1、氧化沟工艺氧化沟工艺氧化沟工艺概述氧化沟的形式氧化沟的脱氮除磷氧化沟的发展前景氧化沟工艺概述氧化沟工艺概述 氧化沟(oxidationditch)又名连续循环曝气池(Con tinuous loop reactor),是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺自投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点,已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。目前应用较为广泛的氧化沟类型包括:帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟、奥尔伯氧化沟、T 型氧化沟、DE 型氧化沟和一体化氧化沟。氧化沟是由荷兰卫生工程研究所在上世纪50年代研制开发的废水生物处理技术,是活性污泥法的一种改型,属延时
2、曝气的一种特殊形式。其基本特征是曝气池呈封闭、环状跑道式,池体狭长,池深较浅,在沟槽中设有表面曝气装置。废水和活性污泥以及各种微生物混合在沟渠中作不停地循环流动,完成对废水的硝化与反硝化处理。生物氧化沟兼有完全混合式、推流式和氧化塘的特点。在技术上具有净化程度高、耐冲击、运行稳定可靠、操作简单、运行管理方便、维修简单、少、能耗低等特点。氧化沟在空间上形成了好氧区、缺氧区和厌氧区,具有良好的脱氮功能。最早的氧化沟为20 世纪50 年代开发的帕斯韦尔(Pasveer)氧化沟,在沟道转弯处采用竖轴表面曝气器,在一侧沟道上设有横轴转刷曝气器,取得曝气与搅拌两个作用,二沉池与之分建;1960 年,一种结
3、构更为紧凑的奥贝尔(Orbal)氧化沟在南非被开发和使用,后被Envirex 收购,成为 USFilter 公司的一项专利;20 世纪60 年代荷兰DHV 公司开发了使用广泛的 Carrousel 氧化沟,除了能获得较高的BOD5去除效率,同时还能达到部分脱氮除磷的目的 80 年代初,开发了将二次沉淀池设置在氧化沟中的合建式氧化沟BM TS 型,并发展成现在所说的一体化氧化沟;此外,还有目前常用的多沟交替式氧化沟(双沟DE、三沟T 型)等等,形成了颇为庞大的氧化沟家族。我国近10年来在研究和推广应用氧化沟技术方面也有了很迅速的发展。据不完全统计，目前已有10余座大型氧化沟污水厂在运行中，其中邯
4、郸市东污水厂处理能力(第一期)为66,000 m3/d；昆明市第一污水厂处理能力为55,000 m3/d；桂林市东区污水厂处理能力为40,000 m3/d；金山水质净化总厂的三槽式氧化沟处理能力已经达到138,800m3/d；另外，有一些小型氧化沟，处理能力为200 1000 m3/d不等，主要用于小区及工业废水的处理。三沟式 单沟式 双沟式 AE 型 DE 型(BioDNP)DE 型(BioDN)出水堰 厌氧池 沉淀池 氧化沟 转刷 图例 1.氧化沟工艺基本原理和主要设计参数 氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。它是活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环
5、流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低其本质上属于延时曝气系统。以下为一般氧化沟法的主要设计参数：水力停留时间：1040小时；污泥龄：一般大于20天；有机负荷：0.050.15kgBOD5/(kgMLSS.d)；容积负荷：0.20.4kgBOD5/(m3.d)；活性污泥浓度：20006000mg/l；沟内平均流速：0.30.5m/s 2.氧化沟的特点 氧化沟利用连续环式反应池（Cintinuous Loop Reator,简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方
6、向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状，沟端面形状多为矩形和梯形。2.1 2.1 氧化沟的工艺特点氧化沟的工艺特点（1）简化了预处理 氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法厂，悬浮有机物可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化沟可不设初沉池，污泥不需要进行厌氧消化。（2）占地面积少 因为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，使污水厂总占地面积不仅没有增
