王泮祥1，錢雪明2

(1.南京市市政設(shè)計(jì)研究院，江蘇南京210008；2.常熟市城北污水處理廠，江蘇常熟215500)

　　摘　要：結(jié)合生物脫氮除磷機(jī)理，從設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩個(gè)方面，對(duì)三槽式氧化溝工藝進(jìn)行了改進(jìn)。投產(chǎn)以來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐表明，改進(jìn)型三槽式氧化溝不僅能滿足BOD₅、CODCr、SS、NH₃-N達(dá)標(biāo)排放，還能使出水PO3-4-P＜0.5mg/L(平均)。
　　關(guān)鍵詞：三槽式氧化溝；設(shè)計(jì)改進(jìn)；生物脫氮除磷；優(yōu)化運(yùn)行
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)08-0039-04

　　氧化溝又名連續(xù)流循環(huán)曝氣池(continuous loop reactor)，是活性污泥法的一種變型。其中三槽式氧化溝系丹麥創(chuàng)建，可在不另設(shè)二沉池的條件下連續(xù)運(yùn)行。由于其具有出水水質(zhì)好、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為世界范圍內(nèi)城市污水和有機(jī)工業(yè)廢水處理的主要工藝之一。
　　在我國(guó)城市污水處理領(lǐng)域，三槽式氧化溝工藝最早用于邯鄲市東污水處理廠，其總處理規(guī)模為10×10⁴ m³/d，一期為6.6×10⁴m³/d，系利用丹麥政府贈(zèng)款建成，由于投入運(yùn)行后效果很好而很快在全國(guó)推廣應(yīng)用。南京市市政設(shè)計(jì)研究院也積極采用了這一新工藝，并通過(guò)不斷的研究和改進(jìn)，形成了自己的設(shè)計(jì)特色。如在張家港市污水處理廠(總規(guī)模為6.0×10⁴m³/d，一期為3.0×10⁴ m³/d)設(shè)計(jì)中，將氧化溝進(jìn)水端池邊拉平，用池外二個(gè)三角形池子代替原先分設(shè)的配水井直接配水，使平面布置更加簡(jiǎn)潔，投資更省；又如在常熟市城北污水處理廠的設(shè)計(jì)中，還創(chuàng)新設(shè)計(jì)了改進(jìn)型的新池型，使除磷效率得到了顯著的提高。現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)踐，就改進(jìn)型三槽式氧化溝在常熟市城北污水處理廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)行情況進(jìn)行探討，以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化工藝的目的。

1　三槽式氧化溝的主要優(yōu)、缺點(diǎn)

1.1　主要優(yōu)點(diǎn)
　　①可不設(shè)初沉池、鼓風(fēng)機(jī)房和回流污泥泵房，集曝氣池與二沉池于一體，使流程變得十分簡(jiǎn)單；由于省去了回流泵和刮泥機(jī)等機(jī)械設(shè)備，不僅減少了設(shè)備故障，又節(jié)省了工程總投資。
　　②采用邏輯程序控制，操作管理十分方便，頗受管理單位歡迎。
　　③抗水量和水質(zhì)的沖擊負(fù)荷。
　　④處理效果穩(wěn)定、可靠，出水水質(zhì)好，除正常去除BOD5、CODCr、SS和污水得以硝化外，還可脫氮除磷。
　　⑤可利用硝酸鹽取代部分氧氣來(lái)去除BOD₅，并得以生物脫氮，節(jié)省了能源。
　　⑥泥齡較長(zhǎng)，泥量較少，剩余污泥較穩(wěn)定，而且在濃縮處理后可直接脫水干化。
　　⑦設(shè)備優(yōu)化，基本無(wú)維修工作量。
　　⑧由于技術(shù)不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)有效池深可達(dá)3～3.6 m，綜合占地面積與A/O或A²/O工藝相當(dāng)。
1.2　主要不足
　　從目前已經(jīng)投運(yùn)的三槽式氧化溝系統(tǒng)來(lái)看，除了容積利用率低、對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的質(zhì)量要求較高之外，其工藝設(shè)計(jì)本身以及與其配套的運(yùn)行方式也存在著需要改進(jìn)的地方。其中最迫切的是如何通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和運(yùn)行，使其除磷效率能得到較大提高，使該工藝更臻優(yōu)化。

