夏世斌， 劉俊新
(中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心， 北京 100085)

　　摘　要：開發(fā)了一種新型立體循環(huán)一體化氧化溝工藝，較常規(guī)氧化溝工藝可節(jié)省占地約50%；沉淀池建于氧化溝的一端，對(duì)氧化溝內(nèi)混合液的流態(tài)無任何影響，且實(shí)現(xiàn)了污泥的自動(dòng)回流。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行操作簡(jiǎn)便，在進(jìn)水COD為289～1147mg/L、TN為65～87mg/L等條件下與HRT為10h、SRT為30d時(shí)，對(duì)COD的去除率為95%，BOD₅去除率為98%，NH₃-N去除率為99%，TN去除率為91.2%。?
　　關(guān)鍵詞：一體化氧化溝；立體循環(huán)；城市污水；生物脫氮?
　　中圖分類號(hào)： X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2002)06-0001-04

Study on Use of New Integrative Oxidation Ditch Process with Vertical Circulation for Urban Wastewater Treatment
XIA Shi-bin, LIU Jun-xin
(Research Center for Eco-Environmental Sciences,the Chinese Academy of Sciences,Beijing?100085,China)?

　　Abstract：A new integrative oxidation ditch process with vertical circulation was developed with area of land occupation 50% less than the conventional oxidation ditch process.Sedimentation tank was built at one end,which had no effect on mixed liquor flow pattern in the ditch and achieved the automatic return of sludge.The unit was characterized by compact configuration and simple operation and maintenance.Expe riment was made by using domestic wastewater as influent with COD and TN concentration of 289～1147 mg/L and 65～87 mg/L respectively.The result showed that when HRT is 10 h and SRT is 30 d,the removal rate of COD,?BOD₅,NH₃-N and TN reaches 95%,98%,99%,and 91.2% respectively.
　　Keywords: integrative oxidation ditch; vertical circulation; urban wastewater; biological denitrification

1 工藝特點(diǎn)

　　立體循環(huán)一體化氧化溝由曝氣轉(zhuǎn)刷、上下兩層溝道及沉淀區(qū)組成，其特點(diǎn)是：
　　① 化溝的上層為好氧區(qū)，下層為缺氧區(qū)，混合液在上下循環(huán)過程中完成降解有機(jī) 物和生物脫氮過程；?
　?、?氧區(qū)在底層不與大氣接觸，缺氧環(huán)境形成快。與常規(guī)氧化溝相比，采取上下兩層溝道立體循環(huán)方式減少占地面積約50%；　
　?、?淀區(qū)與氧化溝合建(建在氧化溝的一端)，沉淀的污泥可自動(dòng)回流到氧化溝內(nèi)，無需污泥回流設(shè)備，節(jié)省了投資和能耗，并對(duì)氧化溝內(nèi)混合液的流態(tài)無任何影響；?
　　④ 構(gòu)緊湊，運(yùn)行操作簡(jiǎn)便。?
　　立體循環(huán)一體化氧化溝結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

　　該裝置由有機(jī)玻璃制成，總有效容積為33L。

2 試驗(yàn)條件與方法

　　原水取自城市污水檢查井。試驗(yàn)期間的水質(zhì)見表1。在試驗(yàn)過程中，裝置內(nèi)混合液的溫度隨季節(jié)而變化，基本維持在11～28℃。

表1　原水水質(zhì) 項(xiàng)目 范圍 平均值 pH 6.84～8.1 7.2 SS(mg/L) 55～651 152 COD(mg/L) 289～1 147 628 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(yàn)系統(tǒng)內(nèi)混合液的循環(huán)流動(dòng)由轉(zhuǎn)刷推動(dòng)。轉(zhuǎn)刷的功能一是充氧，二是使混合液循環(huán)流動(dòng)，底部不發(fā)生污泥沉積。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)轉(zhuǎn)刷淹沒深度確定后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以保證溝內(nèi)DO濃度及水流速度的要求。試驗(yàn)期間氧化溝上層溝道的DO≥2mg/L，下層溝道保持缺氧狀態(tài)。混合液的循環(huán)流速平均為0.25m/s，未出現(xiàn)污泥沉積現(xiàn)象。
　　試驗(yàn)初期進(jìn)水量為0.33L/h，逐漸增至6L/h，污泥濃度由0.9g/L逐漸增至5.0g/L。在穩(wěn)定運(yùn)行期間污泥濃度保持在2.0～4.9 g/L，污泥負(fù)荷為0.08～0.14kgBOD₅/(kgVSS·d)。
　　每天監(jiān)測(cè)溫度、進(jìn)水流量、DO和pH值，進(jìn)出水中的SS、COD、NH₃-N、NO₃-N、NO₂-N、TN等項(xiàng)目每周測(cè)2次，分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法。?
　　pH值用PHS-3C型pH計(jì)測(cè)定；DO用YSI52型DO儀測(cè)定；NO₃-N和NO₂-N等采用離子色譜分析儀測(cè)定；COD和BOD₅分別用CTL-12型化學(xué)需氧量快速測(cè)試儀和BODTrakTM型生化需氧量測(cè)定儀測(cè)定。?

3 結(jié)果與討論

3.1 對(duì)有機(jī)物的去除
　　穩(wěn)定運(yùn)行期間系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果見圖2(系統(tǒng)SRT=30 d，HRT=10 h)。?

