氧化溝——常規(guī)活性污泥法的一種改型和發(fā)展
氧化溝又稱(chēng)氧化渠或循環(huán)曝氣池。是常規(guī)活性污泥法的一種改型和發(fā)展。1954年荷蘭建成了世界上第一座氧化溝污水處理廠(chǎng)，其原型為一個(gè)環(huán)狀跑道式的斜坡池壁的間歇運(yùn)行反應(yīng)池，白天用作曝氣池，晚上用作沉淀池，其生化需氧量(BOD)去除率可達(dá)97%，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理效果好，從而引起了世界各國(guó)廣泛的興趣和關(guān)注。
氧化溝(OxidationDitch)污水處理的整個(gè)過(guò)程如進(jìn)水、曝氣、沉淀、污泥穩(wěn)定和出水等全部集中在氧化溝內(nèi)完成，最早的氧化溝不需另設(shè)初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流設(shè)備。后來(lái)處理規(guī)模和范圍逐漸擴(kuò)大，它通常采用延時(shí)曝氣，連續(xù)進(jìn)出水，所產(chǎn)生的微生物污泥在污水曝氣凈化的同時(shí)得到穩(wěn)定，不需設(shè)置初沉池和污泥消化池，處理設(shè)施大大簡(jiǎn)化。不僅各國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)非常重視，而且世界衛(wèi)生組織（WH0）也非常重視。在美國(guó)已建成的污水處理廠(chǎng)有幾百座，歐洲已有上千座。在我國(guó)，氧化溝技術(shù)的研究和工程實(shí)踐始于上一世紀(jì)70年代，氧化溝工藝以其經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的突出優(yōu)勢(shì)已成為中小型城市污水廠(chǎng)的首選工藝。
設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)美國(guó)環(huán)保局（EPA）2000年發(fā)布的設(shè)計(jì)指導(dǎo)參數(shù)中，氧化溝的平均速度要達(dá)到0.25m/s-0.35m/s，以保持氧化溝中活性污泥處于懸浮狀態(tài)。另還有功率參數(shù)。
技術(shù)展望
氧化溝自從Pasveer氧化溝1954年出現(xiàn)以來(lái)，就是依靠其簡(jiǎn)便的方式處理污水而得到不斷發(fā)展的。氧化溝應(yīng)用多年，經(jīng)久不衰，而且取得相當(dāng)多的突破，例如：1968年出現(xiàn)了Carrousel氧化溝，1970年出現(xiàn)了Orbal氧化溝，1993年出現(xiàn)了Carrouse12000型氧化溝，1998年出現(xiàn)了Carrouse11000型氧化溝，而且還在不斷發(fā)展，1999年又出現(xiàn)了Carrouse13000型氧化溝，80年代初出現(xiàn)了一體化氧化溝等。
究其原因，可以這樣說(shuō)，氧化溝技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勢(shì)在于氧化溝的環(huán)流，由于這種環(huán)流，是造成氧化溝長(zhǎng)久不衰的內(nèi)在原因，外在原因則是其具有多功能性、污泥穩(wěn)定、出水水質(zhì)好和易于管理。氧化溝有別于其它活性污泥的主要特征是環(huán)形池型，或者說(shuō)只要保持溝渠首尾相接，水流循環(huán)流動(dòng)，選用的特定設(shè)計(jì)參數(shù)、溝型和運(yùn)行方式，就會(huì)給運(yùn)行者和設(shè)計(jì)者帶來(lái)極大方便，其靈活性和適應(yīng)性也非常強(qiáng)，有進(jìn)一步研究、發(fā)展和應(yīng)用的廣闊空間。
氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池（CintinuousLoopReator,簡(jiǎn)稱(chēng)CLR）作生物反應(yīng)池，混合液在該反應(yīng)池中一條閉合曝氣渠道進(jìn)行連續(xù)循環(huán)，氧化溝通常在延時(shí)曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動(dòng)裝置，向反應(yīng)池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動(dòng)的液體在閉合式渠道中循環(huán)。
氧化溝一般由溝體、曝氣設(shè)備、進(jìn)出水裝置、導(dǎo)流和混合設(shè)備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長(zhǎng)方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。
氧化溝法由于具有較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間，較低的有機(jī)負(fù)荷和較長(zhǎng)的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活性污泥法，可以省略調(diào)節(jié)池，初沉池，污泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因?yàn)榍擅罱Y(jié)合了CLR形式和曝氣裝置特定的定位布置，是式氧化溝具有獨(dú)特水力學(xué)特征和工作特性：
