立体循环一体化氧化沟处理城市污水的试验研究

夏世斌 刘俊新*
（中国科学院生态环境研究中心，北京100085）

　　氧化沟是一种经济而有效的污水处理技术，具有稳定的处理效果。自二十世纪50年代出现以来，经过工艺和曝气设备等方面的无数次改进，已成为主要污水生物处理技术之一。特别是用于污水生物脱氮，氧化沟比其它生物脱氮工艺具有费用低、TN去除效率高的优势。然而，与活性污泥法相比，氧化沟占地面积大，因此，在土地昂贵的城市或地区，氧化沟的应用受到限制。
　　本研究开发的新型立体循环一体化氧化沟既保留氧化沟设备和运行操作简单等优点，又可减少占地面积。该项技术已申请专利。本文重点介绍立体循环一体化氧化沟处理城市污水的试验研究成果。

　　1 工艺特点

　　本研究开发的新型一体化氧化沟采用立体循环，并与沉淀区合建。其特点是：① 氧化沟的上层为好氧区，下层为缺氧区，不与大气接触，缺氧形成快，混合液在上下循环的过程中可完成降解有机物和硝化与反硝化的生物脱氮过程。与常规氧化沟相比，占地面积可减少约50%。② 沉淀区与氧化沟合建，沉淀的污泥可自动回流到氧化沟内，无需污泥回流设备，可节省投资和能耗，而且沉淀区对氧化沟内混合液流态无任何影响。③ 结构紧凑，运行操作简便。
　　本研究在实验室进行，试验装置的有效体积为33 L。试验污水为城市污水，其水质如表1所示。在试验期间，反应器内混合液的温度随季节而变化，基本维持在11～28℃之间。试验初期，处理水量为0.33L/h，并逐渐增加至6 L/h。污泥浓度保持在2.0～4.9 g/L，污泥负荷为0.08～0.14 kg·BOD5/kg·VSS·d。

表1 试验污水水质特征 项目 范围 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

　　在试验装置内，混合液的循环流动由转刷推动。转刷的功能一是充氧，二是使液混合循环流动，底部不发生污泥沉积。根据设计要求，当转刷淹没深度确定后，调节转刷转动速度，可以保证沟内溶解氧浓度及水流速度的要求。试验运行期间，立体循环一体化氧化沟上层DO维持在2 mg/L以上，下层保持缺氧状态。混合液的循环流速平均为0.25 m/s，未出现污泥沉积现象。

　　2 结果与讨论

　　由于氧化沟以低负荷方式运行，因此对污水中有机物具有较高的去除效率。稳定运行期间，COD去除率达到95%。当进水COD浓度小于1000 mg/L，出水COD低于50 mg/L。对BOD5的去除率达到98%以上，出水平均BOD5浓度为5 mg/L。由此可见，本试验系统对有机物具有较高的去除效率。
　　在试验期间，没有出现污泥膨胀现象。根据试验运行结果，氧化沟内污泥的SVI在50-260 mL/g范围内，进水SS在150 mg/L左右，出水SS小于15 mg/L。
　　立体循环一体化氧化沟上层为好氧区，下层为缺氧区，因此混合液在循环过程中可完成生物脱氮过程。在试验运行期间，试验系统内氨氮负荷为0.011 ～ 0.02 kgNH3-N/kgVSS·d，BOD5负荷为0.08 ～ 0.12 kgBOD/kgVSS·d，进水NH4-N浓度为45～67 mg/L，出水中NH4-N平均浓度1mg/L, NH4-N去除率达99%。进水TN浓度为70～80mg/L，出水TN浓度为7mg/L左右，TN去除率达到90%以上。由此可见，本试验系统保持了常规氧化沟脱氮效果好的特点。
　　HRT是影响氧化沟去除有机污染物的主要因素之一。根据试验结果，进水COD浓度为480mg/L左右，水温23 ℃时，当HRT小于5 h时，COD去除率低于75%；随着HRT的延长，出水COD浓度迅速降低，去除效率明显提高。当HRT大于6 h，出水COD浓度低于50mg/L，去除率达90%以上。但HRT大于10 h后，去除率无明显提高。因此，当进水COD浓度增加时，氧化沟的HRT应相应增加，以保证具有较高的COD去除率。此外，在本试验条件下，当COD具有较高的去除效率时，总氮的去除率始终保持在90%以上。
　　在本试验系统内，温度对COD的去除效果具有一定的影响。试验结果可知，水温在12～15 ℃时，COD去除率约为89%；水温高于15 ℃，COD去除率大于90%。温度对TN去除率的影响较明显。试验结果表明，当总氮负荷≤0.08 kg TN/kg MLVSS·d，BOD5负荷为0.08-0.14 kg BOD/kg MLVSS·d时，温度为11～13 ℃，TN去除率在75%左右；随温度升高，TN去除率明显增加，温度高于150C时，TN去除率已达到90%以上。这是因为氧化沟中形成缺氧状态时，温度对反硝化影响是非常明显的。

3 结论

　　试验结果表明，立体循环一体化氧化沟能够有效地去除污水中的有机污染物，COD去除率达到95%，相应的BOD 去除率为98%。同时，由于好氧区和缺氧区的形成，有利于污水生物脱氮。在本试验中，当HRT=10h，SRT=30d时，NH3-N去除率达到99%，总氮去除率90%以上。因此，采用立体循环一体化氧化沟处理城市污水是可行的。
　　立体循环一体化氧化沟的优点是：
　　(1) 由于活性污泥混合液呈立体循环，故在同等处理能力下，较常规氧化沟, 可节省占地面积约50%。
　　(2) 污泥自动回流，沉淀分离器置于立体氧化沟的一端，不改变主沟混合液的流态，不造成能量损失，因而更加节能，可降低运行费用。
　　(3) 整个系统结构紧凑，占地少，投资少，操作方便，并可实现工厂装配化，是适合现阶段我国中小城镇及城市小区污水处理需要的新工艺。