OD工艺

氧化沟（OD）工艺综述摘要：阐述了几种经典的氧化沟工艺以及氧化沟工艺的系统优缺点，指出了当前氧化沟存在的一些问题以及相应的解决方案同时对该工艺发展方向进行了展望。关键字：氧化沟；卡罗塞尔；一体化；污水；污泥；曝气氧化沟(OxidationDitch，OD)污水处理工艺于20世纪50年代初期发展形成，属于延时曝气活性污泥法。氧化沟的处理能力为500万人口当量至1000万人口当量，既能用于生活污水的处理，也能用于工业废水和城市污水的处理。经过几十年的实践和发展，氧化沟技术被认为是出水水质好、运行稳定、基建投资费用和运转费用低的污水生物处理方法。1氧化沟工艺特点及其构成1.1氧化沟工艺氧化沟是活性污泥处理工艺的一种变形工艺，一般不需设初沉池。且通常采用延时曝气；其结构形式采用封闭的环形沟渠形式，污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作水平流动；其污泥龄一般在10~30d。污泥负荷在0.05kgBOD5/(kgMLSS#d)~0.10kgBOD5/(kgMLSS#d)之间。1.2氧化沟系统的构成(1)氧化沟池体。氧化沟一般呈环形，平面上多为椭圆形或圆形，水深与所采用的曝气设备有关，2.5~8m不等。(2)氧化沟曝气设备。曝气设备具有以下功能:一是供氧，二是推动水流作不停的循环运动，三是防止活性污泥沉淀，四是使有机物、微生物及氧气三者充分混合、接触。主要的曝气装置有：机械曝气机，射流曝气机，导管式曝气机，混合曝气系统。(3)进(出)水装置。包括进水口、回流污泥口和出水调节堰等。氧化沟的进水和回流污泥进入点在曝气器的上游，氧化沟的出水在曝气器的下游。(4)导流和混合装置。包括导流墙和导流板。在弯道设置导流墙可以减少水头损失，防止弯道停滞区的产生和防止对弯道过度冲刷。通常在曝气转刷上下游设置导流板，主要是为了使表面的较高流速转入池底，同时降低混合液表面流速，提高传氧速率。(5)附属构筑物。如二沉池、刮泥机和污泥回流泵房等，这一部分构筑物与传统活性污泥工艺相同。1.3曝气方式简述1.3.1水平轴曝气机水平轴曝气机包括转刷曝气机和盘式曝气机，它充氧效率高、结构简单、安装维修较方便，是应用最广的一类氧化沟充氧设备。整个系统由电机、调速装置和主轴等组成，主轴上装有放射状的叶片或2个半圆组成的盘片。①转刷曝气机简称曝气转刷，一般用于Pasveer氧化沟中。调整转速和浸没深度，可改变其充氧量，以适应不同的工作条件。但采用曝气转刷时，曝气沟渠的水深一般不超过2.5m；②盘式曝气机主要用于奥贝尔型氧化沟，通常称曝气转盘或曝气转碟。采用转碟时，曝气沟渠水深可达5m。它可以布置在氧化沟的任何位置，有利于经济地构筑大容积的氧化沟，减少用地面积并节省投资。1.3.2垂直轴表面曝气叶轮垂直轴表面曝气叶轮是专为卡鲁塞尔氧化沟设计的，允许有较大的沟深，其充氧能力随叶轮直径变化较大，动力效率一般为1.8～2.3kgO2/(kw·h)。1.3.3微曝气微孔曝气方式一般用于微曝氧化沟中，其供氧设备为鼓风机，氧气通过微孔曝气器释放于水中。众所周知，在所有曝气方式中，微孔曝气是氧利用率最大的曝气方式之一。它与其它曝气方式最显著的区别是通过微孔曝气头，产生大量直径为1mm左右的微小气泡，这就大大提高了气泡的表面积，在池容积一定情况下，比表面积增长，氧转移总量增大。如池深增加，则其传质效率更高。根据目前鼓风机生产厂家的技术能力，池的有效水深最大可达8m，因此可根据不同的工艺要求，选取合适的水深。传统氧化沟的推流是利用曝气设备，如转刷、转盘或倒伞型表曝机兼作推流作用，而微曝氧化沟则采用水下推流的方式，主要利用潜水推进器叶轮产生的水流推动直接作用于水中，被推动的水流由下层向上层传递，起推流作用的同时又可有效防止污泥的沉降。不象表曝用转刷或倒伞型曝气机将水流从上层向下层传递，从而使大部分的动能变成热能散失入空气中。因而采用潜水推进器减少了能量消耗。1.3.4射流曝气利用射流器吸进空气的原理，使射流器喷射出空气和污水的混合液，对氧化沟的污水进行充氧和推动水流，射流器可没于污水中直至沟底，因此其深度可加大。由于氧化沟中的混合液需处于循环流动状态，而且循环流动量远大于污水进水量，循环流动一周的时间远小于水力停留时间。