本科毕业论文 第1页共27页 氧化沟的发展概况 氧化沟( Oxidation ditch)叫污水处理工艺是由荷兰卫生工程研究所在20世 纪50年代研制成功的。第一家氧化沟污水处理厂将曝气、沉淀和污泥稳定等处 理过程集于一体,间歇运行,BOD5去除率高达97%,管理方便,运行稳定,该 技术被称为 Pasveer沟 伴随着其曝气设备的开发,实践运行中发现的问题以及对占地、投资费用 水质、脱氮除磷等要求逐渐发展并走向成熟,演变出了许多变形工艺和设备;根 据氧化沟的构造和运行特征,并根据不同的发明者和专利情况,一般有 Carrousel 氧化沟、交替式氧化沟、Obal氧化沟及一体化氧化沟等几种类型。 1967年, Lecompt和Mant首次提出将水下曝气和推动系统用于氧化沟,发 明了射流曝气氧化沟(JAC),沟深可达78m:1968年,DHV有限公司的荷兰工 程师们将立式低速表曝机应用于氧化沟,发明了 Carrousel氧化沟,其沟深达4.5m 以上,现在的最新工艺 Carrousel3000可以达到很好的脱氮除磷效果。1970年, Huisman又在南非开发了使用转盘曝气机的Obal氧化沟;1970年代,丹麦 Krueger公司创建了交替式氧化沟。近年,一体化氧化沟技术迅速得到发展,并 在实际生产中得到应用,如BOAT式、BMIS式 氧化沟被认为是出水水质好、运行可靠、基建投资和运转费用低的污水处理 工艺,特别是其封闭循环式池型尤其适用于污水的脱氮除磷 2氧化沟的应用 21氧化沟在国外的应用 20世纪60年代以来,氧化沟技术在欧洲、北美、南非、大洋洲等地得到了 迅速推广和应用。据统计叫,丹麦已兴建300多座氧化沟污水处理厂,占全国的 40%;美国有500多座氧化沟污水处理厂,英国也兴建了300多座这样的污水处 理厂。而且氧化沟技术的发展不仅体现在数量上,也体现在处理厂规模的扩大和 处理对象不断增加。它的处理能力为500万~1000万人口当量,被广泛地用于城 市污水及石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水、食品加工废水等工业废水 处理中。 22氧化沟在我国的应用
本 科 毕 业 论 文 第 1 页 共 27 页 1 氧化沟的发展概况 氧化沟（Oxidation Ditch）[1]污水处理工艺是由荷兰卫生工程研究所在 20 世 纪 50 年代研制成功的。第一家氧化沟污水处理厂将曝气、沉淀和污泥稳定等处 理过程集于一体，间歇运行，BOD5 去除率高达 97%，管理方便，运行稳定，该 技术被称为 Pasveer 沟。 伴随着其曝气设备的开发，实践运行中发现的问题以及对占地、投资费用、 水质、脱氮除磷等要求逐渐发展并走向成熟，演变出了许多变形工艺和设备；根 据氧化沟的构造和运行特征，并根据不同的发明者和专利情况，一般有 Carrousel 氧化沟、交替式氧化沟、Orbal 氧化沟及一体化氧化沟等几种类型。 1967 年，Lecompt 和 Mandt 首次提出将水下曝气和推动系统用于氧化沟，发 明了射流曝气氧化沟（JAC），沟深可达 7.8m；1968 年，DHV 有限公司的荷兰工 程师们将立式低速表曝机应用于氧化沟，发明了 Carrousel 氧化沟，其沟深达 4.5m 以上，现在的最新工艺 Carrousel3000 可以达到很好的脱氮除磷效果。1970 年， Huisman 又在南非开发了使用转盘曝气机的 Orbal 氧化沟；1970 年代，丹麦 Krugger 公司创建了交替式氧化沟。近年，一体化氧化沟技术迅速得到发展，并 在实际生产中得到应用，如 BOAT 式、BMTS 式。 氧化沟被认为是出水水质好、运行可靠、基建投资和运转费用低的污水处理 工艺，特别是其封闭循环式池型尤其适用于污水的脱氮除磷。 