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一、什么是氧化溝？

氧化溝(Oxidation Ditch，OD)又稱為連續(xù)循環(huán)式反響器(Continuous Loop Reactor，CLR)，是活性污泥法的一種變型，屬于延時(shí)曝氣活性污泥法。1920年，在英國Sheffield建成了采用槳板曝氣機(jī)充氧的溝渠形污水處置廠，但曝氣效果不理想，被以為是現(xiàn)代氧化溝的雛形。

1954年，第1個(gè)氧化溝在荷蘭海牙北部的沃紹本(Voorschoten)建造并實(shí)驗(yàn)勝利，其根本特征是跑道型循環(huán)混合式曝氣池。該技術(shù)是由荷蘭國立衛(wèi)生研討所(TNO)的帕斯維爾(A˙Pasveer)教授創(chuàng)造的，故被命名為帕斯維爾(Pasveer)氧化溝。從此開端有“氧化溝”這一專用術(shù)語。爾后，氧化溝經(jīng)過普遍應(yīng)用和不時(shí)開展，在污水處置中凸現(xiàn)出其共同的特性和優(yōu)秀的處置效果而贏得世人喜愛。

我國于20世紀(jì)80年代開端引進(jìn)和研討這項(xiàng)技術(shù)，現(xiàn)已日益應(yīng)用于城市污水以及石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水和食品加工廢水等工業(yè)廢水處置之中。

二、氧化溝工藝的類型

氧化溝自發(fā)明以來，以其優(yōu)秀的處置才能、煩瑣的維護(hù)管理贏得世人的注目，現(xiàn)已開展為2種組合方式(與沉淀池分建式或合建式)、3種工作形式(交替式、半交替式和連續(xù)式)、20多種型式。

1、交替工作式氧化溝

是指在一溝或多溝中按時(shí)間次第對氧化溝的曝氣操作和沉淀操作作出調(diào)整換位，以獲得最佳的或請求的處置效果。其特性是氧化溝曝氣、沉淀交替輪作，不設(shè)二沉池，不需污泥回流安裝。根本類型有A型、D型、T型和VR型4種。

1.1 A型氧化溝

是單溝運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)(圖1)，即在一個(gè)溝渠中交替完成進(jìn)水、曝氣、沉淀和排水4個(gè)過程，主要用于水量較小、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的污水處置，如早期的P型氧化溝。

1.2 D型氧化溝

是雙溝交替運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)(圖2)，普通由池容完整相同的2個(gè)氧化溝組成，2池串聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，交替作為曝氣池和沉淀池，通常以8h為1個(gè)工作周期，分4個(gè)階段，控制運(yùn)轉(zhuǎn)工況能夠完成硝化和一定的反硝化。該系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定、不需設(shè)污泥回流安裝。但在2個(gè)池交替作為曝氣池和沉淀池的過程中，存在一個(gè)過渡輪換期，此時(shí)轉(zhuǎn)刷全部中止工作，因而轉(zhuǎn)刷的實(shí)踐應(yīng)用率低，僅為37.5%。

1.3 T型氧化溝

是3溝交替運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)(圖3)，由3個(gè)池容相同的氧化溝組建在一同，3溝連通，進(jìn)水交替進(jìn)入各溝，從兩側(cè)的邊溝出水，兩側(cè)氧化溝起曝氣和沉淀雙重作用，中間的氧化溝一直停止曝氣，不設(shè)二沉池及污泥回流安裝，具有去除BOD5及硝化脫氮的功用。T型氧化溝可按6個(gè)或8個(gè)階段運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)周期普通為8h。中溝一直作為曝氣池運(yùn)用，側(cè)溝交替作為曝氣池和沉淀池運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)步了轉(zhuǎn)刷的應(yīng)用率。

1.4 VR型氧化溝

是單溝交替運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)(圖4)，其結(jié)構(gòu)特性是將氧化溝分紅容積根本相等的2局部，其間有單向活拍門相連，應(yīng)用定時(shí)改動曝氣轉(zhuǎn)刷的旋轉(zhuǎn)方向來改動溝內(nèi)水流方向，使2局部氧化溝交替地作為曝氣區(qū)和沉淀區(qū)，不需設(shè)二沉池和污泥回流安裝。VR型氧化溝有2道單向活拍門和2道出水堰，可完成連續(xù)進(jìn)水或間歇進(jìn)水。普通一個(gè)工作周期為8h，分4個(gè)階段，操作煩瑣，機(jī)械設(shè)備少，出水水質(zhì)穩(wěn)定良好，其轉(zhuǎn)刷的實(shí)踐應(yīng)用率可到達(dá)75.0%。

