氧化溝的工藝特點及發(fā)展應用型式詳解

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】氧化溝的工藝特點及發(fā)展應用型式詳解1920年，在英國Sheffield建成了采用槳板曝氣機充氧的溝渠形污水處理廠，但曝氣效果不理想，被認為是現(xiàn)代氧化溝的雛形。1954年，第1個氧化溝在荷蘭海牙北部的沃紹本(Voorschoten)建造并試驗成功，其基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)生研究所(TNO)的帕斯維爾(A˙Pasveer)教授發(fā)明的，故被命名為帕斯維爾(Pasveer)氧化溝。從此開始有“氧化溝”這一專用術(shù)語。此后，氧化溝經(jīng)過廣泛應用和不斷發(fā)展，在污水處理中凸現(xiàn)出其獨特的特點和優(yōu)良的處理效果而博得世人青睞。我國于20世紀80年代開始引進和研究這項技術(shù)，現(xiàn)已日益應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)廢水處理之中。1氧化溝工藝的特點氧化溝工藝是通過一種定向控制的曝氣和攪動裝置，向混合液傳遞水平速度，從而使被攪動的混合液在氧化溝封閉渠道內(nèi)循環(huán)流動，具有特殊的水力學流態(tài)和獨特的優(yōu)點。1.1具有推流式和完全混合式的特點，可有力地克服短流和提高緩沖能力由于混合液在反應池中循環(huán)流動，因此，在短期內(nèi)(如一個循環(huán))呈推流狀態(tài)，而在長期內(nèi)(如多次循環(huán))又呈混合狀態(tài)。同時，污水在溝內(nèi)的停留時間較長，這就要求溝內(nèi)有較大的循環(huán)流量(一般是污水進水流量的數(shù)倍乃至數(shù)十倍)，進入溝內(nèi)的污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋，因此氧化溝既可杜絕短流又可以提供很大的稀釋倍數(shù)，從而提高緩沖能力，有很強的耐沖擊負荷能力，對不易降解的有機物也有較好的處理能力。1.2具有明顯的溶解氧濃度梯度，有利于形成硝化—反硝化的生物處理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)流動中逐步下降，到下游區(qū)溶解氧濃度很低，基本上處于缺氧狀態(tài)，出現(xiàn)明顯的溶解氧濃度梯度，從而形成硝化—反硝化條件，有利于氮的去除，同時還可以通過反硝化很好地補充硝化過程中消耗的堿度。1.3功率密度不均勻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備的不均勻設置，使氧化溝內(nèi)存在2個能量區(qū):一個是設有曝氣裝置的高能量區(qū)，一個是非曝氣區(qū)的低能量區(qū)。在這兩者之間的過渡區(qū)，可以認為是能量由高變低的消散過程。高能量區(qū)一般具有大于100s-1的平均速度梯度(G);低能量區(qū)平均速度梯度通常小于30s-1。當系統(tǒng)中的G值較低時，混合液中的固體就能產(chǎn)生良好的生物絮凝。這樣，氧化溝中的非曝氣部分就提供了對絮凝有利的條件。氧化溝的處理能力高于其他生物處理系統(tǒng)，其重要原因就在于它具有獨特的水力混合性能，這種混合作用對于有機碳、氨、硝酸鹽和固體的去除皆有重要作用。1.4整體功率密度較低，節(jié)省能源氧化溝中的曝氣裝置不是沿溝長均勻分布的，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流動、固體懸浮和充氧，能量消耗低。另外，氧化溝遵守動量守恒原則，一旦池內(nèi)混合液被加速到所需流速時，維持循環(huán)所需要的水力動力只要克服沿程和彎道的水頭損失即可，在循環(huán)流動中產(chǎn)生的循環(huán)或?qū)α骰旌夏軌蛟鰪娖渥陨淼臄噭幼饔?。這樣，為了保持使固體懸浮的速度，所需要的單位容積動力就大大低于其他系統(tǒng)。1.5構(gòu)造形式多種多樣，運行靈活氧化溝最根本的特點是曝氣池呈封閉的溝渠形，而溝渠的形狀和構(gòu)造則多種多樣，溝渠可以呈圓形和橢圓形等，可以是單溝系統(tǒng)或多溝系統(tǒng)。多溝系統(tǒng)可以是互相平行、尺寸一樣的一組溝渠，也可以是一組同心的互相連通的環(huán)形溝渠，有與二次沉淀池分建的，也有合建的氧化溝。氧化溝運行的靈活性還表現(xiàn)在可以通過自由改變出水堰的高度調(diào)節(jié)曝氣機的曝氣強度，到達不同的充氧效果。1.6工藝流程簡單、構(gòu)筑物少、便于管理氧化溝的水力停留時間和污泥齡都比一般生物處理法長，懸浮狀有機物可以與溶解性有機物同時得到較徹底的穩(wěn)定，所以氧化溝不要求設置初沉池。由于氧化溝工藝的污泥齡長、負荷低，排出的剩余污泥已得到高度穩(wěn)定，剩余污泥量也較少，因此不再需要消化池消化。雖然氧化溝采用的水力停留時間較長，但總占地面積不僅沒有增大，相反還可縮小。