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氧化沟

浅谈氧化沟技术

摘要：

作为革新的活性污泥处理工艺，氧化沟技术目前正广泛应用于多种类型的废水处理中，并取得了良好的出水水质和稳定污泥。

本文从组成、技术特点、常用类型等方面对氧化沟技术进行了介绍。

关键词：

氧化沟技术；污水处理；活性污泥处理

OntheOxidationDitchTechnology

Abstract:

Asaninnovativeactivatedsludgetreatmentprocess,oxidationditchtechnologyisnowwidelyusedinvarioustypesofwastewatertreatment,andachievedgoodwaterqualityandstabilityofthesludge.Inthispaper,composition,technicalcharacteristicsandthetypeofcommonoxidationditchtechnologywereintroduced.

Keywords:

oxidationditchtechnology;wastewatertreatment;activatedsludgetreatment

1引言

1954年荷兰建成了世界上第一座氧化沟污水处理厂，其原型为一个环状跑道式的斜坡池壁的间歇运行反应池，白天用作曝气池，晚上用作沉淀池，其生化需氧量（BOD）去除率可达97%，由于其结构简单，处理效果好，从而引起了世界各国广泛的兴趣和关注。

氧化沟（OxidationDitch）污水处理的整个过程如进水、曝气、沉淀、污泥稳定和出水等全部集中在氧化沟内完成，最早的氧化沟不需另设初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流设备。

后来处理规模和范围逐渐扩大，它通常采用延时曝气，连续进出水，所产生的微生物污泥在污水曝气净化的同时得到稳定，不需设置初沉池和污泥消化池，处理设施大大简化。

1.1国外发展

20世纪60年代以来，氧化沟在欧洲、北美、南非、大洋洲等地取得了迅速的推广和应用。

丹麦已兴建300多座污水处理厂，占全国处理厂的40%。

英国也兴建了300多座这样的污水处理厂。

据不完全统计，到目前为止，北美有9000多座氧化沟污水处理厂，亚洲有近1000座氧化沟污水厂。

氧化沟污水处理技术的发展不仅体现在数量上，也体现在处理厂的扩大和处理对象的不断增加。

氧化沟的处理能力达到了处理1000万人口当量污水，既能用于生活污水的处理，也能用于工业废水和城市污水的处理。

1.2国内发展

我国从20世纪80年代以来也开展了较多的关于氧化沟工艺的研究，并设计建设了一批氧化沟污水处理厂。

如采用Pasveer氧化沟的珠海香洲水质净化厂、广东南海污水厂等，采用Carrousel的桂林东区污水厂、昆明第一污水厂等，采用Orbal氧化沟的北京大兴污水处理厂、山东莱西污水处理厂等，采用侧沟式一体化的有四川新都污水处理厂、山东高密污水处理厂、山东陵县污水处理厂、贵州仁怀污水处理厂等，处理污水量为10000～80000m3/d。

总体来说，氧化沟工艺在我国也得到了相当多的应用。

氧化沟应用多年，经久不衰，而且取得相当多的突破，究其原因，可以这样说，氧化沟技术发展的强势在于氧化沟的环流，由于这环流，是造成氧化沟长久不衰的内在原因，外在原因则是其具有多功能性、污泥稳定、出水水质好和易于管理。

氧化沟有别于其它活性污泥的主要特征是环形池型，或者说只要保持沟渠首尾相接，水流循环流动，选用的特定设计参数、沟型和运行方式，就会给运行者和设计者带来极大方便，其灵活性和适应性也非常强，有进一步研究、发展和应用的广阔空间。

2氧化沟工艺及其构成[1]

2.1氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥处理工艺的一种变形工艺，一般不需设初沉池，且通常采用延时曝气；其结构形式采用封闭的环形沟渠形式，混合液在氧化沟曝气器的推动下做水平流动（平均流速〉0.3m/s）；污泥负荷和污泥龄的选取要考虑污水硝化和污泥稳定两个因素，污泥龄一般在10d~30d，污泥负荷在0.05~0.10kgBOD5/（kgMLSS·d）之间。

