曹瑞鈺，付見中
(同濟大學環保產品質量監督檢驗中心，上海 200092)

　　摘  要：通過多年的研究和模擬試驗，提出了加裝前后導流板的措施 以改善氧化溝的流速分布，消除目前氧化溝所存在的通病——池底積泥現象，而且很直觀地 給出了安裝導流板前后的氧化溝各斷面流速分布圖。另外，還就目前氧化溝的設計和建造中 出現的問題提出了相關的建議。
　　關鍵詞：氧化溝；積泥；流速分布；導流板
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：A
　　文章編號： 1000-4602(2001)-02-0016-03

Measures for Improving Velocity Distribution in Oxidation Ditch
CAO Rui-yu，FU Jian-zhong
(Quality Supervision and Examination Center for Environ.Protection Produc ts,Tongji Univ.,Shanghai 200092,China)

　　　 Abstract：Velocity distribution in oxidation ditch can be improved by installing front baf fle and back baffle based on researches and simulation tests,so that sludge depo sit in the bottom of oxidation ditch can be eliminated.The velocity distribution diagrams of different cross-section before and after installing the baffles are presented in this paper.Moreover related suggestion on the problems appeared in design and construction of oxidation ditch is also given.
　　 Keywords:oxidation ditch;sludge deposit;velocity distribution;baffle　

　　由荷蘭中央應用研究院衛生工程研究所(TNO)帕斯維爾(A·Pasveer)博士設計開發的第一家 氧化溝處理廠于1954年在該國的沃紹本(voor—shopen)建成投產以來，這一獨特的處理技術 很快為世界所公認。至1975年，各國已建成558座氧化溝污水處理廠；到1976年，加拿大已 擁有90座氧化溝處理廠；進入80年代以來，我國建成投產的氧化溝污水處理廠已逾百家。
　　氧化溝工藝具有下列獨特的優點：
　　①兼有推流型反應池和完全混合型反應池的特點，有利于克服溝內污水的短流現象，提高緩沖能力；
　　②具有明顯的溶解氧濃度梯度，比較適合于硝化—反硝化生物處理工藝；
　　③在整個氧化溝流程中，功率密度的不均勻分布有利于氧的傳質、液體的混合和污泥絮凝；
　　④整體體積功率密度較低，可以節約能源、降低能耗；
　　⑤污水的循環量是進水的十倍甚至數十倍，具有較強的抗沖擊負荷能力；
　　⑥管理維護比較方便。
　　當然，氧化溝工藝也有不足之處，幾乎普遍存在著池底積泥的現象。

　　1 氧化溝流速分布的現狀

　　氧化溝是一種延時曝氣系統，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合 液必須以一定的流速在溝內循環流動。一般認為，最低流速應為0.15 m/s，不發生沉積 的平均流速應達到0.3～0.5 m/s。
　　 氧化溝的曝氣設備一般為曝氣轉刷和曝氣轉盤，轉刷的浸沒深度為250～300mm，轉盤的浸沒深度為480～530mm。與氧化溝水深(3.0～3.6m)相比，轉刷只占了水深的1/10～1/12，轉盤也只占了1/6～1/7，因此造成氧化溝上部流速較大(約為0.8～1.2m ，甚至更大)，而底部流速很小(特別是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒有流速)，致使溝底大量積泥(有時積泥厚度≥1.0m)，大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質。
　　如某污水處理廠的三溝式氧化溝(見圖1)，溝寬度為7.0 m，有效水深為3.5 m，其不同斷面、不同深度的流速測定數據見表1。

　　  由表1可以看出，在水深3.0m以下混合液處于不流動狀態。
　　 在另外一污水處理廠檢測時也發現，該氧化溝水深為3m，而在2.0m以下混合液流速為零，可見積泥深為1m左右。

