摘要：氧化溝定義為傳統活性污泥法污水處理技術的改良，外形呈封閉環狀溝，其特點是混合液在溝內不中斷地循環流動，形成厭氧、缺氧和好氧段，且將傳統的鼓風曝氣改為表面機械曝氣，由活性污泥在閉合的曝氣渠道中循環流動,通過活性污泥中的微生物對污水中的有機污染物不斷地進行降解和去除，達到凈化污水的目的。本文首先闡述了氧化溝工藝在污水處理中的應用,其次,以Carrousel氧化溝為例來闡述其處理污水的原理和氧化溝運行存在一些問題。
　　關鍵詞：氧化溝，污水處理，應用，原理
　　1氧化溝工藝在污水處理中的應用
　　從理論上講,氧化溝既具有推流反應的特征,又具有完全混合反應的優勢;前者使其具有出水優良的條件,后者使其具有抗沖擊負荷的能力。正是因為有這個環流,且有能量分區的緣故,使它具有其它許多污水生物處理技術所擁有的眾多優勢,其中最為顯著的優勢是工作穩定可靠。由于具有出水水質好,運行穩定,管理方便以及區別于傳統活性污泥法的一系列技術特征,氧化溝技術在污水處理中得到廣泛應用。據不完全統計,目前,歐洲己有的氧化溝污水處理廠超過2000多座,北美超過800座。氧化溝的處理能力由最初的服務人口僅360人,到如今的500萬～l000萬人口當量。不僅氧化溝的數量在增長,而且其處理規模也在不斷擴大,處理對象也發展到既能處理城市污水又能處理石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水及食品加工廢水等工業廢水。
　　2Carrousel氧化溝處理污水的原理
　　目前應用較為廣泛的氧化溝類型包括:帕斯韋爾(Pas-veer)氧化溝、卡魯塞爾(Carousel)氧化溝、奧爾伯(Orbal)氧化溝、T型氧化溝(三溝式氧化溝)、DE型氧化溝和一體化氧化溝。本文以Carousel氧化溝為例來闡述其處理污水的原理。
　　為了取得更好的除磷脫氮的效果,Carousel2000系統在普通Carousel氧化溝前增加了一個厭氧區和絕氧區(又稱前反硝化區)。全部回流污泥和10～30%的污水進人厭氧區,可將回流污泥中的殘留硝酸氮在缺氧和10～30%碳源條件下完成反硝化,為以后的絕氧池創造絕氧條件。同時,厭氧區中的兼性細菌將可溶性BOD轉化成VFA,聚磷菌獲得VFA將其同化成PHB,所需能量來源于聚磷菌的水解并導致磷酸鹽的釋放。厭氧區出水進入內部安裝有攪拌器的絕氧區,所謂絕氧就是池內混合液既無分子氧,也無化合物氧(硝酸根),在此絕氧環境下,70～90%的污水可提供足夠的碳源,使聚磷菌能充分釋磷!絕氧區后接普通Carousel氧化溝系統,進一步完成去除BOD、脫氮和除磷!最后,混合液在氧化溝富氧區排出,在富氧環境下聚磷菌過量吸磷,將磷從水中轉移到污泥中,隨剩余污泥排出系統。這樣,在Carousel2000系統內,較好的同時完成了去除BOD、COD和脫氮除磷。
　　3氧化溝運行存在一些問題
　　三溝污泥濃度分布不均勻,直道內曝氣轉刷易產生污泥沉積現象,出水中含有飄泥,氧化溝負荷過低等。經過分析和研究,逐步解決了這些問題,使氧化溝的處理能力進一步增強。現就這些問題產生的原因和解決辦法與同行探討。
　　3.1污泥分布不均勻
　　在實際運行中,三溝式氧化溝三溝中的污泥濃度相差較大,中間溝與側邊溝污泥濃度的比值(Xm/Xs)運行初期僅為0.133,這與設計值不符。因設計中假設氧化溝中污泥分布均勻,并設定氧化溝的平均污泥濃度為4g/L。我們認為這對于設置二沉池及污泥回流系統的氧化溝工藝如DE型氧化溝、Or2bal氧化溝是適用的。而三溝式氧化溝普遍存在污泥濃度側邊溝遠高于中間溝的情況。經觀察和研究認為這是三溝式氧化溝運行模式的必然結果。以某廠為例,采用硝化/反硝化運行模式,8h為一個運行周期,每個運行周期分為8個階段,各階段運行情況見圖2。在一個運行周期中(480min),側邊溝進水并進行反硝化反應,混合液從側邊溝流向中間溝,時間為90min。經過硝化和沉淀階段后,側邊溝開始出水,混合液從中間溝流向側邊溝(同時污泥回流),時間為210min。階段4和階段6為過渡階段,各溝以調整水位為主,可認為不發生污泥交換。設氧化溝進水量為Q,側邊溝反硝化階段污泥平均濃度為Xs,中間溝的污泥平均濃度為Xm,根據物料守恒定律,正常運行時,側邊溝的污泥量應該守恒。即:
　　出泥量=進泥量
