【生活污水處理】三溝式氧化溝工藝及其特點
摘 要：三溝式氧化溝是氧化溝的一種典型構(gòu)造型式，目前采用的三溝式氧化溝工藝，是丹麥在間歇式運行的氧化溝基礎(chǔ)上開創(chuàng)的，它實際上仍是一種連續(xù)流活性污泥法，只是將曝氣、沉淀工序集于一體，并具有按時間順序交替輪換運行的特點，其運轉(zhuǎn)周期可根據(jù)處理水質(zhì)的不同進行調(diào)整，從而使其運行操作更趨于靈活方便。
1.概述
氧化溝也稱氧化渠，又稱循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形，是50年代荷蘭pasveer首先設(shè)計的。最初一般用于處理在5000m3以下的城市污水。
三溝式氧化溝是氧化溝的一種典型構(gòu)造型式，目前采用的三溝式氧化溝工藝，是丹麥在間歇式運行的氧化溝基礎(chǔ)上開創(chuàng)的，它實際上仍是一種連續(xù)流活性污泥法，只是將曝氣、沉淀工序集于一體，并具有按時間順序交替輪換運行的特點，其運轉(zhuǎn)周期可根據(jù)處理水質(zhì)的不同進行調(diào)整，從而使其運行操作更趨于靈活方便。這種工藝流程簡單，無需另設(shè)一次、二次沉淀池和污泥回流裝置，使氧化溝工藝的基建投資和運行費用大為降低，并在一定程度上解決了以往氧化溝占地面積大的缺點，我國邯鄲市東污水處理廠采用的就是這種工藝。
2.三溝式氧化溝的工藝流程
.三溝式氧化溝工藝主要按下面六個階段輪換運行。
階段A：污水經(jīng)配水井進入溝Ⅰ，溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷以低速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在僅能維持水和污泥混合，并推動水流循環(huán)流動，但不足以供給徽生物降解有機物所需的氧。此時，溝Ⅰ處于缺氧狀態(tài)，溝內(nèi)活性污泥利用水中的有機物作為碳源，活性污泥中的反硝化菌則利用前一段產(chǎn)生的硝酸鹽中的氧來降解有機物，釋放出氮氣，完成反硝化過程。同時溝I的出水堰自動升起，污水和污泥混合液進人溝Ⅱ．溝Ⅱ內(nèi)的轉(zhuǎn)刷以高速運行，保證溝內(nèi)有足夠的溶解氧來降解有機物，并使氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，完成硝化過程．處理后的污水流入溝Ⅲ，溝Ⅲ中的轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，起沉淀池的作用，進行泥水分離，由溝Ⅲ處理后的水經(jīng)自動降低的出水堰排出。
階段B：進水改從處于好氧狀態(tài)的溝Ⅱ流入，并經(jīng)溝互Ⅲ沉淀后排出。同時溝Ⅰ中的轉(zhuǎn)刷開始高速運轉(zhuǎn)，使其從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)，并使階段A進入溝Ⅰ的有機物和氨氮得到好氧處理，待溝內(nèi)的溶解氧上升到一定值后，該階段結(jié)束。
階段C：迸水仍然從溝Ⅱ注入，經(jīng)溝Ⅲ排出．但溝Ⅰ中的轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，開始進行泥水分離，待分離完成，該階段結(jié)束。階段A、B、C組成了上半個工作循環(huán)．
階段D：進水改從溝Ⅲ流入，溝Ⅲ出水堰升高，溝Ⅰ出水堰降低，并開始出水。同時，溝Ⅲ中轉(zhuǎn)刷開始低速運轉(zhuǎn)，使其處于缺氧狀態(tài)．溝Ⅱ則仍然處于好氧狀態(tài)，溝Ⅰ起沉淀池作用。階段D與階段A的水淹方向恰好相反，溝Ⅲ起反硝化作用，出水由溝Ⅰ排出。
階段E：類似于階段B，進水又從溝Ⅱ流入，溝Ⅰ仍然起沉淀他作用，溝Ⅲ中的轉(zhuǎn)刷開始高速運轉(zhuǎn)，并從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)。
階段F：類似于階段C，溝Ⅱ進水，溝Ⅰ沉淀出水。溝Ⅲ中的轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，開始泥水分離。至此完成整個循環(huán)過程。
通常一個工作循環(huán)需4-8小時，在整個循環(huán)過程中，中間的溝始終處于好氧狀態(tài)，而外側(cè)兩溝中的轉(zhuǎn)刷則處于交替運行狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)刷低速運轉(zhuǎn)時，進行反稍化過程，轉(zhuǎn)刷高速運轉(zhuǎn)時，進行硝化過程，而轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)時，氧化溝起沉淀池作用。不難看出，若調(diào)整各階段的運行時間，就可達到不同的處理效果，以適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化。目前運行的這種工藝，大部分是預(yù)先將各階段的運行時間，根據(jù)具體的水質(zhì)、水量，編入運行管理的計算機程序中，從而使整個管理過程運行靈活、操作方便。
