五溝式氧化溝的設計及運行

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簡介： 從設計和運行兩個方面對南通市污水處理廠的五溝式氧化溝工藝進行了總結。投產以來的運行實踐表明，該工藝的容積、設備利用率高，并可實現全時反硝化；同時也存在著需進一步提高除磷效率、各溝中污泥濃度分布不均等問題，有待進一步完善。
關鍵字：五溝式氧化溝

中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)11-0053-03

　　南通市污水處理廠工程的一期處理規(guī)模為2.5×10⁴m³/d，以處理工業(yè)廢水為主(化纖、印染、制藥、皮革、釀造等廢水，所占比例在80%以上)。設計進水BOD₅為350mg/L，SS為250mg/L，出水需達到《污水綜合排放標準》(GB8978—96)中的二級標準，處理工藝為創(chuàng)新的五溝式氧化溝，廠區(qū)總占地面積為6.75hm²。該工程自1994年6月建成投產以來一直滿負荷運行，處理效果良好。

1　五溝式氧化溝的設計及特點

1.1　五溝式氧化溝
　　在該廠的設計過程中，曾考慮采用三溝式氧化溝工藝。針對該廠設計進水BOD₅達350mg/L的情況，通過計算發(fā)現三溝式氧化溝的容積偏大，特別是當邊溝作沉淀池時其水力停留時間達10h以上，造成了容積的浪費(容積利用率僅為55%)，同時其設備利用率也較低，故較高濃度的污水采用三溝式氧化溝工藝進行處理是不經濟的。
　　由三溝式氧化溝的工作原理可知，其中間溝一直作為生化反應池，如增加中間溝的容積即可增加容積及設備的利用率，從而降低工程造價。為此，提出了五溝式氧化溝的概念，即以等容積的五條環(huán)形溝并聯組成五溝式氧化溝，各溝之間以孔洞連通，兩邊溝交替作為沉淀池、生化池，中間三條溝作為生化池，配水井可交替向五條溝中的任一條溝配水，并通過控制轉刷的開、停以及高、低速運行來達到各溝中好氧、缺(厭)氧、沉淀等不同的運行狀態(tài)。
1.2　五溝式氧化溝的設計
　　南通市污水廠(一期工程)采用1座五溝式氧化溝，主要設計參數：污泥負荷為0.08kgBOD₅/(kgMLSS·d)，混合液濃度為4g/L。氧化溝總容積為40866m³，每溝容積為8173m³，平面尺寸為102.75m×120.5m，有效水深為3.5m，溝寬為10m。配備25臺直徑為1m、有效長度為9m的雙速曝氣轉刷。
1.3　運行模式及特點
　　五溝式氧化溝的運行模式類似于三溝式氧化溝，其兩邊溝交替作為沉淀池和曝氣池，中間三溝(交替進水)作為缺氧池、好氧池。溝內配備帶雙速電機的曝氣轉刷，其在高速運行時曝氣充氧，在低速運行時維持溝內的混合液流動，為反硝化創(chuàng)造一個缺氧環(huán)境。該工程采用的工作周期為8h，運行方式分為6個階段。?
　　階段A(1.5h)：污水進入1號溝，由5號溝出水。1號溝轉刷低速運行，因處于缺氧狀態(tài)而進行反硝化；2、3、4號溝轉刷高速運行，進行有機物的降解和硝化。?
　　階段B(1.5 h)：污水進3號溝，仍由5號溝出水。3號溝轉刷低速運行，處于缺氧狀態(tài)而進行反硝化；1、2、4號溝轉刷高速運行。
　　階段C(1h)：污水進入2號溝，由5號溝出水。2號溝轉刷低速運行，3、4號溝轉刷高速運行；1號溝轉刷停開，處于出水過渡狀態(tài)。?
　　階段D(1.5 h)：污水進入5號溝，由1號溝出水。5號溝轉刷低速運行，處于缺氧狀態(tài)；2、3 、4號溝轉刷高速運行。?
　　階段E(1.5 h)：污水進入3號溝，仍由1號溝出水。3號溝轉刷低速運行，2、4、5號溝轉刷高速運行。?
　　階段F(1 h)：污水進4號溝，仍由1號溝出水。4號溝轉刷低速運行，2號、3號溝轉刷高速運行；5號溝轉刷停止運行，處于出水過渡狀態(tài)。?

