五溝式氧化溝的設(shè)計(jì)及運(yùn)行

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簡(jiǎn)介： 從設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩個(gè)方面對(duì)南通市污水處理廠的五溝式氧化溝工藝進(jìn)行了總結(jié)。投產(chǎn)以來的運(yùn)行實(shí)踐表明，該工藝的容積、設(shè)備利用率高，并可實(shí)現(xiàn)全時(shí)反硝化；同時(shí)也存在著需進(jìn)一步提高除磷效率、各溝中污泥濃度分布不均等問題，有待進(jìn)一步完善。
關(guān)鍵字：五溝式氧化溝

中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)11-0053-03

　　南通市污水處理廠工程的一期處理規(guī)模為2.5×10⁴m³/d，以處理工業(yè)廢水為主(化纖、印染、制藥、皮革、釀造等廢水，所占比例在80%以上)。設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD₅為350mg/L，SS為250mg/L，出水需達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—96)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處理工藝為創(chuàng)新的五溝式氧化溝，廠區(qū)總占地面積為6.75hm²。該工程自1994年6月建成投產(chǎn)以來一直滿負(fù)荷運(yùn)行，處理效果良好。

1　五溝式氧化溝的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

1.1　五溝式氧化溝
　　在該廠的設(shè)計(jì)過程中，曾考慮采用三溝式氧化溝工藝。針對(duì)該廠設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD₅達(dá)350mg/L的情況，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)三溝式氧化溝的容積偏大，特別是當(dāng)邊溝作沉淀池時(shí)其水力停留時(shí)間達(dá)10h以上，造成了容積的浪費(fèi)(容積利用率僅為55%)，同時(shí)其設(shè)備利用率也較低，故較高濃度的污水采用三溝式氧化溝工藝進(jìn)行處理是不經(jīng)濟(jì)的。
　　由三溝式氧化溝的工作原理可知，其中間溝一直作為生化反應(yīng)池，如增加中間溝的容積即可增加容積及設(shè)備的利用率，從而降低工程造價(jià)。為此，提出了五溝式氧化溝的概念，即以等容積的五條環(huán)形溝并聯(lián)組成五溝式氧化溝，各溝之間以孔洞連通，兩邊溝交替作為沉淀池、生化池，中間三條溝作為生化池，配水井可交替向五條溝中的任一條溝配水，并通過控制轉(zhuǎn)刷的開、停以及高、低速運(yùn)行來達(dá)到各溝中好氧、缺(厭)氧、沉淀等不同的運(yùn)行狀態(tài)。
1.2　五溝式氧化溝的設(shè)計(jì)
　　南通市污水廠(一期工程)采用1座五溝式氧化溝，主要設(shè)計(jì)參數(shù)：污泥負(fù)荷為0.08kgBOD₅/(kgMLSS·d)，混合液濃度為4g/L。氧化溝總?cè)莘e為40866m³，每溝容積為8173m³，平面尺寸為102.75m×120.5m，有效水深為3.5m，溝寬為10m。配備25臺(tái)直徑為1m、有效長度為9m的雙速曝氣轉(zhuǎn)刷。
1.3　運(yùn)行模式及特點(diǎn)
　　五溝式氧化溝的運(yùn)行模式類似于三溝式氧化溝，其兩邊溝交替作為沉淀池和曝氣池，中間三溝(交替進(jìn)水)作為缺氧池、好氧池。溝內(nèi)配備帶雙速電機(jī)的曝氣轉(zhuǎn)刷，其在高速運(yùn)行時(shí)曝氣充氧，在低速運(yùn)行時(shí)維持溝內(nèi)的混合液流動(dòng)，為反硝化創(chuàng)造一個(gè)缺氧環(huán)境。該工程采用的工作周期為8h，運(yùn)行方式分為6個(gè)階段。?
　　階段A(1.5h)：污水進(jìn)入1號(hào)溝，由5號(hào)溝出水。1號(hào)溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，因處于缺氧狀態(tài)而進(jìn)行反硝化；2、3、4號(hào)溝轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行，進(jìn)行有機(jī)物的降解和硝化。?
　　階段B(1.5 h)：污水進(jìn)3號(hào)溝，仍由5號(hào)溝出水。3號(hào)溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，處于缺氧狀態(tài)而進(jìn)行反硝化；1、2、4號(hào)溝轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行。
　　階段C(1h)：污水進(jìn)入2號(hào)溝，由5號(hào)溝出水。2號(hào)溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，3、4號(hào)溝轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行；1號(hào)溝轉(zhuǎn)刷停開，處于出水過渡狀態(tài)。?
　　階段D(1.5 h)：污水進(jìn)入5號(hào)溝，由1號(hào)溝出水。5號(hào)溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，處于缺氧狀態(tài)；2、3 、4號(hào)溝轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行。?
　　階段E(1.5 h)：污水進(jìn)入3號(hào)溝，仍由1號(hào)溝出水。3號(hào)溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，2、4、5號(hào)溝轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行。?
　　階段F(1 h)：污水進(jìn)4號(hào)溝，仍由1號(hào)溝出水。4號(hào)溝轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，2號(hào)、3號(hào)溝轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行；5號(hào)溝轉(zhuǎn)刷停止運(yùn)行，處于出水過渡狀態(tài)。?

