氧化沟工艺在城市生活污水处理中的应用分析
给排水科学与工程 1118824202 黄佳
摘要:本文从城市生活污水的特点及近年来发展状况出发，结合氧化沟工艺在城市生活污水中的应用，详细介绍了氧化沟典型工艺及其技术特点，进行了简略的技术经济评估，以及氧化沟的主要工艺（脱氮除磷），并列举了氧化沟工艺启动及运行过程中的异常情况及其处理措施。
关键词：城市生活污水 氧化沟 脱氮除磷 污泥膨胀
Abstract: This article from the city sewage and the development of the situation, combined with application of oxidation ditch process in the city sewage, introduces the typical process and technical characteristics of oxidation ditch, the technical and economic assessment briefly, and the main process of oxidation ditch (nitrogen and phosphorus), and lists the abnormal situation oxidation ditch starting process and operation process and its treatment measures.
Key word：City life sewage Oxidation ditch Nitrogen and phosphorus removal Sludge bulking 1 城市生活污水 1、城市生活污水特点
生活污水主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水 中含氮、磷、硫多，致病细菌多。
改革开放以来，我国城市化也进入快速发展时期，城市数量由1978 年的190个增加到2006年的661个，城镇人口由17245 万人增加到57706 万人。城市数量与规模的迅速增加与扩张，带来了严重的城市生活污水和垃圾污染问题。近10年来，我国城市生活污水排放量每年以5% 的速度递增，在1999 年首次超过工业污水排放量，2006 年城市生活污水排放量296亿吨，占全国污水排放总量的55.3%。据统计：近几年我国工业和城市污水年排放量已达到630亿吨，并以每年18亿吨的速度增加，目前全国年排污量约为350 亿m3，但城市污水集中处理率仅为15％，全国超过80％的城市污水未经任何有效的收集处理就直接排放到附近的水体，理论上足以污染全国所有的地表水源。目前全国 90%以上的城市水域受到污染，有7 亿人在饮用大肠杆菌含量超标的水，1.7 亿人在饮用被有
机物污染的水[1]。
2、氧化沟工艺在生活污水处理中的应用
从理论上讲，氧化沟既具有推流反应的特征，又具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。正是因为有这个环流，且有能量分区的缘故，使它具有其它许多污水生物处理技术所拥有的众多优势，其中最为显著的优势是工作稳定可靠。由于具有出水水质好，运行稳定，管理方便以及区别于传统活性污泥法的一系列技术特征且在建设中可省略调节池、初沉池、污泥消化池、甚至二沉池等优点，氧化沟工艺作为污水处理的热点工艺之一正得到广泛应用。据不完全统计，目前，欧洲已有的氧化沟污水处理厂超过2000 多座，北美超过800 座，亚洲有上百座。氧化沟的处理能力由最初的服务人口仅360 人，到如今的500 万-1000 万人口当量。不仅氧化沟的数量在增长，而且其处理规模也在不断扩大，处理对象也发展到既能处理城市污水又能处理石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水及食品加工废水等工业废水。我国自80 年代亦开始应用这项技术，随着污水处理事业的极大发展，全国各地先后建起了不同规模、不同型式的氧化沟污水处理厂。 2 氧化沟工艺介绍及各及其技术特点
1、 氧化沟（oxidation ditch）又名连续循环曝气池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20 世纪50 年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的自从1954 年在荷兰的首次投入使用以来。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。至今，氧化沟技术己经历了半个多世纪的发展，在构造形式、曝气方式、运行方式等方面不断创新，出现了种类繁多、各具特色的氧化沟。
从运行方式角度考虑，氧化沟技术发展主要有两方面：一方面是按时间顺序安排为主对污水进行处理；另一方面是按空间顺序安排为主对污水进行处理。属于前者的有交替和半交替工作式氧化沟；属于后者的有连续工作分建式和合建式氧化沟。
目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟、T 型氧化沟（三沟式氧化
沟）、DE 型氧化沟和一体化氧化沟。详细分类见图2.1[1]。
2、常用氧化沟的技术特点 （1）双沟说式氧化沟