7、大，相反还可缩小。（3）具有推流式流态的特征 氧化沟具有推流特性，使得溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧和厌氧条件。通过对系统合理的设计与控制，可以取得较好的脱氮除磷效果。（4）简化了工艺 将氧化沟和二沉池合建为一体式氧化沟，以及近年来发展的交替工作的氧化沟，可不用二沉池，从而使处理流程更为简化。2.22.2氧化沟的技术特点氧化沟的技术特点 （1）构造形式的多样性 氧化沟沟的基本形式呈封闭的沟渠形，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，可以是单沟或多沟，多沟系统可以是一组同心的互相连通的沟渠（如奥贝尔氧化沟），也可以是互相平行、尺寸相同的一组沟渠（如三沟式
8、氧化沟），有与二沉池分建的氧化沟，也有合建的氧化沟。（2）氧化沟的曝气设备的多样性 常用的曝气装置有转刷、转盘和微孔曝气等。（3）曝气强度的可调节形 氧化沟的曝气强度可以调节，其一式通过出水溢流堰调节堰的高度改变沟渠内水深，进而改变曝气装置的淹没深度，改变氧量已适应运行的需要。淹没深度的变化对于曝气设备的推动力也会产生影响，从而也可对水的流速起一定的调节作用。其二式通过曝气器的转速进行调节，从而可以调整曝气强度和推动力。3.氧化沟技术的发展 自1920年英国sheffield建立的污水厂成为氧化沟技术先驱以来，氧化沟技术一直在不断的发展和完善。其技术方面的提高是在两个方面同时展开的：一是工艺的
9、改良；二是曝气设备的革新。3.1 3.1 工艺的改良工艺的改良工艺的改良过程大致可分为四个阶段：u初期氧化沟，1954年，Pasveer教授建造的Voorshopen 氧化沟，间歇运行。分进水、曝气净化、沉 淀和排水四个基本工序。u规模型氧化沟，增加沉淀池，使曝气和沉淀分别在两个区 域进行，可以连续进水。u多样型氧化沟，考虑脱氮除磷等要求，著名的有DE型氧 化沟，Carrousel氧化沟及Orbal氧化沟等。u一体化氧化沟，时空调配型（D型，VR型，T型等）合建 式（BMTS式，侧沟式，中心岛式等）。3.2 曝气设备的革新 曝气设备对氧化沟的处理效率，能耗及处理稳定性有关键性影响，其作用主要表
10、现在以下四个方面：向水中供氧；推进水流前进，使水流在池内作循环流动；保证沟内活性污泥处于悬浮状态；使氧、有机物、微生物充分混合。针对以上几个要求，曝气设备也一直在改进和完善。常规的氧化沟曝气设备有横轴曝气装置及竖轴曝气装置。1)横轴曝气装置为转刷和转盘。其中转刷更为常见，转刷单独使用通常只能满足水深较浅的氧化沟，有效水深不大于2.03.5米。从而造成传统氧化沟较浅，占地面积大的弊端。近几年开发了水下推进器配合转刷，解决了这个问题，如山东高密污水厂，有效水深为4.5米，保证沟内平均流速大于0.3米/秒，沟底流速不低于0.1米/秒，这样氧化沟占地大大减少，转刷技术运用已相当成熟，但因其供氧率低，能
11、耗大，故其逐渐被另外先进的曝气技术所取代。2)竖轴式表面曝气机，各种类型的表面曝气机均可用于氧化沟，一般安装在沟渠的转弯处，这种曝气装置有较大的提升能力，氧化沟水深可达44.5米，如1968年荷兰PHV开发的著名Carrousel氧化沟在一端的中心设垂直轴的一定方向的低速表曝叶轮，叶轮转动时除向污水供氧外，还能使沟中水体沿一定方向循环流动。表曝设备价格较便宜，但能耗大易出故障，且维修困难。3)射流曝气，1969年Lewrnpt等创建了第一座试验性射流曝气氧化沟（JAC），国外的射流曝气多为压力供气式，而国内通常是自吸空气式，JAC的优点是氧化沟的宽度和水的深度不受限制，可以用于深水曝气，且氧的
