摘要：根據(jù)四川省污水處理示范工程--新都污水處理廠一體化氧化溝的運(yùn)行實(shí)踐，介紹了一體化氧化溝城市污水處理工藝的特點(diǎn)、處理效果和可靠性，并總結(jié)了設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞：一體化氧化溝 固液分離 無泵回流 水下推動(dòng)器 除磷脫氮

目前，國內(nèi)外城市污水處理技術(shù)越來越向著簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，各類構(gòu)筑物從工藝和結(jié)構(gòu)上都趨向于合建一體化，如氧化溝，SBR，UNI TANK等。其中，一體化氧化溝作為氧化溝的一種改良型，以其獨(dú)特的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，正在我國中小城市得到推廣應(yīng)用。本文以新都污水處理示范工程為例，對一體化氧化溝城市污水處理技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用作簡要的介紹，并著重分析和探討其工程技術(shù)特點(diǎn)。 本試驗(yàn)成果為四川省"九五"科技攻關(guān)鑒定項(xiàng)目。

1工程概況

新都污水處理示范工程設(shè)計(jì)規(guī)模為1萬m3/d，該工藝是在國家"八五"成果基礎(chǔ)上考慮到脫氮、除磷而設(shè)計(jì)的。該工程工藝流程短、構(gòu)筑物及設(shè)備少、建造快(僅用5個(gè)月時(shí)間便建成)、工程質(zhì)量優(yōu)。

1.1工藝流程及主要設(shè)計(jì)參數(shù)

污水廠主要工藝流程如圖1。

該一體化氧化溝的基本特點(diǎn)是將生物處理凈化和固液分離合為一體。而從生物處理工藝來講，該一體化氧化溝又是一個(gè)集厭氧、缺氧、好氧為一體的A2/O體系。一體化氧化溝總設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為15 h，其中厭氧段為1 h，缺氧段為2 h，好氧段為12 h。溝內(nèi)有效水深為4.5 m，單溝寬10.5 m。厭氧區(qū)設(shè)0.75 kW水下混合攪拌器1臺，缺氧區(qū)設(shè)2.2 kW水下混合攪拌器1臺。好氧段設(shè)直徑為10 m，長9 m的曝氣轉(zhuǎn)刷2臺，每臺功率45 kW，此外還設(shè)有7.5 kW水下推動(dòng)器2臺。

設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)BOD為100～１５０ mg/L，COD為200～３００ mg/L，SS為250 mg/L。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級標(biāo)準(zhǔn)。

1.2啟動(dòng)運(yùn)行過程

該示范工程于1999年11月中旬建成并進(jìn)行培菌啟動(dòng)。培菌初期基本上是直接引進(jìn)原污水進(jìn)行悶曝。由于培菌期間為冬季，平均水溫不到10℃，故微生物增長十分緩慢，為了加快培菌過程，縮短啟動(dòng)時(shí)間，采用了投加雞糞和糞便污水進(jìn)行培養(yǎng)，效果較為顯著，出現(xiàn)少量活性污泥絮體。后改用連續(xù)培養(yǎng)方式，至2000年2月溝中活性污泥濃度達(dá)到1 000mg/L，SV值達(dá)到10 %，活性污泥沉降性能良好，鏡檢出現(xiàn)固著型原生動(dòng)物，出水水質(zhì)穩(wěn)定。至此，培菌結(jié)束開始投入正常運(yùn)行。

1.3進(jìn)出水水質(zhì)及效果分析

進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1污水廠進(jìn)出水水質(zhì)情況 項(xiàng)目 COD(mg/L) BOD(mg/L) SS(mg/L) NH3-N(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) 進(jìn)水范圍 77.9～578 55～153 22～541 13～27.8 18～3 0.7 2.6～8.9 進(jìn)水均值 197.4 73.2 123.1 20 23.4 5.8 出水范圍 26.0～46.0 9.2～20.6 3.0～21.0 0.8～2.3 3.1～12.4 1.1～5.5 出水均值 33.6 15.4 13.1 1.5 6.9 2.3

由表1可看出原水平均BOD/COD=0.37，可生化性較好，但從營養(yǎng)比看，BOD∶N∶P＝16.6∶4∶1，說明有機(jī)物濃度偏低。這主要是由于原污水基本上是生活污水，經(jīng)化糞池后，一部分有機(jī)物發(fā)生沉淀和降解。此外，含氮有機(jī)物還發(fā)生厭氧消化，故NH3-N濃度相對較高。從出水水質(zhì)情況中可看出，除TP外其余各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。這主要是由于除磷是通過剩余污泥的排放實(shí)現(xiàn)的，而在此期間內(nèi)基本上還未排放過剩余污泥的緣故。

1.4主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該工程總投資761萬元(含征地費(fèi))，每m3水投資為761元，每m3水電耗為0.25 kW·h左右、占地為0.4 m2。從這些數(shù)據(jù)可看出一體化氧化溝所具有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

2主要特點(diǎn)

2.1固液分離器特點(diǎn)

