氧化溝

氧化溝又名氧化渠，因其構築物呈封閉的環形溝渠而得名。它是活性汙泥法的一種變型。因為汙水和活性汙泥在曝氣渠道中不斷迴圈流動，因此有人稱其為“迴圈曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時間長，有機負荷低，其本質上屬於延時曝氣系統。

氧化溝（Oxidation Ditch）汙水處理的整個過程如進水、曝氣、沉澱、汙泥穩定和出水等全部集中在氧化溝內完成，最早的氧化溝不需另設初次沉澱池、二次沉澱池和汙泥迴流裝置。後來處理規模和範圍逐漸擴大，它通常採用延時曝氣，連續進出水，所產生的微生物汙泥在汙水曝氣淨化的同時得到穩定，不需設定初沉池和汙泥消化池，處理設施大大簡化。不僅各國環境保護機構非常重視，而且世界衛生組織（WH0）也非常重視。在美國已建成的汙水處理廠有幾百座，歐洲已有上千座。在我國，氧化溝技術的研究和工程實踐始於上一世紀70年代，氧化溝工藝以其經濟簡便的突出優勢已成為中小型城市汙水廠的首選工藝。

一般氧化溝法的主要設計引數如下：

水力停留時間：10－40小時；

汙泥齡：一般大於20天；

有機負荷：0。05－0。15kgBOD5/（kgMLSS。d）；

容積負荷：0。2－0。4kgBOD5/（m3。d）；

活性汙泥濃度：2000－6000mg/l；

溝內平均流速：0。3－0。5m/s。

1、氧化溝的技術特點：

氧化溝利用連續環式反應池（Cintinuous Loop Reator，簡稱CLR）作生物反應池，混合液在該反應池中一條閉合曝氣渠道進行連續迴圈，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應池中的物質傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式渠道中迴圈。

氧化溝一般由溝體、曝氣裝置、進出水裝置、導流和混合裝置組成，溝體的平面形狀一般呈環形，也可以是長方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。

氧化溝法由於具有較長的水力停留時間，較低的有機負荷和較長的汙泥齡。因此相比傳統活性汙泥法，可以省略調節池，初沉池，汙泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因為巧妙結合了CLR形式和曝氣裝置特定的定位佈置，是式氧化溝具有獨特水力學特徵和工作特性：

1） 氧化溝結合推流和完全混合的特點，有力於克服短流和提高緩衝能力，通常在氧化溝曝氣區上游安排入流，在入流點的再上游點安排出流。入流透過曝氣區在迴圈中很好的被混合和分散，混合液再次圍繞CLR繼續迴圈。這樣，氧化溝在短期內（如一個迴圈）呈推流狀態，而在長期內（如多次迴圈）又呈混合狀態。這兩者的結合，即使入流至少經歷一個迴圈而基本杜絕短流，又可以提供很大的稀釋倍數而提高了緩衝能力。同時為了防止汙泥沉積，必須保證溝內足夠的流速（一般平均流速大於0。3m/s），而汙水在溝內的停留時間又較長，這就要求溝內由較大的迴圈流量（一般是汙水進水流量的數倍乃至數十倍），進入溝內汙水立即被大量的迴圈液所混合稀釋，因此氧化溝系統具有很強的耐衝擊負荷能力，對不易降解的有機物也有較好的處理能力。

2） 氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用於硝化－反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說又是完全混合的，而液體流動卻保持著推流前進，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區內溶解氧濃度是上游高，然後沿溝長逐步下降，出現明顯的濃度梯度，到下游區溶解氧濃度就很低，基本上處於缺氧狀態。氧化溝設計可按要求安排好氧區和缺氧區實現硝化－反硝化工藝，不僅可以利用硝酸鹽中的氧滿足一定的需氧量，而且可以透過反硝化補充硝化過程中消耗的鹼度。這些有利於節省能耗和減少甚至免去硝化過程中需要投加的化學藥品數量。

3） 氧化溝溝內功率密度的不均勻配備，有利於氧的傳質，液體混合和汙泥絮凝。傳統曝氣的功率密度一般僅為20－30瓦/米3，平均速度梯度G大於100秒－1。這不僅有利於氧的傳遞和液體混合，而且有利於充分切割絮凝的汙泥顆粒。當混合液經平穩的輸送區到達好氧區後期，平均速度梯度G小於30秒－1，汙泥仍有再絮凝的機會，因而也能改善汙泥的絮凝效能。

4） 氧化溝的整體功率密度較低，可節約能源。氧化溝的混合液一旦被加速到溝中的平均流速，對於維持迴圈僅需克服沿程和彎道的水頭損失，因而氧化溝可比其他系統以低得多的整體功率密度來維持混合液流動和活性汙泥懸浮狀態。據國外的一些報道，氧化溝比常規的活性汙泥法能耗降低20%－30%。

