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氧化沟处理技术现状说明

美国华盛顿哥伦比亚特区水环境保护署办公室

一、总论

氧化沟是一种改良的活性污泥生物处理工艺，它是利用较长的固体停留时间（SRT）来去除可生物降解的有机物。氧化沟是典型的完全混合系统，但他们可以修改塞流条件。（注：由于塞流，必须通过空气扩散来保证完全的混合。该系统也将不再作为一个氧化沟）。典型的氧化沟处理系统包括一个或多个环形、椭圆形或马蹄形的渠道。因此，氧化沟被称为“跑道式”反应。通过安装水平或垂直的曝气机在氧化沟中曝气来提供氧气。

通常情况下在氧化沟之前设置预处理单元，如格栅、沉砂和沉淀等，但这也不是必须设置的。根据出水要求，可能需要在出水前设置三级过滤器，在最终排放之前有必要进行消毒。污泥从二沉池污泥回流到氧化沟再一次曝气和混合。典型的氧化沟工艺流程图如图1所示。

图1 典型氧化沟工艺流程图

表面曝气器，如转刷曝气器，转盘曝气器，导流管，或微小气泡扩散器可以保证污泥和水的充分混合。混合过程中氧气就进入到混合液中促进微生物新陈代谢，同时也保证了微生物与废水充分接触。通过曝气，增加了混合液中的溶解氧（DO）的浓度，但是随着混合液在氧化沟中流动，可供微生物吸收的溶解氧浓度逐渐降低,固体在氧化沟中保持着悬浮状态。可以通过硝化作用来设计停留时间，那样就会有很高的硝化程度，氧化沟出水通常是单独排到二沉池里，同时也可以在氧化沟之前增加一个厌氧池来提高除磷效果。

氧化沟也可以通过操作实现部分脱硝。常见的一种通过改进来强化脱氮效果的工艺，称为卢德扎克-艾丁格（MLE）过程。在这一过程中，如图2所示，通过

好氧区混合液的内回流来实现更高水平的反硝化。在好氧区，自养型细菌（硝化菌）将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。在缺氧区，异养菌将硝态氮转化为氮气释放到大气中。一部分混合液从好氧区回流到缺氧区，给缺氧区提供了高浓度的硝态氮。

图2 改进的卢德扎克-艾丁格工艺示意图

为了去除停留在氧化沟中或在缺氧区和好氧区之间循环的营养物质，一些制造商已经找到了改良的办法。而不同制造商的方法不同，一般来说，整个过程包括两个独立的池子，第一个为缺氧池，第二个为好氧池。污水和回流活性污泥首先进入缺氧池，在缺氧条件下进行反应，随后混合液进入到好氧池进行第二反应。改良后，这一过程将会逆转，也就是说，第二反应将在缺氧条件下进行。

二、适用性

氧化沟工艺是一种活性污泥法（常规或延时曝气）处理废水的二次处理技术，适用于任何情况，任何废水都是合适的。通过选择合适的混合液最低温度和改变沟渠的大小选择适当的停留时间（SRT），可以达到预期的硝化效果。该技术在小型装置，小社区和偏远地区是非常适合的，因为它比传统的污水处理厂需要更多的土地。

氧化沟技术起源于荷兰，1954年，第一个具有完整规模的工厂安装在荷兰的福尔斯霍滕小镇。截止1998年，在美国就有9200多个城市配有氧化沟设施。为了脱氮设计和运行的氧化沟，通过硝化作用，可以使氨氮含量低于1 mg/L。

