DE型双沟式氧化沟技术与应用

DE型双沟式氧化沟技术与应用

胡彬启 王社平
（中国市政工程西北设计研究院 西安市政工程设计研究院）

　　摘要：DE型双沟式氧化沟，工艺流程简单，运行管理方便，出水水质好，处理过程稳定可靠。不仅能去除污水中的有机物，而且兼有生物脱氮和除磷功能，是较为理想的污水处理工艺。
　　本文详细介绍了DE型双沟式氧化沟生物除磷与脱氮的工作原理和设计计算要点，并列举了在西安市北石桥污水处理厂的应用实例。
　　关键词：DE型双沟氧化沟　除磷脱氮　原理　设计要点

1.　DE型氧化沟生物脱氮除磷技术概述：

　　西安市北石桥污水处理厂的工艺设计，在进行各种工艺方案比较的基础上，消化吸收国外发达国家八十年代先进技术，处理工艺采用DE型氧化沟处理系统，污泥不经消化直接脱水。
1.1　DE型氧化沟生物脱氮除磷过程
　　 利用DE型氧化沟进行生物脱氮和除磷是通过氧化沟本身特殊的运行方式，创造一定条件使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成的。氧化沟之前设置生物选择池，其作用一是抑制丝状菌的增长，防止污泥膨胀，改善污泥的沉淀性能；二是细菌在厌氧段，把磷从化合状态下释放出来，污水中BOD₅浓度下降，而磷含量上升，随后在好氧段内细菌吸收在厌氧段释放出的磷和原污水中的磷，形成富含磷污泥，利用排除剩余污泥达到去除水中的磷。该池中配有搅拌器，以防止污泥沉积。污水经过厌氧-缺氧-好氧段达到脱氮、除磷的目的。DE型氧化沟生物脱氮除磷就是按照此原理进行设计和运行的。如图1所示:

　　整个过程分为4个阶段。
　　 阶段A：原污水与终沉池回流污泥均流入选择池，池中搅拌器使之充分混合，防止污泥沉淀，混合液经配水井流入沟Ⅰ。沟Ⅰ在前一段已进行了充分曝气和硝化作用，细菌已吸收大量的磷。在阶段A，沟Ⅰ中转刷低速运行，维持缺氧条件；沟Ⅰ中磷的浓度上升，并在缺氧条件下，进行反硝化过程，而沟Ⅱ转刷高速运行，进行充氧和硝化过程，细菌吸收污水中的磷，沟Ⅱ中磷的浓度下降，沟Ⅱ出水调节堰降低，处理后的水由沟Ⅱ流入终沉池。
　　 阶段B：原污水与终沉池回流污泥混合、配水后还是进入沟Ⅰ，不过此时沟Ⅰ、沟Ⅱ转刷均高速运行充氧、曝气、进行硝化过程，进水中的磷和阶段A沟中释放的磷进入好氧条件的沟Ⅱ中，沟Ⅱ中混合液磷含量降低。B段运行时间取决于该段末了时沟中剩余氧量。水由沟Ⅱ流入终沉池。
　　 阶段C：阶段C与阶段A相类似，沟Ⅰ和沟Ⅱ的工艺条件互换，功能刚好相反。此时反硝化作用在沟Ⅱ进行，而硝化作用则在沟Ⅰ进行。
　　 阶段D：阶段D与阶段B相类似，阶段B和D是短暂运行充氧，使吸收磷的微生物和硝化菌有更多的工作时间。但沟Ⅰ和沟Ⅱ进出水情况相反。
　　 从上述运行过程来看，沟Ⅰ和沟Ⅱ交替出水，当沟中转刷低速运行时进行反硝化作用和磷的释放，高速运行时进行硝化作用和磷的吸收。通过适当的调节处理过程的不同阶段，则可以得到低浓度的磷和低浓度硝酸盐、氨氮的出水。典型的生物脱氮除磷持续时间为4～8h。
1.2　DE型氧化沟生物脱氮、除磷工艺设计
　　 氧化沟的处理能力取决于污水温度和沟内活性生物固体（Vss）的浓度。工艺设计通常是依据进水中污染物负荷、污泥龄、污泥负荷F/M和污水温度等。设计污泥龄、F/M和水温三者之间有一定的函数关系，如表1－2所示。