眾所周知一體化氧化溝是集生物處理與固液分離于一體。在本工藝中，固液分離是在氧化溝的側(cè)溝與中心島的固液分離器中進(jìn)行的(見圖2)，它們是一體化氧化溝技術(shù)的關(guān)鍵，同時(shí)具有固液分離和污泥回流兩大功能，直接決定著出水水質(zhì)的好壞。

2.1.1固液分離器工作原理

側(cè)溝與中心島固液分離器具有與二沉池相同的功能，但沉淀機(jī)理與主要是重力作用的二沉池又有顯著的不同。當(dāng)混合液由主溝進(jìn)入固液分離組件后，由于組件的特殊構(gòu)造，水流方向發(fā)生很大的變化，造成較強(qiáng)烈的紊動(dòng)。這時(shí)混合液中的污泥顆粒正處于前期絮凝階段，紊動(dòng)對絮凝的影響不大。隨著絮凝不斷進(jìn)行，污泥顆粒越來越大；污泥的絮凝過程到了后期絮凝階段，紊動(dòng)的不利影響也越來越大；與絮凝過程的要求相適應(yīng)，這時(shí)混合液流過組件彎折，流速大大降低，且流動(dòng)開始趨于緩和。因此在固液分離組件下部的很小底層里，絮凝作用已基本完成。絮凝成形的污泥顆粒在不斷上升的過程中，密度越來越大，流速越來越小。慢慢開始發(fā)生沉降的污泥顆粒還會(huì)被池底不斷涌入的混合液的上升水流所沖擊，當(dāng)重力與向上的沖擊力相等時(shí)，污泥保持動(dòng)態(tài)的靜止，于是形成了一個(gè)活性污泥懸浮層。懸浮層中的顆粒由于攔截進(jìn)水中的雜質(zhì)而不斷增大，污泥顆粒沉速不斷提高，從而可以提高水流上升流速和產(chǎn)水量。因此不僅提高了分離器的表面負(fù)荷，還取得了較高質(zhì)量的出水，并實(shí)現(xiàn)了污泥的無泵回流。

值得注意的是，分離器上形成的懸浮層并不是固定不變的，而是一層處于動(dòng)態(tài)平衡的活性污泥層。這是由于氧化溝內(nèi)的水平流速及分離組件的特殊構(gòu)造使發(fā)生絮凝的污泥不斷向主溝回流，而混合液不斷上升。這樣，懸浮層中的污泥得到不斷的更新，避免了活性污泥因堆積缺氧而造成的腐化和反硝化浮泥現(xiàn)象。

2.1.2固液分離效果分析

固液分離效果見表2。一般說來，活性污泥系統(tǒng)固液分離效果受表面負(fù)荷(NA)、污泥濃度(MLSS)以及污泥沉降性能(SVI)等因素影響。由表2可以看出在這幾種因素的影響下，出水水質(zhì)的變化并不大，說明該固液分離器運(yùn)行效果穩(wěn)定，能承受較大的表面負(fù)荷。

表2側(cè)溝固液分離效果 Q(m3/d) NA(m3/m2·d) MLSS(mg/L) SVI(mL/g) 出水SS(mg/L) 11100 52.8 2075 55 12.1 10500 50.0 1886 79 8.1 11500 54.8 1879 80 10.3 7500 35.7 2046 73 3.2 8000 38.1 2251 67 5.3 12000 57.1 2428 62 14.0 12500 59.5 2837 53 18.5

該固液分離器的平均表面負(fù)荷為50 m3/(m2·d)，是一般二沉池的1.5～2倍，因而可比一般的二沉池節(jié)省占地1/3～1/2。而且固液分離器實(shí)現(xiàn)了污泥的無泵自動(dòng)回流，節(jié)省了工程造價(jià)和日常運(yùn)行、管理及維護(hù)費(fèi)用。

2.2一體化氧化溝的回流特點(diǎn)

在A2/O除磷脫氮工藝中，為了保證各階段的生物量，一般來說需要三種不同的回流(見圖3)，而一體化氧化溝的回流卻有著明顯的不同(見圖4)。由圖4可以看出，一體化氧化溝的回流具有如下特點(diǎn)：

(1)厭氧段的回流混合液來自缺氧段，使厭氧段中的硝態(tài)氮含量降低，有助于厭氧段聚磷菌的釋磷，如標(biāo)號②。

(2)缺氧段和好氧段之間實(shí)現(xiàn)了混合液的水力內(nèi)回流，省掉了一套機(jī)械回流裝置，如標(biāo)號③。

(3)固液分離器在實(shí)現(xiàn)固液分離作用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污泥向好氧段的無泵自動(dòng)回流，再次省掉了一套機(jī)械回流裝置，如標(biāo)號①。

由此可知，與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，一體化氧化溝工藝省掉了兩套污泥回流系統(tǒng)，大大節(jié)省了工程建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用。這是合建式一體化氧化溝的又一優(yōu)勢所在。