　　2  改善氧化溝流速分布措施的研究

　　改善氧化溝液流的流速分布，防止或減少溝內的污泥沉積，不少人做過多種研究和改進，例如：改轉刷和轉盤曝氣機為射流曝氣、導管式曝氣，在氧化溝內加裝推進器，研制新型曝氣機等。
　　筆者經過多年的研究和現場改裝檢測，認為加裝前后導流板的方法比較簡單有效。目前部分轉刷或轉盤式氧化溝中也安裝了導流板，但導流板尺寸和安裝位置都不到位，對水力性能的 改善和流速的分布都沒有達到所要求的狀態，而且國內一般只加裝后導流板。根據國外文獻資料介紹以及筆者近幾年的室內和半生產性試驗，認為在曝氣轉刷或曝氣轉盤上游和下游分別加裝前、后導流板，對改善轉刷或轉盤式氧化溝的水流速度和流速分布具有非常明顯的效果，轉刷或轉盤的充氧能力和理論動力效率也有明顯的提高。
　　在實驗室內，通過模擬池內導流板的不同高度、距轉盤(轉刷)轉軸的不同距離以及導流板 傾斜的不同角度，進行了各種組合試驗并得出其最佳組合，按照相似原理還進行了半生產性驗證測試。實踐證明：①上游導流板的高度為水深的1/5，距轉盤(轉刷)軸心為4.0m，與水面垂直安裝，②下游導流板的高度為水深的1/5，導流板上緣距轉盤(轉刷)軸心為3.0m ，導流板安裝與水面的外傾角為60°時(上、下游導流板都應與氧化溝同寬)，都可以獲得比較好的流速分布，充氧能力和理論動力效率也會獲得最佳效果。
　　生產性應用研究的氧化溝直段長為17.0m，彎道外圓直徑D＝8.0m，中心圓直 徑為4.0m，也即氧化溝外周全長為59.12m，平面中心線周長為46.56m，氧化溝寬度 為4.0m，有效水深為3.0m。溝內安裝一臺轉盤曝氣機，盤片數為16片(見圖2)。

　　過幾個循環的測試，安裝導流板前、后的流速和充氧能力對比見表2～5。

　　以看出，氧化溝沒安裝導流板時，1-1斷面上部(水面下0.5m處)流速為0.7m/s，而底部( 水深3.0m處)流速為0.04m/s，遠小于0.15m/s，因此該段積泥較嚴重；當單獨設置下游導流板時，1-1斷面上部流速減小為0.12m/s，而底部流速增加為0.58m/s；當上、下游同時設置導流板時，1-1斷面上部流速減至0.14m/s，底部流速則增加到0.55m/s，大于0.3m/s，所以消除了底部積泥現象，有利于氧化溝內的污泥混合循環，提高了處理效果。另外只加裝下游導流板時，1-1斷面的流速雖已比較理想，但在4-4斷面，則與不裝導流板時的流速相差無幾，此處仍會積泥，而且充氧能力提高值也不大。由此可以看出，上游導流轉盤上游附近的流速分布起了比較大的作用。另外，上游導流板的設置還會減少因轉盤表面動能的增加導致表面混合液流速迅速上升而使大量液流直接從表面流經轉盤的現象，混合液改由從溝底通過則加速了氧的轉移，提高了充氧能力。因此，上、下游同時加裝導流板，無論是對氧化溝流速分布的改善還是對其充氧能力的提高都會取得最佳效果 。

　　3  結論和看法

　　氧化溝加裝上、下游導流板是改善氧化溝流速分布、提高充氧能力的最佳方法和最方便的措施。上游導流板安裝在距轉盤(轉刷)軸心4.0m處(上游)，導流板高度為水深的1/5～1/6，并垂直于水面安裝；下游導流板安裝在距轉盤(轉刷)軸心3.0m處。導流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。
　　②導流板與其他改善措施相比，不僅不會增加動力消耗和運轉成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動力效率。
　　③氧化溝的溝深以3.0～3.5m比較適中，最好在3.0m左右。氧化溝過深(如4.0m甚至到6.0m)則弊病較大：a.上、下層流速相差較大，混合液濃度不均勻，處理效果較差；b.底部流速小，很容易積泥。國外的氧化溝深度大多在3.0m以內，如參考文獻［2］中特別指出：“雖曾采用過水深＞7.0m，但大多數氧化溝溝深仍局限在1～2m。”因此，我國目前在氧化溝的設計中越做越寬、越做越深是不科學的，而且非常不利。
　　④氧化溝處理工藝中的曝氣轉盤或轉刷，目前我國都可以制造，而且生產廠家較多，沒有必要完全依靠進口(除機電設備外)；當然，無論是轉盤還是轉刷其構造上還有較大的發展創新潛力，有待于開發和提高。
　　⑤目前正是我國氧化溝工藝發展的高峰期，因此在氧化溝設計上一定要科學、可靠；對于與日俱增的生產曝氣轉盤和轉刷的環保企業，其產品極需標準化、規范化，需要有國家權威檢驗部門檢驗達標后方可進入市場，否則造成的損失將是巨大的。

　　參考文獻：

　　［1］夏震寰.現代水力學［M］.北京：高等教育出版社，1992.
　　［2］米可爾 G 曼特，布魯斯 A 貝爾.Oxidation Ditches in Wastewater Treatment［M］.袁懋梓譯.北京：中國建筑工業出版社，1998.

作者簡介：曹瑞鈺(1944-)，男，同濟大學教授，研究方向為水污染控制技術、環境經濟學。
電　　 話：(021)65982685
收稿日期：2000-10-09