鐘 理，李文輝，2

(1.華南理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.佛山桂城污水處理廠，廣東 佛山 528200)

氧化溝工藝是活性污泥法的一種改進(jìn)工藝，其曝氣池呈首尾循環(huán)、封閉的溝渠型，污水滲入其中得到凈化，所以它在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)的活性污泥法。傳統(tǒng)上應(yīng)用較為廣泛的氧化溝工藝包括Pasveer氧化溝、Carrousel氧化溝、Orbal氧化溝、DE型氧化溝和一體化氧化溝[1-4]。不同氧化溝由于在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上存在差異而各具特點(diǎn)。三槽式氧化溝是在傳統(tǒng)的氧化溝處理工藝基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)。按好氧、缺氧、沉淀3種不同的工藝條件運(yùn)行，與傳統(tǒng)氧化溝相比，三槽式氧化溝除了具有一般氧化溝的優(yōu)點(diǎn)外，污水生化處理過(guò)程的曝氣和沉淀均在氧化溝內(nèi)交替進(jìn)行，因此具有不需另加沉淀池和污泥回流系統(tǒng)及管理方便等優(yōu)點(diǎn)。作者針對(duì)廣東省佛山桂城污水處理廠三槽式氧化溝處理城市生活污水過(guò)程和工藝開(kāi)展研究，分析和探討了不同操作與運(yùn)行條件對(duì)污水處理效果的影響，獲得了適宜的操作參數(shù)，并與傳統(tǒng)氧化溝污水處理工藝進(jìn)行對(duì)比，為三槽式氧化溝污水處理工藝推廣應(yīng)用提供參考。

1 三槽式氧化溝工藝流程

廣東佛山桂城污水處理廠三槽式氧化溝工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。主要由進(jìn)水泵、格柵、沉砂池、刮砂機(jī)、輸砂機(jī)、曝氣機(jī)等組成。格柵用于隔離去除污水夾雜部份固體垃圾和硬物；刮砂機(jī)安裝在沉砂池底部，刮除沉砂池內(nèi)的沉積物，配備了2臺(tái)刮砂機(jī)；輸砂機(jī)把刮砂后的殘?jiān)斔偷嚼斑\(yùn)走，配備2臺(tái)LXB-300螺旋輸砂機(jī)；轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)除了推動(dòng)水流前進(jìn)，還起曝氣作用，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程轉(zhuǎn)刷機(jī)把空氣帶入水中形成曝氣，為好氧處理提供條件。三槽式氧化溝的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2，配水井是一個(gè)邊長(zhǎng)3 m、高4 m的三角型配水井，內(nèi)設(shè)3個(gè)長(zhǎng)4 m的堰門(mén)，堰門(mén)開(kāi)關(guān)根據(jù)三槽式氧化溝各槽運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。氧化溝的尺寸為77 m×33 m，水深3.3 m，總有效容積為9 035 m3，水力停留時(shí)間為14.5 h,污水處理量為1.5萬(wàn)t/d，池內(nèi)配備10臺(tái)德國(guó)GTA-100/50S-H1型轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)，三槽中轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)的分配為4臺(tái)、2臺(tái)、4臺(tái)，是氧化溝的主要運(yùn)行設(shè)備。三槽式氧化溝采用三溝運(yùn)行，分6個(gè)階段運(yùn)行。第1階段：污水通過(guò)配水井堰門(mén)進(jìn)入第一溝，進(jìn)行生物氧化，接著廢水與活性污泥進(jìn)入第二溝生物氧化和硝化后進(jìn)入第三溝，沉淀后排出；第2階段：污水從第一溝轉(zhuǎn)向第二溝，經(jīng)第二溝處理過(guò)的污水與活性污泥一起進(jìn)入第三溝，第三溝仍作為沉淀池，沉淀后的廢水排出；第3階段：污水進(jìn)入第二溝，處理后的污水通過(guò)第三溝出水堰排出；第4階段：污水從第二溝轉(zhuǎn)入第三溝，經(jīng)生物處理的污水污泥從第三溝流回第二溝，經(jīng)曝氣后再流回第一溝，經(jīng)沉淀后清液通過(guò)第一溝排出；第5階段：階段5與階段2類似，所不同的僅僅是2個(gè)外溝功能相反；第6階段：該階段基本與階段3類似。6個(gè)階段全部完成后即進(jìn)行了一次溝體循環(huán)。

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖

圖2 三槽式氧化溝

2 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定(HCA—100標(biāo)準(zhǔn)COD消解器，江蘇姜堰市華晨?jī)x器有限公司)；固體懸浮物SS采用重量法GB/T11901測(cè)定；氨氮采用HJ535—2009納氏試劑分光光度法，即原GB 7479—87進(jìn)行測(cè)定；pH值采用電極法測(cè)定；水中溶解氧DO采用便攜式溶解氧儀(HQ30d，HACH)測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