12、利用率高，目前最大的JAC在奥地利的林茨，处理流量为17.2万吨/天，水深7.5米。4)微孔曝气，现在应用较多的微孔曝气装置，采用多孔性空气扩散装置克服了以往装置气压损失大，易堵塞的毛病，且氧利用率较高，在氧化沟技术运用中越来越广泛，目前，我国广东省某污水厂已成功运用此种曝气系统。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。5)其他曝气设备，包括一些新型的曝气推动设备，如浙江某公司开发的复叶节流新型曝气器，氧利用率较高，浮于水面，易检修，充氧能力可达水下7米，推动能力相当强，满足氧化沟的曝气推动一体化要求，同时能够满足氧化沟底部的充氧和推动。氧化沟在国内外都发展很快。欧州的氧化沟污水厂已有上千
13、座，在国内，从20世纪80年代末开始在城市污水和工业废水中引进国外氧化沟的先进技术，从原来的日处理量3000立方米到目前10万吨以上的污水处理厂已比较普遍，氧化沟工艺已成为我国城市污水处理的主要工艺。交替式氧化沟在脱氮效果上良好，为了达到除磷效果，通常在氧化沟前设置相应的厌氧区或构筑物或改变其运行方式。表曝设备价格较便宜，但能耗大易出故障，且维修困难。其BOD5去除率可达95%99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%。一体化氧化沟，时空调配型（D型，VR型，T型等）合建用这种方法，Orbal系统具有接近推流反应器的特性，可以达到快速去除有机物和氨氮的效果。由于曝气盘上有大量的曝气孔和楔形
14、突出物，增加了推进混合和充氧效率，水深可达3.其最大的优点是在不外加碳源的情况下在同一沟中实现有机物和总氮的去除，因此是非常经济的。经过几十年的使用、研究、开发和改进，氧化沟系统在池型结构、运行方式、曝气装置、处理规模和使用范围等方面都得到了长足的发展。交替式氧化沟 交替式氧化沟是SBR工艺与传统氧化沟工艺组合的结果。目前主要应用的两种交替式氧化沟（DE）型和三沟（T）型，交替式氧化沟可以采用具有脱氮或具有脱氮脱磷工艺等方式设计或运行。两种交替氧化沟主要工艺特征见表，其示意图见图。类型处理对象系统中沟的数量各沟的功能分工设置单独的沉淀池DE型BOD5,SS,TN2氧化；反硝化需要DE型BOD5
15、,SS,TN,TP2氧化/磷的吸收；反硝化需要T型BOD5,SS,NH3-N3氧化；沉淀不需要T型BOD5,SS,TN3氧化；反硝化；沉淀不需要 两沟（DE）型氧化沟整个系统由两条相互联系的氧化沟与单独设立的沉淀池组成。氧化沟仅进行生化反应，而固液分离过程在沉淀池中完成。这样提高了设备和构筑物的利用率。为提高除磷效果在交替式氧化沟之前可设厌氧池，这样做也对污泥膨胀起到抑制作用。三沟（T）型氧化沟是以3条相互联系的氧化沟作为一个整体，每条沟都装有用于曝气和推动循环的转刷。在三沟式氧化沟运行时，污水由进水配水井进行3条沟的进水配水切换，进水在氧化沟内，根据已设定的程序进行工艺反应。常采用的布置形式
16、是3条沟并排布置，利用沟壁上的连通孔相互连接，图为并排布置的T型氧化沟系统组成。在T型氧化沟系统中，3条沟交替变化工作方式，其中两条沟用于生化反应，另一条用作固液分离。交替式氧化沟系统实际上是个单个氧化沟的不同组合。运行中，根据使用情况还可以进行更多的组合，这是交替氧化沟系统的突出优点。BOAT式一体化氧化沟图式一体化氧化沟图I一污泥斗；2、4溢流堰；3一回流孔；5船式分离器中心岛式一体化氧化沟图中心岛式一体化氧化沟图三、氧化沟的脱氮除磷3.1 传统氧化沟的脱氮除磷 传统氧化沟的脱氮，主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设计，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮的目的。其
17、最大的优点是在不外加碳源的情况下在同一沟中实现有机物和总氮的去除，因此是非常经济的。但在同一沟中好氧区与缺氧区各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因此对除氮的效果是有限的，而对除磷几乎不起作用。另外，在传统的单沟式氧化沟中，微生物在好氧缺氧好氧短暂的经常性的环境变化中使硝化菌和反硝化菌群并非总是处于最佳的生长代谢环境中，由此也影响单位体积构筑物的处理能力。随着氧化沟工艺的反展，目前，在工程应用中比较有代表性的有形式有：多沟交替式氧化沟（如三沟式，五沟式）及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔(Orbal)氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等。他们都具有一定的脱氮除磷能力：PI（Phas