更确切的说，氧化沟是一种无头无尾封闭的、加强了搅拌的生物反应器。

2.2氧化沟系统的构成

氧化沟系统的基本构成包括：

氧化沟池体，曝气设备，进、出水装置，导流和混合装置以及附属构筑物。

2.2.1氧化沟池体

氧化沟一般呈环形，平面上多为椭圆形或圆形，四壁由钢筋混凝土制造，也可以由素混凝土或石材作护坡。

水深与所采用的曝气设备有关，2.5m~8m不等。

2.2.2氧化沟曝气设备

曝气设备具有以下功能：

一是供氧；二是推动水流作不停的循环运动；三是防止活性污泥沉淀；四是使有机物、微生物及氧气三者充分混合、接触。

主要的曝气设备有：

水平轴曝气转刷或转盘、立式表曝机、导管式曝气机，微曝气系统和百乐卡式曝气系统。

2.2.3进（出）水装置

包括进水口、回流污泥口和出水调节堰等。

氧化沟的进水和回流污泥进入点应该在曝气器的上游，使得它们能与沟内混合液立即混合。

氧化沟的出水应该在曝气器的下游，并且离进水点和回流污泥点足够远，以避免短流。

从沉淀池引出的回流污泥管可通至厌氧选择区或缺氧区，并根据运行情况调整污泥回流量。

2.2.4导流和混合装置

包括导流墙和导流板。

在弯道设置导流墙可以减少水头损失，防止弯道停滞区的产生和防止对弯道过度冲刷。

通常在曝气转刷上下游设置导流板，主要是为了使表面的较高流速转入池底，同时降低混合液表面流速，提高传氧速率。

2.2.5附属构筑物

如二沉池、刮泥机和污泥回流泵房等，这一部分构筑物与传统活性污泥工艺相同。

3氧化沟技术特点

3.1构造形式多样性

基本形式氧化沟的曝气池呈封闭的沟渠形（传统氧化沟）。

而沟渠的形状和构造则多种多样。

沟渠可以呈圆形和椭圆形等形状。

可以是单沟系统或多沟系统。

多渠系统可以是一组同心的互相连通的沟渠。

也可以是互相行。

尺寸相同的一组沟渠。

有与二次沉淀池分建的氧化沟。

也有合建的氧化沟。

合建氧化沟又有体内式船型沉淀池和体外式侧沟式沉淀池。

此外，还有Envirex公司的竖直式氧化沟。

多种多样的构造形式。

赋予氧化沟灵活机动的运行性能。

使它可以按照任意一种活性污泥法的运行方式运行，并且组合其他工艺单元，以满足不同的出水水质要求。

3.2曝气设备的多样性

常用的曝气装置有转刷、转盘、表面曝气器和射流曝气等．不同的曝气装置导致了不同的氧化沟型式．如采用表曝机的卡鲁塞尔氧化沟．采用射流曝气的JAC氧化沟和采用转刷的派司维尔氧化沟。

与其他活性污泥法不同的是．曝气装置只在沟渠的某一处或几处安设．数目应按处理厂规模．原污水水质及氧化沟构造决定。

曝气装置的作用除供应足够的氧气外．还要提供沟渠内不小于0.3m/s的水流速度．以维持循环及活性污泥的悬浮状态。

3.3曝气强度可调节

氧化沟的曝气强度可以通过两种方法调节。

其一是通过出水溢流堰调节：

通过调节溢流堰的高度改变沟渠内水深．进而改变曝气装置的淹没深度。

使其充氧量适应运行的需要。

淹没深度的变化对于曝气设备的推动力也会产生影响，从而也可对进水流速起一定调节作用。

其二是通过直接调节曝气器的转速：

由于机电设备和自控技术的发展。

目前氧化沟内的曝气器的转速是可以调节的。

从而可以调整曝气强度和推动力。

3.4预处理、二沉池和污泥处理进行工艺简化

箪化沟的水力停留时间和污泥龄都比—般生物处理法长．悬浮状有机物与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定．故氧化沟可不设初沉池。