因而要求它的曝气设备应该同时具备或最好同时具备曝气充氧和搅拌推流的双重功能。射流曝气器之所以可用于氧化沟，就是因为由它产生的挟气溶气液能够满足上述要求。目前国内由北京工业大学和中国环境科学院合作研制开发的氧化沟用供气式射流曝气器，已经达到了国外同类产品的先进水平。1.3.5百乐卡式曝气百乐卡曝气系统的曝气头悬挂在浮链上，浮动链被松弛地固定在曝气池两侧，作停留在水深4～5m处，每条浮链可在池中的一定区域作蛇形运动，气泡在其表面逸出时，直径约为50μm。如此微小的气泡意味着氧气接触面积的增大和氧气传送效率的提高。同时，因为气泡向上运动的过程中，不断受到水流流动、浮链摆动等扰动，因此气泡并不是垂直向上的运动，而是斜向运动，这样延长了气泡在水中的停留时间，同时也提高氧气传递效率。运行表明:百乐卡悬挂链的氧气传递速率，远远高于一般的曝气工艺以及固定在底部的微孔曝气工艺。在曝气链的运动过程中，自身的自然摆动就可以达到很好的混合效果，节省了混合所需的能耗。由于百乐卡曝气头特殊的结构，即使在很复杂的环境里曝气头也不至于阻塞，这意味着曝气装置可运行几年不维修，所需维护费用很少。曝气系统与配套的高效鼓风机保证了很高的氧气传递效率，供氧能力为2.5kgO2/(kw·h)。且鼓风机就设在池边，减少了鼓风机房和空气输送管道的费用。1.4氧化沟特点氧化沟污水处理技术作为活性污泥法的新工艺，与其他生物处理工艺相比，有以下一些技术、经济方面的特点：1)工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便；2)曝气设备和构造形式多样化，运行灵活；3)出水水质好，处理效果稳定，并可实现脱氮除磷；4)机械投资省，运行费用低；5)污泥产量少，污泥性质稳定；6)能承受水量、水质的冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力。虽然氧化沟工艺具有很多的优点，但是却难以保证出水中所含的氮、磷达到排放标准。生物脱氮除磷理论的发展是氧化沟系统工艺演变的推动力。现代生物脱氮除磷理论认为，污水通过污水处理系统的非曝气区形成的缺氧和厌氧环境，或单独设立的缺氧和厌氧环境，或通过控制充氧量与运行条件而形成硝化/反硝化、除磷的环境，从而达到脱氮除磷的目的。生物脱氮过程通过氨化、硝化和反硝化完成。硝化作用是在好氧环境中及硝化细菌参与下，氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程；反硝化作用是在缺氧的环境中及反硝化细菌的参与下，将NO-2和NO-3中的氧作为氧源与有机物进行反应，使得NO-2-N和NO-3-N还原成N2，从而除去污水中的氮，同时有机物被氧化成CO2和H2O。生物除磷是利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷于环境中，而在好氧条件下从外部环境超量地摄取磷，并将磷以聚合的形态储藏在菌体内，形成高磷污泥排出系统，达到从污水中除磷的目的。以下将主要介绍几种经典的氧化沟工艺及其脱氮除磷原理：2卡罗塞尔氧化沟卡罗塞尔氧化沟(图一)是由荷兰DHV技术咨询公司在20世纪60年代后期发明的，它是一种典型的采用立式表曝机的氧化沟，开发这一工艺的主要目的是改善和弥补转刷式氧化沟的技术弱点，寻求一种渠道更深、效率更高和机械性能更好的系统设备。图一第一代为普通卡罗塞尔氧化沟工艺。该工艺是以去除BOD为主要目的，并具有一定的除磷脱氮效果，池中BOD的降解是一个连续的过程，硝化和反硝化作用也在同一池内发生。普通卡罗塞尔氧化沟系统对BOD，COD，N，P的去除率分别可达95%，90%，75%，65%。第二代为卡罗塞尔2000氧化沟工艺。卡罗塞尔2000氧化沟系统是在普通卡罗塞尔氧化沟前增加了一个厌氧区和缺氧区。该氧化沟是针对污水中氮磷的逐渐增加而发展起来的，以除磷脱氮为主要目的的工艺。卡罗塞尔2000氧化沟系统对BOD，COD，N的去除率分别可达98%，95%，95%，出水P可降到1mg/L～2mg/L。第三代为卡罗塞尔3000氧化沟工艺。