三槽式氧化沟污水处理工艺研究

钟 理，李文辉，2

(1.华南理工大学 化学与化工学院，广东 广州 510640；2.佛山桂城污水处理厂，广东 佛山 528200)

氧化沟工艺是活性污泥法的一种改进工艺，其曝气池呈首尾循环、封闭的沟渠型，污水渗入其中得到净化，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法。传统上应用较为广泛的氧化沟工艺包括Pasveer氧化沟、Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、DE型氧化沟和一体化氧化沟[1-4]。不同氧化沟由于在结构和运行上存在差异而各具特点。三槽式氧化沟是在传统的氧化沟处理工艺基础上的一种改进。按好氧、缺氧、沉淀3种不同的工艺条件运行，与传统氧化沟相比，三槽式氧化沟除了具有一般氧化沟的优点外，污水生化处理过程的曝气和沉淀均在氧化沟内交替进行，因此具有不需另加沉淀池和污泥回流系统及管理方便等优点。作者针对广东省佛山桂城污水处理厂三槽式氧化沟处理城市生活污水过程和工艺开展研究，分析和探讨了不同操作与运行条件对污水处理效果的影响，获得了适宜的操作参数，并与传统氧化沟污水处理工艺进行对比，为三槽式氧化沟污水处理工艺推广应用提供参考。

1 三槽式氧化沟工艺流程

广东佛山桂城污水处理厂三槽式氧化沟工艺流程简图见图1。主要由进水泵、格栅、沉砂池、刮砂机、输砂机、曝气机等组成。格栅用于隔离去除污水夹杂部份固体垃圾和硬物；刮砂机安装在沉砂池底部，刮除沉砂池内的沉积物，配备了2台刮砂机；输砂机把刮砂后的残渣输送到垃圾桶运走，配备2台LXB-300螺旋输砂机；转刷曝气机除了推动水流前进，还起曝气作用，运转过程转刷机把空气带入水中形成曝气，为好氧处理提供条件。三槽式氧化沟的设计见图2，配水井是一个边长3 m、高4 m的三角型配水井，内设3个长4 m的堰门，堰门开关根据三槽式氧化沟各槽运转情况进行调节。氧化沟的尺寸为77 m×33 m，水深3.3 m，总有效容积为9 035 m3，水力停留时间为14.5 h,污水处理量为1.5万t/d，池内配备10台德国GTA-100/50S-H1型转刷曝气机，三槽中转刷曝气机的分配为4台、2台、4台，是氧化沟的主要运行设备。三槽式氧化沟采用三沟运行，分6个阶段运行。第1阶段：污水通过配水井堰门进入第一沟，进行生物氧化，接着废水与活性污泥进入第二沟生物氧化和硝化后进入第三沟，沉淀后排出；第2阶段：污水从第一沟转向第二沟，经第二沟处理过的污水与活性污泥一起进入第三沟，第三沟仍作为沉淀池，沉淀后的废水排出；第3阶段：污水进入第二沟，处理后的污水通过第三沟出水堰排出；第4阶段：污水从第二沟转入第三沟，经生物处理的污水污泥从第三沟流回第二沟，经曝气后再流回第一沟，经沉淀后清液通过第一沟排出；第5阶段：阶段5与阶段2类似，所不同的仅仅是2个外沟功能相反；第6阶段：该阶段基本与阶段3类似。6个阶段全部完成后即进行了一次沟体循环。

图1 工艺流程简图

图2 三槽式氧化沟

2 分析方法

COD采用重铬酸钾法测定(HCA—100标准COD消解器，江苏姜堰市华晨仪器有限公司)；固体悬浮物SS采用重量法GB/T11901测定；氨氮采用HJ535—2009纳氏试剂分光光度法，即原GB 7479—87进行测定；pH值采用电极法测定；水中溶解氧DO采用便携式溶解氧仪(HQ30d，HACH)测定。

3 结果与讨论

污水处理厂主要处理日常生活污水，污水通过城市排污管道收集到污水处理厂。污水厂原有的传统氧化沟工艺污水处理能力为1万t/d，新建的三槽式氧化沟污水处理能力为1.5万t/d，2种工艺污水的水力停留时间为14.5 h，污泥龄变化范围约为14～18 d。城市生活污水主要污染物见表1，数据来自2009年1月～12月广东佛山桂城污水处理厂监测结果。