由于氧化沟工艺污泥龄长、负荷低．排出的剩余污泥已得到高度稳定．剩余污泥量也较少．因此不再需要厌氧消化．而只需进行浓缩与脱水。

还有将曝气池和二沉池合建的—体式氧化沟及交替工作的氧化沟．不再采用二沉池．从而使处理流程更为简化。

虽然氧化沟采用的水力停留时间较长，曝气池体积较一般活性污泥法的大，但因在流程中省略了初沉池、污泥消化池，有时还省略了二沉池和污泥回流装置，因此节省了构筑物间的空间，使污水厂总占地面积不仅没有增大，反而还减小。

3.5具有推流式流态的某些特征

氧化沟从整体的流态上是完全混合的．但在局部由于其流速较大又具有推流特性。

这样带来的好处之一是经过曝气的污水．在流到出水堰的过程中会形成良好的混合液生物絮凝体．可以提高二沉池内的污泥沉降速度及澄清效果。

另外．氧化沟的推流特征对除磷脱氮工艺也是极其重要的。

通过对系统合理的设计与控制．氧化沟内可形成缺氧和好氧交替出现的区域．可以取得较好的反硝化效果。

4常用氧化沟类型介绍

4.1交替工作式氧化沟

交替工作氧化沟，是指在一沟或多沟中按时间顺序在空间上对氧化沟的曝气操作和沉淀操作做出调整换位,以取得最佳的或要求的处理效果。

其特点是氧化沟曝气、沉淀交替轮作,不设二沉池,不需污泥回流装置。

基本类型有:

A型,D型,VR型和T型4种。

1）A型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟（如图1所示）,主要用于BOD的去除和硝化,且限于较小的处理场合应用,规模不超过2000人口当量,各个工作时段持续时间的长短,取决于污水间歇排放的周期（如早

期的P型氧化沟）。

2）D型氧化沟是双沟交替工作氧化沟，通常是由两个氧化沟组成，两个沟交替作为曝气池及沉淀池，主要用于BOD去除和硝化。

典型的D型氧化沟系统如图2所示。

D型系统的一个工作周期一般为8h,分4个阶段,其出水水质十分稳定,处理能力在1500人~20000人口当量之间,但曝气转刷的实际利用率较低（仅37.5%）是该系统的最大特点。

3）VR型氧化沟也是单沟交替工作式氧化沟，主要也是用于BOD的去除及硝化，其特点是将氧化沟分成容积基本相等的两部分，利用定时改变曝气转刷的旋转方向来改变沟内水流方向，使两部分氧化沟交替地作为曝气区和沉淀区，不设二沉池,不需设污泥回流装置。

典型的VR氧化沟系统一个工作周期一般为8h，分4个阶段。

典型的VR型氧化沟系统如图3所示，VR系统出水水质良好，操作方便，转刷的实际利用率可以达到75％。

4）T型氧化沟由三沟交替。

该系统由三个同等体积的氧化沟一起形成为一个单元操作。

3个氧化沟之间相互双双连通,两侧氧化沟起曝气和沉淀双重作用,中间的氧化沟始终进行曝气,不设二沉池及污泥回流装置,具有去除BOD及硝化脱氮的功能。

T型系统可按6个阶段运行,运行周期一般为8h,如图4所示。

4.2半交替工作式氧化沟

半交替工作式氧化沟兼具连续工作式和交替工作式的特点。

1）这种氧化沟有独立的二沉池，是曝气和沉淀完全分离氧化沟系统。

2）它和和D型沟是不同的：

根据需要氧化沟可分别处于不同的工作状态,使之具有交替工作式运行灵活的特点,特别是用于脱氮。

最典型的半交替工作式氧化沟为DE型氧化沟,如图5所示。

DE型氧化沟工艺是为生物脱氮设计和发展的，它与D型氧化沟不同，它有独立的二沉池及回流污泥系统,氧化沟内交替进行着硝化与反硝化。

在DE型氧化沟前增设一厌氧池,可以达到同时脱氮、除磷的目的。

我国西安市北石桥污水处理厂采用的就是DE型氧化沟,其一期工程设计规模为15万m3/d。

4.3连续工作分建式氧化沟

连续工作分建式氧化沟的特点是：

仅用于氧化沟曝气池，入口和出口的流动方向的不能变化，需要开辟一个空间设立一个独立的二次沉淀池，设备利用率100%。

连续工作分建式氧化沟主要形式有3种：

帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟。

帕斯韦尔氧化沟采用了最初跑道式沟型,一般采用曝气转刷曝气,如图6所示。

Carrousel氧化沟是多沟串联系统,一般采用垂直轴表面曝气机，如图7所示。

卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟从单级标准卡鲁塞尔工艺发展为卡鲁塞尔denitIR和卡鲁塞尔2000工艺、四阶段和五阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统至卡鲁塞尔3000工艺，BOD去除、脱氮除磷效率升高。

