气升推流一体化氧化沟处理模拟城市生活污水的研究

气升推流一体化氧化沟处理模拟城市生活污水的研究

杨健陈曦李续居文钟

天津科技大学海洋与环境学院1.2天津300191

天津市天水环保设计工程有限公司1.2.3..4天津300110

【摘要】开发了一种新型气升推流一体化氧化沟工艺，克服了常规水平流一体化氧化沟流速过高溶解氧梯度区分不明显、占地面积过大等弊端，增强了氧化沟工艺的经济性、实用性。同时，通过改进的氧化沟内形成了厌氧、好氧、缺氧部分，使氧化沟具有了倒置A2O工艺的功能，从而具有更好的脱氮除磷效果。专用固液分离器的设计及制作使该装置结构紧凑、运行操作简便同时使出水具有良好的SS和浊度指标。在进水COD为200-900mg/L、NH3-N为51-4.9mg/L、TN为61.6-12.1mg/L、TP为6.66-0.53mg/L的条件下，出水的各项指标均能稳定达到《城镇污水处理厂综合排放标准》中规定的一级B类标准。

【关键词】模拟城市生活污水，气升推流一体化氧化沟，专用固液分离器

1.工艺特点

氧化沟技术是活性污泥法的一种变形，传统的水平流氧化沟其曝气池呈封闭的沟渠型[1],是一种首尾相连的循环流曝气沟渠。氧化沟技术自其问世至今已经历了四代，第四代氧化沟实现了曝气净化与污泥沉淀分离一体化。目前,氧化沟技术依然朝着充分挖掘和利用传统氧化沟水力学特性,以进一步减少占地和建设资金[2]、降低较高的能耗的方向进行研究。

气升推流一体化氧化沟针对传统水平流氧化沟的不足，利用水下微孔曝气器产生的微气泡的上升动力与池内的折流板结合沟内，总体流速在0.2-0.3m/s[3]，替代机械表面曝气设备为氧化沟内的生化系统充氧和提供提升和推动混合液的动力，可以在相同的容积情况下加深氧化沟的池深，提高了氧的利用率。同时，利用数个折流板使系统形成明显的溶解氧梯度，在沟内形成厌氧、缺氧、好氧区域，再利用原水的分配形成倒置A2O氧化沟系统。最佳工况时，倒置A2/O一体化氧化沟与传统A2/O一体化氧化沟重现性试验的比较：BOD5、COD、SS、NH3-N、TN、TP去除率分别提高了0.72%、1.4%、-0.8%、8.69%、9.94%、8.29%[4]。气升推流一体化氧化沟沟内结构形式如图1所示。

2.试验条件与方法

2.1实验条件

该实验装置由UPVC材料制成，总有效容积为1.152L。生物反应器的启动运行是生物处理工艺的关键技术之一，气升推流一体化氧化沟也不例外。采用合适的启动方法，迅速启动并进入稳态运行，不仅可以缩短运行调试时间，还可以在发生运行事故时提供有效的补救措施。在氧化沟正常运行前，必须在氧化沟里培养或驯化足够的活性污泥。为了尽快使氧化沟投入正常运行，我们选用了该实验室另一氧化沟中的活性污泥作为菌种并对其进行驯化。原水是实验室中使用葡萄糖、淀粉、氯化铵、磷酸二氢钾、尿素等按照一定比例配置的模拟生活污水。

试验的进水量控制在80L/h，曝气量为1000L/h，脉动曝气量为1000L/h。实验分为四个阶段，第一阶段为3月1日—3月4日，水力停留时间为12h；第二阶段为3月5日—3月13日，水力停留时间为16h；第三阶段为3月14日—3月28日，水力停留时间为24h；第四阶段为3月29日—3月31日，水力停留时间为48h。

2.2测试方法

本研究对进出水中CODCr、NH3-N、TN、TP的测定，均采用标准方法，见表1。

3.结果与讨论

3.1对有机物的去除

污水生物处理工艺对有机物的去除能力是评价工艺性能的最主要指标之一，而COD是污水处理中用来表征污水中有机物含量的常用指标。通过实验测定进水的COD浓度可以得出，进水COD波动很大，最大进水COD超过900mg/l，最低进水COD不低于200mg/L，而出水的COD基本保持稳定，都在50mg/l以下，具体试验结果见图2。

由图2可以看出，整个实验是在低温运行的条件下进行，COD的去除率可以达到很高的水平，一方面和实验室自配污水有机物成分比较简单有一定关系，更主要的是气升推流一体化氧化沟对有机物的去除具有很好的效果。

3.2对NH3-N、TN的去除

3.2.1对NH3-N的去除

气升推流一体化氧化沟对污水中氨氮的去除效果见图3。

由图3可以看出，实验第一阶段进出水氨氮浓度都比较高，去除率较低，均低于70﹪，这与氧化沟低温运行、水温较低有关，硝化反应最适宜的温度为30℃左右，而实验运行时水温仅为10℃左右，在一定程度上会影响消化反应，从而影响氨氮的去除率。此外，水力停留时间较短对氨氮的去除也会有一定的影响。

