氧化沟工艺

氧化沟工艺的特点、各种形式和适用情况

氧化沟实际上是活性污泥法的一种变形，它的水力流态和普通活性污泥法相差较大，是一种首尾相接的循环流，通常采用延时曝气。氧化沟是荷兰人二战后为处理小城镇污水而开发的，由于氧化沟处理污水经济、简单和管理方便，所以它问世以来，发展很快。

严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。

按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。

交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。广东雁田污水厂(近期规模1.5万吨/d)采用的是双沟式氧化沟工艺。邯郸东污水厂(一期工程规模6.6万吨)采用的是三沟式氧化沟工艺。

一般交替式氧化沟工艺的设备闲置率比较高，容积利用率比较低，如邯郸东污水厂的设计污泥星系数为O.55，实际为O.48，D型氧化沟曝气转刷的实际利用率只有37.5%。

专利工艺

从最初的巴斯维尔氧化沟问世以来，在工艺和设备方面已经进行了多种改进。许多改进是以利用特定曝气装置造成的水平分速为基础的。大多数改进在一定程度上是专利，因为它们涉及某些个人或公司所提供的特殊专业技术，或者说具有某些专利特色。

本章将介绍现行氧化沟的各种工艺和设备改进的特点和设计方法。我们尽可能为每种工艺提供充分的、有事实根据的资料，以便使工程师们能进行并验证完整的设计。但是，在每种工艺的设计和使用过程中，最好能向该工艺的有关单位或个人进行咨询。

氧化沟的布置和曝气装置可以分为六大类：

1．使用垂直表面曝气器的卡罗塞和艾克梯沃克斯（Activox）式处理设施；

2．使用射流曝气器的射流曝气氧化沟；

3．在一系列环路中使用转子上装有多孔圆盘的奥尔伯（Orbal）处理设施；

4．使用转刷成转笼的单环路处理设施；

5．使用俺没式涡轮或表面曝气机（带导流筒）的障碍式氧化沟；

6．使用散气曝气和推进装置的综合系统。

卡罗塞处理设施是由杜瓦尔斯-希德里克-维尔海环境技术和活性污泥有限公司提供的。射流曝气沟是由彭台克-霍达尔—弗鲁达因公司（Pentech Houdaille and Fluidyne Corporation）提供的。奥伯尔系统是由恩维芮克斯（Envirex）有限公司提供的，单环路处理厂是由菜克塞德-巴塞范特-彻那（Lakeside Passvant and Cherne）公司提供的。导流筒障碍式氧化沟是由混合设备公司（Mixing Equipment

Company）提供的。

斯克莱卜那（Scriebner）公司提供了旋转扩散器氧化沟，弗鲁达因公司为氧化沟提供了小气泡扩散器，和辅助喷射器或螺旋桨以供推进。

7．1 卡罗塞系统

它包括垂直安装在曝气池中的低速表面曝气器，并用隔板

构成连续渠道。

污水和回流污泥在第一个曝气区中混合。由于曝气器的泵

送作用，沟中的流速保持0.3m/s。隔板与曝气器的排列方式须

能保证曝气器使水流通过曝气区，推人渠道，这样来取得泵送

作用。水流在连续流过几个曝气区之后，便流入外边最后一个

环路，出水就从这里越过一座堰而排出，这个堰刚好位于第一

个曝气区的前面。

为了保证适当的沟中流速，必须考虑适当的曝气池几何尺

寸和曝气器设计。关键的设计因素是曝气器的叶轮直径、曝气

器的转速、曝气器叶轮的淹没深度和设计、中心隔板的位置、

沟深和沟宽、曝气器的布置、以及曝气池的容积。所有这些因

素的影响，都被纳入卡罗塞的水力设计模式中，以保证适当的沟中流速。

卡罗塞系统具有各种氧化沟所共有的基本特性：

1．完全混合的能力；

2．沟中的推流运动；

3．曝气器的使用方法；

4．通过对流循环的混合过程，保持动量守恒，由此产生在低能量密度的情况下使固体悬浮的能力。

7．2 射流曝气氧化沟

7．3 奥尔伯系统

奥尔伯（Orbal）系统是一种多渠道的氧化沟系统，在这种系统中有若干多孔曝气圆盘的水平旋转装置，用以进行传氧和混合。目前有七十个奥尔伯处理厂在美国投入使用，其规模为190～36300m3/d。