　　上述各階段的時間設定及運行周期可根據實際情況進行適當調整。氧化溝的進、出水和轉刷的開停及其轉速的高低都通過PLC控制。為節(jié)省電耗按運行的實際需要充氧，在每條溝中都設有DO探頭，當某一溝中DO測定值大于其設定值時則該溝中的轉刷逐臺由高速變?yōu)榈退龠\行。?
　　由運行方式可見，五溝式氧化溝每條溝每天用于生物處理的時間：1、5號溝為9h，2、3、4號溝為24h。由此可得出五溝式氧化溝的容積利用率為0.75，比三溝式氧化溝的容積利用率(0.55)提高了20%，同樣設備利用率也提高了20%。另外，采用五溝式氧化溝與采用三溝式氧化溝相比，其池體體積、曝氣轉刷數可減少27%，工程投資可減少20%～30%，經濟效益顯著。另外，五溝式氧化溝能夠實現全時反硝化，即五溝中總有一溝處于缺氧反硝化運行狀態(tài)。全時反硝化可達到更高的脫氮效率，減少耗氧量，并節(jié)省能耗。而三溝式氧化溝每天只有13.5h處于反硝化運行狀態(tài)。?

2　運行效果

　　該工程自1994年6月投產以來一直滿負荷運行。在運行的前幾年主要處理工業(yè)廢水，其進水BOD₅、SS、COD高且變化幅度大，年平均進水水質指標值超過設計值。后幾年，隨著城市污水管網的不斷完善則城市生活污水的接入量逐年增加，污水廠進廠水質指標值逐 年下降(見表1)，進水水質指標值超過設計值的天數逐年減少，進而年平均進水水質指標值逐漸下降到設計值。

表1　每年進水水質指標值超設計標準天數　　d年份BOD₅(＞350mg/L)SS(＞250mg/L)COD(＞1000mg /L)1994160646119951673750199613833191997732610199891342519994650232000205292001233215

　　由表1可知，雖然進水水質指標值高于設計值，且水質變化幅度大(最高日進水BOD₅是設計值的4倍)，但出水BOD₅、SS、COD仍能滿足排放要求，充分體現了氧化溝耐沖擊負荷、運行穩(wěn)定的特點。?

3 存在問題及分析

　?、龠M水污染物濃度高、變化幅度大，特別是進水呈酸性(常年進水的pH值為6.5左右，最低pH值為3～4)，嚴重影響生物處理系統(tǒng)的運行并降低了設備的使用壽命，如進廠管道就曾因腐蝕而塌陷。污染物濃度高、變化幅度大反映了排放廢水工廠的內部預處理沒有達到要求。?
　　②有時出水中氨氮濃度仍偏高，氨氮去除率低，不能滿足現行的《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的二級標準要求。其原因主要有二，一是進水NH₃-N濃度高(為100mg/L左右) 而pH值和堿度低(為200mg/L左右)。進水NH₃-N與堿度的比值過低導致了NH₃-N的硝化難以完成，從而不能完全發(fā)揮該工藝全時反硝化的特點；二是該工程全部采用了國產設備，其故障率高,因而影響了工藝的正常運行。針對上述問題，采取的對策是嚴格控制工業(yè)廢水的排放和提高設備的質量。首先應重點控制排水呈酸性的和排放含高濃度NH₃-N廢水的企業(yè)，對前者嚴格要求其進行廠內預處理至中性后方能排入城市排水管網，對后者要求其進行廠內脫氮(可采用吹脫等經濟的方法)；其次，對曝氣轉刷等關鍵設備應優(yōu)先選用國外產品。?
　　③一期工程的進水磷含量較低(1～3mg/L)，其大部分被微生物同化利用，出水磷含量可穩(wěn)定在0.5mg/L以下。但隨著城市生活污水接入量的增加則進水BOD₅/P的比例有減小的趨勢，故僅依靠微生物的同化作用不能滿足出水磷的排放要求。五溝式氧化溝同三溝式氧化溝一樣，沒有一個絕對的厭氧段，因而生物除磷的能力有限。此外，在一期工程的運行過程中也發(fā)現，增加曝氣量會導致出現大量泡沫，其帶動污泥上浮而造成污泥流失。再者，五溝式氧化溝中的污泥濃度也分布不均，其邊溝污泥濃度為中間溝的1倍左右。上述問題需通過對五溝式氧化溝進行改進來加以解決。

4　結語

　　五溝式氧化溝耐沖擊負荷，出水水質穩(wěn)定。其容積利用率高達75%，因而可節(jié)省大量投資。五溝式氧化溝能實現全時反硝化脫氮，故可獲得更高的脫氮效率。但同時它也存在需進一步提高除磷效率、各溝中污泥濃度分布不均等問題，有待進一步完善。

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　　收稿日期：2002-04-27