18、eIsolation）型氧化沟，即交替式和半交替式氧化沟，是七十年代在丹麦发展起来的，其中包括DE型、T型和VR型氧化沟，随着各国对污水处理厂出水氮，磷含量要求越来越严，因而开发出现了功能加强的PI型氧化沟，主要由Kruger公司与Demmark技术学院合作开发的，称为Bio-Denitro和Bio-Denipho工艺，这两种工艺都是根据A/O和A2/O生物脱氮除磷原理，创造缺氧/好氧，厌氧/缺氧/好氧的工艺环境，达到生物脱氮除磷的目的。DE型氧化沟为双沟系统，T型氧化沟为三沟系统，其运行方式比较相似，都是通过配水井对水流流向的切换，堰门的起闭以及曝气转刷的调速，在沟中创造交替的硝化，反硝化条
19、件，以达到脱氮的目的。其不同之处在于DE型氧化沟系统是二沉池与氧化沟分建，有独立的污泥回流系统；而T型氧化沟的两侧沟轮流作为沉淀池。VR氧化沟沟型宛如通常的环形跑道，中央有一小岛的直壁结构，氧化沟分为两个容积相当的部分，其水平形式如反向的英文字母C，污水处理通过二道拍门和二道出流堰交替起闭进行连续和恒水位运行。交替式氧化沟在脱氮效果上良好，为了达到除磷效果，通常在氧化沟前设置相应的厌氧区或构筑物或改变其运行方式。据国内外实际运行经验显示，这种同时脱氮除磷工艺只要运行时控制的好，可以取得很好的脱氮除磷效果。西安北石桥污水净化中心采用具有脱氮除磷的DE型氧化沟系统（前加厌氧池），一期工程处理能力为
20、15万立方米/天，对各阶段处理效果实测结果表明，DE型氧化沟处理城市污水效果显著。COD、TN、TP的总去除效率分别达到87.5%91.6%，63.6%66.9%，85.0%93.4%，出水TN为9.010.1mg/l,TP为0.420.45mg/l,出水水质优于国家二级出水排放标准。上述三种PI型氧化沟脱氮除磷工艺都有转刷的调速，活门、出水堰的启闭切换频繁的特点，对自动化要求高，转刷利用率低，故在经济欠发达的地区受到很大的限制。3.3 奥贝尔氧化沟脱氮除磷工艺 Orbal氧化沟简称同心圆式，它也是分建式，有单独二沉池，采用转碟曝气，沟深较大，它的脱氮效果很好，但除磷效率不够高，要求除磷时还需
21、前加厌氧池。应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.04.5m,动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。3.4 卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺 卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有 省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费
22、用低等优点。Carrousel氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.04.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达95%99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%，如投加铁盐，除磷效率可达95%。单级卡鲁塞尔氧化沟有两种形式：一是有缺氧段的卡鲁塞尔氧化沟，可在单一池内实现部分反硝化作用，使用于有部分反硝化要求，但要求不高的场合。另一种是卡鲁塞尔A/C工艺，即在氧化沟上游加设厌氧池，可提高活性污泥的沉降性能，有效控制活性污泥膨胀，出水磷的含量通常2.0mg/l以下。以上两种工艺
23、一般用于现有氧化沟的改造，与标准的卡鲁塞尔氧化沟工艺相比变动不大，相当于传统活性污泥工艺的A/O和A2/O工艺。缺氧区与好氧区合建式氧化沟式 EIMCO公司专为卡鲁塞尔系统设计的一种先进的生物脱氮除磷工艺（卡鲁塞尔2000型）。它的构造上的主要改进是在氧化沟内设置了一其BOD5去除率可达95%99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%。以下介绍几种常用的典型的氧化沟系统。其基本特征是曝气池呈封闭、环状跑道式,池体狭长,池深较浅,在沟槽中设有表面曝气装置。自1920年英国sheffield建立的污水厂成为氧化沟技术先驱以来，氧化沟技术一直在不断的发展和完善。三沟（T）型氧化沟是以3条相互联系