污水温度、泥龄污泥负荷之间的关系表 表1－2

温度（℃） 5 10 15 20 泥龄（d） 20 12 8 4 F/M[kgBOD₅/（kgVss·d）] 0.06 0.10 0.15 0.20

　　DE型氧化沟设计F/M=0.05～0.1kgBOD₅/（kgMLSS·d），相应的泥龄为12～30d，而MLSS浓度通常设计为3500～5500mg/l，其取值是依据污泥的沉淀性能和污泥在沟中贮存量。
　　 生物脱氮与除磷的过程设计基本是一样的。好氧污泥龄是一个重要参数，如表1所示，泥龄是温度的函数，即温度高，泥龄短，反之则泥龄长。氧化沟中反硝化容积是按反硝化率设计，污水中有较高的C/N比率对于反硝化过程是有利的，实际设计中为达到氨氮去除率在90%以上，BOD₅/TKN＞4是必要的。除磷过程设计参数均为经验数据。利用DE型氧化沟进行脱氮、除磷，必须在氧化沟前部设置一座厌氧池。通常厌氧池中水力停留时间为0.5～1.0hr左右。采用此工艺生物除磷，出水中磷浓度可达到排放标准。
　　 DE型氧化沟工艺适用范围广，不仅适用于大型污水处理厂，也可用于中小型城镇或居住区污水处理厂。不仅适用于要求处理标准高的污水处理厂，也可用于处理标准不太高的二级处理厂。

2.　DE型氧化沟的应用：

2.1　工程概况
　　西安市北石桥污水处理厂位于西安市西南郊北石桥村东，主要接纳和处理西安南郊和西南郊地区工业企业生产废水和居住区生活污水，其比例为7:3左右。全区服务面积53.5km²，规划控制人口60万人。
2.2　水质与工艺流程
　　根据可行性研究报告对服务区域内各林业企业近远期所排污水水质、水量分析与预测，进、出厂水水质指标如下：
　　进水：BOD₅=180mg/l SS=255mg/l
　　COD=400mg/l NH₄⁺--N=32mg/l
　　出水：BOD₅≤20mg/l SS≤20mg/l
　　COD≤100mg/l NH₄⁺--N≤15mg/l（T＞12℃）