2　提高除磷效率的對(duì)策

　　據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前三槽式氧化溝的除磷效率一般＜65%。這就意味著一旦選定三槽式氧化溝工藝，如果進(jìn)水含磷量較高(＞4 mg/L)，而出水水質(zhì)要求又十分嚴(yán)格(PO₄^3--P＜0.5 mg/L)時(shí)，出水磷含量就可能超標(biāo)。此時(shí)，一般采用三種對(duì)策：①補(bǔ)充化學(xué)除磷操作單元，即在系統(tǒng)中投加鐵鹽、鋁鹽等化學(xué)除磷藥劑，將濃縮池的上清液與脫水機(jī)濾出液收集在一起進(jìn)行化學(xué)除磷，由此會(huì)帶來(lái)運(yùn)行費(fèi)用和污泥量的增加，操作也十分繁瑣；②增設(shè)前置厭氧段，試圖通過(guò)形成厭氧—缺氧—好氧的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)達(dá)到提高除磷效率的目的。但是，受其自身構(gòu)造特點(diǎn)的限制，難以實(shí)現(xiàn)污泥回流，最終成效將不大；③從脫氮除磷的機(jī)理出發(fā)，對(duì)三槽式氧化溝進(jìn)行局部改進(jìn)，以達(dá)到大幅提高除磷效率的目的。常熟市城北污水處理廠即采用第三種方法，取得了十分顯著的成效。

3　原設(shè)計(jì)在除磷方面的缺陷

　　原設(shè)計(jì)的排泥系統(tǒng)明顯不合理，與生物脫氮除磷機(jī)理不相適應(yīng)，從而直接影響除磷效率的提高。首先，排泥地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在二個(gè)邊溝，而不應(yīng)該設(shè)于中溝。根據(jù)8階段運(yùn)行方式，中溝在C、G階段均經(jīng)歷缺氧狀態(tài)，但因歷時(shí)太短(一般僅0.75 h)，其后期不足以進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，而是直接進(jìn)入長(zhǎng)期的好氧曝氣狀態(tài)，故只能是對(duì)脫氮有利。而在邊溝則不同，當(dāng)邊溝(例如Ⅰ溝)處于A階段時(shí)，由于只有低速轉(zhuǎn)刷在運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速控制在僅
能維持水和污泥的混合和推動(dòng)水流循環(huán)流動(dòng)，但不供氧，且原水在源源不斷地進(jìn)入該溝，故混合污水必然先完成反硝化過(guò)程。由于停留時(shí)間(可調(diào))足夠長(zhǎng)，隨著溝中DO與NO₃-N的迅速下降，A階段的后期必然進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)(DO變化見(jiàn)圖1)。
　　之后，Ⅰ溝在B階段又進(jìn)入轉(zhuǎn)刷高速曝氣的好氧狀態(tài)，從而事實(shí)上形成了缺氧—厭氧—好氧，即倒置A2/O的運(yùn)行過(guò)程，這就十分適合嗜磷菌的生活規(guī)律—厭氧環(huán)境下向污水中釋磷，而在好氧狀態(tài)時(shí)過(guò)量地吸取污水中的磷，并以聚磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞內(nèi)。由于攝取的磷在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于釋放的磷，只要能將吸取了　　大量磷的污泥“及時(shí)”排掉，即可達(dá)到大幅提高生物除磷的目的。原設(shè)計(jì)的排泥點(diǎn)設(shè)于中溝的末端，這樣邊溝(例如Ⅰ溝)中完成了過(guò)量吸磷的污泥將出現(xiàn)兩種情況：一部分污泥將留在該邊溝中經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)5 h的沉淀過(guò)程；另一部分污泥則有可能經(jīng)與中溝的連通孔而轉(zhuǎn)入中溝，然后經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的曝氣，才能最終到達(dá)排泥點(diǎn)。由于中溝連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的曝氣環(huán)境極易造成磷的釋放，使隨泥排出的磷大為減少。

