一体化氧化沟技术的发展

一体化氧化沟技术的发展邓荣森刘保疆王涛李伟民(重庆建筑大学)1基本概念一体化氧化沟又称合建式氧化沟(IntegralCom-binedOxidationDitches),集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体,无需建造单独的二沉池。最早的一体化氧化沟是Pasveer教授1954年在荷兰Voorshoten研制成功的,用来处理360人口当量的污水,间隙运行,曝气和沉淀是利用一沟完成的。规模型开发研究始于八十年代,近年来由丹麦引进的三沟(T型及DSS型)氧化沟属于序批式(SBR)操作方式,占地面积大,设备利用率低,T型沟为58.3%、DSS型沟为70%,此外自动控制要求严格。这里所说的一体化氧化沟是指曝气净化与固液分离操作同在一个构筑物中完成,污泥自动回流,连续运行,设备利用率为100%。工艺的主要特点是:①工艺流程短,构筑物和设备少,不设初沉池、调节池和单独的二沉池,污泥自动回流,投资少、能耗低、占地少、管理简便。②处理效果稳定可靠,其BOD5和SS去除率均在90~95%或更高,COD的去除率也在85%以上,并且硝化、脱氮作用明显。③产生的剩余污泥量少,污泥不需硝化,污泥性质稳定,易脱水,不会带来二次污染。④造价低,建造快,设备事故率低,运行管理工作量少。⑤固液分离效果比一般二沉池高,能使整个系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。⑥污泥回流及时,减少了污泥膨胀的可能。2进展情况一体化氧化沟技术开发至今迅速得到发展,并在实际生产中得到应用。据1987年统计,在美国已有92座合建式氧化沟,较有代表性的是联合工业公司(U-nitedIndustriesInc)的船式沉淀器(BOAT)、Armco环境企业公司的BMTS系统,EIM-CO公司的Car-rousel渠内分离器,湖滨(Lakeside)设备公司的边墙分离器以及Lightin公司的导管式曝气内渠和边渠沉淀分离器,此外Envirex公司的竖直式氧化沟。2.1固液分离器是一体化氧化沟的关键技术设备,目前已应用的固液分离方式不下8种。最为典型的是船式分离器和BMTS沟内分离器,见图1。上述两种分离器基本上横跨在整个沟断面上;而国内研究的中心岛及侧沟内固液分离器的沟断面和沟内的正常流动不受影响,水力条件较好,见图2。2.2固液分离器的基本原理目前,固液分离器概括有以下三种:a.多斗分离器[1]多斗分离器系由小型单斗分离器演化而来,它减小了下部斗形区域,空间利用率增加,而且可以根据水力负荷进行多个单斗的组合,适应性增强,便于工程应用。其构造如图3。b.组件式固液分离器[1]将多斗式固液分离器进行组合,将泥斗进一步缩小,即形成了组件式分离器。其构造如图4。它的底部采用一系列均匀排列的倒V型板,保证了混合液的均匀进入和沉淀污泥的迅速回流。其底部开孔很多,水流上升速度缓慢,对污泥缓冲层及污泥回流影响较小,但是水力负荷和污泥负荷增加,如排泥不畅,将产生泛泥现象,使出水水质恶化,给运行带来困难。这两种固液分离器的原理在于依靠重力沉降,出水效率很大程度上取决于分离器内混合液的上升流速和污泥沉速。只有在污泥沉速大于混合液上升流速时,分离器才能起到分离的作用。c.带斜板的固液分离器[2]即在组件式固液分离器上方加装斜板,斜板倾斜方向与组件倾斜方向相反,这种结构有利于消除较剧烈的紊动,保持较平稳的层流状态,有利于固液分离的良好效果。其构造见图5。带斜板的固液分离器具有与前二者不同的固液分离机理。其一,流态经历了由层流至紊流再至层流的反复过程,最初的层流、紊流分别发生在固液分离器的底部和弯折处,这时污泥颗粒处于前期絮凝状态,故流态对絮体生成的影响不大,最终的层流发生在弯折后的斜板区域,这时污泥颗粒已处于后期絮凝状态,层流有利于大颗粒絮体的形成;其二,已形成的污泥颗粒絮体在不断上升的水流带动下穿过斜板区,于斜板上方与重力平衡时形成一动态平衡的污泥悬浮层,不断上涌的混合液中污泥颗粒将被吸附,从而出水水质进一步提高。简言之,斜板式固液分离器的第二机理同给水处理中的澄清池污泥悬浮层的作用机理相当。