　　污水处理工艺采用DE型氧化沟系统，污泥在氧化沟内已趋于稳定，无需另设消化池，剩余污泥经浓缩后直接机械脱水。因此，运行更为方便，并可节省电耗和基建投资。工艺流程详见图2。
2.3　主要构筑物设计
2.3.1 污水提升泵房L污水提升泵房按远期规模30万m³/d设计，安装立式污水泵共计8台，单台流量为2200m³/h与3045m³/h，一期工程设计规模15万m³/d，安装污水泵5台。泵前设有粗格栅一道两台，间隙20mm。
2.3.2 细格栅：为去除污水中漂浮物质，以保证后处理构筑物正常运行。格栅间与沉砂池合建，长9.6m，宽11.3m，共二层，一层为鼓风机间（沉砂池曝气用），二层安装6台IK501型弧型格栅，每台宽度1.05m。栅条间隙10mm自动清渣。电机功率0.55kw，二层还设事故平板格栅1台，宽度1.10m手动清渣，间隙50mm，格栅间中还设有U320型无轴螺旋输送机1台，长度10.5m，直径285mm，电机功率3.0kw用于将格栅浮渣送出池外。
2.3.3 曝气沉砂池：曝气沉砂池共2座4格，一期1座，长57.30m，每格宽5.50m。水力停留时间7.8min，沉砂池上设有长度11.0m桥式除砂机1台，桥上配有淹没式砂泵2台，功率2.0kw，将池底沉砂抽送入集砂槽，并以砂水分离器（40m³/hr）脱水后装入槽车运出。沉砂池表面浮渣由桥上刮渣板刮入浮渣井，井中浮渣由螺旋输送器送至池外容器。沉砂池曝气用水气比0.1～0.2，RS101型鼓风机2台，额定风量1200m³/h，功率37kw。
2.3.4 选择池与氧化沟：氧化沟为污水处理厂核心处理构筑物，包括2格容积相等交替运行的生物池3座及选择池和终沉池。在本系统中完成污水有机物的氧化和脱氮除磷。
　　 选择池按一期工程设计，1座2格，每格长12.0m，宽12.0，有效水深5.0m，设有480型混合搅器2套，功率5.5kw，DC35型出水调节堰6套，宽5.0m，分别与氧化沟的6个池子连通。堰板调节由控制室按运行阶段控制，电机功率0.55kw。
　　 氧化沟一期工程共3座6池，池宽22.0m，长116.50m，有效水深4.50m，设计污泥负荷为：0.09kgBOD₅/（kgMLSS . d），MLSS=4.5g/l，泥龄11d，计算标准状态下需氧量为3542kgO₂/h，设有Maxi9型转刷共60套，直径Ф1000mm，长度9.0m，转速73r/min，电机功率45kw，标准状态下充氧能力67kgO₂/h。氧化沟还没有SK4430淹没式搅拌器18台，功率4.0kw，以保证氧化沟在缺氧状态下（转刷停止运转）混合液将不致发生沉淀。氧化沟出水设有DC35型可调节堰板12套，宽5.0m。全部由中心控制室按预定程序集中控制，以保证氧化沟系统始终处于良好的工作状况。
2.3.5 终沉池：终沉池一期工程共6座，直径Ф40.0m，采用中心进水、周边出水辐流式沉淀池，每池设有Ф40型刮泥机1台，设计水力负荷1.02m³/（m²·h），停留时间4.7h，回流污泥量6300m³/h，回流比80%。
2.3.6 污泥泵房：活性污泥回流与剩余污泥排放分别采用CP3300型和CP3085型淹没式潜水泵各6台，每座终沉池两种型号的泵各1台，设计污泥泵房3座，分别建于两座终沉池之间，宽4.0m，长13.60m，地下式钢筋混凝土结构。回流污泥泵Q=1500m³/h，H=6.0m，剩余污泥泵Q=35m³/h，H=6.0m。电机功率分别为37.0kw与2.2kw。
2.3.7 消毒接触池与加氯间：处理水出厂前需加液氯消毒，加氯量为4~10mg/l，加氯间设有真空加氯机（美国WT公司生产）2台，及其它相应附属设备。接触池设计有效容积2583m³，池长41.0m，宽21.0m，分为7格，每格3.0m有效水深3.0m。
2.3.8 污泥浓缩池：终沉池排出剩余污泥量为2800m³/h，含水率为99.1%，设计污泥浓缩池一期2座，直径21m，安装栅栏式污泥搅拌和刮泥机。每池装有DP3085潜水污泥提升泵1台，Q=60m³/h，H=4.5m，功率2.0kw。浓缩污泥由提升泵送至匀质池贮存。
2.3.9 均质池：设计容积250m³，直径为7.0m，深度6.5m，为防止污泥沉淀采用POP--Ⅰ型液下搅拌器1台。功率5.5kw。
2.3.10 污泥脱水机房：剩余污泥由终沉池排出后经污泥浓缩池浓缩，使其含水率由99.1%浓缩至96～97%左右，再经均质池后至污泥脱水机房机械脱水。设计脱水机房宽16.0m，长46.00m。采用2000mm带宽带式压滤机一期2台，单台负荷16～21m³/h，（含固率2～4%），其它附属设备如下：偏心螺杆式污泥投配泵3台，Q=10~25m³/h，电机功率4.0kw；SV型自动聚合物投加设备1套，投加量5~6kg/h；Ф285型无轴螺旋输送机4台，长度为10m与5.0m各2台，分别与压滤机配套；高压冲洗泵3台，Q=10m³/h，功率3.7kw。脱水后泥饼含水率78~80%左右，脱水泥饼约120m³/d左右。

