張 琦，周遠(yuǎn)濤，郭佳偉，馬 杰，趙 梁，楊 勇

（西安創(chuàng)業(yè)水務(wù)有限公司，陜西西安 710086）

DE氧化溝工藝起源于 20世紀(jì)末，采用表面曝氣， 2個(gè)溝相互連通，通過(guò)半交替運(yùn)行的方式使雙溝處于厭氧和好氧的循環(huán)狀態(tài)，從而達(dá)到脫氮的目的。

西安創(chuàng)業(yè)水務(wù)有限公司北石橋污水廠的 10萬(wàn)t/d處理單元正是采用表曝DE氧化溝的運(yùn)行工藝，項(xiàng)目始建于 20世紀(jì)90年代，設(shè)計(jì)規(guī)模為 15萬(wàn)m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918— 2002）》一級(jí)B類。后于 2014年進(jìn)行提標(biāo)改造，前端增加厭氧池，將 15萬(wàn)m3/d的處理規(guī)模減容降負(fù)荷為 10萬(wàn)m3/d，后端增加混凝過(guò)濾設(shè)施。經(jīng)過(guò)提標(biāo)后，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 18918— 2002一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)。 2019年黃河流域各污水廠推行準(zhǔn)Ⅳ類水提標(biāo)政策，對(duì)DE氧化溝能否穩(wěn)定達(dá)到新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。原有的池容已經(jīng)無(wú)法滿足準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)指標(biāo)的要求，在無(wú)法增加池容的條件下，只能通過(guò)投加MBBR填料提升池中污泥濃度上限來(lái)彌補(bǔ)池容不足的缺陷〔1-4〕。但MBBR填料只能在底曝模式下在池中懸浮運(yùn)行，因此，表曝改底曝后能否繼續(xù)保持該工藝高效穩(wěn)定運(yùn)行是本研究的重點(diǎn)〔5-8〕。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水與接種污泥

實(shí)驗(yàn)用水取自北石橋廠曝氣沉砂池出水，接種污泥為DE氧化溝中污泥。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置為根據(jù)DE氧化溝雙溝以及三溝流態(tài)制作的有機(jī)玻璃模型，配有進(jìn)水泵、回流泵、推流器、進(jìn)出水電動(dòng)閥、液位計(jì)、流量計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)、MBBR填料、PLC控制柜，曝氣采用底曝形式。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

進(jìn)水為北石橋污水廠曝氣沉砂池出水，進(jìn)水流量通過(guò)裝置前端的流量計(jì)計(jì)量，進(jìn)水和各組溝的進(jìn)氣端均設(shè)置電磁閥，通過(guò)PLC模塊控制風(fēng)機(jī)、推流器、電磁閥等設(shè)備的啟停。實(shí)驗(yàn)裝置有效容積為 1.5 m3，模擬實(shí)際停留時(shí)間 14 h，實(shí)驗(yàn)進(jìn)水量設(shè)置為 107 L/h，污泥質(zhì)量濃度控制為5000～6000 mg/L。

進(jìn)水啟動(dòng)前直接將北石橋氧化溝5000～6000mg/L的混合污泥直接加滿至實(shí)驗(yàn)裝置，按照DE氧化溝運(yùn)行工況在PLC運(yùn)行界面上設(shè)置好啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、推流器、電磁閥的運(yùn)行參數(shù)。雙溝模式初次啟動(dòng)的參數(shù)設(shè)置模擬北石橋現(xiàn)有表曝氧化溝的運(yùn)行參數(shù)，即 1個(gè)運(yùn)行周期為4 h，一三階段與二四階段的時(shí)間比為 1∶5。三溝模式因?yàn)闆](méi)有現(xiàn)實(shí)參考數(shù)據(jù)，啟動(dòng)周期設(shè)置為3 h，每個(gè)階段時(shí)間為 1 h。