2 氧化沟的应用 2.1 氧化沟在国外的应用 20 世纪 60 年代以来，氧化沟技术在欧洲、北美、南非、大洋洲等地得到了 迅速推广和应用。据统计[1]，丹麦已兴建 300 多座氧化沟污水处理厂，占全国的 40%；美国有 500 多座氧化沟污水处理厂，英国也兴建了 300 多座这样的污水处 理厂。而且氧化沟技术的发展不仅体现在数量上，也体现在处理厂规模的扩大和 处理对象不断增加。它的处理能力为 500 万~1000 万人口当量，被广泛地用于城 市污水及石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水、食品加工废水等工业废水 处理中。 2.2 氧化沟在我国的应用
本科毕业论文 第2页共27页 氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一,应用较多的有 Orbal 工艺,由我国自行设计、全套设备国产化,已有成功实例。DE型氧化沟和T型 氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用 Carrousel氧化沟工 艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。一体化氧化沟主要为示范工程,如安阳 市豆腐营污水集中控制示范工程船形一体化氧化沟(设计规模为2200mod)和 新都污水处理示范工程(设计规模为10000m3Jd)2l。 氧化沟技术 31氧化沟的基本原理 氧化沟是一种改良的活性污泥法,其曝气池呈封闭的沟渠形,污水和活性污 泥混合液在其中循环流动,因此被称为“氧化渠”,又称“环行曝气池”。本质上 属于活性污泥延时曝气法范畴,最鲜明的特点是循环式活性污泥法。延时曝气法 对于传统的活性污泥法来说,延长曝气时间并降低BODs污泥负荷,以限制剩余 污泥的生成量为目的:氧化沟也以同样的目的而出现。因此,氧化沟的净化原理 与通常的延时曝气法几乎可以通用。氧化沟兼有完全混合式和推流式的特点,并 且氧化沟在适宜的控制条件下,沟内同时具有好氧区和缺氧区,使得它具有净化 深度髙、耐冲击和能耗低的特点,并且具有较好的脱氮功能,有些还可以达到除 磷的目的;另外,长的泥龄使剩余污泥量少且已好氧稳定,可不需污泥的消化处 理,并且活性污泥具有良好的沉降性能。 32氧化沟的特点 氧化沟由最原始的首尾相连的环形跑道似的构形发展至现代氧化沟,在构 形、力学特性、曝气系统、脱氮除磷功能等方面都进行了革新。现代氧化沟最突 出的特点有以下几点 ①去除有机物效率很高,有的还能脱氮或脱氮除磷。 ②基建投资省、运行费用低 美国EPA对氧化沟与常规活性污泥法的基建和运行费用的分析比较表明 (如表1),在4×104m规模以下,氧化沟的基建费用明显低于常规活性污泥 法。在规模较小时运行费用低于常规活性污泥法,接近4×10-m3知时明显超过传 统活性污泥法。但如果要求具有脱氮除磷功能,其基建投资和运行费用比任何具
本 科 毕 业 论 文 第 2 页 共 27 页 氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一，应用较多的有 Orbal 工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。DE 型氧化沟和 T 型 氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用 Carrousel 氧化沟工 艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。