　　由此不難看出，改進(jìn)排泥地點(diǎn)的設(shè)計(jì)十分必要。其次，在配套運(yùn)行方式上，亦需相應(yīng)改進(jìn)才可以使工藝設(shè)計(jì)適合這種池型的生物脫氮除磷機(jī)理，從而充分提高三槽式氧化溝應(yīng)有的生物除磷效率。
　　若從二個(gè)邊溝輪流排泥，在操作上似乎更麻煩些，而且建2個(gè)排泥室要增加投資，為了“及時(shí)排泥”又會(huì)使泥齡略有減少，相應(yīng)的剩余污泥也將有所增加。但這與取得的高除磷效率相比是微不足道的，更何況排泥過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，通過(guò)PLC自動(dòng)控制設(shè)于邊溝的潛污泵的運(yùn)行即可。
　　順便提及，三槽式氧化溝的運(yùn)行方式?jīng)Q定了溝中MLSS的分布是不均勻的，邊溝濃度高而中溝濃度低。改從邊溝排泥，不僅與生物脫氮除磷的機(jī)理相適應(yīng)，而且也正好有利于三溝中的MLSS分配趨向合理。

4　改進(jìn)型三槽式氧化溝的應(yīng)用

4.1　設(shè)計(jì)特色
　　常熟市城北污水處理廠總處理規(guī)模為12×10⁴m³/d，計(jì)劃分三期建設(shè)，一期工程(3×10⁴m³/d)于1992年4月批準(zhǔn)立項(xiàng)，1998年7月建成投運(yùn)。一期工程設(shè)二座改進(jìn)型三槽式氧化溝，每座為1.5×10⁴m³/d。該廠目前的處理水量已達(dá)1.5×10⁴m³/d，處理出水排入常滸河。環(huán)評(píng)要求一期工程執(zhí)行GB 8978—1996二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，二、三期才執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，故在一期工程平面布置中預(yù)留了補(bǔ)充化學(xué)除磷用地，以備出水PO3-4-P不達(dá)標(biāo)時(shí)采取措施。由于設(shè)計(jì)建成的改進(jìn)型除磷效率很高，運(yùn)行實(shí)踐證明其生化除磷率可達(dá)85%以上，按平均值計(jì)，出水PO3-4-P＜0.5 mg/L，已能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，故預(yù)留的化學(xué)除磷設(shè)施無(wú)需建設(shè)。
　　該池型在設(shè)計(jì)上的特色主要體現(xiàn)在：
　　①改中溝連續(xù)排泥為二個(gè)邊溝輪流間斷排泥(現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)中溝也安裝了排泥泵，這是為進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)而用，實(shí)際運(yùn)行按程序只從邊溝排泥)。
　　②排泥地點(diǎn)設(shè)于邊溝進(jìn)水端旁側(cè)，每座氧化溝的二個(gè)邊溝各設(shè)一個(gè)排泥泵室，均設(shè)100QW—65—15—5.5型潛污泵2臺(tái)(1用1備)，其運(yùn)行由PLC控制。
　　③氧化溝的關(guān)鍵設(shè)備曝氣轉(zhuǎn)刷和電動(dòng)堰門(mén)均選用了性價(jià)比較高的產(chǎn)品，例如轉(zhuǎn)刷的關(guān)鍵部件(軸、聯(lián)軸節(jié)和變速箱)從瑞典引進(jìn)，而電機(jī)及刷片則系國(guó)內(nèi)組裝，兩年多來(lái)運(yùn)行一直正常。為滿足低速混合的運(yùn)行需要，每個(gè)溝還配備有足夠的雙速轉(zhuǎn)刷。
4.2　運(yùn)行特色
　　整個(gè)運(yùn)行可分為8個(gè)階段，8 h為一個(gè)運(yùn)行周期。與改進(jìn)之前的“8階段生物脫氮運(yùn)行方式”相比較，除磷效率明顯提高，故稱“8階段生物脫氮除磷運(yùn)行方式”，見(jiàn)圖2。