技术特点可总结如下：

采用立式表曝机，单机功率大，设备数量少，系统简单；

有极强的混合搅拌与耐冲击负荷能力；

曝气功率密度大，传氧效率达到平均至少2.1kgO2/（kW·h）；

氧化沟沟深加大，可达到5m以上，使氧化沟占地面积减少；

土建费用降低；

操作环境好，运行管理简单；

调节性能好，节能效果显著；

能在寒冷地区使用。

奥贝尔氧化沟由多个同心的沟渠组成,渠道一般呈圆形或椭圆形,如图8所示。

与其他类型的氧化沟相比，Orbal氧化沟具有自己独特的优点：

一是Orbal氧化沟采用曝气转盘，水深可达3.5m~4.5m，同时可借助在各沟中配置不同数目的曝气盘，变化输入每一槽的供氧量；二是圆形或椭圆形的平面形状，比沟渠较长的氧化沟更能利用水流惯性，节省能耗；三是多渠串联的形式可减少水流的短路现象；四是有利于有机物的去除，可减少污泥膨胀现象的发生。

4.4连续工作合建式氧化沟

连续工作合建式氧化沟，也被称为一体化氧化沟，其特征在于集曝气、沉淀、脱水和污泥回流功能为一体，而不需要一个单独的二次沉淀池。

它将曝气净化与固液分离操作同在一个构筑物中完成,污泥自动回流,连续运行,设备和池容利用率为100%。

连续工作合建式氧化沟主要形式有：

管式、多斗式、边墙和中心墙式、竖向循环式、侧渠式、斜板式、侧沟式、中心岛式等。

根据沉淀器置于氧化沟的部位进行区分,可概括为三类:

沟内式、侧沟式和中心岛式一体化氧化沟。

目前，具有代表性的是联合工业公司的船式沉淀器、Armco环境企业公司的BMTS系统、EIMCO公司的Carrousel渠内分离器、湖滨设备公司的边墙分离器以及Lightin公司的导管式曝气内渠和边渠沉淀分离器以及Envirex公司的竖直式氧化沟。

连续工作合建式氧化沟克服了传统氧化沟的诸多缺点，具有巨大的应用前景。

其工艺的主要特点即优点主要有以下方面：

1）工艺流程短,构筑物和设备少,不设初沉池、调节池和单独的二沉池,污泥自动回流,投资省、能耗低、占地少、管理简便。

2）处理效果稳定可靠,其BOD5和SS去除率均在90%~95%或更高,COD的去除率也在85%以上并且硝化和脱氮作用明显。

3）产生剩余污泥量少,污泥不需消化,性质稳定,易脱水,不带来二次污染。

4）造价低,设备事故率低,运行管理费用少。

5）固液分离效率比一般二沉池高,池容小,能使整个系统在较大的流量和浓度范围内稳定运行。

6）污泥回流及时,减少了污泥膨胀的可能。

5氧化沟工艺常见故障及处理方法

5.2.1污泥膨胀问题

当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。

微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。

针对污泥膨胀的起因，可采取不同对策：

由缺氧、水温高造成的，可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷，或适当降低SRT，使需氧量减少；如污泥负荷过高，可提高MLSS，以调整负荷，必要时可停止进水，闷曝一段时间；可通过投加氮肥、磷肥，调整混合液中的营养物质平衡（BOD5：

N：

P=100：

5：

1）；pH值过低，可投加石灰调节；漂白粉和液氯（按干污泥的0.3%~0.6%投加），能抑制丝状菌繁殖，控制结合水性污泥膨胀。

5.2.2污泥上浮问题

当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。

发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除污泥，判明原因，调整操作。

污泥沉降性差，可投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷大应减小进水量或加大回流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，应减小曝气量，增大回流或排泥量；如发现污泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池内水力条件。