三、优缺点

3.1优点

氧化沟的主要优点是操作要求和运行维护成本低，有很高的去除能力。氧化沟的一些具体的优点包括：

①氧化沟相比于其它生物处理过程，如SBR,由于水位恒定和连续的排水方

式，氧化沟的溢流堰性能更加稳定，微生物的增长也比较稳定；

②氧化沟水力停留时间很长并且混合液混合均匀，这样氧化沟的水力冲击

负荷很小；

③相比其他生物处理工艺，氧化沟的活性污泥增加量更小；

④与其他生物处理工艺相比氧化沟工艺的能耗较低。

3.2 缺点

①与其他活性污泥工艺相比，氧化沟出水悬浮固体浓度较高；

②需要比其他活性污泥处理法更大的土地面积。土地占用成本相对较高，限制了氧化沟在城市，郊区或其他地方的可行性；

四、设计指标

4.1 建筑

氧化沟通常采用钢筋混凝土建筑，常用用喷浆、沥青、丁基橡胶和粘土等不透水的材料来防止腐蚀。

4.2 设计参数

预处理后的污水进入氧化沟曝气，一般沟内水流速度约0.25至0.35m/s（0.8至1.2英尺/秒）。RAS的回收率从75%-150%，混合液悬浮固体浓度（MLSS）范围为1500～5000mg/L（0.01至0.04磅/加仑）。氧化沟的氧转移速率的范围从2.5到3.5磅/小时。

设计标准是由进水参数和所需处理标准决定的，包括所要求实现得硝化、反硝化和生物除磷效果。氧化沟的具体设计参数包括：

固体停留时间（SRT）：为满足出水水质要求，氧化沟的固体停留时间（SRT）可以通过改变容积的大小来调整。SRT由最低温度时混合液硝化作用强度来确定。设计的SRT值可以从4d-48d或更多天。一般硝化作用的范围是从12到24天。

BOD负荷：BOD负荷从0.16kg/m3到40 kg/m3。一般常用的BOD负荷率为0.24kg/(d.m3)。然而，BOD负荷率通常不能确定是否发生硝化作用。

水力停留时间：作为氧化沟设计的基础，大多数城市污水处理厂在氧化沟中水力停留时间（HRT）在的范围从6到30小时。

五、性能

为了充分证明氧化沟作为二级处理工艺适用于硝化和反硝化。作为氧化沟工艺脱氮除磷评价部分（EPA，1991），这些性能数据是从17座氧化沟处理单元中收集来的。这些处理单元的平均设计流量介于378至45425m3/d（0.1至12百万

加仑）。这些处理单元的平均性能总结在表1中，证明氧化沟可以实现BOD、悬浮固体和氨氮超过90%的去除率。同样，1985年Rittmann和朗厄兰岛（1985）也报道过氧化沟工艺可以去除大于90%的氨氮。

以下通过讨论最近的两个污水处理厂井出水水质来说明氧化沟工艺的性能。

1.卡萨格兰德污水处理厂

卡萨格兰德位于亚利桑那州，该污水处理厂于1996年2月开始运行。每天处理污水量15142立方米，处理工艺为氧化沟，氧化沟缺氧区前设置了提供反硝化好氧区。进水参数：BOD为270毫克/升（0.002磅/加仑BOD），悬浮固体浓度为300毫克/升TSS（0.003磅/加仑TSS），总氮为45 mg/L （3.8x10-4磅/加仑），该厂设计出水指标为：BOD小于或等于10毫克/升（8.34x10-5磅/加仑BOD），悬浮固体浓度小于或等于15毫克/升（1.2x10-4磅/加仑），氨氮含量小雨1 mg / L（8.34x10-6磅/加仑），硝态氮浓度低于5毫克/升（硝态氮4.2x10-5磅/加仑）。表1总结了1997年7月1997到1999年7月该污水处理厂的性能数据。

表1 卡萨格兰德污水处理厂数据

该污水处理厂位于马萨诸塞州埃德加敦岛上的玛莎葡萄园，是用来处理冬季757立方米/天和夏季2839立方米/天的生活污水。安装有两座卡鲁塞尔氧化沟，已经开始运行，而且运行状况良好。表2总结了每个月平均的进出水水质情况。

表2马萨诸塞州埃德加敦污水处理厂数据

相比其他二级处理工艺，氧化沟很少需要维护。大多数时候不需要应用化学物质，不过可以适当添加一些金属盐来提高磷的去除效率。

6.1生成残渣