在設(shè)置相同進(jìn)水水質(zhì)、水量、曝氣風(fēng)量、水力停留時(shí)間、活性污泥等參數(shù)的情況下，對(duì)底曝雙溝交替運(yùn)行和底曝三溝交替運(yùn)行模式下出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察 2種運(yùn)行模式下出水水質(zhì)的變化。

再投加MBBR填料，待掛膜運(yùn)行穩(wěn)定后觀察 2種運(yùn)行模式下出水水質(zhì)的變化。保持進(jìn)水水質(zhì)不變，出水水質(zhì)若能達(dá)到污染物控制標(biāo)準(zhǔn)以下，則認(rèn)為改造方案可行。

表 1為進(jìn)出水水質(zhì)主要污染物控制標(biāo)準(zhǔn)。

西方人民在長(zhǎng)期改造自然的過(guò)程中衍生出了“物我分離”的思想，注重客觀事物對(duì)人產(chǎn)生的作用和影響，嚴(yán)格區(qū)分主客體，習(xí)慣了以物本為主體的客體思維方式，語(yǔ)言表達(dá)上力求客觀、公正、嚴(yán)謹(jǐn)。相反，中國(guó)古代哲學(xué)家所倡導(dǎo)的是“天人合一”的思想，強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧統(tǒng)一，因此形成了漢民族以人為中心的主體性思維方式。換句話來(lái)說(shuō)就是，英語(yǔ)傾向于客體性描述，漢語(yǔ)注重本體性敘述。這兩種不同的思維方式在語(yǔ)言上的反映就是，英語(yǔ)大多以物或抽象概念為主語(yǔ)，且不存在無(wú)主句；而漢語(yǔ)則習(xí)慣以人為主語(yǔ)，有時(shí)甚至?xí)[含或省略人稱，產(chǎn)生無(wú)主句。以下句為例：

表 1 進(jìn)出水水質(zhì)主要污染物控制標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Water quality control standards for the main pollutants of influent and effluent

1.4 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分析

根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第4版）中標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量水質(zhì)參數(shù)：COD采用重鉻酸鉀法；BOD5采用稀釋接種法；TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消減-紫外分光光度計(jì)法；NH4+-N采用納氏試劑分光光度計(jì)法?；旌弦簯腋」腆w（MLSS）和污泥容積指數(shù)（SVI）使用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試。使用光學(xué)顯微鏡觀察污泥的形態(tài)〔11〕。

2 結(jié)果與討論

2.1 2種運(yùn)行模式原理

2.1.1 雙溝式氧化溝

雙溝式氧化溝為周期連續(xù)運(yùn)行，一個(gè)周期分為4個(gè)階段，好氧和缺氧交替運(yùn)行，一、三階段實(shí)現(xiàn)反硝化，二、四階段實(shí)現(xiàn)硝化。具體控制過(guò)程如表 2和圖 1所示。

圖 1 雙溝模式運(yùn)行示意Fig.1 Operationschematic of DE oxidation ditch

不同于A2O工藝中污染物隨空間的變化而降解，DE氧化溝在4個(gè)運(yùn)行階段中，通過(guò)控制各階段的時(shí)間來(lái)控制污染物濃度限值，即在某一污染物濃度即將達(dá)到表 1中控制指標(biāo)臨界點(diǎn)時(shí)切換到下一階段，其中，以二、四階段的污染物濃度為主要控制參數(shù)，一、三階段為二、四階段的參數(shù)指標(biāo)作鋪墊。因此，在運(yùn)行過(guò)程中氨氮、總氮等指標(biāo)多表現(xiàn)為近似等波式的曲線波動(dòng)。

表 2 雙溝式氧化溝的運(yùn)行控制Table 2 Operation control of DEoxidation ditch

2.1.2 三溝式氧化溝

三溝式氧化溝為周期性連續(xù)運(yùn)行，一個(gè)周期分為3個(gè)階段，每個(gè)階段都同時(shí)有 2道溝發(fā)生硝化反應(yīng)， 1道溝發(fā)生反硝化反應(yīng)，3道溝兩兩交替運(yùn)行，具體控制過(guò)程如表3和圖 2所示。