①工艺流程简单，构筑物少，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污泥在氧化沟中已经得到稳定，无需消化处理即可脱水。 ③缺氧系统不用回流污泥，节省动力。
④自动化程度高，操作简单、方便，定员及劳动强度大大降低[2]。 （2）帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟
Pasveer 氧化沟是连续式处理污水的氧化沟系统，具有分建的二次沉淀池。原污水经过格后直接进入氧化沟，与沟中的污泥混合液混合。氧化沟为一跑道形的沟渠。沟上装设一个或数个曝气器推动混合液在沟内循环流动，平均流速保持在0.3m/s 以上，使活性污泥呈悬浮状态并充氧。混合液到二沉池表面的浮渣回流到氧化沟中，剩余污泥比较稳定，经浓缩后可以直接脱水，或贮存在污泥池中以待进一步处理。
（3）卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟
Carrousel 氧化沟是一种单沟式环形氧化沟，在氧化沟的顶端设有垂直表面
曝气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水在沟道内转折巡回流动，处于完全混合形态，有机物不断氧化得以去除。Carrousel 氧化沟独特的池型与相应的曝气设备布局使之形成了靠近曝气机下游的富氧区和曝气机上游以及外环的缺氧区，这不仅有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。 3、氧化沟工艺优化
城市生活污水通过污水管网管道汇集输运至污水处理厂，进行除磷脱氮生物处理。在气候温和的江南地区，生活污水COD 一般在170～210mg/L,进水中的碳源作为动力系统进行脱氮除磷生物处理。同时城市漫长的污水管道（目前为62kg）中有适应性、降解能力很强的活性微生物，一般以厌氧菌为主存在于污水管道的有效空间内，污水在进入污水处理厂前就行良好的发酵、降解等预处理，并且工艺处理所需要的部分微生物经过变异、驯化后以适应接下来的生物除磷脱氮处理。这种预处理，相当于工艺强化了厌氧处理空间和时间的重要性，加大厌氧处理比重。总体来说，城市污水管道的作用功能不仅是汇集输运污水而且还进行的预处理对接下来的工艺处理作用至关重要。
在氧化沟中设置转碟和水下推进器，有效的形成缺氧区域，设置水下推进器（高速推进器效果更为理想），以保证沟底流速，同时有效形成缺氧区域，避免过量曝气。理论上在氧化沟中减少曝气量以形成缺氧区域会对硝化作用和生物好氧聚磷产生不利影响。实际运行中，由于该工艺较长污泥龄及良好曝气效果导致硝化进程过于顺利，适当的降低硝化效果以加强反硝化效果是合理的。而过量曝气直接导致了活性污泥的絮凝体结构松散，使得沉池淀沉池时间延长致使磷的再次释放，还会使微生物处于饥饿状态而引起自身氧化进入衰老期。氧化中DO 值上升，短期内污染活性可能很好，因为新陈代谢快，有机物分解也快，但时间一久，污泥被转碟打得又轻又碎，这种污泥色浅，活性差，耗氧速率下降，污泥体积和污泥指数增高，脱氮处理效果明显降低[3]。 4、氧化沟技术经济特点
氧化沟工艺的技术经济特点要点概括如下：
（1）工艺流程简单，构筑物少运行管理方便。一般情况下，氧化沟工艺可以比传统活性污泥法少建初沉池和污泥厌氧消化系统，基建投资少。
（2）处理效果稳定出水水质好，实际运行效果表明，氧化沟在去除BOD和SS
方面均可取得比传统活性污泥法更高质量的出水，运行也稳定可靠。
（3）基建投资省，运行费用低。由于氧化沟工艺省去初沉池和污泥厌氧消化系统，氧化沟在投资方面比传统活性污泥法节省很多。
（4）污泥量少，污泥性稳定。由于氧化沟所采用的污泥龄一般长达20～30d，污泥在沟内得到了好氧稳定，污泥生成量少。
（5）具有一定的承受水量、水质冲击负荷的能力，原污水一进入氧化沟，就会披几十倍甚至上百倍的循环流量所稀释[4]。
（6）氧化沟工艺存在一定的限制因素和适用范围。如奥贝尔氧化沟设备及建造投资较高；一体化氧化沟对固液分离器的设计和安装水平要求较高；交替运行式氧化沟最大的问题是积利用率低等。因此在实际设计中应根据当地实际情况选用合适的处理技术。
3 氧化沟处理工艺——脱氮除磷 1、生物脱氮 （1）硝化
硝化作用是指异养微生物进行氨化作用产生的氨，被硝化细菌、亚硝化细菌氧化成亚硝酸，再氧化成硝酸的过程。由于硝化菌不能储存多余的NH3-N，在一定的运行条件下，系统去除NH3-N的量是有限的，故在进水NH3-N浓度较高时，取NH3-N的去除量进行数据分析。影响硝化反应的主要因素有:温度（T）、溶解氧（DO）、污泥浓度（MLSS）或泥龄（SRT）、进水氨氮浓度等。水温是随季节而变的，在实际运行中主要通过泥龄和DO来控制系统脱氮。 （2）反硝化
反硝化是指硝酸盐氮（NO3-N）和亚硝酸盐氮（NO2-N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮的过程。根据数据统计，发现反硝化效率与进水有机物浓度（CODCr）存在明显的正比关系。进水碳源是影响系统反硝化的限制性因素，碳源浓度（CODCr）越高，系统的反硝化效率越高。另外温度和溶解氧也是影响系统反硝化的主要因素，其中温度对反硝化的影响与其对硝化的影响一样[5]。 2、生物除磷
活性污泥法处理污水时，将活性污泥交替在厌氧和好氧状态下运行，能使过量积聚磷酸盐的积磷菌占优势生长，使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