一体化氧化沟主要为示范工程，如安阳 市豆腐营污水集中控制示范工程船形一体化氧化沟（设计规模为 22000m3 /d）和 新都污水处理示范工程（设计规模为 10000m3 /d）[1-2]。 3 氧化沟技术 3.1 氧化沟的基本原理 氧化沟是一种改良的活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污 泥混合液在其中循环流动，因此被称为“氧化渠”，又称“环行曝气池”。本质上 属于活性污泥延时曝气法范畴，最鲜明的特点是循环式活性污泥法。延时曝气法 对于传统的活性污泥法来说，延长曝气时间并降低 BOD5 污泥负荷，以限制剩余 污泥的生成量为目的；氧化沟也以同样的目的而出现。因此，氧化沟的净化原理 与通常的延时曝气法几乎可以通用。氧化沟兼有完全混合式和推流式的特点，并 且氧化沟在适宜的控制条件下，沟内同时具有好氧区和缺氧区，使得它具有净化 深度高、耐冲击和能耗低的特点，并且具有较好的脱氮功能，有些还可以达到除 磷的目的；另外，长的泥龄使剩余污泥量少且已好氧稳定，可不需污泥的消化处 理，并且活性污泥具有良好的沉降性能。 3.2 氧化沟的特点 氧化沟由最原始的首尾相连的环形跑道似的构形发展至现代氧化沟，在构 形、力学特性、曝气系统、脱氮除磷功能等方面都进行了革新。现代氧化沟最突 出的特点有以下几点： ①去除有机物效率很高，有的还能脱氮或脱氮除磷。 ②基建投资省、运行费用低； 美国 EPA 对氧化沟与常规活性污泥法的基建和运行费用的分析比较[1]表明 （如表 1），在 4×104m3 /d 规模以下，氧化沟的基建费用明显低于常规活性污泥 法。在规模较小时运行费用低于常规活性污泥法，接近 4×104m3 /d 时明显超过传 统活性污泥法。但如果要求具有脱氮除磷功能，其基建投资和运行费用比任何具
本科毕业论文 第3页共27页 有脱氮功能的生物处理工艺都低。 表1美国EPA对氧化沟与常规活性污泥法的基建和运行费用的分析比较 规模(m3/d) 3785m3/d 37850m3/d 基建投资占同等级一级活性 60% 污泥法处理厂比例 基建投资占同等级二级活性 40% 55% 污泥法处理厂比例 运行费用占一级活性污泥法 71% 124% 处理厂比例 运行费用占二级活性污泥法 1% 处理厂比例 ③工艺流程简单、构筑物少、运行管理方便; 氧化沟工艺通常都不设初沉池和污泥消化池,整个处理单元比常规活性污泥 法少,操作管理大大简化:这对于技术力量相对较弱、管理水平相对较低的中小 型污水处理厂很合适。 ④运行及处理效果稳定、出水水质好、污泥量少、性质稳定; 氧化沟泥龄长(一般为20~30d),污泥在沟内已基本好氧稳定,所以污泥产 量少。 ⑤能承受水量、水质的冲击负荷,对较高浓度工业废水有较强的适应能力 ⑥曝气设备和构造形式多样化、运行灵活、曝气强度具有可调节性 综上所述,可以看出中小型氧化沟比其它生物处理法都更为经济有效、灵活 可靠。在下列情形下采用氧化沟更能显示其特有的优越性: A、基建投资的来源十分有限; B、缺乏高水平的管理人员 C、进水水量、水质变化大; D、要求脱氮 我国城市污水处理的现状较落后,污水处理厂的技术人员缺乏,操作人员素