其它各种带污泥自动回流的固液分离器,基本上是根据上述三种基本形式的固液分离器演变而来。固液分离器内相对静止的水流和氧化沟内流动水流间产生的压力差所形成的抽吸作用,是回流作用的主要推动力。2.3曝气混合设备[3]曝气混合设备不仅决定充氧、推动、混合等功能,还决定氧化沟的占地面积和基建投资。一体化氧化沟常用曝气设备:a.机械曝气机①水平轴曝气机。包括转刷曝气机和盘式曝气机,是研究最多、应用最广的一类氧化沟充氧设备。它充氧效率高,结构简单,安装维修方便。整个系统由电机、调速装置和主轴组成,主轴上装有放射状叶片或由两个半圆组成的盘片。典型的转刷曝气机是Mammoth1000,充氧动力效率为2.1kgO2/kW·h,沟深可达3.5m;盘式曝气机盘径1.4m,充氧动力效率为2.08kgO2/kW·h,沟深可达4.3m。②垂直轴表面叶轮。是专为Carrousel型氧化沟设计的,一般一条沟安装1台,置于池的一端。它的提升能力强,允许较大沟深,适于大流量污水处理厂,应用较为广泛。设备能力跨度大,最大直径3.8m,最大功率160kW,充氧动力效率2.1kgO2/kW·h(电机功率)。b.射流曝气机一般设在氧化沟底部,吸入的压缩空气与加压水充分混合,向水平方向喷射,达到曝气充氧、推进水流及混合搅拌的目的。射流器形成的水流冲力造成了水平方向的混合,然后又由于水流上升而形成了垂直方向的混合,因而沟宽和沟深相互独立,水深至8m依然得到良好的混合效果,由于产生的气泡很小,故氧转移效率较高。因为装在沟底,能避免表面曝气机冷却的不良影响。缺点是需要加压气、加压水,系统设备较复杂,施工和维护不便。c.导管式曝气机导管式曝气机也称U型鼓风曝气系统。可对沟内流速和供氧量分别进行独立控制,改变叶轮转速可调节沟内流速,调节空压机可控制供氧量。沟深可达4~5m,占地面积较传统氧化沟少。传质效果好,有利于污水处理。缺点是动力效率较低(0.67~0.73kgO2/kW·h),设备系统较复杂,氧化沟施工也较复杂。d.混合曝气系统利用水下推动器(直径2~3m,转速30~50r/min)配合表面曝气机来解决氧化沟的充氧、混合和混合液循环流动,是一个很有发展前途的好方式,动力效率可达到3.0~3.2kgO2/kW·h,可使沟深增加,不致沉积,同时提高了氧化沟运行的灵活性(如脱氮除磷等)。3工程实例3.1侧沟式一体化氧化沟已在四川省新都县建有小型示范工程,处理量400m3/d,其工艺流程如图6。沟宽1.2m,有效水深3.0m,单侧直段长12m,弯道处半径1.32m。采用的侧沟式固液分离器有效长度9m,宽0.5m,有效深度2.0m,表面积5.0m2,工艺简图见图7。3.2规模型一体化氧化沟已应用在山东省高密市。主要情况是:远期规模25000m3/d,一期工程按15000m3/d考虑。要求工业废水进行预处理,需要控制的进水水质是BOD200~500mg/L,COD500~600mg/L,SS200~300mg/L。要求出水水质是BOD≤30mg/L,COD≤120mg/L,SS≤30mg/L。污水处理厂进口处设粗格栅,之后进水通过自动清渣格栅(间隙5mm);沉砂池HRT为40s,尺寸为4.8×12.6m;鉴于工业废水所占比重大,初设时设计了水解池和SBR两套方案,设计评审时同意用SBR作预处理厌氧池使用,曝气器仅作混合使用。SBR采用三廊道式,其中HRT2.5h,容积1562m3,水深4m。一体化氧化沟部分HRT16h,SRT30d,沟深3.0m,沟宽7.0m,沟直段长49m,共4只氧化沟,每只容积2500m3,总容积10000m3。侧沟表面负荷50m3/m3·d。转刷每沟设2只,转刷直径1m,有效长度6m.污泥从氧化沟中排除,经浓缩送至干化间,用带式脱水机干化处理。工程占地17亩,预处理部分按25000m3/d设计,一期工程总投资1500万元,含二期工程在内的吨水占地面积0.87m2。4参考文献1.邓荣森等,“氧化沟沟内分离技术初探”,中国给水排水,1990Vo162.潘江浚,“侧沟式一体化氧化沟污水处理技术研究”,毕业论文,19973.陈吕军等,“氧化沟中的曝气设备”,给水排水,1993No.5通讯处:630045重庆市沙坪坝重庆建筑大学城建学院(收稿日期1997-08-11)