奧貝爾氧化溝的機(jī)理和工程應(yīng)用

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簡(jiǎn)介： 早期氧化溝只是一單溝道的“循環(huán)曝氣池”，主要用于去除污水中的BOD及進(jìn)行硝化反應(yīng)，現(xiàn)已發(fā)展形成各種不同的類(lèi)型，包括卡魯塞爾型、奧貝爾型、二溝或三溝交替工作型，一體化氧化溝等。隨著污染的加劇和水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的出現(xiàn)，許多國(guó)家開(kāi)始控制進(jìn)入水體的氮和磷排放型量，并制定了較為嚴(yán)格的污水處理廠出水中氮和磷的排放標(biāo)準(zhǔn)。于是，不僅能去除有機(jī)物，而且兼具生物除磷脫氮功能的氧化溝工藝應(yīng)運(yùn)而生，我們可稱之為第二代氧化。奧貝爾氧化溝即為此種新型氧化溝中主要的一種，該工藝在節(jié)約能耗、減少占地、抗沖擊負(fù)荷和高效脫氮等方面顯示出優(yōu)異的性能，越來(lái)越多的應(yīng)用于城市污水處理工程之中，有很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵字：奧貝爾 氧化溝 除磷脫氮

　　一、奧貝爾氧化溝工藝的特征

　　1、奧貝爾氧化一般溝由三個(gè)同心橢園形溝道組成，污水由外溝道進(jìn)入，與回流污泥混合后，由外溝道進(jìn)入中間溝道再進(jìn)入內(nèi)溝道，在各溝道循環(huán)達(dá)數(shù)百到數(shù)十次。最后經(jīng)中心島的可調(diào)堰門(mén)流出，至二次沉淀池。在各溝道橫跨安裝有不同數(shù)量水平轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，進(jìn)行供氧兼有較強(qiáng)的推流攪伴作用。外溝道體積占整個(gè)氧化溝體積的50%-55%，溶解氧控制趨于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用;中間溝道容積一般為25%-30%,溶解氧控“在1.0mg/L左右,作為“擺動(dòng)溝道”，可發(fā)揮外溝道或內(nèi)溝道的強(qiáng)化作用；內(nèi)溝道的容積約為總?cè)莘e的15%-20%，需要較高的溶解氧值（2.0mg/L左右),以保證有機(jī)物和氨氮有較高的去除率。
　　2、外溝道的供氧量通常為總供氧量的50%左右，但80%以上的BOD可以在外溝道中去除。由于外溝道溶解氧平均值很低，絕大部分區(qū)域DO為0.0mg/L,所以，氧傳遞作用是在虧氧條件下進(jìn)行的，氧的傳遞效率有所提高，有一定的節(jié)能效果。加之下面將談到的外溝道內(nèi)所特有的同時(shí)硝化反硝功能，節(jié)能效果更為明顯。內(nèi)溝道作為最終出水的把關(guān)，一般應(yīng)保持較高的溶解氧，但內(nèi)溝道容積最小，能耗相對(duì)較低。中溝道起到互補(bǔ)調(diào)節(jié)作用，提高了運(yùn)行的可靠性和可控性。奧貝爾氧化溝獨(dú)特的構(gòu)造和機(jī)理，使之以較節(jié)能的方式獲得穩(wěn)定的處理效果。
　　3、奧貝爾氧化溝具有較好的脫氮功能。在外溝道形成交替的耗氧和大區(qū)域的缺氧環(huán)境，較高程度地發(fā)生“同時(shí)硝化反硝化”，即使在不設(shè)內(nèi)回流的條件下，也能獲得較好的脫氮效果。
　　4、奧貝爾氧化溝具有推流式和完全混合式兩種流態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)溝道內(nèi)來(lái)講，混合液的流態(tài)基本為完全混合式，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力；對(duì)于三個(gè)溝道來(lái)講，溝道與溝道之間的流態(tài)為推流式，有著不同的溶解濃度和污泥負(fù)荷，兼有多溝道串聯(lián)的特性，有利于難降解有機(jī)物的去除，并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。
　　5、奧貝爾氧化溝采用的曝氣轉(zhuǎn)碟，其表面密布凸起的三解形齒結(jié)，使其在與水體接觸時(shí)將污水打碎成細(xì)密水花，具有較高的充氧能力和動(dòng)力效率。通過(guò)改變曝氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、浸水深度、轉(zhuǎn)速和開(kāi)停數(shù)量，可以調(diào)整供氧能力和電耗水平。尤其是蝶片可以方便的拆裝，更為優(yōu)化運(yùn)行提供了簡(jiǎn)便手段。另一方面，由于轉(zhuǎn)碟具有極強(qiáng)的整流和推流能力，氧化溝有效水深可達(dá)4米以上，即使因優(yōu)化控制需要而減少曝氣機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)時(shí)，一般也不會(huì)發(fā)生沉淀現(xiàn)象這是曝氣轉(zhuǎn)碟和奧貝爾溝型所獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn)。

　　二、奧貝爾氧化溝的適用范圍

　　奧貝爾氧化溝一般適用于20萬(wàn)立方米/日以下規(guī)模的城市污水處理廠，尢其推薦應(yīng)用于中小規(guī)模的城市污水處理廠。
　　由于奧貝爾氧化溝屬于多反應(yīng)器系統(tǒng)，在一定程度上有利于難降解有機(jī)物的去除，且抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，因此，當(dāng)城市污水中工業(yè)廢水比例較高時(shí)，奧貝爾氧化溝較其他類(lèi)型氧化溝有更好的適應(yīng)性。
　　奧貝爾氧化溝有三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的溝道，進(jìn)水方式靈活。在暴雨期間，進(jìn)水可以超越外溝道，直接進(jìn)入中溝道或內(nèi)溝道，由外溝道保留大部分活性污泥，利于系統(tǒng)的恢復(fù)。因此，對(duì)于合流制或部分合流制的污水系統(tǒng)，奧貝爾氧化溝均有很好的適用性。