本 科 毕 业 论 文 第 3 页 共 27 页 有脱氮功能的生物处理工艺都低。 表 1 美国 EPA 对氧化沟与常规活性污泥法的基建和运行费用的分析比较 规模（m3 /d） 3785m3 /d 37850m3 /d 基建投资占同等级一级活性 污泥法处理厂比例 50% 60% 基建投资占同等级二级活性 污泥法处理厂比例 40% 55% 运行费用占一级活性污泥法 处理厂比例 71% 124% 运行费用占二级活性污泥法 处理厂比例 61% 112% ③工艺流程简单、构筑物少、运行管理方便； 氧化沟工艺通常都不设初沉池和污泥消化池，整个处理单元比常规活性污泥 法少，操作管理大大简化；这对于技术力量相对较弱、管理水平相对较低的中小 型污水处理厂很合适。 ④运行及处理效果稳定、出水水质好、污泥量少、性质稳定； 氧化沟泥龄长（一般为 20~30d），污泥在沟内已基本好氧稳定，所以污泥产 量少。 ⑤能承受水量、水质的冲击负荷，对较高浓度工业废水有较强的适应能力； ⑥曝气设备和构造形式多样化、运行灵活、曝气强度具有可调节性； 综上所述，可以看出中小型氧化沟比其它生物处理法都更为经济有效、灵活 可靠。在下列情形下采用氧化沟更能显示其特有的优越性： A、基建投资的来源十分有限； B、缺乏高水平的管理人员； C、进水水量、水质变化大； D、要求脱氮； 我国城市污水处理的现状较落后，污水处理厂的技术人员缺乏，操作人员素
本科毕业论文 第4页共27页 质普遍较低,尤其是污水处理厂的建设资金严重缺乏,因而,因地制宜地推广氧 化沟技术十分适宜和必要。 生物脱氮除磷技术 41生物脱氮技术 生物脱氮的机理是在微生物的作用下,将有机氮和氨氮转化为N2和NO的 过程,其中包括硝化和反硝化两个反应过程。 (1)生物硝化过程 在好氧条件下,在自氧好氧亚硝酸菌和硝酸菌的作用下,将NH+转化为 NO2,然后再氧化成NO3的过程。生物硝化的反应过程为: 2NH4+3O2→2NO2+4H++2H2O+(240~350kJ/mol)(亚硝化反应) 2NO2+O2→2NO3+(65kJmo)(硝化反应) NH4+3O2+2HCO3→2NO3+2H2CO3+H2O+(305-415kJ/mol)(考虑H2CO3平 衡的总反应式) 由上反应过程可知,将lg氨氮转化为硝酸盐氮需耗氧457g(其中亚硝化 耗氧343g,硝化耗氧1.14g)。整个硝化过程需消耗水中的碱度,即每氧化1g氨 氮需消耗碱度7.14g(以CaCO3计) 影响硝化的主要因素包括:温度、溶解氧、pH值、泥龄、有毒物质、CN 比 (2)生物反硝化过程 在缺氧条件下,在异氧型兼性厌氧反硝化菌的作用下,将硝酸盐氮(NO3) 和亚硝酸盐氮(NO2)还原为N2的过程。生物反硝化的反应过程为 NO2+3H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+OH NO3+5H(电子供体有机物)→1/2N2+2H2O+OH 由上式可知1,每转化1g亚硝态氮为氮气时,需有机物(以BODs表示)171g 每转化lg硝态氮为氮气时,需有机物(以BOD表示)2.86g,同时产生3.57碱 度(以CaCO3计)。 影响反硝化的主要因素:温度、溶解氧、pH值、碳源有机物、CN比 4.2生物除磷技术
本 科 毕 业 论 文 第 4 页 共 27 页 质普遍较低，尤其是污水处理厂的建设资金严重缺乏，因而，因地制宜地推广氧 化沟技术十分适宜和必要。 4 生物脱氮除磷技术 4.1 生物脱氮技术 生物脱氮的机理是在微生物的作用下，将有机氮和氨氮转化为 N2 和 NxO 的 过程，其中包括硝化和反硝化两个反应过程。 ⑴生物硝化过程 在好氧条件下，在自氧好氧亚硝酸菌和硝酸菌的作用下，将 NH4 +转化为 NO2 -，然后再氧化成 NO3 -的过程。生物硝化的反应过程为： 2NH4 ++3O2→2NO2 -+4H++2H2O+（240~350kJ/mol）（亚硝化反应） 2NO2 -+O2→2NO3 -+(65kJ/mol)（硝化反应） NH4 ++3O2+2HCO3 -→2NO3 - +2H2CO3+H2O+(305~415kJ/mol) (考虑 H2CO3 平 衡的总反应式) 由上反应过程可知[7]，将 1g 氨氮转化为硝酸盐氮需耗氧 4.57g（其中亚硝化 耗氧 3.43g，硝化耗氧 1.14g）。