氧化沟工艺处理城市生活污水
随着我国城市化的发展，生活污水已成为重要的污染源之一。为了更好的处理生活污水的污染，越来越多的污水处理工艺得到了应用。氧化沟工艺是传统活性污泥工艺的一种变形，它有别于普通活性污泥法的是其采用封闭循环式的池型，使污水和活性污泥的混合液在其中进行不断的循环流动，兼有完全混合式和推流式的特点。氧化沟工艺具有出水水质好，运行稳定可靠，管理简便的特点。若结合其他工艺单元（例如厌氧或缺氧）该技术可满足不同出水水质要求。本文将通过分析某水厂的氧化沟工艺应用，得到了在氧化沟运行控制上对脱氮除磷最佳的一些控制参数，以便于更好地将此工艺应用于污水处理中。
1水厂简介
该水厂设计主要用于处理开发区工业企业的工业废水及厂区生活污水。工程设计规模为2×104m3/d。
1.1进水水质及工艺参数
设计运行参数:污泥浓度MLSS=3.4g/L～4.0g/L，污泥负荷F/M=0.08kgBOD5/（kgMLSS·d），回流比R=100%，厌氧DO≤0.2mg/L，缺氧DO≤0.5mg/L，好氧DO≥2.0mg/L。设计进、出水水质见表1。
该厂自2008年12月正式投产运行以来，对有机污染物的去除效果一直非常理想，总氮（TN）和总磷（TP）成为运行控制的重点。
1.2工艺流程
污水工艺流程图见图1。
本工艺中厌氧池设计尺寸较大，水力停留时间达到2h以上，厌氧池的体积足够大，设计时认为部分硝酸盐氮可在厌氧池中发生反硝化反应，降低厌氧池中硝酸盐的浓度，消除部分硝酸盐在厌氧池中对聚磷菌的抑制。回流中的聚磷菌有效释磷，以便在氧化沟中过量吸磷，并将其转化到污泥中得以去除。氧化沟曝气区采用管状微孔曝气装置，增加了氧的有效利用率，降低了能耗。设置连续较长的不曝气区，形成较彻底的溶解氧浓度梯度，使反硝化反应顺利进行，从而使脱氮更有效。
2生物脱氮
2.1硝化
由于硝化菌不能储存多余的NH3-N，在一定的运行条件下，系统去除NH3-N的量是有限的，故在进水NH3-N浓度较高时，取NH3-N的去除量进行数据分析。
根据硝化反应动力学方程:
影响硝化反应的主要因素有:温度（T）、溶解氧（DO）、污泥浓度（MLSS）或泥龄（SRT）、进水氨氮浓度等。分析2009年12月～2010年2月的运行数据，进水氨氮和氨氮去除量见图2。
分析图2曲线，在DO基本保持恒定的情况下（0.8mg/L～1.4mg/L），虽然泥龄有所提高，但是氨氮的去除量还是随温度的下降而减少，因此可见温度是影响硝化效果的主要因素，当温度低于15℃时，硝化效率大大降低，这也与相关研究结论一致。
水温是随季节而变的，在实际运行中主要通过泥龄和DO来控制系统脱氮。
2.2反硝化
反硝化是指硝酸盐氮（NO3-N）和亚硝酸盐氮（NO2-N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮的过程。对2009年和2010年的运行数据进行统计，发现反硝化效率与进水有机物浓度（CODCr）存在明显的正比关系，统计数据见图4。根据图4的统计数据可以得知，进水碳源是影响系统反硝化的限制性因素，碳源浓度（CODCr）越高，系统的反硝化效率越高。图3中10月份到次年3月份进水COD浓度低是因为金融危机导致经济开发区许多工厂减产甚至停工从而使进水污染物浓度下降导致的。
另外温度和溶解氧也是影响系统反硝化的主要因素，其中温度对反硝化的影响与其对硝化的影响一样，在此就不做分析。DO对反硝化的影响见图4。
图5中曝气区DO系数为月统计平均值，从反硝化效率与DO的关系曲线可以看出，6月份～7月份系统内DO控制比较高，系统反硝化效率不高。其余月份系统内DO控制相对较低，系统反硝化效率随DO的降低而提高。所以，低溶解氧有利于反硝化。因此，运行中需要根据出水指标调控重点（NH3-N或TN）有针对的控制系统的DO。
2.3TN的去除位置
本工艺中厌氧池设计时认为尺寸较大，厌氧池的体积足够大，部分硝酸盐被反硝化利用，以降低厌氧池中硝酸盐的浓度。从厌氧池、氧化沟好氧区、氧化沟缺氧区末端、回流泵站取样分析混合液中的硝酸盐氮，分析了两个月的数据，取平均值如表2所示。
从表2中可以看出，硝酸盐氮主要在好氧区由硝化产生，在缺氧区反硝化去除，缺氧区去除率为66%，这表明，TN的去除主要集中在氧化沟缺氧区。二沉池也存在一定的反硝化，但量非常小，只有2.15%。回流泵站回流污泥到厌氧池按回流比稀释后刚好符合表2数据的比例，所以，厌氧池基本没有发生反硝化，而不是设计认为在厌氧池也有可能发生反硝化反应，去除大量硝态氮。分析原因是厌氧池因为厌氧环境不适合缺氧条件下才能发生的反硝化过程，因此，此结论也验证及指导以后的设计工作。
3生物除磷
生物除磷是利用聚磷菌一类的微生物，能够过量地，在数量上超过其生理需要，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从污水中除磷的目的。除磷的影响因素有很多，比如温度、进水COD的量、N:P比、排泥量（污泥龄）、回流比、污泥负荷等。污泥在沉淀池内容易产生磷的释放现象，特别是当污泥在沉淀池内停留时间较长时更是如此，所以回流比也对除磷有影响。下面着重从进水COD、回流比等方面阐述一下对氧化沟除磷的影响。
3.1进水COD
从图5可以看出在保持回流比、污泥龄不变的情况下，观察每天进水COD变化对TP去除效果的影响，发现厌氧段碳源COD浓度越高（100mg/L～300mg/L），放磷越充分，对TP的去除率越高；但当碳源COD浓度高达300mg/L时，发现磷的去除率反而降低，分析原因是进水有机物浓度高太多的有机物在氧化沟好氧段未完全去除，对好氧段对好氧吸磷产生抑制作用，TP的去除效率会下降，此时应加大曝气量增加好氧段对有机物的去除效率。
3.2回流比
在排泥量基本保持不变的情况下，通过改变回流比，测定总磷，分析10周的数据如图7所示。可以看出，起初随着回流比的增加TP的去除率也在增加，当回流比为80%时去除率达到最大；当回流比大于100%时，TP去除率迅速下降，超过100%后，TP去除率已经非常低，总磷迅速降低的原因是由于厌氧池回流污泥还有大量的硝态氮，当回流比太大后，大量的硝态氮会对厌氧除磷环境起到破坏作用，影响厌氧释磷的进行，进而影响去除效果；当回流比太小时，由于沉淀池的停留时间过长，会在沉淀池出现释磷现象，影响了磷的去除。因此，通过图7得出，本厂除磷的最佳回流比为80%。
结语
氧化沟工艺是目前城市污水处理技术中出水水质最好、操作最稳定、应用最多的工艺之一。虽然目前应用中还存在一些影响处理效果的因素，但随着科学技术发展和社会的进步，该工艺必将得到进一步的提高，有望取得更佳的社会效益和经济效益。
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