污水處理廠主要處理日常生活污水，污水通過(guò)城市排污管道收集到污水處理廠。污水廠原有的傳統(tǒng)氧化溝工藝污水處理能力為1萬(wàn)t/d，新建的三槽式氧化溝污水處理能力為1.5萬(wàn)t/d，2種工藝污水的水力停留時(shí)間為14.5 h，污泥齡變化范圍約為14～18 d。城市生活污水主要污染物見(jiàn)表1，數(shù)據(jù)來(lái)自2009年1月～12月廣東佛山桂城污水處理廠監(jiān)測(cè)結(jié)果。

表1 污水水質(zhì)

3.1 不同污水進(jìn)水COD對(duì)去除率的影響

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水COD與去除率的關(guān)系見(jiàn)圖3。

進(jìn)水COD/(mg·L-1)圖3 污水進(jìn)水COD與去除率關(guān)系

從圖3可看出，隨著進(jìn)水COD增加，去除率呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，但上升過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，當(dāng)COD在100 mg/L以下去除率約為89%，當(dāng)進(jìn)水COD在100～200 mg/L時(shí)，去除率達(dá)到90%以上，進(jìn)水COD大于200 mg/L，去除率均超過(guò)95%。進(jìn)水濃度越大整體去除率也越高。這是因?yàn)楫?dāng)污水濃度較低，氧化溝內(nèi)微生物處于饑餓狀態(tài)，生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物不足，生物活性下降，一旦微生物的更新增長(zhǎng)速率低于衰老速率，會(huì)出現(xiàn)大量微生物老化、死亡現(xiàn)象，進(jìn)水COD較低導(dǎo)致了處理效果下降[5-6]。當(dāng)進(jìn)水的COD增加，氧化溝內(nèi)微生物可獲得足夠生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物，COD處理效率提高，當(dāng)COD超過(guò)1 000 mg/L，微生物的更新增長(zhǎng)速率與衰老速率達(dá)到平衡，去除率趨于平緩，基本保持在98%以上。

3.2 不同污水進(jìn)水SS對(duì)去除率的影響

2009年5月5日～15日期間，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水SS與去除率的關(guān)系見(jiàn)圖4。

進(jìn)水SS/(mg·L-1)圖4 污水進(jìn)水SS與去除率關(guān)系

從圖4可看出，SS去除率隨著進(jìn)水SS的增加而增加，進(jìn)水SS小于80 mg/L時(shí)，去除率約90%，當(dāng)進(jìn)水SS超過(guò)800 mg/L，去除率高達(dá)98%以上，在整個(gè)進(jìn)水范圍，SS的去除率均在90%以上，表明三槽式氧化溝設(shè)計(jì)能力可達(dá)到污水處理能力1.5萬(wàn)t/d。

3.3 不同污水進(jìn)水ρ(NH3—N)對(duì)去除率的影響

2009年5月5日～15日期間，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水ρ(NH3—N)與去除率關(guān)系見(jiàn)圖5。從圖5可看出，進(jìn)水ρ(NH3—N)變化對(duì)去除率影響與COD和SS不同，去除率并沒(méi)有隨著進(jìn)水ρ(NH3—N)的增加而上升。進(jìn)水濃度對(duì)去除率的影響不顯著，進(jìn)水ρ(NH3—N)=30～40 mg/L平均去除率略低些，但在整個(gè)ρ(NH3—N)范圍，去除率均維持在92%～97%。

進(jìn)水ρ(NH3—N)/(mg·L-1)圖5 污水進(jìn)水ρ(NH3—N)與去除率關(guān)系

圖3～圖5結(jié)果還表明，當(dāng)進(jìn)水污染物較高，如COD、SS、NH3—N由最低時(shí)90、50和4增加到最高時(shí)1 480(高達(dá)15倍)、1350(高達(dá)27倍)、48(高達(dá)12倍)，污水的處理效率并沒(méi)有下降，說(shuō)明三槽式氧化溝具有較強(qiáng)抗沖擊能力。

3.4 溶解氧對(duì)污染物降解效果的影響

溶解氧是氧化溝處理工藝一個(gè)重要的控制參數(shù)。溶解氧對(duì)其生命活動(dòng)有重要的影響作用[16]。三槽式氧化溝工藝的DO大小是通過(guò)改變曝氣量來(lái)調(diào)節(jié)。從操作工藝過(guò)程可以觀察到，當(dāng)氧化溝溶解氧充足時(shí)處理后污水的惡臭氣味會(huì)減弱，COD、SS、NH3—N的去除率較高。如果水中溶解氧不足(DO<0.8 mg/L)，生物活性降低，出水污染物濃度增加。相反，如果DO過(guò)高，會(huì)造成工藝過(guò)程溶解氧剩余，造成浪費(fèi)，使運(yùn)行費(fèi)用增加。研究結(jié)果表明，為了確保氧化溝內(nèi)微生物有較高降解活性，對(duì)COD和SS去除而言，DO維持在1～3 mg/L；而對(duì)于NH3—N去除所需DO相對(duì)高些，因NH3—N的去除是一個(gè)硝化與反硝化的過(guò)程，硝化是一個(gè)高耗氧反應(yīng)，氨氮在有氧存在下被微生物氧化為亞硝酸鹽，并進(jìn)一步氧化為硝酸鹽，反硝化過(guò)程是以硝酸鹽為電子受體，以有機(jī)氮作為電子供體，通過(guò)生物異化還原轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮從水中逸出，或通過(guò)生物同化還原轉(zhuǎn)化為氨氮進(jìn)入生物合成的過(guò)程[8]。DO主要為硝化反應(yīng)的進(jìn)行提供充足的氧氣，運(yùn)行結(jié)果表明，溶解氧維持在2～4.5 mg/L較適宜。