　　
　　又因為
　　因此:
　　式中Q———氧化溝進水量,m3/h;
　　XS———側邊溝反硝化階段平均污泥濃度,g/L;
　　Xm———中間溝平均污泥濃度,g/L;
　　t1———反硝化階段時間,min;
　　T———運行周期,min;
　　t4———過渡階段時間,min。
　　由此可見,三溝式氧化溝污泥分布由反硝化階段即側邊溝進水時間所決定。污泥分布不均勻根本改善的辦法是延長反硝化階段的時間。該廠自動控制系統采用微機-PLC二級控制,通過微機的PDS管理程序改變各運行階段的時間,把反硝化反應階段時間從設定的90min調整到120min,硝化階段調整為45min,則Xm/Xs由通常的0.4上升到0.53,處理效果大為改進。
　　3.2污泥沉積
　　運行初期,在氧化溝直道內曝氣轉刷的后面一定區域內產生了大量的污泥沉積,而在彎道內,污泥
　　
　　圖2同時脫氮的三溝式氧化溝運行階段
　　沉積現象幾乎沒有。經過1年的運行,該處沉積區最高處達110cm。
　　大量的污泥沉積減少了氧化溝的有效容積,降低了氧化溝的處理能力,這種現象的根源在于氧化溝的曝氣方式。該廠采用的是Manmmoth曝氣機,曝氣機長9m,直徑1m,安裝在氧化溝表面,葉片浸入水中20～30cm。工作時,葉輪轉動,葉片撥動混合液前進,同時向水中充氧。表面混合液被加速后,能量向溝內部擴散,產生較大的速度梯度。根據流體力學定律,就會在擴散區下方產生回流。進入此區的混合液流動緩慢,污泥容易沉積并致使污泥越積越多,越積越高。轉刷后端即使安裝了導流板也不能消除沉積,只是有所改善。在彎道處,由于彎道作用產生了二次流,即外側水流由水面流向內側底部,內側水流由底部流向外側表面,
　　在明渠橫斷面上形成了環流,改善了混合狀態。因此,在彎道處沒有發現類似的沉積區。對于中間溝,由于該廠進水指標偏低,需氧量相應較小,因此中間溝曝氣轉刷開啟數較少,特別是直道轉刷,幾乎不能自動開啟。所以,中間溝污泥沉積現象不明顯。
　　側邊溝直道上的沉積區通過改變直道上曝氣轉刷控制方式,即增加側邊溝溶解氧控制,并在直道曝氣轉刷增加時間控制,使之交替運行,減輕了污泥沉積。曝氣轉刷突然停止造成的水流沖擊甚至使已經沉積的污泥發生上浮。
　　3.3出水懸浮物
　　在運行中發現有一側邊溝污泥沉淀性能不好,出水中常常帶有細碎漂泥,在出水初期和末期尤其嚴重。這是由于中間溝向側邊溝通水時,水流中含有較大的能量,推動側邊溝中的一側混合液緩慢流動,而另一側則基本靜止,只有半邊溝參與換水。因此造成沉淀區部分區域表面負荷過大,污泥不能得到充分沉淀,造成污泥流失,降低了出水水質。污泥流失又會使兩側邊溝污泥不均衡而使氧化溝運行不穩定。而且氧化溝換水不均勻,會使污泥濃度分布不均勻,降低了處理能力。對于有三級處理的污水處理廠,則會加重三級處理工藝的負擔。因中間溝水流為環形,對兩側邊溝的推動方向不同,推向側邊溝彎道方向因受彎道阻力,影響較小,而在另一側邊溝推向出水堰方向,影響較大,出水懸浮物高于前者。這個問題從三個方面解決:一是減小氧化溝整體曝氣強度,增加缺氧反應時間,降低溶解氧水平,以改進活性污泥的形態,使之形體較大,結構緊密,易于沉淀;二是控制氧化溝側邊溝中的污泥濃度,使之維持在較低水平;三是在側邊溝與中間溝間底部的連通口安裝導流柵板。導流柵板有固定式和活動式兩種,可酌情選用。其中固定式見圖3。當水流通過導流柵板時,受到柵板的作用改變了水流方向,從而減輕了對側邊溝混合液的推動作用,使側邊溝換水均勻。
　　
　　
　　圖3固定式導流柵板示意
　　4結束語
　　(1)氧化溝由于其出水水質好、運行穩定、管理方便等技術特點,在我國污水處理廠中有著較為廣泛的應用。Carousel氧化溝由于具有良好的除磷脫氮能力、抗沖擊負荷能力和運行管理方便等優點,已經得到了廣泛的應用!但由于科技的發展和社會的進步,該工藝必將得到進一步的提高,如膜理論的應用、深池水力條件和工藝性能的研究為降低工程造價、提高耐寒耐毒性能等提供了可能的方向。
　　(2)污水處理廠的運行,往往會因為某些原因與設計意圖出現偏差,嚴重時甚至不能正常運行。這就要求工藝技術人員善于發現問題,勇于實踐,在理解設計意圖,吃透技術要求的前提下,充分挖掘工藝潛力,改進工藝缺點,合理調整運行參數,使處理系統經濟、高效地運行。