一体化氧化沟处理城市污水试验研究

　　氧化沟技术具有构筑物简单和运行管理方便等优点，在污水处理工程中被广泛采用。美国EPA对不同类型生物处理法的运行情况的调查结果表明，不同工艺出水BOD5小于20mg/L的时间占总运行时间百分数分别是：氧化沟90%；鼓风曝气70%；生物滤池60%[1]。由此可见，氧化沟的处理效果比其它生物处理方法稳定。氧化沟的特点是低负荷运行，因此有机物可以有效去除而且对氨氮完成硝化。但传统的氧化沟中由于溶解氧浓度较高而没有反硝化发生，总氮(TN)去除率通常在30%～40%。实际上，氧化沟的循环运行方式非常适合于脱氮，它不需要为反硝化而增设回流系统，通过调节曝气量使氧化沟内形成缺氧区和好氧区，可使脱氮效果明显提高，总氮去除率大于90% [2]。因此，其基建和运行费用均低于其它生物脱氮工艺[3]。

　　本研究采用新型斜板沉淀池一体化氧化沟处理城市污水，工艺简单，操作简便，不需设污泥回流系统，曝气转刷是唯一的机械设备，设备利用率100%。由于污泥龄长，污泥呈高度矿化状态，排出的剩余污泥较稳定，不需要消化，经浓缩后可直接脱水。研究中对该氧化沟的处理效果以及主要影响因素进行考察。

1　试验条件与方法

　　本研究为实验室小型试验，试验装置如图1所示。氧化沟全长1.6m，有效水深0.3m，有效容积41L。污水首先由高位水箱经转子流量计流入氧化沟中，迅速与沟内的原有混合液混合，经多次循环后，与进水等量的混合液在沉淀池内固液分离，经出水堰排出。由于试验模型较小，没有适当规格的曝气转刷可以安装，所以在氧化沟的一端转弯处设一台搅拌机，以推动混合液在沟内循环流动，搅拌浆的形式类似于曝气转椎，在平面圆盘上固定6片浆板。搅拌机的转速在100～250转/分钟之间调节。为了调节氧化沟内溶解氧的浓度，在进水口前设置一充氧提升多用泵。试验中采用底部设有特殊进水整流过渡区的斜板沉淀池作为沟内合建的沉淀池，沉淀池占氧化沟总体积6%。

　　试验运行共历时9个月，处理水量1.6～5.6L/h，相应的系统总水力停留时间为7-25小时。水温随季节变化，为10～27℃。在试验期间，氧化沟的污泥龄大于20天，MLSS 2～2.8g/l，MLVSS 1.4～1.9g/l。COD负荷为0.183～0.327 kg/kgVSS×d，NH3-N负荷为0.019～0.033 kg/kgVSS×d。

　　试验污水取自哈尔滨市的主要纳污水体马家沟河，污水水质如表1所示，为典型的城市污水。试验运行期间每日监测的项目有：水温、溶解氧、SV%、pH、CODcr、NH3-N、NO2--N和NO3--N。每周监测的项目有：SS、MLSS、MLVSS，并用显微镜观察微生物生长情况。限于实验条件，BOD5、TKN、TP只在试验条件发生较大变化时进行监测。水质分析方法采用标准分析方法[4]。

表1 试验污水水质

项目

范围

项目

范围

COD (mg/L)

258.9～407.5

NH3-N (mg/L)

18.2～30.5

BOD5 (mg/L)

100.3～144.8

NO2--N (mg/L)

0.02～0.2

SS (mg/L)

60～160

NO3--N (mg/L)

0.01～0.55

pH

6.0～7.2

TKN (mg/L)

23.8～41.2

TP(mg/L)

4.5～8.6

CODcr∶TKN

10∶1

2 结果与讨论

　　2.1有机物的去除

　　试验工艺进出水中COD浓度及其去除效率如图2所示。由图可见，进水COD浓度为259～388 mg/L，出水COD浓度保持在18.1～42.7 mg/L，去除效率在90%以上。此外，试验装置出水BOD5浓度为16.7mg/L，去除效率为88.5%。出水SS低于35mg/L。

　　2.2生物脱氮

　　生物脱氮过程是在好氧条件下硝化菌将氨氮氧化为硝态氮（亚硝酸盐氮和硝酸盐氮），然后在缺氧条件下通过反硝化菌的作用将硝态氮转化为氮气从水中逸出。氧化沟具有高硝化效率，通过适当调节，在氧化沟内形成好氧段和缺氧段，可以完成脱氮过程[2]。图3是本研究中不同缺氧段比例情况下总氮去除效率的试验结果。由试验结果可知，在本试验条件下，当缺氧时段所占比例为40～60%时可达到最高的TN去除率，因此在实际运行中可控制好氧区和缺氧区各占氧化沟容积的一半。

　　在试验中发现，当原水中氨氮浓度较高时，若只进行硝化反应，而无反硝化发生时，氧化沟内混合液的pH值下降，当碱度不足时将抑制硝化反应的进行。通过调节出现反硝化时段后，由于反硝化反应产生一定量的碱度，可使硝化效率提高。因此，在氧化沟内完成反硝化反应，对硝化反应具有促进作用。反硝化以有机物为碳源，利用硝态氮中的氧，在缺氧状态下的去除BOD5和COD，可减少曝气装置的供氧量，从而节约能源。此外，经过反硝化，活性污泥能够避免在沉淀池中因停留时间长或死角出现反硝化而使污泥块状上浮的现象，使沉淀效果更理想。

　　因此，在氧化沟内同步完成硝化和反硝化，可以起到一功多能的作用。工程应用中的氧化沟水流循环一周耗时约5-10分钟，只要采用合理布置曝气机台数或调节曝气转刷淹没深度即可实现缺氧区和好氧区同时存在。