2、半交替工作式氧化溝

該類氧化溝系統(tǒng)設(shè)有單獨(dú)的二沉池，完成曝氣和沉淀的完整別離。最典型的半交替工作式氧化溝就是DE型39卷23期郭昌梓等氧化溝的優(yōu)缺陷及開展應(yīng)用型式14289氧化溝。DE型氧化溝是指由2個(gè)相同容積的氧化溝組成的雙溝半交替工作系統(tǒng)，具有良好的生物除氮功用。

2個(gè)氧化溝互相連通，串聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，可交替進(jìn)出水，終沉池與氧化溝分建，有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。氧化溝內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)刷普通為雙速，高速工作時(shí)為曝氣充氧，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只推進(jìn)水流，不充氧。經(jīng)過2溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷交替處于高速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)，可使2溝交替處于缺氧和好氧狀態(tài)，從而到達(dá)脫氮的目的(圖5)。它與D型、T型氧化溝不同之處是氧化溝與二沉池分開，有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。

3、連續(xù)工作分建式氧化溝

是氧化溝只作曝氣池運(yùn)用，且進(jìn)出水流向不變，另設(shè)單獨(dú)的沉淀池。連續(xù)工作分建式氧化溝的主要型式有3種:Pasveer氧化溝、Carrousel氧化溝和Orbal氧化溝。

3.1 Pasveer氧化溝

簡稱P型氧化溝，是早期開發(fā)的氧化溝型式，屬于第1代氧化溝，最先用于處置村鎮(zhèn)污水，間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，后來開展為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有分建的沉淀池。氧化溝為跑道形的溝渠，溝上裝設(shè)1個(gè)或數(shù)個(gè)曝氣器推進(jìn)混合液在溝內(nèi)循環(huán)活動，曝氣器主要采用的是程度臥式曝氣轉(zhuǎn)刷(圖6)。

3.2 Carrousel氧化溝

采用立式低速外表曝氣器供氧并推進(jìn)水流行進(jìn)。Carrousel氧化溝為多溝串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)，其特性是外表曝氣器設(shè)于每溝的端頭，在系統(tǒng)中構(gòu)成好氧、缺氧區(qū)，有利于生物脫氮(圖7)。由于倒傘型立式表曝機(jī)攪拌才能強(qiáng)，傳氧效率高，設(shè)備數(shù)量少，易于管理和維護(hù)，所以節(jié)能效果顯著。因而，Carrousel氧化溝適用于處置范圍較大的污水處置廠，在一切氧化溝處置工藝中應(yīng)用最為普遍，是目前世界上最盛行的氧化溝系統(tǒng)。

3.3 Orbal氧化溝

是在P型氧化溝的根底上開展起來的一種新工藝，是一種多級氧化溝，采用多孔曝氣轉(zhuǎn)盤停止傳氧和混合。由南非的休斯曼(Huisman)設(shè)計(jì)創(chuàng)造，南非國度水研討所研討和開展的，后來該技術(shù)被轉(zhuǎn)讓給美國的恩維芮克斯公司(EnvirexInc)加以推行，于1970開端投放市場。典型的Orbal氧化溝由3個(gè)橢圓形溝渠構(gòu)成，污水先引入外溝，在其中不時(shí)循環(huán)的同時(shí)，依次引入下一個(gè)溝渠，最后從內(nèi)溝排水。Orbal氧化溝采用轉(zhuǎn)碟替代轉(zhuǎn)刷停止充氧和推進(jìn)水流，可經(jīng)過調(diào)整轉(zhuǎn)碟片數(shù)和轉(zhuǎn)速調(diào)理充氧才能，使其更為靈敏(圖8)。

4、連續(xù)工作合建式氧化溝又稱一體化氧化溝

是將沉淀池設(shè)置于氧化溝內(nèi)，集曝氣、沉淀、泥水別離和污泥回流功用為一體。出水由上部排出，回流污泥由沉淀區(qū)底部直接進(jìn)入氧化溝內(nèi)(圖9)。它是美國于20世紀(jì)70年代末80年代初至今不斷在研討和開發(fā)的一種新型氧化溝技術(shù)。我國從1986年開端對這一技術(shù)停止研討開發(fā)。

依據(jù)沉淀器置于氧化溝的不同部位，一體化氧化溝可分為3類:溝內(nèi)式、側(cè)溝式和中心島式。溝內(nèi)式一體化氧化溝將固液別離器設(shè)置于氧化溝主溝內(nèi)，其主要優(yōu)點(diǎn)是較為儉省占地，但由于主溝水流要從固液別離器的底部組件經(jīng)過，流態(tài)復(fù)雜，不利于固液別離與污泥回流，主要應(yīng)用型式有BMTS式、BOAT式、C型溝內(nèi)式、D型溝內(nèi)式、管式和多斗式等。

