立體循環(huán)一體化氧化溝處理城市污水的試驗研究

 　　氧化溝是一種經(jīng)濟而有效的污水處理技術，具有穩(wěn)定的處理效果。自二十世紀50年代出現(xiàn)以來，經(jīng)過工藝和曝氣設備等方面的無數(shù)次改進，已成為主要污水生物處理技術之一。特別是用于污水生物脫氮，氧化溝比其它生物脫氮工藝具有費用低、TN去除效率高的優(yōu)勢。然而，與活性污泥法相比，氧化溝占地面積大，因此，在土地昂貴的城市或地區(qū)，氧化溝的應用受到限制。

　　本研究開發(fā)的新型立體循環(huán)一體化氧化溝既保留氧化溝設備和運行操作簡單等優(yōu)點，又可減少占地面積。該項技術已申請專利。本文重點介紹立體循環(huán)一體化氧化溝處理城市污水的試驗研究成果。

　　1 工藝特點

　　本研究開發(fā)的新型一體化氧化溝采用立體循環(huán)，并與沉淀區(qū)合建。其特點是：① 氧化溝的上層為好氧區(qū)，下層為缺氧區(qū)，不與大氣接觸，缺氧形成快，混合液在上下循環(huán)的過程中可完成降解有機物和硝化與反硝化的生物脫氮過程。與常規(guī)氧化溝相比，占地面積可減少約50%。② 沉淀區(qū)與氧化溝合建，沉淀的污泥可自動回流到氧化溝內(nèi)，無需污泥回流設備，可節(jié)省投資和能耗，而且沉淀區(qū)對氧化溝內(nèi)混合液流態(tài)無任何影響。③ 結構緊湊，運行操作簡便。

　　本研究在實驗室進行，試驗裝置的有效體積為33 L。試驗污水為城市污水，其水質(zhì)如表1所示。在試驗期間，反應器內(nèi)混合液的溫度隨季節(jié)而變化，基本維持在11～28℃之間。試驗初期，處理水量為0.33L/h，并逐漸增加至6 L/h。污泥濃度保持在2.0～4.9 g/L，污泥負荷為0.08～0.14 kg·BOD5/kg·VSS·d

　　表1 試驗污水水質(zhì)特征

　　項目 范圍 平均值

　　PH 6.84～8.1 7.2

　　SS(mg/l 55～651 152

　　COD(mg/l) 289～1147 628

　　BOD5(mg/l) 119～470 257

　　NH3-N(mg/l) 45～67 59.1

　　TN(mg/l) 65～87 79.4

　　BOD5/TN 3.2

　　在試驗裝置內(nèi)，混合液的循環(huán)流動由轉(zhuǎn)刷推動。轉(zhuǎn)刷的功能一是充氧，二是使液混合循環(huán)流動，底部不發(fā)生污泥沉積。根據(jù)設計要求，當轉(zhuǎn)刷淹沒深度確定后，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)動速度，可以保證溝內(nèi)溶解氧濃度及水流速度的要求。試驗運行期間，立體循環(huán)一體化氧化溝上層DO維持在2 mg/L以上，下層保持缺氧狀態(tài)。混合液的循環(huán)流速平均為0.25 m/s，未出現(xiàn)污泥沉積現(xiàn)象。

　　2 結果與討論

　　由于氧化溝以低負荷方式運行，因此對污水中有機物具有較高的去除效率。穩(wěn)定運行期間，COD去除率達到95%。當進水COD濃度小于1000 mg/L，出水COD低于50 mg/L。對BOD5的去除率達到98%以上，出水平均BOD5濃度為5 mg/L。由此可見，本試驗系統(tǒng)對有機物具有較高的去除效率。

　　在試驗期間，沒有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。根據(jù)試驗運行結果，氧化溝內(nèi)污泥的SVI在50-260 mL/g范圍內(nèi)，進水SS在150 mg/L左右，出水SS小于15 mg/L。

　　立體循環(huán)一體化氧化溝上層為好氧區(qū)，下層為缺氧區(qū)，因此混合液在循環(huán)過程中可完成生物脫氮過程。在試驗運行期間，試驗系統(tǒng)內(nèi)氨氮負荷為0.011 ～ 0.02 kgNH3-N/kgVSS·d，BOD5負荷為0.08 ～ 0.12 kgBOD/kgVSS·d，進水NH4-N濃度為45～67 mg/L，出水中NH4-N平均濃度1mg/L, NH4-N去除率達99%。進水TN濃度為70～80mg/L，出水TN濃度為7mg/L左右，TN去除率達到90%以上。由此可見，本試驗系統(tǒng)保持了常規(guī)氧化溝脫氮效果好的特點。

　　HRT是影響氧化溝去除有機污染物的主要因素之一。根據(jù)試驗結果，進水COD濃度為480mg/L左右，水溫23 ℃時，當HRT小于5 h時，COD去除率低于75%;隨著HRT的延長，出水COD濃度迅速降低，去除效率明顯提高。當HRT大于6 h，出水COD濃度低于50mg/L，去除率達90%以上。但HRT大于10 h后，去除率無明顯提高。因此，當進水COD濃度增加時，氧化溝的HRT應相應增加，以保證具有較高的COD去除率。此外，在本試驗條件下，當COD具有較高的去除效率時，總氮的去除率始終保持在90%以上。

　　在本試驗系統(tǒng)內(nèi)，溫度對COD的去除效果具有一定的影響。試驗結果可知，水溫在12～15 ℃時，COD去除率約為89%;水溫高于15 ℃，COD去除率大于90%。溫度對TN去除率的影響較明顯。試驗結果表明，當總氮負荷≤0.08 kg TN/kg MLVSS·d，BOD5負荷為0.08-0.14 kg BOD/kg MLVSS·d時，溫度為11～13 ℃，TN去除率在75%左右;隨溫度升高，TN去除率明顯增加，溫度高于150C時，TN去除率已達到90%以上。這是因為氧化溝中形成缺氧狀態(tài)時，溫度對反硝化影響是非常明顯的。

　　3 結論

　　試驗結果表明，立體循環(huán)一體化氧化溝能夠有效地去除污水中的有機污染物，COD去除率達到95%，相應的BOD 去除率為98%。同時，由于好氧區(qū)和缺氧區(qū)的形成，有利于污水生物脫氮。在本試驗中，當HRT=10h，SRT=30d時，NH3-N去除率達到99%，總氮去除率90%以上。因此，采用立體循環(huán)一體化氧化溝處理城市污水是可行的。

　　立體循環(huán)一體化氧化溝的優(yōu)點是：

　　(1) 由于活性污泥混合液呈立體循環(huán)，故在同等處理能力下，較常規(guī)氧化溝, 可節(jié)省占地面積約50%。

　　(2) 污泥自動回流，沉淀分離器置于立體氧化溝的一端，不改變主溝混合液的流態(tài)，不造成能量損失，因而更加節(jié)能，可降低運行費用。

　　(3) 整個系統(tǒng)結構緊湊，占地少，投資少，操作方便，并可實現(xiàn)工廠裝配化，是適合現(xiàn)階段我國中小城鎮(zhèn)及城市小區(qū)污水處理需要的新工藝。