　　三、工藝流程和典型構(gòu)造

　　奧貝爾氧化溝典型工藝流程由下圖所示：

　　與其它形式的氧化溝一樣，奧貝爾氧化溝也具有工藝流程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于中小規(guī)模的城市污水廠，一般可不設(shè)初次沉淀池和污泥消化池。懸浮狀有機(jī)物可在氧化溝內(nèi)基本得到好氧穩(wěn)定，這比設(shè)初沉池及單獨(dú)處理初沉污泥要簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然，合理的工藝流程必須按照實(shí)際情況經(jīng)充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。
　　奧貝爾氧化溝的預(yù)處理及污泥處理部分的流程與其他活性污泥法處理工藝相似，不再贅述。氧化溝本身的典型構(gòu)造和流程見(jiàn)下圖：

　　奧貝爾氧化溝通常由三個(gè)同心的溝道組成，平面上為圓形或橢圓形。溝道之間采用隔墻分開(kāi)，隔墻下部設(shè)有必要面積的通水窗口。溝道斷面形狀多為矩形或梯形。隔墻一般使用100-150毫米厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造。各溝道寬度由工藝設(shè)計(jì)確定，一般不大于9米。有效水深以4-4.3米為宜。
　　原污水和回流污泥可進(jìn)入外、中、內(nèi)三個(gè)溝道，通常均進(jìn)入外溝道。出水自內(nèi)溝道經(jīng)中心島內(nèi)的堰門(mén)排出，進(jìn)入沉淀池。當(dāng)脫氮要求較高時(shí)，可以增設(shè)內(nèi)回流系統(tǒng)（由內(nèi)溝道回流到外溝道），提高反硝化程度。

　　四、關(guān)鍵設(shè)備的選型

　　奧貝爾氧化溝的預(yù)處理和污泥處理所需設(shè)備與其他工藝相似，不作詳細(xì)描述。關(guān)鍵設(shè)備是曝氣轉(zhuǎn)碟和沉淀池的排泥橋，對(duì)其主要構(gòu)造和性能要求闡述如下：
　　1、曝氣轉(zhuǎn)碟
　　曝氣轉(zhuǎn)碟屬轉(zhuǎn)盤(pán)類(lèi)水平推流式表面曝氣器，由盤(pán)片、水平軸及其兩端的滾動(dòng)軸承、減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)組組成。每片圓形的曝氣轉(zhuǎn)碟由兩個(gè)半圓形部件組成。每對(duì)半圓形部件跨穿水平軸，組成整體的圓片，每個(gè)碟片可以獨(dú)立拆裝，便于調(diào)節(jié)安裝密度，使整機(jī)達(dá)到所需的充氧能力，每米軸長(zhǎng)一般裝碟片3片至5片。碟片采用聚苯材料注塑或采用玻璃鋼壓鑄而成，其中聚苯材料碟片自重較輕，動(dòng)力效率較高，國(guó)內(nèi)已有質(zhì)量很好的合資產(chǎn)品。碟片表面布有梯形凸塊，兼有供氧和推流攪拌的功能。水平軸采用厚壁無(wú)縫鋼管制造，表面作特種防腐處理。驅(qū)支裝置主要由減速機(jī)和電機(jī)組成。
　　曝氣轉(zhuǎn)碟的基本性能如下：
　　曝氣轉(zhuǎn)碟直徑：1400mm;
　　適用轉(zhuǎn)速：50-55rpm,經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速：50rpm;
　　適用浸沒(méi)深度：400-530mm,經(jīng)濟(jì)浸沒(méi)深度：500mm;
　　單盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)清水充氧能力：0.8-1.6kgO2/kw.h(以軸功率計(jì));
　　適用工作水深:4-5m;
　　水平軸跨度：〈=10.0m;
　　安裝密度:<5ds/m。
　　2、沉淀池排泥橋
　　奧貝爾氧化溝的污泥濃度（MLSS)較高，運(yùn)行中一般在4-6克/升，回流污泥必須有較高的含固率。因此，對(duì)沉淀池和排泥設(shè)備有嚴(yán)格的要求。尤其是排泥設(shè)備，必須確保足夠的排泥濃度，通常需要特殊的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)備選擇時(shí)應(yīng)充分注意這一性能要求，保證實(shí)現(xiàn)奧貝爾氧化溝的整體工藝的優(yōu)勢(shì)。

　　五、工程應(yīng)用

　　在消化吸收的基礎(chǔ)上，中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院對(duì)奧貝爾系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用情況、適應(yīng)性、處理效果、工藝特性與機(jī)理等進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的研究，并進(jìn)行了較大規(guī)模實(shí)際工程的工藝性能測(cè)試與研究工作。同時(shí)，已經(jīng)設(shè)計(jì)了20余座奧貝爾工藝的城市污水處理廠，其中，三個(gè)項(xiàng)目已投入運(yùn)轉(zhuǎn)，包括北京大興污水處理廠、山東萊西污水處理廠等，已顯示出良好的技術(shù)特性。另外，天津國(guó)不水設(shè)備工程公司和美國(guó)合作生產(chǎn)的曝氣轉(zhuǎn)碟已經(jīng)大批量生產(chǎn)，技術(shù)性能達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量水平，為確保奧貝爾氧化溝工藝和設(shè)備的整體優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造條件。