　　由圖2可看出，系統(tǒng)的COD去除率達(dá)到95%。當(dāng)進(jìn)水COD＜1000mg/L時(shí)出水COD＜50mg/L。?
　　系統(tǒng)對(duì)BOD₅的去除效果見圖3。

　　由圖3可見，系統(tǒng)對(duì)BOD₅的去除率＞98%。運(yùn)行期間進(jìn)水COD和BOD₅平均值 分別為628mg/L和257mg/L，出水分別為37mg/L和5mg/L。由此可見，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物具有較高的去除效率。?
3.2 對(duì)氮的去除
　　系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖4所示。在運(yùn)行期間系統(tǒng)內(nèi)氨氮負(fù)荷為0.011～0.02kg/(kgVSS·d)，BOD₅負(fù)荷為0.08～0.12 kg/(kgVSS·d)。由圖4可知，進(jìn)水NH₃-N濃度為45～67mg/L，出水中NH₃-N平均濃度為1mg/L,對(duì)NH₃-N去除率達(dá)99%。由此可見，該系統(tǒng)同樣 具有常規(guī)氧化溝的良好硝化效果。

　　 由于氧化溝的下層溝道處于缺氧狀態(tài)，因此可發(fā)生反硝化，試驗(yàn)裝置出水中NO₃-N平均濃度為6.5mg/L，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)下層溝道內(nèi)有氮?dú)馀莩霈F(xiàn)。?
　　對(duì)TN的去除效果見圖5。?

　　在穩(wěn)定運(yùn)行情況下，進(jìn)水TN濃度為70～80mg/L，出水TN濃度為7mg/L左右，對(duì)TN的去除率＞90%。?
3.3 對(duì)出水SS濃度的控制
　　試驗(yàn)系統(tǒng)出水的SS濃度與進(jìn)水SS濃度、泥齡、沉淀區(qū)的沉淀時(shí)間及分離效果等因素有關(guān)。運(yùn)行期間裝置進(jìn)、出水中SS濃度的變化見圖6(SRT為10～30d)。?
　　由圖6可見，裝置出水中SS濃度隨進(jìn)水SS濃度的變化而波動(dòng)，但系統(tǒng)對(duì)SS去除率保持在90%以上。
　　沉淀區(qū)沉淀時(shí)間對(duì)出水SS濃度影響較大。當(dāng)進(jìn)水SS濃度＜150mg/L、沉淀時(shí)間＞0.6h時(shí)，出水SS濃度＜15mg/L。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水SS濃度為650mg/L、沉淀時(shí)間為1.1h，出水SS濃度為48mg/L；將沉淀時(shí)間延長(zhǎng)至1.5h，出水SS濃度為36mg/L。由此可見，當(dāng)進(jìn)水中SS濃度較高時(shí)需將沉淀時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。

　　在試驗(yàn)期間沒有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，氧化溝內(nèi)SVI值為50～260mL/g，進(jìn)水SS為150mg/L左右，出水SS＜15mg/L。

4 影響因素分析

4.1　HRT的影響
　　HRT是影響氧化溝去除有機(jī)污染物的主要因素之一。當(dāng)進(jìn)水COD濃度為480mg/L左右、水溫為23℃、HRT＜5h時(shí)，對(duì)COD去除率＜75%；隨著HRT的延長(zhǎng)，出水COD濃度迅速降低，去除效率明顯提高。當(dāng)HRT＞6h時(shí)，出水COD濃度＜50mg/L，去除率＞90%；但HRT＞10h后，去除率無明顯提高。?
　　當(dāng)進(jìn)水COD濃度增加時(shí)，氧化溝的HRT應(yīng)相應(yīng)增加以保證獲得較高的COD去除率。此外，在試驗(yàn)條件下當(dāng)COD具有較高的去除率時(shí)，對(duì)TN的去除率始終保持在90%以 上。?
4.2 溫度的影響
　　在試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)溫度對(duì)COD去除效果的影響如圖7所示。

　　由圖7可知，水溫為12～15℃時(shí)COD去除率約為89%；水溫＞15℃時(shí)COD去除率＞90%。?
　　溫度對(duì)TN去除率的影響較明顯，當(dāng)總氮負(fù)荷≤0.08kg/(kgMLVSS·d)、BOD₅負(fù)荷為0.08～0.14kgBOD/(kgMLVSS·d)、溫度為11～13℃時(shí)，對(duì)TN的去除率為75%左右；隨溫度升高，對(duì)TN的去除率明顯增加，溫度＞15℃時(shí)對(duì)TN的去除率＞90%。這是因?yàn)檠趸瘻现行纬扇毖鯛顟B(tài)時(shí)溫度對(duì)反硝化的影響是非常明顯的。?

5 結(jié)論

　　立體循環(huán)一體化氧化溝能夠有效地去除污水中的有機(jī)污染物，對(duì)COD去除率達(dá)到95%，相應(yīng)的BOD₅去除率為98%。同時(shí)，由于在下層溝道形成缺氧區(qū)，有利于生物脫氮。在H RT為10h、SRT為30d時(shí)，對(duì)NH₃-N的去除率達(dá)到99%、對(duì)TN的去除率＞90%，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。?
　　立體氧化溝的優(yōu)點(diǎn)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)氧化溝節(jié)省占地面積約50%；②實(shí)現(xiàn)了污泥自動(dòng)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；③整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、投資少、操作方便，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。?

參考文獻(xiàn)：

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　?。?］ Liu J X,Groenestijn van J W,Doddema H J，et al.Influence of the aeration bru sh on nitrogen removal in the oxidation ditch［J］.Eur Water Pollut Control，199 6，6(4)：25-30.

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　　作者簡(jiǎn)介：夏世斌(1968-)，男，湖北武漢人，博士在讀，研究方向?yàn)樗廴究刂萍夹g(shù)。
　　電　話：(010)62849108?
　　傳　真：(010)62849108?
　　E-mail:jxliu@mail.rcees.ac.cn
　　收稿日期：2001-11-20