3.三溝式氧化溝的有優(yōu)點
美國EPA對不同類型生物處理法的運行情況的調(diào)查結(jié)果表明，不同工藝出水BOD5小于20mg／L的時間占總運行時間百分數(shù)分別是：氧化溝90％，鼓風(fēng)曝氣70％，生物濾池60％。由此可見，氧化溝的處理效果比其它生物處理方法穩(wěn)定。氧化溝的特點是低負荷運行，因此有機物可以有效去除，COD去除率在90％以上。而且對氨氮完成硝化。氧化溝運行操作簡便，基建和運行費均低于活性污泥法。當(dāng)要求污水脫氮時，氧化溝比其它生物脫氮工藝費用低、TN去除效率高，因為它的循環(huán)運行方式非常適合生物脫氮的過程，不需要為反硝化而增設(shè)回流系統(tǒng)。
4.式氧化溝運行及設(shè)計存在的問題及解決辦法
A:存在的問題
以邯鄲三溝式氧化溝為例，邯鄲三溝式氧化溝的根據(jù)下列數(shù)據(jù)設(shè)計處理生活污水：
進水：
BOD5=130 mg/L
NH3－N=22 mg/L(T=10 0)
TN=42 mg/L
SS=160 mg/L
堿度=280 mg/L(以CaCO3計)
出水：
BOD5<15 mg/L
NH3－N< 2～3 mg/L(T=100)
TN< 10～12 mg/L(T=100)
TN=6～8 mg/L(T=25 0)
TSS< 20 mg/L
最低溫度=10o（最高溫度=25o）
清華大學(xué)周律等人對邯鄲氧化溝進行了大量的現(xiàn)場測定工作，總結(jié)起來也是以下三個問題：
① 停留時間與反應(yīng)時間問題：出水NH3－N偏高，通過實驗發(fā)現(xiàn)延長硝化停留時間，可以降低出水的NH3－N。這說明原設(shè)計的停留時間雖然對于BOD的去除充分，但對于脫氮其停留時間是不夠的。上述問題可能也與污泥齡和運行方式有關(guān)。
② 污泥停留時間問題：通過污泥耗氧速率和懸浮物干重損失率等評價污泥穩(wěn)定化實驗方法，對其污泥進行測定的結(jié)果表明：經(jīng)過處理的污泥尚未得到穩(wěn)定。
③ 三溝式氧化溝的容積利用率問題：從前面的討論可知三溝式氧化溝本身的容積利用率較低(58％)。在邯鄲測得三溝中MLSS為5.3 、2.0、5.0 kg/m3。fa=0.40與上述的理想狀態(tài)相差很大。三條溝的MLSS分布與設(shè)計的分布情況有較大差距。這是三溝式氧化溝運行及設(shè)計的一個主要問題。
B 改善三溝式氧化溝運行的一些考慮
從邯鄲污水廠幾年運行來看,進一步完善工藝操作以達更為優(yōu)化的運行是可能的。如下主要是以改進出水水質(zhì)為目標的完善。
由于邯鄲污水廠目前的進水水質(zhì)與設(shè)計值不全相符,這對其出水水質(zhì)有一定影響,主要反映在脫氮效果不太理想。這與水質(zhì)組成,如進水的碳氮比有很大關(guān)系,也與操作有一定關(guān)系。從三溝式氧化溝硝化—反硝化的操作模式中可以發(fā)現(xiàn),反硝化操作與硝化操作的運行時間相比較短,在一個周期內(nèi)這一比值為1∶2。前置式A/O流程,反硝化與硝化的水力停留時間比采用1∶3～4。在實踐中還發(fā)現(xiàn),出水的NH+4-N常有偏高的現(xiàn)象。針對上述的一些情況進行了小型試驗,發(fā)現(xiàn)如果適當(dāng)提高硝化的運行時間比例可降低出水NH+4-N值,并使脫氮的效果有所改進。由于自養(yǎng)型的硝化菌生長速度慢,其生長環(huán)境條件影響硝化速率及含氮有機物和氨氮的去除,只有硝化菌的正常代謝才能為脫氮提供NO-3-N。異養(yǎng)型反硝化菌生長環(huán)境要求低,代謝速度也較快,不僅在硝化過程中利用適宜的微環(huán)境進行同時反硝化,還可利用邊溝5h的澄清和沉淀過程進行反硝化。實踐中發(fā)現(xiàn),邊溝的脫氮效果一般為10%左右。
5.三溝式氧化溝的應(yīng)用前景
三溝式氧化溝是新一代氧化溝工藝的典型代表,這種氧化溝工藝結(jié)合了許多新的污水處理操作方式,如Ａ/Ｏ法,ＳＢＲ法等。通過對生產(chǎn)性三溝式氧化溝的調(diào)查研究表明,這種工藝處理效果十分穩(wěn)定,滿足BOD5和懸浮物濃度小于30mg/L的頻率分別為92%和96%。而且，氧化溝排放的剩余污泥可滿足EPA推薦的Ｂ級污泥病原菌排放標準。其反硝化運行和硝化運行的時間比TDN/TN對調(diào)節(jié)三溝式氧化溝脫氮效果起著重要的作用,是一個關(guān)鍵的運行參數(shù),針對不同的污水水質(zhì),調(diào)節(jié)TDN/TN可達到比較好的氮去除效果。三溝式氧化溝工藝能耗低,運行管理方便,是適合我國中小型城市使用的簡便、高效的污水處理技術(shù)。
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