3.5 pH值對(duì)污染物去除率的影響

pH值是監(jiān)測(cè)水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，該城市生活污水進(jìn)水pH=7.05～8.20、出水pH=6.64～7.98，符合《城鎮(zhèn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、水力停留時(shí)間14.5 h，三槽式氧化溝工藝污水進(jìn)水pH值與污染物去除率的關(guān)系見(jiàn)圖6。從圖6可見(jiàn)，當(dāng)進(jìn)水pH值改變，COD、SS和NH3—N的去除率有一些變化，除個(gè)別點(diǎn)波動(dòng)較大外，去除率總體隨pH值變化并不顯著，表明進(jìn)水pH值對(duì)污染物去除率影響較小，不必調(diào)節(jié)污水pH值。

pH值圖6 進(jìn)水pH對(duì)污染物去除率影響

3.6 操作溫度對(duì)污染物去除率的影響

三槽式氧化溝是一個(gè)開(kāi)放的體系，環(huán)境溫度會(huì)影響氧化溝的處理過(guò)程，處理廠地處南方沿海地區(qū)，冬夏的水溫在10～35 ℃。作者考察了在該溫度范圍內(nèi)污染物的去除效果。2009年1月～12月，進(jìn)水pH=7.05～8.20、水力停留時(shí)間14.5 h時(shí)，不同溫度與COD、SS和NH3—N平均去除率的關(guān)系見(jiàn)圖7。當(dāng)溫度變化，COD的去除率基本維持在90%～97%，SS去除率基本維持在85%～98%，NH3—N去除率保持在88%～96%，盡管在某些溫度時(shí)去除率有些波動(dòng)，但整體變化不太明顯。表明在一年四季期間，三槽式氧化溝保持較高的處理效率。

t/℃圖7 溫度對(duì)污染物去除率影響

3.7 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)比

污水處理廠原有傳統(tǒng)氧化溝，新建了三槽式氧化溝，兩者以并聯(lián)方式同時(shí)處理城市污水，進(jìn)水污染物種類、濃度、停留時(shí)間與工作環(huán)境基本相同，下面考察了2種氧化溝對(duì)COD、SS和NH3—N的去除狀況。

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h、不同進(jìn)水COD時(shí)，傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)COD的平均去除率比較見(jiàn)表2。

表2 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)COD平均去除率比較

表2結(jié)果表明，在不同進(jìn)水COD時(shí)，三槽式氧化溝對(duì)COD的平均去除效果均優(yōu)于傳統(tǒng)氧化溝，尤其是在低的COD時(shí)顯得更明顯。

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h、不同進(jìn)水SS時(shí)，傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)SS的平均去除率比較見(jiàn)表3。

表3 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)SS平均去除率比較

結(jié)果顯示，三槽式氧化溝在不同的進(jìn)水SS時(shí)去除率均高于傳統(tǒng)氧化溝，特別是在進(jìn)水SS<80 mg/L，三槽式氧化溝SS平均去除率比傳統(tǒng)氧化溝高出近10%。

2009年5月5日～15日，操作溫度約25 ℃、進(jìn)水pH=7.5、水力停留時(shí)間14.5 h、不同進(jìn)水ρ(NH3—N)時(shí)，傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)NH3—N的平均去除率比較見(jiàn)表4。

表4 傳統(tǒng)氧化溝與三槽式氧化溝對(duì)NH3—N平均去除率比較

結(jié)果表明，三槽式氧化溝在不同的進(jìn)水ρ(NH3—N)時(shí)去除率均高于傳統(tǒng)氧化溝，當(dāng)進(jìn)水ρ(NH3—N)=30～40 mg/L，三槽式氧化溝平均去除率比傳統(tǒng)氧化溝高出10%。

4 結(jié) 論

三槽式氧化溝工藝可以有效地處理城市生活污水，且具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。當(dāng)污水進(jìn)水的COD=90～1 480 mg/L、SS=55～1 350 mg/L、ρ(NH3—N)=4～48 mg/L、pH=7.05～8.20，經(jīng)三槽式氧化溝處理后污水可達(dá)標(biāo)排放。污水處理量為1.5萬(wàn)t/d，水力停留時(shí)間14.5h，適宜的操作條件為pH=7～8，溶解氧在1～4.5 mg/L，溫度為10～35 ℃。與傳統(tǒng)的氧化溝工藝對(duì)比，三槽式氧化溝工藝具有一定優(yōu)勢(shì)。

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