側(cè)溝式一體化氧化溝將固液別離器設(shè)置在氧化溝的邊墻上或外側(cè)，由于減少了水頭損失和主溝紊動對別離器的影響，其水力條件和水流流態(tài)都比溝內(nèi)式一體化氧化溝優(yōu)越，使得氧化溝整體效率更高，主要型式有邊墻和中心隔墻式、豎向循環(huán)式、側(cè)渠式和斜板式等。

中心島式一體化氧化溝是將固液別離器設(shè)置在氧化溝的中心島處，由于消弭了別離器對主溝中流態(tài)的影響，減少了水頭損失，故儉省了曝氣設(shè)備的能量，同時(shí)充沛應(yīng)用了氧化溝中心島局部的空間，故減少了占地。

連續(xù)工作合建式氧化溝的呈現(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，該工藝具有以下主要特性:①工藝流程短，構(gòu)筑物和設(shè)備少，污泥自動回流，管理煩瑣;②占地少、造價(jià)低、建造快，設(shè)備事故率低;③污泥回流及時(shí)，減少了污泥收縮的可能。但是目前一體化氧化溝在實(shí)踐中的應(yīng)用有一定的不穩(wěn)定性，在運(yùn)轉(zhuǎn)和啟動方面有不少問題還需求處理。在國內(nèi)，一體化氧化溝技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)和完善階段。

5、微曝氧化溝

是應(yīng)用微孔曝氣用具有氧應(yīng)用率高的特性，采用深水微孔曝氣，與水下推流相分離，使污泥與原水充沛混合，防止了傳統(tǒng)機(jī)械曝氣氧化溝供氧效率低、污泥容易堆積等缺陷。它是在氧化溝池底分塊鋪設(shè)微孔曝氣器經(jīng)過鼓風(fēng)曝氣停止供氧的，將充氧設(shè)備和水流推進(jìn)設(shè)備分開設(shè)置。

由于氣泡經(jīng)曝氣頭釋放后閱歷從池底至水面的全過程，池越深其在水中的停留時(shí)間越長，從而大大進(jìn)步了供氧才能和氧應(yīng)用率，使曝氣能耗顯著降低，與傳統(tǒng)氧化溝工藝相比，綜合能耗降低30%，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用節(jié)約20%。該氧化溝在德國等歐美興旺國度運(yùn)用較多，國內(nèi)也在逐漸推行和運(yùn)用之中。

三、氧化溝工藝的優(yōu)缺陷

氧化溝工藝是經(jīng)過一種定向控制的曝氣和攪動安裝，向混合液傳送程度速度，從而使被攪動的混合液在氧化溝封鎖渠道內(nèi)循環(huán)活動，具有特殊的水力學(xué)流態(tài)和共同的優(yōu)點(diǎn)。

1、氧化溝工藝的優(yōu)點(diǎn)

1）具有推流式和完整混合式的特性可有力地克制短流和進(jìn)步緩沖才能

由于混合液在反響池中循環(huán)活動，因而，在短期內(nèi)(如一個(gè)循環(huán))呈推流狀態(tài)，而在長期內(nèi)(如屢次循環(huán))又呈混合狀態(tài)。同時(shí)，污水在溝內(nèi)的停留時(shí)間較長，這就請求溝內(nèi)有較大的循環(huán)流量(普通是污水進(jìn)水流量的數(shù)倍乃至數(shù)十倍)，進(jìn)入溝內(nèi)的污水立刻被大量的循環(huán)液所混合稀釋，因而氧化溝既可根絕短流又能夠提供很大的稀釋倍數(shù)，從而進(jìn)步緩沖才能，有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷才能，對不易降解的有機(jī)物也有較好的處置才能。

2）具有明顯的溶解氧濃度梯度，有利于構(gòu)成硝化—反硝化的生物處置條件

混合液在曝氣區(qū)內(nèi)溶解氧濃度較高，然后在循環(huán)活動中逐漸降落，到下游區(qū)溶解氧濃度很低，根本上處于缺氧狀態(tài)，呈現(xiàn)明顯的溶解氧濃度梯度，從而構(gòu)成硝化—反硝化條件，有利于氮的去除，同時(shí)還能夠經(jīng)過反硝化很好地補(bǔ)充硝化過程中耗費(fèi)的堿度。

3）功率密度不平均分配有利于氧的傳質(zhì)、液體混合和污泥絮凝

由于氧化溝曝氣設(shè)備的不平均設(shè)置，使氧化溝內(nèi)存在2個(gè)能量區(qū):一個(gè)是設(shè)有曝氣安裝的高能量區(qū)，一個(gè)是非曝氣區(qū)的低能量區(qū)。在這兩者之間的過渡區(qū)，能夠以為是能量由高變低的消散過程。高能量區(qū)普通具有大于100s-1的均勻速度梯度(G);低能量區(qū)均勻速度梯度通常小于30s-1。