2.3運(yùn)行方式的調(diào)整和節(jié)能

該污水處理廠內(nèi)一體化氧化溝采用連續(xù)流間歇曝氣的運(yùn)行方式，即曝氣轉(zhuǎn)刷周期性的開停，間歇向溝內(nèi)充氧，而水下推動(dòng)器則連續(xù)開啟，維持溝中流速并起混合攪拌作用，防止污泥的沉積。曝氣轉(zhuǎn)刷的啟閉是由溝內(nèi)的溶解氧(DO)濃度決定的。該污水處理廠于2000年3月～5月在對氧化溝調(diào)試期間，進(jìn)行了連續(xù)曝氣和間歇曝氣兩種運(yùn)行方式的對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用連續(xù)流間歇曝氣運(yùn)行方式，其有機(jī)物去除效果與連續(xù)曝氣運(yùn)行方式相當(dāng)，NH3-N去除效果也基本相同，但總氮的去除率有明顯提高。這說明投入較少的能量能收到相同，甚至更好的C，N去除效果，這在工程應(yīng)用上有著重大的經(jīng)濟(jì)意義。這在理論上也是成立的：首先，系統(tǒng)間歇運(yùn)行能充分利用氧化溝內(nèi)源代謝產(chǎn)物進(jìn)行預(yù)缺氧反硝化，脫除部分NO-x-N，使前置缺氧段內(nèi)的C/N提高，從而維持較高的反硝化速率；其次，間歇運(yùn)行能使溝中溶解氧( DO)利用率提高。這是因?yàn)檠趸瘻鲜茄訒r(shí)曝氣活性污泥系統(tǒng)，其BOD負(fù)荷大大低于普通活性污泥法，活性污泥能量水平低，故即使DO濃度值較低(低于2 mg/L)，也可使活性污泥絮體處于好氧狀態(tài)；另外，間歇曝氣的運(yùn)行方式還可使系統(tǒng)內(nèi)氧轉(zhuǎn)移速率增大，其氧利用率高于連續(xù)運(yùn)行方式，因而在某種程度上避免了DO的過量與浪費(fèi)，為系統(tǒng)節(jié)能創(chuàng)造了條件。該污水處理廠的調(diào)試運(yùn)行結(jié)果表明，在達(dá)到同樣處理目的的前提下，連續(xù)曝氣運(yùn)行處理每m3水電耗為 0.259 kW·h，而間歇曝氣運(yùn)行方式每m3水電耗為0.195 kW·h，可比前者節(jié)能22%。

2.4主要設(shè)備特點(diǎn)

該一體化氧化溝采用水下推動(dòng)器和曝氣轉(zhuǎn)刷組合的動(dòng)力系統(tǒng)。一般說來，在一個(gè)完全混合活性污泥系統(tǒng)中，表面機(jī)械曝氣設(shè)備同時(shí)承擔(dān)著充氧、混合和推動(dòng)的作用。由于曝氣設(shè)備技術(shù)條件的局限，早期的氧化溝溝深受到很大限制。而水下推動(dòng)器的配合使用，使曝氣轉(zhuǎn)刷從眾多的功能中相對獨(dú)立出來，以充氧的功能為主，混合推動(dòng)的功能則主要由水下推動(dòng)器承擔(dān)，防止溝中產(chǎn)生沉積。該污水廠的運(yùn)行情況表明，當(dāng)只有兩臺轉(zhuǎn)刷運(yùn)行時(shí)，溝內(nèi)有一定的污泥沉積。當(dāng)一臺轉(zhuǎn)刷和兩臺水下推動(dòng)器組合運(yùn)行時(shí)，混合狀況良好。而水下推動(dòng)器的功率密度僅為3 W/m3，故既達(dá)到了節(jié)能的目的，同時(shí)也使增大溝深、減少占地的目的得以實(shí)現(xiàn)。

值得一提的是，該污水廠全部設(shè)備為國產(chǎn)化設(shè)備，節(jié)省了投資，與我國提倡的城市污水處理設(shè)備國產(chǎn)化、成套化的方針政策一致。該示范工程建造和運(yùn)行的成功，為解決我國中小城市的污水處理廠建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用短缺、管理不善等問題提供了示范。

3結(jié)論

合建式一體化氧化溝縮短了工藝流程；固液分離器實(shí)現(xiàn)泥水分離和污泥無泵自動(dòng)回流，固液分離效率高；曝氣轉(zhuǎn)刷和水下推動(dòng)器聯(lián)合使用，使運(yùn)行方式更為靈活。一體化氧化溝在工程投資、占地和能耗上具有極大的優(yōu)勢，是適合我國國情的一種污水處理新技術(shù)，非常適合中小城市污水處理廠。

注：參加現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)工作的還有陳江伯、許俊儀、譚顯春和俞天明等。

參考文獻(xiàn)

1王凱軍.曝氣沉淀一體化活性污泥工藝設(shè)計(jì)方法和問題探討.給水排水，1999，25(3)：12～15 2C F Forster.The historical development of oxidation ditch.Oxidation ditches i n Wastewater Treatment.chapter 1 3鄧榮森，許俊儀，等.側(cè)溝式固液分離污泥回流機(jī)理研究.中國給水排水，2000，16(8) :1～4 4李偉民.中試一體化氧化溝流態(tài)及規(guī)模型合建式一體化氧化溝試驗(yàn)研究：［研究生畢業(yè)論文］.重慶：重慶建筑大學(xué)，2000.1