此系统是在卡鲁塞尔2000前加了一个预反硝化区(生物选择区)。其最大特点在于：1、增加了池深，可达7.5m～8m，同心圆式，池壁共用，大大减少了占地面积，在降低成本的同时也提高了耐低温能力(可达7℃)；2、为了使表曝气应用于深沟型的卡鲁塞尔氧化沟中，使用了一种所谓的吸水管，并在廊道中安装推进装置以消除吸水管设计的不利影响；3、采用了一种高级曝气控制器(QUTE)来灵活地控制氧气的输入。可以说该系统进一步强化了除磷脱氮功能，减少了污泥膨胀的几率，同时池深的加大和独特的同心圆式设计也降低了投资。纵观卡罗塞尔氧化沟的发展，其沟深已增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小；其外型从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价；其BOD降解率达95%～98%，COD降解率达90%～95%，同时具有较高的除磷脱氮功效。但卡罗塞尔氧化沟存在着供氧和搅拌的矛盾，尤其在进水污染不严重的情况下，节能须降低表曝机的转速，这就会急剧减弱搅拌能力，导致严重沉淀，污泥淤积。3奥贝尔氧化沟起源于南非，发展于美国的奥贝尔氧化沟是具有脱氮除磷的新工艺之一，因其在技术、经济上具有独特优势而受到国内外污水处理界的重视。奥贝尔氧化沟（图二）是一种多渠道氧化沟系统，一般由3条同心圆形成或椭圆形渠道组成，各渠道之间相通。进水先引入最外侧的渠道，在其中不断循环流动的同时，依次进入下一个渠道，相当于一系列完全混合反应池串联在一起，最后从中心渠道排出。渠内设导向阀，使进水位于出水口的下游，以避免污水的短流。曝气设备多采用曝气转盘，转盘的数量取决于渠内所需的溶解氧量，水深一般3.5m～4.5m，并保持沟底流速为0.3m/s～0.9m/s。在3条渠道系统中，从外到内，第一渠道的容积约为总容积的60%～70%，第二渠约为总容积的20%～30%，第三渠则仅占总容积的10%。在运行时应保持第一、二及三渠的溶解氧分别为0mg/L，1mg/L，2mg/L，即所谓三沟DO的0-1-2梯度分布。第一渠中氧的吸收率很高，通常高于供氧速率，供给的大部分溶解氧立即被消耗掉；在第二、三渠道中，氧的吸收率低，尽管反应池中的供氧量比较低，溶解氧的量却可以保持较高水平。这种供氧方式有以下几个优点:一是第一渠的供氧既能满足降解BOD需要，又能维持渠内的溶解氧为零，这样既能节约能耗，又能满足反硝化条件；二是在第一渠缺氧的条件下，微生物可进行磷的释放，以使它们在好氧环境下吸收废水中磷，达到除磷效果；三是在3条沟渠中形成较大的溶解氧梯度，有利于提高充氧效率。图二随着奥贝尔氧化沟工艺优越性的展现，采用此工艺的污水处理厂日益增多。我国20世纪80年代就引进了此项技术，但真正引起重视却是在最近几年。由于对奥贝尔氧化沟系统的研究还不够成熟，故引进国外的技术设备多，自己的东西少，缺乏系统的研究与总结，也缺乏实际操作、运行、控制经验。我们应对该工艺进行更进一步的实际应用考察和性能研究，为今后的工程设计和运行管理提供参考依据和技术指导，使其适合国内需要且能最大限度地发挥功效。4交替工作式氧化沟交替工作式氧化沟，是指在一沟或多沟中按时间顺序在空间上对氧化沟的曝气操作和沉淀操作作出调整换位，以取得最佳的或要求的处理效果。其特点是氧化沟曝气、沉淀交替轮作，不设二沉池，不需污泥回流装置。基本类型有:A、D、VR和T型四种。4.1A型氧化沟A型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟，主要用于BOD的去除和硝化，且限于较小的处理场合应用。4.2D型氧化沟D型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，一般由池容完全相同的两个氧化沟组成，两沟串联交替地作为曝气池和沉淀池，主要也是用于BOD的去除和硝化。其出水水质十分稳定，但曝气转刷的实际利用率较低(约40%左右)。4.3VR型氧化沟VR型氧化沟也是单沟交替工作式氧化沟（图三），主要也是用于BOD的去除及硝化，其特点是将氧化沟分成容积基本相等的两部分，利用定时改变曝气转刷的旋转方向，来改变沟内水流方向