　　階段A：污水通過(guò)配水井流入Ⅰ溝，Ⅰ溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行。活性污泥中的反硝化細(xì)菌，被迫使用該溝在前一階段運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的硝酸鹽中的氧來(lái)分解有機(jī)物，即完成反硝化作用，釋放出氮?dú)狻ｋS著DO與NO₃-N濃度的迅速下降，Ⅰ溝轉(zhuǎn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，嗜磷菌使磷以正磷酸鹽的形式釋放到液相中。
　　階段B：Ⅰ溝經(jīng)1.5 h左右的缺氧、厭氧運(yùn)行后，進(jìn)入本階段約1.5 h的轉(zhuǎn)刷高速曝氣過(guò)程，使Ⅰ溝內(nèi)氧過(guò)剩，嗜磷菌過(guò)量地吸取磷。考慮到下一階段(階段C)Ⅰ溝進(jìn)入沉淀狀態(tài)(不宜排泥)，為及時(shí)將吸取過(guò)量磷的污泥排出池外，設(shè)計(jì)利用了曝氣結(jié)束之前和剛進(jìn)入沉淀狀態(tài)前的共計(jì)約30 min(可調(diào))的時(shí)間，由自控系統(tǒng)完成該排泥過(guò)程。
　　階段C、D：Ⅰ溝處于沉淀階段。
　　階段E、F：Ⅲ溝與在A、B階段的Ⅰ溝相同。
　　階段G、H：Ⅲ溝與在C、D階段的Ⅰ溝相同。
4.3　運(yùn)行效果
　　改進(jìn)型三槽式氧化溝在常熟市城北污水處理廠投運(yùn)2年以來(lái)，盡管不可避免地遇到進(jìn)水水質(zhì)的沖擊，以及初期水量較長(zhǎng)、時(shí)間不足等運(yùn)行困難，但運(yùn)轉(zhuǎn)一直正常。至2000年7月10日，已安全運(yùn)行709 d，累計(jì)處理水量為364×10⁴m³，其中2000年5月26日的最高處理水量為14 842m³，其時(shí)的水質(zhì)指標(biāo)為：進(jìn)水CODCr=692 mg/L,BOD₅=179mg/L，SS=984 mg/L，NH₃-N=30.4mg/L，pH=6.9,TP=5.41 mg/L；出水CODCr=57mg/L,BOD₅=9 mg/L，SS=30 mg/L，NH₃-N=5.8mg/L，pH=7.1,TP=0.42 mg/L；在709 d中，共計(jì)檢測(cè)進(jìn)、出水CODCr、BOD5、SS、pH各709次，NH₃-N為368次，TP為106次。檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表1、2。

表1　進(jìn)水水質(zhì)變化 類別 CODCr(mg/L) BOD₅(mg/L) SS(mg/L) pH NH₃-N(mg/L) TP(mg/L) 最高 3016 863 2162 9.1 164.5 8.32 最低 53 21 42 6.7 46 0.67 平均 420 139 302 7.8 65 2.65

表2　出水水質(zhì)變化 類別 CODCr(mg/L) BOD₅(mg/L) SS(mg/L) pH NH₃-N(mg/L) TP(mg/L) 最高 131 29 36 8.6 20.4 0.8 最低 23 2 4 6.7 1.5 0.01 平均 79 15 24 7.5 8.6 0.35 注：COD的去除率為81%，BOD的去除率為89%，SS的去除率為92%，NH₃-N的去除率為87%，TP的去除率為89%。

　　可以看出，進(jìn)水CODCr有時(shí)很高，這是排放工業(yè)廢水的廠家未能搞好預(yù)處理造成的，只要今后加強(qiáng)廠內(nèi)預(yù)處理，CODCr完全可以達(dá)標(biāo)。特別是平均除磷率能達(dá)到89%，這顯然是改進(jìn)型的設(shè)計(jì)與運(yùn)行發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

　　①三槽式氧化溝工藝具有出水水質(zhì)好、操作管理十分方便等突出優(yōu)點(diǎn)，在一定條件下是一種很有發(fā)展前景的生物處理技術(shù)，值得推廣應(yīng)用。
　　②改進(jìn)型三槽式氧化溝的處理效果是在特定污水廠的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，如何使其設(shè)計(jì)與運(yùn)行更加優(yōu)化，有待于今后結(jié)合更多的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)踐，作進(jìn)一步的研究和探索。

參考文獻(xiàn)：

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　　收稿日期：2000-12-28