1)氧化溝結(jié)合推流和完全混合的特點(diǎn)，有力于克服短流和提高緩沖能力，通常在氧化溝曝氣區(qū)上游安排入流，在入流點(diǎn)的再上游點(diǎn)安排出流。入流通過(guò)曝氣區(qū)在循環(huán)中很好的被混合和分散，混合液再次圍繞CLR繼續(xù)循環(huán)。這樣，氧化溝在短期內(nèi)（如一個(gè)循環(huán)）呈推流狀態(tài)，而在長(zhǎng)期內(nèi)（如多次循環(huán)）又呈混合狀態(tài)。這兩者的結(jié)合，即使入流至少經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)而基本杜絕短流，又可以提供很大的稀釋倍數(shù)而提高了緩沖能力。同時(shí)為了防止污泥沉積，必須保證溝內(nèi)足夠的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在溝內(nèi)的停留時(shí)間又較長(zhǎng)，這就要求溝內(nèi)由較大的循環(huán)流量（一般是污水進(jìn)水流量的數(shù)倍乃至數(shù)十倍），進(jìn)入溝內(nèi)污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋?zhuān)虼搜趸瘻舷到y(tǒng)具有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，對(duì)不易降解的有機(jī)物也有較好的處理能力。
2)氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用于硝化－反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說(shuō)又是完全混合的，而液體流動(dòng)卻保持著推流前進(jìn)，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區(qū)內(nèi)溶解氧濃度是上游高，然后沿溝長(zhǎng)逐步下降，出現(xiàn)明顯的濃度梯度，到下游區(qū)溶解氧濃度就很低，基本上處于缺氧狀態(tài)。氧化溝設(shè)計(jì)可按要求安排好氧區(qū)和缺氧區(qū)實(shí)現(xiàn)硝化－反硝化工藝，不僅可以利用硝酸鹽中的氧滿(mǎn)足一定的需氧量，而且可以通過(guò)反硝化補(bǔ)充硝化過(guò)程中消耗的堿度。這些有利于節(jié)省能耗和減少甚至免去硝化過(guò)程中需要投加的化學(xué)藥品數(shù)量。
3)氧化溝溝內(nèi)功率密度的不均勻配備，有利于氧的傳質(zhì)，液體混合和污泥絮凝。傳統(tǒng)曝氣的功率密度一般僅為20－30瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒－1。這不僅有利于氧的傳遞和液體混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥顆粒。當(dāng)混合液經(jīng)平穩(wěn)的輸送區(qū)到達(dá)好氧區(qū)后期，平均速度梯度G小于30秒－1，污泥仍有再絮凝的機(jī)會(huì)，因而也能改善污泥的絮凝性能。
4)氧化溝的整體功率密度較低，可節(jié)約能源。氧化溝的混合液一旦被加速到溝中的平均流速，對(duì)于維持循環(huán)僅需克服沿程和彎道的水頭損失，因而氧化溝可比其他系統(tǒng)以低得多的整體功率密度來(lái)維持混合液流動(dòng)和活性污泥懸浮狀態(tài)。據(jù)國(guó)外的一些報(bào)道，氧化溝比常規(guī)的活性污泥法能耗降低20%－30%。
另外，據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料顯示，與其他污水生物處理方法相比，氧化溝具有處理流程簡(jiǎn)單，操作管理方便；出水水質(zhì)好，工藝可靠性強(qiáng)；基建投資省，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。
傳統(tǒng)氧化溝的脫氮，主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達(dá)到脫氮的目的。其最大的優(yōu)點(diǎn)是在不外加碳源的情況下在同一溝中實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和總氮的去除，因此是非常經(jīng)濟(jì)的。但在同一溝中好氧區(qū)與缺氧區(qū)各自的體積和溶解氧濃度很難準(zhǔn)確地加以控制，因此對(duì)除氮的效果是有限的，而對(duì)除磷幾乎不起作用。另外，在傳統(tǒng)的單溝式氧化溝中，微生物在好氧－缺氧－好氧短暫的經(jīng)常性的環(huán)境變化中使硝化菌和反硝化菌群并非總是處于最佳的生長(zhǎng)代謝環(huán)境中，由此也影響單位體積構(gòu)筑物的處理能力。
6.2 缺點(diǎn)
盡管氧化溝具有出水水質(zhì)好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、除磷脫氮效率高、污泥易穩(wěn)定、能耗省、便于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，仍存在一系列的問(wèn)題。
1、污泥膨脹問(wèn)題
當(dāng)廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負(fù)荷過(guò)高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷較高時(shí)。微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸取了大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類(lèi)物質(zhì)，使活性污泥的表面附著水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨脹。