表1 污水水质

3.1 不同污水进水COD对去除率的影响

2009年5月5日～15日，操作温度约25 ℃、进水pH=7.5、水力停留时间14.5 h，三槽式氧化沟工艺污水进水COD与去除率的关系见图3。

进水COD/(mg·L-1)图3 污水进水COD与去除率关系

从图3可看出，随着进水COD增加，去除率呈现出上升的趋势，但上升过程中会出现波动，当COD在100 mg/L以下去除率约为89%，当进水COD在100～200 mg/L时，去除率达到90%以上，进水COD大于200 mg/L，去除率均超过95%。进水浓度越大整体去除率也越高。这是因为当污水浓度较低，氧化沟内微生物处于饥饿状态，生长所需的营养物不足，生物活性下降，一旦微生物的更新增长速率低于衰老速率，会出现大量微生物老化、死亡现象，进水COD较低导致了处理效果下降[5-6]。当进水的COD增加，氧化沟内微生物可获得足够生长所需的营养物，COD处理效率提高，当COD超过1 000 mg/L，微生物的更新增长速率与衰老速率达到平衡，去除率趋于平缓，基本保持在98%以上。

3.2 不同污水进水SS对去除率的影响

2009年5月5日～15日期间，操作温度约25 ℃、进水pH=7.5、水力停留时间14.5 h时，三槽式氧化沟工艺污水进水SS与去除率的关系见图4。

进水SS/(mg·L-1)图4 污水进水SS与去除率关系

从图4可看出，SS去除率随着进水SS的增加而增加，进水SS小于80 mg/L时，去除率约90%，当进水SS超过800 mg/L，去除率高达98%以上，在整个进水范围，SS的去除率均在90%以上，表明三槽式氧化沟设计能力可达到污水处理能力1.5万t/d。

3.3 不同污水进水ρ(NH3—N)对去除率的影响

2009年5月5日～15日期间，操作温度约25 ℃、进水pH=7.5、水力停留时间14.5 h时，三槽式氧化沟工艺污水进水ρ(NH3—N)与去除率关系见图5。从图5可看出，进水ρ(NH3—N)变化对去除率影响与COD和SS不同，去除率并没有随着进水ρ(NH3—N)的增加而上升。进水浓度对去除率的影响不显著，进水ρ(NH3—N)=30～40 mg/L平均去除率略低些，但在整个ρ(NH3—N)范围，去除率均维持在92%～97%。

进水ρ(NH3—N)/(mg·L-1)图5 污水进水ρ(NH3—N)与去除率关系

图3～图5结果还表明，当进水污染物较高，如COD、SS、NH3—N由最低时90、50和4增加到最高时1 480(高达15倍)、1350(高达27倍)、48(高达12倍)，污水的处理效率并没有下降，说明三槽式氧化沟具有较强抗冲击能力。

3.4 溶解氧对污染物降解效果的影响

溶解氧是氧化沟处理工艺一个重要的控制参数。溶解氧对其生命活动有重要的影响作用[16]。三槽式氧化沟工艺的DO大小是通过改变曝气量来调节。从操作工艺过程可以观察到，当氧化沟溶解氧充足时处理后污水的恶臭气味会减弱，COD、SS、NH3—N的去除率较高。如果水中溶解氧不足(DO<0.8 mg/L)，生物活性降低，出水污染物浓度增加。相反，如果DO过高，会造成工艺过程溶解氧剩余，造成浪费，使运行费用增加。研究结果表明，为了确保氧化沟内微生物有较高降解活性，对COD和SS去除而言，DO维持在1～3 mg/L；而对于NH3—N去除所需DO相对高些，因NH3—N的去除是一个硝化与反硝化的过程，硝化是一个高耗氧反应，氨氮在有氧存在下被微生物氧化为亚硝酸盐，并进一步氧化为硝酸盐，反硝化过程是以硝酸盐为电子受体，以有机氮作为电子供体，通过生物异化还原转化成气态氮从水中逸出，或通过生物同化还原转化为氨氮进入生物合成的过程[8]。DO主要为硝化反应的进行提供充足的氧气，运行结果表明，溶解氧维持在2～4.5 mg/L较适宜。