另外，據國內外統計資料顯示，與其他汙水生物處理方法相比，氧化溝具有處理流程簡單，超作管理方便；出水水質好，工藝可靠性強；基建投資省，執行費用低等特點。

傳統氧化溝的脫氮，主要是利用溝內溶解氧分佈的不均勻性，透過合理的設計，使溝中產生交替迴圈的好氧區和缺氧區，從而達到脫氮的目的。其最大的優點是在不外加碳源的情況下在同一溝中實現有機物和總氮的去除，因此是非常經濟的。但在同一溝中好氧區與缺氧區各自的體積和溶解氧濃度很難準確地加以控制，因此對除氮的效果是有限的，而對除磷幾乎不起作用。另外，在傳統的單溝式氧化溝中，微生物在好氧－缺氧－好氧短暫的經常性的環境變化中使硝化菌和反硝化菌群並非總是處於最佳的生長代謝環境中，由此也影響單位體積構築物的處理能力。

　2、氧化溝缺點

儘管氧化溝具有出水水質好、抗衝擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易穩定、能耗省、便於自動化控制等優點。但是，在實際的執行過程中，仍存在一系列的問題。

1、汙泥膨脹問題

當廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中汙泥負荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發絲狀菌性汙泥膨脹；非絲狀菌性汙泥膨脹主要發生在廢水水溫較低而汙泥負荷較高時。微生物的負荷高，細菌吸取了大量營養物質，由於溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類物質，使活性汙泥的表面附著水大大增加，SVI值很高，形成汙泥膨脹。

針對汙泥膨脹的起因，可採取不同對策：由缺氧、水溫高造成的，可加大曝氣量或降低進水量以減輕負荷，或適當降低MLSS（控制汙泥迴流量），使需氧量減少；如汙泥負荷過高，可提高MLSS，以調整負荷，必要時可停止進水，悶曝一段時間；可透過投加氮肥、磷肥，調整混合液中的營養物質平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值過低，可投加石灰調節；漂白粉和液氯（按幹汙泥的0。3%~0。6%投加），能抑制絲狀菌繁殖，控制結合水性汙泥膨脹。

2、 泡沫問題

由於進水中帶有大量油脂，處理系統不能完全有效地將其除去，部分油脂富集於汙泥中，經轉刷充氧攪拌，產生大量泡沫；泥齡偏長，汙泥老化，也易產生泡沫。用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫，常用除沫劑有機油、煤油、矽油，投量為0。5~1。5mg/L。透過增加曝氣池汙泥濃度或適當減小曝氣量，也能有效控制泡沫產生。當廢水中含表面活性物質較多時，易預先用泡沫分離法或其他方法去除。另外也可考慮增設一套除油裝置。但最重要的是要加強水源管理，減少含油過高廢水及其它有毒廢水的進入。

3、汙泥上浮問題

當廢水中含油量過大，整個系統泥質變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產生腐化汙泥上浮；當曝氣時間過長，在池中發生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發生反硝化作用，產生氮氣，使汙泥上浮；另外，廢水中含油量過大，汙泥可能挾油上浮。

發生汙泥上浮後應暫停進水，打碎或清除汙泥，判明原因，調整操作。汙泥沉降性差，可投加混凝劑或惰性物質，改善沉澱性；如進水負荷大應減小進水量或加大回流量；如汙泥顆粒細小可降低曝氣機轉速；如發現反硝化，應減小曝氣量，增大回流或排泥量；如發現汙泥腐化，應加大曝氣量，清除積泥，並設法改善池內水力條件。

4、流速不均及汙泥沉積問題

在氧化溝中，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內迴圈流動。一般認為，最低流速應為0。15m/s，不發生沉積的平均流速應達到0。3~0。5m/s。氧化溝的曝氣裝置一般為曝氣轉刷和曝氣轉盤，轉刷的浸沒深度為250~300mm，轉盤的浸沒深度為480~ 530mm。與氧化溝水深（3。0~3。6m）相比，轉刷只佔了水深的1/10~1/12，轉盤也只佔了1/6~1/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為0。8~1。2m，甚至更大），而底部流速很小（特別是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒有流速），致使溝底大量積泥（有時積泥厚度達1。0m），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質。

加裝上、下游導流板是改善流速分佈、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游導流板安裝在距轉盤（轉刷）軸心4。0處（上游），導流板高度為水深的1/5~1/6，並垂直於水面安裝；下游導流板安裝在距轉盤（轉刷）軸心3。0m處。導流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。導流板與其他改善措施相比，不僅不會增加動力消耗和運轉成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動力效率。

另外，透過在曝氣機上游設定水下推動器也可以對曝氣轉刷底部低速區的混合液迴圈流動起到積極推動作用，從而解決氧化溝底部流速低、汙泥沉積的問題。設定水下推動器專門用於推動混合液可以使氧化溝的執行方式更加靈活，這對於節約能源、提高效率具有十分重要的意義。

5、導致有較多的大腸桿菌散發到空氣中，引發了毒黃瓜的事件。

6、對於BOD較小的水質完全沒有處理能力。