針對(duì)污泥膨脹的起因，可采取不同對(duì)策：由缺氧、水溫高造成的，可加大曝氣量或降低進(jìn)水量以減輕負(fù)荷，或適當(dāng)降低MLSS（控制污泥回流量），使需氧量減少；如污泥負(fù)荷過(guò)高，可提高MLSS，以調(diào)整負(fù)荷，必要時(shí)可停止進(jìn)水，悶曝一段時(shí)間；可通過(guò)投加氮肥、磷肥，調(diào)整混合液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值過(guò)低，可投加石灰調(diào)節(jié)。
2、泡沫問(wèn)題
由于進(jìn)水中帶有大量油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)轉(zhuǎn)刷充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫；泥齡偏長(zhǎng)，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫，常用除沫劑有機(jī)油、煤油、硅油，投量為0.5~1.5mg/L。通過(guò)增加曝氣池污泥濃度或適當(dāng)減小曝氣量，也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當(dāng)廢水中含表面活性物質(zhì)較多時(shí)，易預(yù)先用泡沫分離法或其他方法去除。另外也可考慮增設(shè)一套除油裝置。但最重要的是要加強(qiáng)水源管理，減少含油過(guò)高廢水及其它有毒廢水的進(jìn)入。
3、污泥上浮問(wèn)題
當(dāng)廢水中含油量過(guò)大，整個(gè)系統(tǒng)泥質(zhì)變輕，在操作過(guò)程中不能很好控制其在二沉池的停留時(shí)間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上�。划�(dāng)曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在池中發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮?dú)�，使污泥上�。涣硗�，廢水中含油量過(guò)大，污泥可能挾油上浮。
發(fā)生污泥上浮后應(yīng)暫停進(jìn)水，打碎或清除污泥，判明原因，調(diào)整操作。污泥沉降性差，可投加混凝劑或惰性物質(zhì)，改善沉淀性；如進(jìn)水負(fù)荷大應(yīng)減小進(jìn)水量或加大回流量；如污泥顆粒細(xì)小可降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速；如發(fā)現(xiàn)反硝化，應(yīng)減小曝氣量，增大回流或排泥量；如發(fā)現(xiàn)污泥腐化，應(yīng)加大曝氣量，清除積泥，并設(shè)法改善池內(nèi)水力條件。
4、流速不均及污泥沉積問(wèn)題
在氧化溝中，為了獲得其獨(dú)特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。一般認(rèn)為，最低流速應(yīng)為0.15m/s，不發(fā)生沉積的平均流速應(yīng)達(dá)到0.3~0.5m/s。氧化溝的曝氣設(shè)備一般為曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)刷的浸沒(méi)深度為250~300mm，轉(zhuǎn)盤(pán)的浸沒(méi)深度為480~530mm。與氧化溝水深（3.0~3.6m）相比，轉(zhuǎn)刷只占了水深的1/10~1/12，轉(zhuǎn)盤(pán)也只占了1/6~1/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很�。ㄌ貏e是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒(méi)有流速），致使溝底大量積泥（有時(shí)積泥厚度達(dá)1.0m），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質(zhì)。
加裝上、下游導(dǎo)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。上游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤(pán)（轉(zhuǎn)刷）軸心4.0處（上游），導(dǎo)流板高度為水深的1/5~1/6，并垂直于水面安裝；下游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤(pán)（轉(zhuǎn)刷）軸心3.0m處。導(dǎo)流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。導(dǎo)流板與其他改善措施相比，不僅不會(huì)增加動(dòng)力消耗和運(yùn)轉(zhuǎn)成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動(dòng)力效率。
另外，通過(guò)在曝氣機(jī)上游設(shè)置水下推動(dòng)器也可以對(duì)曝氣轉(zhuǎn)刷底部低速區(qū)的混合液循環(huán)流動(dòng)起到積極推動(dòng)作用，從而解決氧化溝底部流速低、污泥沉積的問(wèn)題。設(shè)置水下推動(dòng)器專(zhuān)門(mén)用于推動(dòng)混合液可以使氧化溝的運(yùn)行方式更加靈活，這對(duì)于節(jié)約能源、提高效率具有十分重要的意義。
5、導(dǎo)致有較多的大腸桿菌散發(fā)到空氣中，引發(fā)了毒黃瓜的事件。
6、對(duì)于BOD較小的水質(zhì)完全沒(méi)有處理能力。
德國(guó)拉爾生產(chǎn)的Biomonitor在線(xiàn)BOD采用的是活性污泥法檢測(cè)BOD和污泥毒性，模擬污水處理廠(chǎng)曝氣池工藝，測(cè)定時(shí)間短，測(cè)量結(jié)果精確度高。