當(dāng)系統(tǒng)中的G值較低時(shí)，混合液中的固體就能產(chǎn)生良好的生物絮凝。這樣，氧化溝中的非曝氣局部就提供了對絮凝有利的條件。氧化溝的處置才能高于其他生物處置系統(tǒng)，其重要緣由就在于它具有共同的水力混合性能，這種混協(xié)作用關(guān)于有機(jī)碳、氨、硝酸鹽和固體的去除皆有重要作用。

4）整體功率密度較低，儉省能源

氧化溝中的曝氣安裝不是沿溝長平均散布的，而是集中布置在幾處，所以氧化溝可比其他系統(tǒng)以低得多的整體功率密度來維持液體活動、固體懸浮和充氧，能量耗費(fèi)低。另外，氧化溝恪守動量守恒準(zhǔn)繩，一旦池內(nèi)混合液被加速到所需流速時(shí)，維持循環(huán)所需求的水力動力只需克制沿程和彎道的水頭損失即可，在循環(huán)活動中產(chǎn)生的循環(huán)或?qū)α骰旌峡梢约訌?qiáng)其本身的攪動作用。這樣，為了堅(jiān)持使固體懸浮的速度，所需求的單位容積動力就大大低于其他系統(tǒng)。

5）結(jié)構(gòu)方式多種多樣，運(yùn)轉(zhuǎn)靈敏

氧化溝最基本的特性是曝氣池呈封鎖的溝渠形，而溝渠的外形和結(jié)構(gòu)則多種多樣，溝渠能夠呈圓形和橢圓形等，能夠是單溝系統(tǒng)或多溝系統(tǒng)。多溝系統(tǒng)能夠是相互平行、尺寸相同的一組溝渠，也能夠是一組同心的相互連通的環(huán)形溝渠，有與二次沉淀池分建的，也有合建的氧化溝。氧化溝運(yùn)轉(zhuǎn)的靈敏性還表如今能夠經(jīng)過自在改動出水堰的高度調(diào)理曝氣機(jī)的曝氣強(qiáng)度，到達(dá)不同的充氧效果。

6）工藝流程簡單、構(gòu)筑物少、便于管理

氧化溝的水力停留時(shí)間和污泥齡都比普通生物處置法長，懸浮狀有機(jī)物能夠與溶解性有機(jī)物同時(shí)得到較徹底的穩(wěn)定，所以氧化溝不請求設(shè)置初沉池。由于氧化溝工藝的污泥齡長、負(fù)荷低，排出的剩余污泥已得到高度穩(wěn)定，剩余污泥量也較少，因而不再需求消化池消化。固然氧化溝采用的水力停留時(shí)間較長，但總占空中積不只沒有增大，相反還可減少。

7）低負(fù)荷、長泥齡及水力停留時(shí)間長

這使得氧化溝出水水質(zhì)好，產(chǎn)泥量少，污泥性質(zhì)穩(wěn)定。

2、氧化溝工藝的缺陷

1）占空中積大

氧化溝是一種延時(shí)曝氣活性污泥法，負(fù)荷低，曝氣池的池容大，所需相關(guān)設(shè)備投資大，應(yīng)用遭到場地、設(shè)備等限制。

2）污泥易堆積

這是氧化溝工藝的最大問題，主要是由于氧化溝的外表曝氣方式產(chǎn)生的。由于氧化溝普通都采用外表曝氣器，且呈現(xiàn)不平均散布，這樣就產(chǎn)生的不同的能量分區(qū)，在低能量區(qū)就會因混合液遲緩流容易構(gòu)成污泥堆積。

3）易產(chǎn)生浮泥和漂泥等

在氧化溝工藝中，水力停留時(shí)間較長，發(fā)作高度的硝化作用，在二沉池中容易發(fā)作反硝化作用，產(chǎn)生污泥上浮。同時(shí)，氧化溝的負(fù)荷低、泥齡長，使氧化溝內(nèi)活性污泥微生物大多處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，污泥老化，老化的污泥絮體易被曝氣打碎，從而在二沉池構(gòu)成漂泥。

4）氧化溝好氧區(qū)和缺氧區(qū)的設(shè)計(jì)還不完善

目前依然依據(jù)經(jīng)歷計(jì)算法或動力學(xué)計(jì)算法計(jì)算出所需好氧和缺氧區(qū)的總?cè)莘e，然后依據(jù)曝氣設(shè)備的數(shù)量在單溝中平均散布。這樣，在單溝循環(huán)中容易招致好氧區(qū)和缺氧區(qū)的散布不合理，從而影響脫氮效果。