24、的氧化沟作为一个整体，每条沟都装有用于曝气和推动循环的转刷。5米，保证沟内平均流速大于0.缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门。污泥龄：一般大于20天；（3）曝气强度的可调节形 氧化沟的曝气强度可以调节，其一式通过出水溢流堰调节堰的高度改变沟渠内水深，进而改变曝气装置的淹没深度，改变氧量已适应运行的需要。活性污泥浓度：20006000mg/l；造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少：(1)在第一渠内仅提供将BOD物质氧化稳定所需的氧，保持溶解氧为0或接近0，既可节约供氧的能耗，也可为反硝化创造条件；(2)在第一渠缺氧条件下，微生物可进行磷的释放，以便它们在好氧环境下吸收废水中的磷，
25、达到除磷效果；缺氧和好氧区合建式氧化沟的关键在与于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠处的混合液处于缺氧状态，为反硝化创造良好环境。5m，并保持沟底流速0.至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有 省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。个独立的缺氧区。缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门。根据出水含氮量的要求，调节活门张开程度，可控制进入缺氧区的流量。缺氧和好氧区合建式氧化沟的关键在与于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠处的混合液处于缺氧状态，为反硝化创造良好环境。缺氧区内有潜水搅拌器，具有混合和维持污泥悬浮的作用。
26、在卡鲁塞尔2000型基础上增加前置厌氧区，可以达到脱氮除磷的目的，被称为A2/C卡鲁塞尔氧化沟。四阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统在卡鲁塞尔2000型系统下游增加了第二缺氧池及再曝气池，实现更高程度的脱氮。五阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统在A2/C卡鲁塞尔系统的下游增加了第二缺氧池和在曝气池，实现更高程度的脱氮和除磷 综上所述，厌氧，缺氧与好氧合建的氧化沟系统可以分为三阶段A2/O系统以及四、五阶段Bardenpho系统，这几个系统均是A/O系统的强化和反复，因此这种工艺的脱氮除磷效果很好，脱氮率达90%95%。是指集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独二沉池的氧化沟。
27、这种氧化沟设有专门的固液分离装置和措施。它既是连续进出水，又是合建式，且不用倒换功能，从理论上讲最经济合理，且具有很好的脱氮除磷效果。一体化氧化沟除一般氧化沟所具有的优点外，还有以下独特的优点：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，少、能耗低、占地少、管理简便；造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；固液分离效果比一般二次沉淀池高，使系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。四、氧化沟的发展前景 经过几十年的使用、研究、开发和改进，氧化沟系统在池型结构、运行方式、曝气装置、处理规模和使用范围等方面都得到了长足的发展。据资料介绍，迄今欧洲已有的氧化沟污水处理厂超过2000座，北美超过800座，中国目前正在建造和已投入运行氧化沟的也有很多，氧化沟自问世以来，经久不衰的一个重要原因是污水在一个闭合沟渠中完成污水净化。从理论上讲，它既有推流反应的特征，又有完全混合反应的优势。前者使其具有出水优良的条件，后者使其具有抗冲击负荷的能力，正因为有这个环流，且有能量区分的缘故，使它具有其他许多污水生物处理技术所拥有的众多优势，其中最为显著的是工作稳定可靠。
