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上開創的，它實際上仍是一種連續流活性污泥法，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，其運轉周期可根據處理水質的不同進行調整，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，又稱循環曝氣池，是活性污泥法的一種變形，是50年代荷蘭pasveer首先設計的。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上開創的，它實際上仍是一種連續流活性污泥法，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，其運轉周期可根據處理水質的不同進行調整，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
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三溝式氧化溝工藝主要按下面六個階段輪換運行。
階段A：污水經配水井進入溝Ⅰ，溝內轉刷以低速運轉，轉速控制在僅能維持水和污泥混合，并推動水流循環流動，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，溝內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內的轉刷以高速運行，保證溝內有足夠的溶解氧來降解有機物，并使氨氮轉化為硝酸鹽，完成硝化過程．處理后的污水流入溝Ⅲ，溝Ⅲ中的轉刷停止運轉，起沉淀池的作用，進行泥水分離，由溝Ⅲ處理后的水經自動降低的出水堰排出。
階段B：進水改從處于好氧狀態的溝Ⅱ流入，并經溝互Ⅲ沉淀后排出。同時溝Ⅰ中的轉刷開始高速運轉，使其從缺氧狀態變為好氧狀態，并使階段A進入溝Ⅰ的有機物和氨氮得到好氧處理，待溝內的溶解氧上升到一定值后，該階段結束。
階段C：迸水仍然從溝Ⅱ注入，經溝Ⅲ排出．但溝Ⅰ中的轉刷停止運轉，開始進行泥水分離，待分離完成，該階段結束。階段A、B、C組成了上半個工作循環．
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中轉刷開始低速運轉，使其處于缺氧狀態．溝Ⅱ則仍然處于好氧狀態，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中的轉刷開始高速運轉，并從缺氧狀態變為好氧狀態。
階段F：類似于階段C，溝Ⅱ進水，溝Ⅰ沉淀出水。溝Ⅲ中的轉刷停止運轉，開始泥水分離。至此完成整個循環過程。
通常一個工作循環需4-8小時，在整個循環過程中，中間的溝始終處于好氧狀態，而外側兩溝中的轉刷則處于交替運行狀態，當轉刷低速運轉時，進行反稍化過程，轉刷高速運轉時，進行硝化過程，而轉刷停止運轉時，氧化溝起沉淀池作用。不難看出，若調整各階段的運行時間，就可達到不同的處理效果，以適應水質、水量的變化。目前運行的這種工藝，大部分是預先將各階段的運行時間，根據具體的水質、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點
美國EPA對不同類型生物處理法的運行情況的調查結果表明，不同工藝出水BOD5小于20mg／L的時間占總運行時間百分數分別是：氧化溝90％，鼓風曝氣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回流系統。
4.式氧化溝運行及設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下列數據設計處理生活污水：
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）
清華大學周律等人對邯鄲氧化溝進行了大量的現場測定工作，總結起來也是以下三個問題：
① 停留時間與反應時間問題：出水NH3－N偏高，通過實驗發現延長硝化停留時間，可以降低出水的NH3－N。這說明原設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。
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定化實驗方法，對其污泥進行測定的結果表明：經過處理的污泥尚未得到穩定。
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與上述的理想狀態相差很大。三條溝的MLSS分布與設計的分布情況有較大差距。這是三溝式氧化溝運行及設計的一個主要問題。
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化的運行是可能的。如下主要是以改進出水水質為目標的完善。
由于邯鄲污水廠目前的進水水質與設計值不全相符,這對其出水水質有一定影響,主要反映在脫氮效果不太理想。這與水質組成,如進水的碳氮比有很大關系,也與操作有一定關系。從三溝式氧化溝硝化—反硝化的操作模式中可以發現,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。在實踐中還發現,出水的NH+4-N常有偏高的現象。針對上述的一些情況進行了小型試驗,發現如果適當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。由于自養型的硝化菌生長速度慢,其生長環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。異養型反硝化菌生長環境要求低,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。實踐中發現,邊溝的脫氮效果一般為10%左右。
5.三溝式氧化溝的應用前景
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。通過對生產性三溝式氧化溝的調查研究表明,這種工藝處理效果十分穩定,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對調節三溝式氧化溝脫氮效果起著重要的作用,是一個關鍵的運行參數,針對不同的污水水質,調節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。
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