3. 北石桥污水处理厂实际运行效果及存在问题：

3.1处理效果
　　北石桥污水处理厂自1998年5月试运行以来，经过一年多的生产运行，整个工艺流程均达到和超过设计要求，出水水质稳定且低于设计出水指标，表3－1所示为98年5月~99年7月生产运行进、出水水质月平均值。
　　污水厂投产后，每天大约15万吨污水中的有机物，磷、氮、大量削减，因此排入渭河水系的水质也产生了较大的变化。每天将减少BOD₅排放量为25.5T，COD排放量55.5T，SS排放量36.8T，NH₄-N排放量4.5T，这表明北石桥污水处理厂应用DE型氧化沟技术取得了良好的环境效益。
3.2工程造价及主要经济指标
　　北石桥污水处理厂工程建设投资包括两部分，即国外贷款和国内配套资金。贷款额度为545万美元（折合人民币4523.5万元），其中用于购买进口设备的费用为465.1万美元（折合人民币3860.3万元），用于国外技术咨询、设计联络与互访中方技术人员培训、丹方技术人员现场监督指导，运行维护手册等费用为79.9万美元（折合人民币663.17万元）。

北石桥污水净化中心98.5~99.7进、水水质分析月报表（mg/l） 表3－1

BOD₅ COD_cr SS T-P NH₄-N NO₃-N 温度℃ 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 1998.5 200.4 7.9 252.3 18.3 158.7 6.0 2.00 1.43 18.5 0.90 0.65 2.94 18.8 19.8 1998.6 176.2 9.64 244.5 17.6 189.1 5.8 2.59 1.34 21.9 0.50 1.10 3.00 21.4 22.6 1998.7 135.5 10.6 253.8 17.4 290.0 13.2 2.31 1.14 17.4 1.42 1.04 2.24 24.1 25.6 1998.8 142.0 8.27 274.9 22.7 313.8 6.0 2.57 1.25 27.7 1.32 1.46 3.40 22.5 24.1 1998.9 156.2 9.59 181.0 8.80 211.0 5.2 2.49 1.11 39.6 0.74 1.70 3.40 22.9 23.4 1998.10 150.9 10.1 192.0 16.9 265.0 6.0 2.48 1.12 34.1 0.80 0.67 1.52 19.3 19.9 1998.11 161.4 10.8 186.7 16.7 283.8 9.29 2.08 0.83 29.8 1.27 0.97 1.50 17.7 17.7 1998.12 159.2 9.01 272.9 10.6 300.0 7.8 3.05 1.04 20.7 1.93 1.25 2.77 16.2 16.7 1999.1 373.0 16.2 394.7 7.2 2.29 1.23 14.7 1.78 1.39 2.30 15.8 14.6 1999.2 353.0 30.4 352.0 8.4 3.20 1.92 14.7 1.74 0.92 1.92 15.2 14.7 1999.3 147.2 10.9 273.0 20.3 188.6 10.4 3.20 1.70 21.2 1.72 1.03 2.06 14.2 13.7 1999.4 237.0 12.0 251.0 14.6 312.0 11.4 3.35 1.48 17.2 1.35 2.58 2.29 17.2 18.0 1999.5 135.8 11.5 362.0 26.6 420.0 7.8 2.69 1.29 12.9 1.59 1.19 1.96 19.1 20.1 1999.6 180.0 15.3 333.0 16.0 370.0 6.0 2.63 1.04 16.7 0.83 1.62 2.84 20.8 22.4 1999.7 167.5 9.14 148.0 26.2 370.0 7.7 11.03 1.78 23.3 2.80 1.06 2.77 26.4 27.1