　　上述各階段的時(shí)間設(shè)定及運(yùn)行周期可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。氧化溝的進(jìn)、出水和轉(zhuǎn)刷的開停及其轉(zhuǎn)速的高低都通過PLC控制。為節(jié)省電耗按運(yùn)行的實(shí)際需要充氧，在每條溝中都設(shè)有DO探頭，當(dāng)某一溝中DO測(cè)定值大于其設(shè)定值時(shí)則該溝中的轉(zhuǎn)刷逐臺(tái)由高速變?yōu)榈退龠\(yùn)行。?
　　由運(yùn)行方式可見，五溝式氧化溝每條溝每天用于生物處理的時(shí)間：1、5號(hào)溝為9h，2、3、4號(hào)溝為24h。由此可得出五溝式氧化溝的容積利用率為0.75，比三溝式氧化溝的容積利用率(0.55)提高了20%，同樣設(shè)備利用率也提高了20%。另外，采用五溝式氧化溝與采用三溝式氧化溝相比，其池體體積、曝氣轉(zhuǎn)刷數(shù)可減少27%，工程投資可減少20%～30%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。另外，五溝式氧化溝能夠?qū)崿F(xiàn)全時(shí)反硝化，即五溝中總有一溝處于缺氧反硝化運(yùn)行狀態(tài)。全時(shí)反硝化可達(dá)到更高的脫氮效率，減少耗氧量，并節(jié)省能耗。而三溝式氧化溝每天只有13.5h處于反硝化運(yùn)行狀態(tài)。?

2　運(yùn)行效果

　　該工程自1994年6月投產(chǎn)以來一直滿負(fù)荷運(yùn)行。在運(yùn)行的前幾年主要處理工業(yè)廢水，其進(jìn)水BOD₅、SS、COD高且變化幅度大，年平均進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值超過設(shè)計(jì)值。后幾年，隨著城市污水管網(wǎng)的不斷完善則城市生活污水的接入量逐年增加，污水廠進(jìn)廠水質(zhì)指標(biāo)值逐 年下降(見表1)，進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值超過設(shè)計(jì)值的天數(shù)逐年減少，進(jìn)而年平均進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值逐漸下降到設(shè)計(jì)值。

表1　每年進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)　　d年份BOD₅(＞350mg/L)SS(＞250mg/L)COD(＞1000mg /L)1994160646119951673750199613833191997732610199891342519994650232000205292001233215

　　由表1可知，雖然進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值高于設(shè)計(jì)值，且水質(zhì)變化幅度大(最高日進(jìn)水BOD₅是設(shè)計(jì)值的4倍)，但出水BOD₅、SS、COD仍能滿足排放要求，充分體現(xiàn)了氧化溝耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。?

3 存在問題及分析

　　①進(jìn)水污染物濃度高、變化幅度大，特別是進(jìn)水呈酸性(常年進(jìn)水的pH值為6.5左右，最低pH值為3～4)，嚴(yán)重影響生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行并降低了設(shè)備的使用壽命，如進(jìn)廠管道就曾因腐蝕而塌陷。污染物濃度高、變化幅度大反映了排放廢水工廠的內(nèi)部預(yù)處理沒有達(dá)到要求。?
　?、谟袝r(shí)出水中氨氮濃度仍偏高，氨氮去除率低，不能滿足現(xiàn)行的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。其原因主要有二，一是進(jìn)水NH₃-N濃度高(為100mg/L左右) 而pH值和堿度低(為200mg/L左右)。進(jìn)水NH₃-N與堿度的比值過低導(dǎo)致了NH₃-N的硝化難以完成，從而不能完全發(fā)揮該工藝全時(shí)反硝化的特點(diǎn)；二是該工程全部采用了國產(chǎn)設(shè)備，其故障率高,因而影響了工藝的正常運(yùn)行。針對(duì)上述問題，采取的對(duì)策是嚴(yán)格控制工業(yè)廢水的排放和提高設(shè)備的質(zhì)量。首先應(yīng)重點(diǎn)控制排水呈酸性的和排放含高濃度NH₃-N廢水的企業(yè)，對(duì)前者嚴(yán)格要求其進(jìn)行廠內(nèi)預(yù)處理至中性后方能排入城市排水管網(wǎng)，對(duì)后者要求其進(jìn)行廠內(nèi)脫氮(可采用吹脫等經(jīng)濟(jì)的方法)；其次，對(duì)曝氣轉(zhuǎn)刷等關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用國外產(chǎn)品。?
　?、垡黄诠こ痰倪M(jìn)水磷含量較低(1～3mg/L)，其大部分被微生物同化利用，出水磷含量可穩(wěn)定在0.5mg/L以下。但隨著城市生活污水接入量的增加則進(jìn)水BOD₅/P的比例有減小的趨勢(shì)，故僅依靠微生物的同化作用不能滿足出水磷的排放要求。五溝式氧化溝同三溝式氧化溝一樣，沒有一個(gè)絕對(duì)的厭氧段，因而生物除磷的能力有限。此外，在一期工程的運(yùn)行過程中也發(fā)現(xiàn)，增加曝氣量會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)大量泡沫，其帶動(dòng)污泥上浮而造成污泥流失。再者，五溝式氧化溝中的污泥濃度也分布不均，其邊溝污泥濃度為中間溝的1倍左右。上述問題需通過對(duì)五溝式氧化溝進(jìn)行改進(jìn)來加以解決。

4　結(jié)語

　　五溝式氧化溝耐沖擊負(fù)荷，出水水質(zhì)穩(wěn)定。其容積利用率高達(dá)75%，因而可節(jié)省大量投資。五溝式氧化溝能實(shí)現(xiàn)全時(shí)反硝化脫氮，故可獲得更高的脫氮效率。但同時(shí)它也存在需進(jìn)一步提高除磷效率、各溝中污泥濃度分布不均等問題，有待進(jìn)一步完善。

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　　收稿日期：2002-04-27