圖 2 三溝模式運(yùn)行示意Fig.2 Operationschematic of triple oxidation ditch

表3 三溝式氧化溝的運(yùn)行控制Table 3 Operational control of triple oxidation ditch

三溝交替的運(yùn)行模式始終保證當(dāng)前出水溝不進(jìn)水，首先可避免雙溝式氧化溝運(yùn)行時(shí)在二、四階段發(fā)生的進(jìn)水污染物指標(biāo)對(duì)出水的影響。其次，無(wú)論哪個(gè)階段，當(dāng)前出水溝都經(jīng)過(guò)充分的硝化反應(yīng)。最后，三個(gè)階段等時(shí)間循環(huán)運(yùn)行，由曝氣量控制氨氮排放限值，曝氣量和運(yùn)行周期綜合控制總氮排放限值。

2.2 雙溝和三溝運(yùn)行模式下出水水質(zhì)對(duì)比

圖3為雙溝、三溝 2種運(yùn)行模式下的出水氨氮、總氮、COD、總磷的對(duì)比。

圖3 2種運(yùn)行模式下出水水質(zhì)對(duì)比Fig.3 Comparison of effluent water quality under two operation modes

由圖3（a）可知，雙溝運(yùn)行過(guò)程中出水氨氮隨著階段的變換呈近似等波式的曲線循環(huán)，且一、三階段氨氮隨時(shí)間推移逐漸降低，二、四階段隨時(shí)間推移逐漸升高，在升至臨界點(diǎn)（5 mg/L）前進(jìn)入下一階段繼續(xù)循環(huán)，整個(gè)循環(huán)過(guò)程中氨氮質(zhì)量濃度最高為4.3 mg/L，最低為 1.6 mg/L，平均為3.3 mg/L。而三溝運(yùn)行過(guò)程中出水氨氮呈階梯型變化，且每個(gè)階段都是由高至低，往復(fù)循環(huán)，整個(gè)循環(huán)過(guò)程中氨氮質(zhì)量濃度最高為3.8 mg/L，最低為 2.4 mg/L，平均為3.1 mg/L。通過(guò)對(duì)比得出，在進(jìn)水水質(zhì)、水量、污泥負(fù)荷等都相同的運(yùn)行條件下，雙溝運(yùn)行和三溝運(yùn)行均能滿足出水氨氮不超過(guò)臨界點(diǎn)的要求，雙溝運(yùn)行模式下氨氮最低能達(dá)到 1.6 mg/L，優(yōu)于三溝模式的最低值。但三溝運(yùn)行模式的水質(zhì)波動(dòng)較穩(wěn)定，且整體氨氮平均值低于雙溝運(yùn)行模式。

由圖3（b）可知，雙溝運(yùn)行過(guò)程中出水總氮與氨氮相似，也呈近似等波式的曲線循環(huán)，一、三階段總氮隨時(shí)間推移逐漸升高，在升至臨界點(diǎn)（15 mg/L）前進(jìn)入下一階段，二、四階段總氮隨時(shí)間推移逐漸降低。整個(gè)循環(huán)過(guò)程中總氮質(zhì)量濃度最高為 12.9 mg/L，最低為6.8 mg/L，平均為9.8 mg/L。而三溝運(yùn)行過(guò)程中出水總氮變化規(guī)律不明顯，波動(dòng)較小，總氮質(zhì)量濃度最高為 11.6 mg/L，最低為9.3 mg/L，平均為 10.2 mg/L。通過(guò)對(duì)比得出，在進(jìn)水水質(zhì)、水量、污泥負(fù)荷等都相同的運(yùn)行條件下，雙溝運(yùn)行和三溝運(yùn)行均能滿足出水總氮不超過(guò)臨界點(diǎn)的要求，雙溝運(yùn)行模式下總氮最低能達(dá)到6.8 mg/L，優(yōu)于三溝模式的最低值，且整體總氮平均值低于三溝運(yùn)行模式。