3.5 pH值对污染物去除率的影响

pH值是监测水质的重要指标之一，该城市生活污水进水pH=7.05～8.20、出水pH=6.64～7.98，符合《城镇污染物排放标准》排放要求。2009年5月5日～15日，操作温度约25 ℃、水力停留时间14.5 h，三槽式氧化沟工艺污水进水pH值与污染物去除率的关系见图6。从图6可见，当进水pH值改变，COD、SS和NH3—N的去除率有一些变化，除个别点波动较大外，去除率总体随pH值变化并不显著，表明进水pH值对污染物去除率影响较小，不必调节污水pH值。

pH值图6 进水pH对污染物去除率影响

3.6 操作温度对污染物去除率的影响

三槽式氧化沟是一个开放的体系，环境温度会影响氧化沟的处理过程，处理厂地处南方沿海地区，冬夏的水温在10～35 ℃。作者考察了在该温度范围内污染物的去除效果。2009年1月～12月，进水pH=7.05～8.20、水力停留时间14.5 h时，不同温度与COD、SS和NH3—N平均去除率的关系见图7。当温度变化，COD的去除率基本维持在90%～97%，SS去除率基本维持在85%～98%，NH3—N去除率保持在88%～96%，尽管在某些温度时去除率有些波动，但整体变化不太明显。表明在一年四季期间，三槽式氧化沟保持较高的处理效率。

t/℃图7 温度对污染物去除率影响

3.7 传统氧化沟与三槽式氧化沟对比

污水处理厂原有传统氧化沟，新建了三槽式氧化沟，两者以并联方式同时处理城市污水，进水污染物种类、浓度、停留时间与工作环境基本相同，下面考察了2种氧化沟对COD、SS和NH3—N的去除状况。

2009年5月5日～15日，操作温度约25 ℃、进水pH=7.5、水力停留时间14.5 h、不同进水COD时，传统氧化沟与三槽式氧化沟对COD的平均去除率比较见表2。

表2 传统氧化沟与三槽式氧化沟对COD平均去除率比较

表2结果表明，在不同进水COD时，三槽式氧化沟对COD的平均去除效果均优于传统氧化沟，尤其是在低的COD时显得更明显。

2009年5月5日～15日，操作温度约25 ℃、进水pH=7.5、水力停留时间14.5 h、不同进水SS时，传统氧化沟与三槽式氧化沟对SS的平均去除率比较见表3。

表3 传统氧化沟与三槽式氧化沟对SS平均去除率比较

结果显示，三槽式氧化沟在不同的进水SS时去除率均高于传统氧化沟，特别是在进水SS<80 mg/L，三槽式氧化沟SS平均去除率比传统氧化沟高出近10%。

2009年5月5日～15日，操作温度约25 ℃、进水pH=7.5、水力停留时间14.5 h、不同进水ρ(NH3—N)时，传统氧化沟与三槽式氧化沟对NH3—N的平均去除率比较见表4。

表4 传统氧化沟与三槽式氧化沟对NH3—N平均去除率比较

结果表明，三槽式氧化沟在不同的进水ρ(NH3—N)时去除率均高于传统氧化沟，当进水ρ(NH3—N)=30～40 mg/L，三槽式氧化沟平均去除率比传统氧化沟高出10%。

4 结 论

三槽式氧化沟工艺可以有效地处理城市生活污水，且具有较强的抗冲击能力。当污水进水的COD=90～1 480 mg/L、SS=55～1 350 mg/L、ρ(NH3—N)=4～48 mg/L、pH=7.05～8.20，经三槽式氧化沟处理后污水可达标排放。污水处理量为1.5万t/d，水力停留时间14.5h，适宜的操作条件为pH=7～8，溶解氧在1～4.5 mg/L，温度为10～35 ℃。与传统的氧化沟工艺对比，三槽式氧化沟工艺具有一定优势。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 高云，常爱玲，胡志光.氧化沟污水处理新技术[J].工业水处理，2002，22(9)：16-18.

[2] 刘 斌，王伟涛.氧化沟工艺在处理有机废水中的应用[J].电力环境保护，2007，23(3)：58-60.

[3] 周淑香，曹国凭，孙锦程.低有机负荷下三槽式氧化沟运行参数的调整实践[J].环境工程，2006，24(4)：22-24.

[4] 王泮祥，钱雪明.改进型三槽式氧化沟的设计及其优化运行[J].中国给水排水，2001，17：39-42.

[5] Hui-qiang Li，Hong-jun Han，Mao-an Du，et al.Removal of phenols，thiocyanate and ammonium from coal gasification wastewater using moving bed biofilm reactor[J].Bioresource Technology，2011，102:4667-4673.

[6] 谢文玉，钟理，陈建军，等.用循环曝气生物滤池工艺处理炼油碱渣废水[J].化工学报，2008,59(1)：214-220.

[7] 钟华文，谢文玉，李德豪，等.ABR-BAF组合工艺处理制革综合废水[J].环境工程，2011,29(2)：1-4.

[8] 谢文玉，李德豪，钟华文，等.一体化A/O生物膜反应器脱氮特性研究[J].环境工程学报，2011,5(3)：570-574.