1.7低負荷、長泥齡及水力停留時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氧化溝工藝的應用型式氧化溝自創(chuàng)造以來，以其優(yōu)良的處理能力、簡便的維護管理博得世人的矚目，現(xiàn)已發(fā)展為2種組合形式(與沉淀池分建式或合建式)、3種工作模式(交替式、半交替式和連續(xù)式)、20多種型式。2.1交替工作式氧化溝是指在一溝或多溝中按時間順序?qū)ρ趸瘻系钠貧獠僮骱统恋聿僮髯鞒稣{(diào)整換位，以取得最正確的或要求的處理效果。其特點是氧化溝曝氣、沉淀交替輪作，不設二沉池，不需污泥回流裝置。基本類型有A型、D型、T型和VR型4種。2.1.1A型氧化溝是單溝運行系統(tǒng)(圖1)，即在一個溝渠中交替完成進水、曝氣、沉淀和排水4個過程，主要用于水量較小、間歇運行的污水處理，如早期的P型氧化溝。2.1.2D型氧化溝是雙溝交替運行系統(tǒng)(圖2)，一般由池容完全一樣的2個氧化溝組成，2池串聯(lián)運行，交替作為曝氣池和沉淀池，通常以8h為1個工作周期，分4個階段，控制運行工況可以實現(xiàn)硝化和一定的反硝化。該系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定、不需設污泥回流裝置。但在2個池交替作為曝氣池和沉淀池的過程中，存在一個過渡輪換期，此時轉(zhuǎn)刷全部結(jié)束工作，因此轉(zhuǎn)刷的實際利用率低，僅為37.5%。2.1.3T型氧化溝是3溝交替運行系統(tǒng)(圖3)，由3個池容一樣的氧化溝組建在一起，3溝連通，進水交替進入各溝，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，中間的氧化溝始終開展曝氣，不設二沉池及污泥回流裝置，具有去除BOD5及硝化脫氮的功能。T型氧化溝可按6個或8個階段運行，運行周期一般為8h。中溝始終作為曝氣池使用，側(cè)溝交替作為曝氣池和沉淀池運行，提高了轉(zhuǎn)刷的利用率。2.1.4VR型氧化溝。是單溝交替運行系統(tǒng)(圖4)，其構(gòu)造特點是將氧化溝分成容積基本相等的2部分，其間有單向活拍門相連，利用定時改變曝氣轉(zhuǎn)刷的旋轉(zhuǎn)方向來改變溝內(nèi)水流方向，使2部分氧化溝交替地作為曝氣區(qū)和沉淀區(qū)，不需設二沉池和污泥回流裝置。VR型氧化溝有2道單向活拍門和2道出水堰，可實現(xiàn)連續(xù)進水或間歇進水。一般一個工作周期為8h，分4個階段，操作簡便，機械設備少，出水水質(zhì)穩(wěn)定良好，其轉(zhuǎn)刷的實際利用率可到達75.0%。2.2半交替工作式氧化溝該類氧化溝系統(tǒng)設有單獨的二沉池，實現(xiàn)曝氣和沉淀的完全分離。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)缺點及發(fā)展應用型式14289氧化溝。DE型氧化溝是指由2個一樣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能。2個氧化溝相互連通，串聯(lián)運行，可交替進出水，終沉池與氧化溝分建，有獨立的污泥回流系統(tǒng)。氧化溝內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)刷一般為雙速，高速工作時為曝氣充氧，低速運行時只推動水流，不充氧。通過2溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷交替處于高速和低速運行，可使2溝交替處于缺氧和好氧狀態(tài)，從而到達脫氮的目的(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，有獨立的污泥回流系統(tǒng)。2.3連續(xù)工作分建式氧化溝特點是氧化溝只作曝氣池使用，且進出水流向不變，另設單獨的沉淀池。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。2.3.1Pasveer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，最先用于處理村鎮(zhèn)污水，間歇運行，后來發(fā)展為連續(xù)運行，具有分建的沉淀池。氧化溝為跑道形的溝渠，溝上裝設1個或數(shù)個曝氣器推動混合液在溝內(nèi)循環(huán)流動，曝氣器主要采用的是水平臥式曝氣轉(zhuǎn)刷(圖6)。2.3.2Carrousel氧化溝采用立式低速表面曝氣器供氧并推動水流前進。Carrousel氧化溝為多溝串聯(lián)系統(tǒng)，其特點是表面曝氣器設于每溝的端頭，在系統(tǒng)中形成好氧、缺氧區(qū)，有利于生物脫氮(圖7)。由于倒傘型立式表曝機攪拌能力強，傳氧效率高，設備數(shù)量少，易于管理和維護，所以節(jié)能效果顯著。因此，Carrousel氧化溝適用于處理規(guī)模較大的污水處理廠，在所有氧化溝處理工藝中應用最為廣泛，是目前世界上最流行的氧化溝系統(tǒng)。2.3.3Orbal氧化溝。