由圖3（c）可知，雙溝運(yùn)行過(guò)程中出水COD也呈近似等波式的曲線循環(huán)，且一、三階段COD隨著時(shí)間推移逐漸降低，二、四階段隨著時(shí)間的推移逐漸升高，在升至臨界點(diǎn)（50 mg/L）前進(jìn)入下一階段繼續(xù)循環(huán)，整體循環(huán)過(guò)程中COD最高為42 mg/L，最低為 26 mg/L，平均為35 mg/L。而三溝運(yùn)行過(guò)程中出水COD變化規(guī)律不明顯，波動(dòng)較小，COD最高為35 mg/L，最低為 27 mg/L，平均為30.3 mg/L。通過(guò)對(duì)比得出，在進(jìn)水水質(zhì)、水量、污泥負(fù)荷等都相同的運(yùn)行條件下，雙溝運(yùn)行和三溝運(yùn)行均能滿足出水COD不超過(guò)臨界點(diǎn)的要求，三溝運(yùn)行模式下COD最低值接近雙溝模式的最低值，且整體平均值低于雙溝運(yùn)行模式。

由圖3（d）可知，雙溝和三溝運(yùn)行過(guò)程中出水總磷變化規(guī)律不明顯，且波動(dòng)幅度近似，平均總磷均接近0.8 mg/L， 2種運(yùn)行模式對(duì)出水總磷的影響不大。

2.3 加MBBR填料改造

2.3.1 添加MBBR填料后出水水質(zhì)對(duì)比

圖4為添加MBBR填料后 2種運(yùn)行模式下的出水水質(zhì)的對(duì)比。

由圖4可知，添加填料后，雙溝和三溝運(yùn)行過(guò)程中出水氨氮、總氮、COD、總磷的變化趨勢(shì)基本接近未添加填料時(shí)的趨勢(shì)，但各項(xiàng)污染物的指標(biāo)均得到有效降低，均能達(dá)到表 1中的控制指標(biāo)要求。

圖4 加MBBR后 2種運(yùn)行模式下出水水質(zhì)對(duì)比Fig.4 Comparison of effluent water quality under two operation modes after installing MBBR

表4為雙溝、三溝 2種模式添加MBBR填料前后平均出水水質(zhì)變化情況。

表4 添加MBBR填料前后平均出水水質(zhì)Table 4 The average effluent qualitybefore and after adding MBBRfiller

2.3.2 填料添加方式

雙溝、三溝氧化溝不同于其他氧化溝或A2O工藝，工藝提標(biāo)改造時(shí)添加懸浮填料需要改變分區(qū)比例并在固定的分區(qū)加裝攔截篩網(wǎng)。而氧化溝因?yàn)槠涮厥獾难h(huán)式流態(tài)，只需在出水口和溝之間的連通處加裝攔網(wǎng)保證填料不會(huì)從本溝跑出，同時(shí)溝內(nèi)增加推流器保證填料的流態(tài)即可，循環(huán)式的流態(tài)還能保證溝內(nèi)填料均勻流動(dòng)分布，避免了填料的堆積。

3 結(jié)論

（1）DE氧化溝表曝改底曝后，雖然損失了表曝運(yùn)行的特殊流態(tài)，但底曝在雙溝和三溝 2種運(yùn)行模式下均能滿足出水水質(zhì)要求，而且雙溝運(yùn)行下的指標(biāo)更低，三溝運(yùn)行指標(biāo)波動(dòng)較平穩(wěn)。

（2）通過(guò)小試研究， 2種運(yùn)行模式在加入懸浮填料后均能有效降低出水污染物中的氨氮、總氮、COD，在二級(jí)處理工段能達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水的出水指標(biāo)要求。

（3）北石橋污水廠的DE氧化溝改底曝并添加懸浮填料的工藝模式切實(shí)可行，雙溝和三溝 2種模式均可作為實(shí)際改造時(shí)的備選方案。