得最佳的或要求的處理效果。其特點(diǎn)是氧化溝曝氣、沉淀交替輪作,不設(shè)二沉池,不需污泥回流裝置?；绢愋陀?A、D、VR和T型四種。4.1.1氧化溝A型氧化溝是單溝交替工作式氧化溝,主要用于BOD的去除和硝化,且限于較小的處理場(chǎng)合應(yīng)用。4.1.2同氧化溝組成的較水處理系統(tǒng)D型氧化溝為雙溝交替工作式氧化溝,一般由池容完全相同的兩個(gè)氧化溝組成,兩溝串聯(lián)交替地作為曝氣池和沉淀池,主要也是用于BOD的去除和硝化。其出水水質(zhì)十分穩(wěn)定,但曝氣轉(zhuǎn)刷的實(shí)際利用率較低(約40%左右)。4.1.3部分氧化溝交替密封VR型氧化溝也是單溝交替工作式氧化溝,主要也是用于BOD的去除及硝化,其特點(diǎn)是將氧化溝分成容積基本相等的兩部分,利用定時(shí)改變曝氣轉(zhuǎn)刷的旋轉(zhuǎn)方向,來(lái)改變溝內(nèi)水流方向,使兩部分氧化溝交替地作為曝氣區(qū)和沉淀區(qū),不設(shè)二沉池,不需設(shè)污泥回流裝置。VR型系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便,機(jī)械設(shè)備少,出水水質(zhì)穩(wěn)定良好,其轉(zhuǎn)刷實(shí)際利用率可達(dá)到75%。4.1.4氧化風(fēng)系統(tǒng)的組成T型氧化溝是丹麥克魯格公司開(kāi)發(fā)的一種新型氧化溝,國(guó)外采用較多,90年代初以來(lái),國(guó)內(nèi)也開(kāi)始推廣。T型氧化溝為三溝交替工作式氧化溝系統(tǒng)。該系統(tǒng)由3個(gè)等容量的氧化溝組建在一起作為一個(gè)單元運(yùn)行,3個(gè)氧化溝之間相互雙雙連通,兩側(cè)氧化溝起曝氣和沉淀雙重作用,中間的氧化溝始終進(jìn)行曝氣,不設(shè)二沉池及污泥回流裝置,具有去除BOD及硝化脫氮的功能。T型系統(tǒng)轉(zhuǎn)刷實(shí)際利用率可達(dá)到58.3%,在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn),可得到一種稱之為動(dòng)態(tài)順序沉淀的DSS型系統(tǒng),其轉(zhuǎn)刷的實(shí)際利用率可達(dá)70%。另外,改變轉(zhuǎn)刷的運(yùn)行模式可實(shí)現(xiàn)除磷。4.2半交替工作式半交替工作式氧化溝兼具連續(xù)工作式和交替工作式的特點(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)曝氣和沉淀的完全分離。其次,與D型溝不同的是: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)行靈活的特點(diǎn),特別是用于脫氮。最典型的半交替工作式氧化溝為DE型氧化溝。DE型氧化溝工藝是專為生物脫氮而開(kāi)發(fā)的,它不同于D型氧化溝之處還在于有獨(dú)立的二沉池及回流污泥系統(tǒng),氧化溝內(nèi)交替進(jìn)行著硝化與反硝化。在DE型氧化溝前增設(shè)一厭氧池,可以達(dá)到同時(shí)脫氮、除磷的目的。4.3連續(xù)工作分建式氧化溝結(jié)構(gòu)連續(xù)工作分建式氧化溝的特點(diǎn)是氧化溝只作曝氣池使用,且進(jìn)出水流向不變,另辟出空間設(shè)置單獨(dú)的二沉池,設(shè)備利用率100%。連續(xù)工作分建式氧化溝主要形式有3種:帕斯韋爾(Passveer)氧化溝、卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝、奧伯爾(Orbal)氧化溝。帕斯韋爾氧化溝采用了最初跑道式溝型,一般采用曝氣轉(zhuǎn)刷曝氣?？斎麪栄趸瘻鲜嵌鄿洗?lián)系統(tǒng),一般采用垂直軸表面曝氣機(jī)。奧伯爾氧化溝由多個(gè)同心的溝渠組成,渠道一般呈圓形或橢圓形,采用轉(zhuǎn)盤(pán)曝氣。4.4bmts式、boat式、中心島式連續(xù)工作合建式氧化溝,又稱一體化氧化溝,其特點(diǎn)是集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流功能為一體,無(wú)單獨(dú)的二沉池,設(shè)備利用率100%。