实验的后三个阶段，进水氨氮浓度较低，为10mg/L左右，出水氨氮去除率可达95%以上，出水氨氮浓度比较稳定，去除率较高，去除率的波动主要受进水浓度波动影响。可见在进水氨氮浓度较低的情况下，即使水温较低，硝化反应也没有达到饱和，此时受温度影响较小。

3.2.2对TN的去除

TN去除效果数据见图4。

由图4可以看出，实验过程中并没有对所有进出水水样的总氮浓度进行测定，而是从中选择了连续的五次实验的进出水水样进行测定，以研究总氮的去除情况。除3月22日实验结果外，总氮的进出水浓度的变化趋势基本保持一致。3月22日和25日的实验结果，总氮去除率较高，超过90%，可能与水力停留时间的延长有关，同时不排除偶然因素的影响。从前三次实验结果来看，总氮的去除量是基本保持稳定的，去除率保持在较高水平。

综上所述，整个实验过程中对氨氮的去除率较好，说明氧化沟中污泥龄较长，硝化细菌可以大量繁殖，硝化反应比较容易发生，氨氮较易转化成硝态氮，从而保证氨氮去除率。总氮的去除效果主要受氨化反应和反硝化反应的影响。反硝化反应的最适温度是15～30℃，当温度低于10℃时，反硝化作用停止。在低温运行时，水温仅为10℃左右，会制约了反硝化反应，但在本实验中，总氮的去除率还是保持在较高的去除水平，这是由于立体氧化沟底部有较好的厌氧环境，同时在系统转角处会形成不断循环的少量沉泥达到可以较好的厌氧效果，并且水力停留时间较长，从而达到一个较好总氮去除效果。通过实验得出，氨氮和总氮的出水浓度基本可以达到国家一级A的标准，氧化沟正常运行脱氮效果较好。

3.3对TP的去除

（2）TP去除效果

TP去除效果数据见图5。

由图可以看出，总磷的进出水浓度和去除率的波动都较大，进出水浓度的变化趋势相近。总磷的出水浓度出3月10日和13日较高外，其他出水总磷浓度都在1mg/L以下。出水磷浓度和去除率波动的主要原因是氧化沟冬季低温运行，没有进行定期排泥，污泥在系统内的长时间停留，微生物过量吸收的磷又重新释放到水中，而无法排出系统外。

4.专用固液分离器的设计

气升推流一体化氧化沟属于第四代氧化沟的显著特征就是其生化系统与固液分离系统的合建式、一体化设计。为了这种新型的氧化沟具有良好的抗污泥膨胀性能和良好的固液分离效果，本实验还为该装置设计并制作了一种条形漏斗式固液分离器见图2：

该固液分离器设置在固液分离区，在氧化沟内形成静水区。同时，利用氧化沟内混合液的过流带走沉淀下的活性污泥实现泥水分离和沉淀污泥的无泵回流。在水温较低、污泥沉淀性能不佳时，该固液分离器仍然可以使出水的悬浮物稳定在5mg/L。

5.结论

气升推流一体化氧化沟能够有效地去除污水中的有机污染物，对COD的去除率达到90%以上，对氨氮的去除能够稳定在90%以上，对总氮的去除率能够稳定在90%以上，由于工况调节的问题系统对总磷的去除不够理想。值得一提的是该氧化沟由于在下层够到形成缺氧区，有利于生物脱氮。在HRT为12h时，系统对有机物的去除已达到较好水平，提高水力停留时间对COD去除效果影响很小，但可以提高生物脱氮的性能。

气升推流一体化氧化沟的优点是:（1）该氧化沟是在传统一体化氧化沟的基础上，对沟体进行改良设计的，克服了传统一体化氧化沟流速过高溶解氧梯度区分不明显、占地面积过大的弊病，增强了氧化沟工艺的实用性。（2）采用倒置A2/O工艺作为脱氮除磷工艺较传统的A2/O工艺具有更好的脱氮除磷效果。（3）由于活性污泥混合液呈立体循环，在相同的容积情况下加深氧化沟深度节省占地面积约40%。（4）充分的利用了充氧曝气设备，既为好氧系统供氧又为整个系统中的混合液的流动混匀提供动力。（5）省去了机械推流设备的投入和耗能，进一步降低了整个系统的一次性投入和耗能。（6）专用固液分离器的设计，能够保证出水的悬浮物保持较低的水平。

参考文献

[1]邓荣森．氧化沟污水处理理论与技术（第二版）[M]．北京：化学工业出版社，2011：5-6.

[2]居文钟.条形漏斗式固液分离器及应用其的气升脉动推流型氧化沟[P].中国专利：ZL201010150135.8.

[3]马建立，邓小文，等.整体合建倒置A2O氧化沟中试试验及参数优化[J].城市环境与城市生态，2011，24（4）:33-35.

[4]杨星宇.倒置A2/O型一体化氧化沟处理城镇污水技术研究[D].贵阳:贵州师范大学，2007.