应通过以下方法克服：

增加活性污泥回流率以减少污泥在沉淀池中的停留时间；

通过增加活性污泥回流率不能减少污泥深度，则可以减少沉淀池的混合液进水量；

可能的话，可以提高沉淀池的刮泥收集速度；

缩短SRT以避免活性污泥硝化发生，在温暖季节，采用降低SRT的方法以减少硝化发生是困难的，可采用缺氧/好氧工艺促进反硝化可以避免污泥上浮并能改善污泥沉降性质。

5.2.3泡沫问题

由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。

有两类细菌与活性污泥法工艺形成大量泡沫有关，分别是诺卡菌属和微毛小细胞，这些生物有疏水的细胞表面且能够粘附气泡使其稳定形成泡沫。

用表面喷淋水或除沫剂去除泡沫，常用除沫剂有机油、煤油、硅油，投量为0.5~1.5mg/L。

通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量，也能有效控制泡沫产生。

当废水中含表面活性物质较多时，易预先用泡沫分离法或其他方法去除。

另外也可考虑增设一套除油装置。

但最重要的是要加强水源管理，减少含油过高废水及其它有毒废水的进入。

5.2.4水质水量波动

由于氧化沟有大量的活性污泥、较长的SRT和HRT，表现出相当强的耐冲击负荷能力，因此有机负荷、水利负荷和有害物质的影响并不明显。

污水厂进水量往往随季节时间波动，而且目前多以大流量作为选泵依据，水泵全速运转时间不超过10%，大部分时间都无法高效运转，造成能源浪费。

因而，在氧化沟的自动控制上，采用变频器对曝气转刷进行变频调速，使之根据DO值的变化在一定范围内降低或提高曝气转刷的转速，不仅能够保证良好的污水处理效果，而且还有明显的节能效果。

此外，采用变频调速后，可以提高污水处理厂的自动化程度，提高污水处理厂的运行管理水平。

5.2.5流速不均及污泥沉积问题

在氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。

一般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3~0.5m/s。

氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250~300mm，转盘的浸没深度为480~530mm。

与氧化沟水深（3.0~3.6m）相比，转刷只占了水深的1/10~1/12，转盘也只占了1/6~1/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速），致使沟底大量积泥（有时积泥厚度达1.0m），大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。

加装上、下游导流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。

上游导流板安装在距转盘（转刷）轴心4.0处（上游），导流板高度为水深的1/5~1/6，并垂直于水面安装；下游导流板安装在距转盘（转刷）轴心3.0m处。

导流板的材料可以用金属或玻璃钢，但以玻璃钢为佳。

导流板与其他改善措施相比，不仅不会增加动力消耗和运转成本，而且还能够较大幅度地提高充氧能力和理论动力效率。

另外，通过在曝气机上游设置水下推动器也可以对曝气转刷底部低速区的混合液循环流动起到积极推动作用，从而解决氧化沟底部流速低、污泥沉积的问题。

设置水下推动器专门用于推动混合液可以使氧化沟的运行方式更加灵活，这对于节约能源、提高效率具有十分重要的意义。

5.2.6设备发热

这是污水处理厂设备保养的重要问题，污水厂设备大多是旋转转动机械，需要变速装置或轴承及轴承座。

润滑是必须的，一般轴承处温度不得超过80℃，齿轮箱润滑油的温度不得超过60℃。

5.2.7脱氮效果不好

在自然界，氮化合物是以有机体、氨态氮、亚硝态氮、硝态氮及气态氮形式存在的。

传统活性污泥法以去除污水中的BOD为代表的有机污染物为主。

而对于氮、磷的去除，传统活性污泥只能通过排泥，去除细菌细胞中由于生理上的需要而摄取的氮、磷数量，这样，传统活性污泥对氮、磷的去除率仅为20%～40%、5%～20%。

影响脱氮效果的主要因素有

6结束语

氧化沟是一种经济高效的城市污水处理方法，近年来在国际上已经有了重大发展，在我国此项技术尚处于较落后水平。

我们应根据各地的情况，博采众长，引进消化，加快我国的氧化沟技术与设备的开发和发展。

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