連續(xù)工作合建式氧化溝主要形式有:BMTS式、BOAT式、溝內(nèi)式、管式、多斗式、邊墻和中心墻式、豎向循環(huán)式、側(cè)渠式、斜板式、側(cè)溝式、中心島式等。其中側(cè)溝式、中心島式一體化氧化溝是由我國(guó)重慶建筑大學(xué)“八五”期間研制開(kāi)發(fā)而成,作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)部和建設(shè)部的示范工程項(xiàng)目,現(xiàn)已運(yùn)用于山東高密、四川新都、四川遂寧等地建造的城市污水處理廠,投入運(yùn)行后達(dá)到了預(yù)期效果。連續(xù)工作合建式氧化溝的出現(xiàn)使氧化溝技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步,與傳統(tǒng)的氧化溝技術(shù)相比,省去了二沉池,占地減少,省去了污泥回流系統(tǒng),基建和運(yùn)行費(fèi)用減少,且運(yùn)行管理簡(jiǎn)便。4.5氧化溝技術(shù)的發(fā)展方向幾種常見(jiàn)氧化溝技術(shù)比較如表1所示。目前,國(guó)內(nèi)采用氧化溝處理工藝的污水處理廠在逐漸增多,氧化溝技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向是利用最合理的時(shí)空安排達(dá)到所要求的處理目標(biāo)。因此,合理選擇氧化溝的設(shè)計(jì)工藝,研究氧化溝污水處理新技術(shù),對(duì)提高污水處理能力、節(jié)省投資和降低運(yùn)行費(fèi)用均具有重要意義。5氧化界面的操作中存在的問(wèn)題和解決辦法5.1存在的問(wèn)題5.1.1治菌工藝濃度不足當(dāng)廢水中的碳水化合物較多,N、P含量不平衡,pH值偏低,氧化溝中污泥負(fù)荷過(guò)高,溶解氧濃度不足,排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹;非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷較高時(shí)。微生物的負(fù)荷高,細(xì)菌吸取了大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),由于溫度低,代謝速度較慢,積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì),使活性污泥的表面附著水大大增加,SVI值很高,形成污泥膨脹。5.1.2吸持劑和充氧攪拌法由于進(jìn)水中帶有大量油脂,處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去,部分油脂富集于污泥中,經(jīng)轉(zhuǎn)刷充氧攪拌,產(chǎn)生大量泡沫;泥齡偏長(zhǎng),污泥老化,也易產(chǎn)生泡沫。5.1.3沉池的停留時(shí)間當(dāng)廢水中含油量過(guò)大,整個(gè)系統(tǒng)泥質(zhì)變輕,在操作過(guò)程中不能很好控制其在二沉池的停留時(shí)間,易造成缺氧,產(chǎn)生腐化污泥上浮;當(dāng)曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng),在池中發(fā)生高度硝化作用,使硝酸鹽濃度升高,在二沉池易發(fā)生反硝化作用,產(chǎn)生氮?dú)?使污泥上浮;另外,廢水中含油量過(guò)大,污泥可能挾油上浮。5.2處理對(duì)策5.2.1調(diào)整氧量及ph值由缺氧、水溫高造成的,可加大曝氣量或降低進(jìn)水量以減輕負(fù)荷,或適當(dāng)降低MLSS(控制污泥回流量),使需氧量減少;如污泥負(fù)荷過(guò)高,可提高M(jìn)LSS,以調(diào)整負(fù)荷,必要時(shí)可停止進(jìn)水,悶曝一段時(shí)間;可通過(guò)投加氮肥、磷肥,調(diào)整混合液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡(BOD5∶N∶P=100∶5∶1),pH值過(guò)低,可投加石灰調(diào)節(jié);漂白粉和液氯(按干污泥的0.3%～0.6%投加),能抑制絲狀菌繁殖,控制結(jié)合水性污泥膨漲。5.2.2增投曝氣池污泥用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫,常