7．3．1 奥尔伯曝气池池型

典型的奥尔伯曝气池是椭圆形的，有两条或更多条同心曝气渠道。进水通过淹没式输水口从一条渠道顺序流入下一条渠道。每条渠道都是一个完全混合反应池，它具有没有终端的流线，使进水在混合液中迅速扩散。在旋转曝气圆盘的作用下，混合液得到曝气和有效的混合。每一个水流质点在排入下一条渠道之前都要经过许多次循环，循环次数的多少取决于停留时间和整个渠道的总长。完全混合式反应池的这种串联形式，可以兼有完全混合式与推流式的好处。

7．3．2 曝气圆盘

奥尔伯系统所用旋转式曝气圆盘的直径为1.36m，由耐腐蚀的塑料材料制成，圆盘分为两半，以便在曝气器的轴上拆装。这种曝气圆盘的充气能力大小，取决于它的淹没深度和转速。已知一个曝气圆盘的充氧能力，就可以得出每个特定轴段的充氧强度。轴可以横跨一条或几条渠道，它通过一个公用的齿轮传动装置，来驱动每条渠道中的成组圆盘。

7．3，3 系统模式

这种多渠道的布局，便于采用不同种类的工艺模式。在使用普通活性污泥法模式时，里边的渠道用于曝气，外边的渠道用于需氧消化。也可以使用接触稳定法和分段曝气法，其方法是把进水和回流污泥引人相应的渠道中。为了保证高质量而稳定的处理效果和减少污泥量，在需要进行硝化时也可以使用延时曝气模式。

7．3．4 硝化和脱硝

阿普尔盖特（Applegate）指出，在多渠道的奥尔伯系统中，有可能同时达到完全硝化和高度脱硝这两个目的。在他所研究的处理厂中测得的性能指标表明，出水的氨含量接近零，硝酸盐的含量为1～4mg/L。由于在奥尔伯系统中不发生氨的短路现象，因此硝化可以达到最佳程度；同时，由于在第一条渠道的曝气池中溶解氧始终保持在零左右，脱硝的效果也始终良好。

在奥尔泊系统的延时曝气过程中，在串连的渠道上形成典型的溶解氧阶梯。在三条渠道系统中，第一条渠道中溶解氧一般近于零，第二条渠道中为0.5～1.5mg／L，第三条渠道为1.5～3mg/L。脱硝和硝化都是在第一条渠道中溶解氧为零的情况下进行的。第一条渠道中硝化（以及BOD的去除）的程度取决于供氧量。由于第一条渠道中氧的吸收率通常很高，因此可在该段反应池中提供90％的需氧量，而仍可把溶解氧的含量保持在零的水平上。在以后的几条渠道中，氧的吸收率比较低，因此，尽管反应池中的供氧量比较低，溶解氧的含量却可以保持较高的水平。根据生化需氧量与氨的比率，以及第一条渠道中过程工作完成的百分比，由于脱硝和第一条渠道中溶解氧为零，允许节约的供氧量约为35％。

7．4 帕斯维尔氧化沟处理厂

这种氧比沟与最初的帕斯维尔氧化沟相似，采用单环路及卧式转子曝气器。在沟的出口处安装可调式溢流堰，操纵溢流堰，控制水位及转子俺没度，可以对转子的氧化和混合能力进行调节。溢流堰的作用是控制液位和转子的淹没深度。第一代的这种氧化沟处理厂为长椭圆形、沟壁呈坡形，沟中心有岛。除了椭圆形以外、还有C形和U形布置。工作水深一般0.92～1.83m。随着传子直径的增大（1060mm，系湖滨公司产品），工作水深也增大，最大深度达3.05～4.25m。当工作水深大于2.12m时，为了使全部沟深充分混合，需要在转子的下游安装挡板，使水折向沟底。

在美国，氧化沟的容积一般是根据容积负荷0.16～0.57kgBOD5/m3决定。不论有机负荷如何，最小水力停留时间通常为18～24h。

帕斯维尔氧化沟的沟壁通常呈坡形，最好在夯实的土壁上，浇注100～150mm的混暖土或喷浆混凝土，也可以使用沥青、木材、预制材料和粘土，转