　　注：进、出水水质分析月报表由北石桥污水净化中心王恩让，王建军提供。

　　国内投资按照施工决算为16476.5万元,主要用于征地、厂内水处理构筑物、附属建筑物、供电、厂内道路、管道、绿化以及国外设备的运输、管理和安装费用等。
　　 上述两部分合计人民币约2.1亿元，表3－2所示北石桥污水处理厂主要经济技术指标。

北石桥污水处理厂主要经济技术指标 表3－2

名称 处理水量 占地面积 占地指标 电耗 人员指标 处理成本 单位 10⁴m³/d 亩 亩/万m³ Kwh/m³ 人/万m³ 元/m³ 数量 15 285 19 0.28 8 0.32

　　注：⑴占地面积包括远期规模厂前区面积和预留部分回用水处理用地以及水处理实验用地。
　　　　⑵电费计算按0.56元/kwh计。

3.3存在问题
　　尽管北石桥污水处理厂运转情况良好，取得了一定的社会环境效益，但也存在以下问题：
3.3.1 曝气沉砂池：该池中所有设备均系引进。安装的油脂泵运行过程极易堵塞，分析其原因主要是曝气沉砂池撇浮油脂井中的浮渣成份较多，油脂较少且油脂中浮渣较粗，使原油泵抽升介质发生了变化，因此容易堵塞泵，从而影响了曝气沉砂池的正常运行。1998年10月经污水厂、丹麦Kruger公司和中方设计院共同研究，将原油脂泵更换为螺旋输送器，既简单又方便，取得了良好的效果。
3.3.2 污泥脱水机房：污泥脱水机房共设置两套污泥带式压滤机，由于受贷款额度的限制，没有考虑引进备用设备。设计每台脱水机工作运行时间为18hr，才能满足脱水泥量要求，实际运行每天两班，因此不能及时地进行污泥脱水，致使部分污泥在污泥浓缩池中聚积，影响浓缩池正常运行，常有污泥流失现象，浓缩池底污泥浓度高达92~93%。影响污泥泵的运行。

4. 几点体会：

4.1西安市北石桥污水处理厂引进丹麦Kruger公司DE型氧化沟处理工艺，在国内尚属首家。DE型氧化沟除具有流程简单，运行效果稳定，管理方便和基建费用省等优点之外，还具有抑制丝状菌的增长，防止污泥膨胀、污泥沉淀性能好的优点。为在我国当前水污染问题突出急需发展城市污水处理，却又缺乏足够资金的条件下，氧化沟技术更具有重要的现实意义，值得借鉴使用。
4.2 DE型氧化沟在去除污水中BOD₅的同时可将污水中的N、P去除，因而污水经DE型氧化沟处理之后往往仅增加少量设备即可满足污水回用的目的，为北石桥污水处理厂的远期回用提供了有利的条件，亦是结合我国国情，引进该工艺所考虑的主要因素之一。
4.3氧化沟污水处理工艺由于水力停留时间长，池容大，因而使基建投资增大，但由于泥龄长，水处理彻底，所以出水水质好，除磷脱氮效果明显。
　　关于基建投资，虽然氧化沟池容大，但取消了一次沉淀池，另外由于氧化沟泥龄长，污泥已经达到好氧稳定，所以大大简化了污泥处理工艺，剩余污泥可以不经消化直接脱水。从而降低了污泥处理工程费用，运行管理简单，也减少了污泥部分的运行管理费用。所以氧化沟处理工艺将是目前较为优越的工艺方案。
4.4本工程氧化沟有效水深4.5m，为防止积泥，设计中考虑了两条措施，一是在氧化沟底部设计了淹没式搅拌器，根据氧化沟运转工况开启搅拌器，增加氧化沟底部流速。另外在每台转刷的下游方向设有挡板，使转刷推动水流导向池底，从而增加池底流速。