是在P型氧化溝的根底上發(fā)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)盤開展傳氧和混合。由南非的休斯曼(Huisman)設計發(fā)明，南非國家水研究所研究和發(fā)展的，后來該技術(shù)被轉(zhuǎn)讓給美國的恩維芮克斯公司(EnvirexInc)加以推廣，于1970開始投放市場。典型的Orbal氧化溝由3個橢圓形溝渠構(gòu)成，污水先引入外溝，在其中不斷循環(huán)的同時，依次引入下一個溝渠，最后從內(nèi)溝排水。Orbal氧化溝采用轉(zhuǎn)碟替代轉(zhuǎn)刷開展充氧和推動水流，可通過調(diào)整轉(zhuǎn)碟片數(shù)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)充氧能力，使其更為靈活(圖8)。2.4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置于氧化溝內(nèi)，集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流功能為一體。出水由上部排出，回流污泥由沉淀區(qū)底部直接進入氧化溝內(nèi)(圖9)。它是美國于20世紀70年代末80年代初至今一直在研究和開發(fā)的一種新型氧化溝技術(shù)。我國從1986年開始對這一技術(shù)開展研究開發(fā)。根據(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分離器設置于氧化溝主溝內(nèi)，其主要優(yōu)點是較為節(jié)省占地，但由于主溝水流要從固液分離器的底部組件通過，流態(tài)復雜，不利于固液分離與污泥回流，主要應用型式有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分離器設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分離器的影響，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分離器設置在氧化溝的中心島處，由于消除了分離器對主溝中流態(tài)的影響，減少了水頭損失，故節(jié)省了曝氣設備的能量，同時充分利用了氧化溝中心島部分的空間，故減少了占地。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點:①工藝流程短，構(gòu)筑物和設備少，污泥自動回流，管理簡便;②占地少、造價低、建造快，設備事故率低;③污泥回流及時，減少了污泥膨脹的可能。但是目前一體化氧化溝在實際中的應用有一定的不穩(wěn)定性，在運行和啟動方面有不少問題還需要解決。在國內(nèi)，一體化氧化溝技術(shù)仍處于試驗和完善階段。2.5微曝氧化溝是利用微孔曝氣器具有氧利用率高的特點，采用深水微孔曝氣，與水下推流相結(jié)合，使污泥與原水充分混合，防止了傳統(tǒng)機械曝氣氧化溝供氧效率低、污泥容易沉積等缺點。它是在氧化溝池底分塊鋪設微孔曝氣器通過鼓風曝氣開展供氧的，將充氧設備和水流推動設備分開設置。由于氣泡經(jīng)曝氣頭釋放后經(jīng)歷從池底至水面的全過程，池越深其在水中的停留時間越長，從而大大提高了供氧能力和氧利用率，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%，運行費用節(jié)約20%。該氧化溝在德國等歐美發(fā)達國家使用較多，國內(nèi)也在逐步推廣和使用之中。3氧化溝工藝的缺陷3.1占地面積大氧化溝是一種延時曝氣活性污泥法，負荷低，曝氣池的池容大，所需相關(guān)設備投資大，應用受到場地、設備等限制。3.2污泥易沉積這是氧化溝工藝的最大問題，主要是由于氧化溝的表面曝氣方式產(chǎn)生的。由于氧化溝一般都采用表面曝氣器，且呈現(xiàn)不均勻分布，這樣就產(chǎn)生的不同的能量分區(qū)，在低能量區(qū)就會因混合液緩慢流容易形成污泥沉積。3.3易產(chǎn)生浮泥和漂泥等在氧化溝工藝中，水力停留時間較長，發(fā)生高度的硝化作用，在二沉池中容易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生污泥上浮。同時，氧化溝的負荷低、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，從而在二沉池形成漂泥。3.4氧化溝好氧區(qū)和缺氧區(qū)的設計還不完善目前仍然根據(jù)經(jīng)驗計算法或動力學計算法計算出所需好氧和缺氧區(qū)的總?cè)莘e，然后根據(jù)曝氣設備的數(shù)量在單溝中均勻分布。這樣，在單溝循環(huán)中容易導致好氧區(qū)和缺氧區(qū)的分布不合理，從而影響脫氮效果。4氧化溝工藝的發(fā)展方向從氧化溝的特點和運行方式可知，正是由于氧化溝的封閉環(huán)流和曝氣設備分散布置的特點，使其具有獨特的應用優(yōu)勢和優(yōu)良穩(wěn)定的運行效果，可有效地到達去除有機物、SS及脫氮除磷效果，通過時空的合理安排