2.6　城市污水的二級生物處理——氧化溝工藝

2.6.1　氧化溝類型

氧化溝是在傳統活性污泥法基礎上開發的一種污水生物處理技術。氧化溝一般呈環形溝渠狀，平面多為橢圓形，總長可達幾十米，甚至百米以上，溝深為2～6m；進水管進水，溢流堰出水。其運行方式多采用延時曝氣方式，活性污泥曝氣時間多在24h以上。污水在溝內的平均流速為0.4m／s，污水在整個停留時間內，可以做幾十次，甚至幾百次循環，所以氧化溝內混合液的水質可以認為是近乎一致的。氧化溝進水BOD5負荷率較低，對水溫、水質、水量的變動有較強的適應性，同時，也使污泥在溝內長期處于營養不足的狀態，促使微生物自行分解，從而大大減少了剩余污泥量，而不需再進行污泥的厭氧消化處理，可以說這種方式是廢水和污泥的綜合處理設備。

此外，氧化溝污泥的泥齡長，一般可達15～30d，可以存活世代時間長、增殖速度慢的微生物，如硝化菌。這樣，在氧化溝內可能產生硝化反應，如運行得當，還具有反硝化脫氮的效應。除此之外，這種方式還具有處理水穩定性較高，不需設初次沉淀池等優點。但是，由于曝氣時間長，使氧化溝容積增大，則占地面積大。如圖2.27所示，為以氧化溝為生物處理單元的污水處理流程圖。

下面簡單介紹幾種常用的氧化溝系統。

1.卡羅塞（Carrousel）氧化溝

這種氧化溝是20世紀60年代末由荷蘭某公司開發的，其構造如圖2.28所示。卡羅塞氧化溝系統是一個多溝串聯系統。在每組溝渠都分別安裝一臺表面曝氣器。靠近曝氣器的下游為富氧區，而曝氣器的上游可能為低氧區，外環還可能成為缺氧區，這有利于形成生物脫氮的條件。

卡羅塞氧化溝系統在世界各地應用廣泛，其規模一般從200m3／d到650000m3／d，BOD5去除率高達95%～99%，脫氮效果達90%以上，除磷率可達50%。

2.交替工作氧化溝

交替工作氧化溝分兩種。一種是由容積相同的2個池或3個池交替作為曝氣池和沉淀池，不設污泥回流系統。如圖2.29所示，為3池交替工作氧化溝，兩側的A池，C池交替作為曝氣池和沉淀池，中間的B池則一直為曝氣池，原污水連續進入A池或C池，處理水則相應地從作為沉淀池的C池和A池流出。另外一種是氧化溝連續運行，而設兩座二次沉淀池交替運行，交替回流污泥。這樣交替工作的氧化溝有多種形式，圖2.30所示為其中一種。

3.曝氣－沉淀一體化氧化溝

所謂一體化氧化溝就是為充分利用氧化溝較大的容積和水面，而將二次沉淀池建在氧化溝內。一體化氧化溝有多種形式，其中最有代表性的就是BMTS式。

BMTS氧化溝是由美國BumsandMc Donnd咨詢公司于20世紀80年代研究開發的，其結構如圖2.31所示。這種氧化溝的隔墻不在池中心，而是偏向一側，使設有沉淀區一側的溝寬大于另一側，沉淀區橫跨該側整個溝寬。沉淀區兩側設隔墻，其底部設一排三角形導流板，水面設集水管以收集處理后的水。循環的混合液均勻地通過沉淀區底部的導流板間隙上升進入沉淀區。澄清水通過穿孔管或溢流堰排走，沉淀污泥則從間隙流回混合液中。底部導流板的設置，可減少沉淀區中下層水流的紊動，通過底部導流板的水流紊動，可以清除構件上的沉淀物。

一體化氧化溝因其具有占地少、效率高、耐沖擊負荷及耐pH值變化能力強、維護管理又方便等特點，故此技術發展迅速，在國內外應用廣泛。

2.6.2　氧化溝的曝氣方法與曝氣裝置

氧化溝通常采用機械曝氣方法，即利用安裝在曝氣池水面的葉輪的轉動，劇烈地攪動水面，使液體循環流動，不斷更新液面并產生強烈水躍，從而使空氣中的氧與水滴或水躍界面充分接觸，在負壓吸氧的作用下，轉移到混合液中去。

機械曝氣裝置包括表面葉輪式曝氣器和轉刷式曝氣器。表面葉輪或轉刷安裝在曝氣池水面上、下，在動力驅動下轉動。曝氣器的轉動，可以使水面上的污水形成水躍，液面的劇烈攪動卷入空氣，且通過負壓吸氧作用吸入部分空氣；曝氣器的轉動，還具有提升液體的作用，使混合液連續地上下循環流動，氣液接觸界面不斷更新，不斷地使空氣中的氧向液體內轉移。

機械曝氣裝置的效能以氧利用效率和充氧能力兩項指標評定。氧利用效率同上，充氧能力（EL）則指通過機械曝氣裝置，在單位時間內轉移到混合液中去的氧量，以kgO2／h計。

1.表面葉輪式曝氣器

這類曝氣器根據葉輪的型式不同，又分為泵型、K型、倒傘型和平板型等。

（1）泵型葉輪曝氣器。泵型葉輪曝氣器是由葉片、上平板、上壓罩、下壓罩、導流錐頂以及進氣孔、進水口等組成（圖2.32）。

（2）平板型葉輪曝氣器。平板型葉輪曝氣器由平板、葉片和法蘭構成，如圖2.33所示。葉輪與平板半徑的角度一般為0°～25°，制造方便，不堵塞。

（3）倒傘型葉輪曝氣器。如圖2.34所示，倒傘型葉輪曝氣器由圓錐體及連在其外表面的葉片所組成，葉片的末端在圓錐體底邊沿水平伸展出一小段，使葉輪旋轉時，甩出的水幕與池中水面相接觸，從而擴大了葉輪的充氧、混合作用。

這些表面曝氣葉輪具有構造簡單，運行管理方便，充氧效率高等優點。目前在國內得到廣泛應用，在國外一般僅用于小型曝氣池。

2.曝氣轉刷

轉刷曝氣器由橫軸和固定在軸上的葉片所組成，電機帶動轉軸轉動，葉片也隨著轉動，攪動水面，產生波浪，空氣中的氧便通過氣液接觸面轉移到水中，如圖2.35所示。

安裝轉刷曝氣器時，轉刷應貼近液面，部分浸在池液中。

轉刷曝氣器主要用于氧化溝，它具有負荷調節方便，維護管理容易，動力效率高等優點。我國邯鄲市城市污水處理廠（氧化溝工藝）用的就是丹麥克魯格公司制造的轉刷曝氣器。

另外，在寒冷地區為避免水面結冰或者運行方式為深層曝氣時，可采用鼓風－機械聯合式曝氣裝置。即葉輪安裝在水下，只進行機械攪拌，不提供氧。而氧的供給靠安設在池底的鼓風空氣擴散裝置。由機械攪拌所產生的強力剪切作用，對從空氣擴散裝置噴出的氣泡加以微細化的同時，將氣泡分散在強烈紊動的水流中，并形成一種能防止氣泡從水面逸散的流線。

這種聯合方式的特點是，可通過改變空氣量來適應負荷的變化；可提高原鼓風曝氣裝置的氧利用率；能在底部形成強烈的紊流，防止污泥淤積。但是，這種方式水下的葉輪易磨損，易腐蝕，而且同時需要機械攪拌和空壓機兩種動力，因而動力費用較高。