整个硝化过程需消耗水中的碱度，即每氧化 1g 氨 氮需消耗碱度 7.14g（以 CaCO3 计）。 影响硝化的主要因素包括：温度、溶解氧、pH 值、泥龄、有毒物质、C/N 比； ⑵生物反硝化过程 在缺氧条件下，在异氧型兼性厌氧反硝化菌的作用下，将硝酸盐氮（NO3 -） 和亚硝酸盐氮（NO2 -）还原为 N2 的过程。生物反硝化的反应过程为： NO2 -+3H（电子供体有机物）→1/2N2 +H2O+OHNO3 -+5H（电子供体有机物）→1/2N2 +2H2O+OH- 由上式可知[7]，每转化 1g 亚硝态氮为氮气时，需有机物（以 BOD5 表示）1.71g； 每转化 1g 硝态氮为氮气时，需有机物（以 BOD 表示）2.86g，同时产生 3.57 碱 度（以 CaCO3 计）。 影响反硝化的主要因素：温度、溶解氧、pH 值、碳源有机物、C/N 比。 4.2 生物除磷技术
本科毕业论文 第5页共27页 废水中磷最常见的形态是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。生活污水的含磷量 般在10-15mg/L左右,其中70%是可溶性的2l。 生物除磷是基于噬磷菌在好氧及厌氧条件下,利用摄取及释放磷的原理,通 过好氧-厌氧的交替运行来实现除磷。 影响生物除磷的因素:溶解氧、厌氧区硝态氮、温度、pH值、BOD负荷、 泥龄。 般来说,厌氧区的停留时间越长,除磷效果越好。但过长的停留时间,并 不会太多地提髙除磷效果,且会有利于丝状菌的生长,使污泥的沉淀性能恶化。 剩余污泥的处理方法也会对系统的除磷效果产生影响 5T型氧化沟概述 T型氧化沟是 Kruger公司开发的生物脱氮新工艺(见图1)。该系统由三个 相同的沟组合成一个运行单元,氧化沟之间通过涵洞相通。在运行时,两侧的A、 C两池交替地用着曝气池和沉淀池。中间的B池一直维持曝气,进水交替引入三 池,出水相应地从C池或A池引出,提高了曝气转刷的利用率,有利于生物脱 氮。配水井进水堰门和氧化沟出水堰门完全靠自控装置控制。T型氧化沟脱氮是 通过新开发的双速电机来实现的,曝气转刷能起到混合器和曝气器的双重功能。 当处于反硝化阶段时,转刷低速运转,仅仅保持池中污泥悬浮,池内为缺氧状态。 好氧和缺氧阶段完全可由转刷转速的改变进行控制。 进水 潜水推流器 一溶解氧仪 图1T型氧化沟的基本形式 国内,从1989年第一座T型氧化沟在邯郸东污水处理厂应用以来,有许多 中小规模污水处理厂采用了该工艺。 T型氧化沟的运行模式可分为六阶段、八阶段硝化模式和六阶段、八阶段硝
本 科 毕 业 论 文 第 5 页 共 27 页 废水中磷最常见的形态是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。生活污水的含磷量一 般在 10~15mg/L 左右，其中 70%是可溶性的[2]。 生物除磷是基于噬磷菌在好氧及厌氧条件下，利用摄取及释放磷的原理，通 过好氧-厌氧的交替运行来实现除磷。 影响生物除磷的因素：溶解氧、厌氧区硝态氮、温度、pH 值、BOD 负荷、 泥龄。 一般来说，厌氧区的停留时间越长，除磷效果越好。但过长的停留时间，并 不会太多地提高除磷效果，且会有利于丝状菌的生长，使污泥的沉淀性能恶化。 剩余污泥的处理方法也会对系统的除磷效果产生影响。 5 T 型氧化沟概述 T 型氧化沟是 Kruger 公司开发的生物脱氮新工艺（见图１）。该系统由三个 相同的沟组合成一个运行单元，氧化沟之间通过涵洞相通。在运行时，两侧的 A、 C 两池交替地用着曝气池和沉淀池。中间的 B 池一直维持曝气，进水交替引入三 池，出水相应地从 C 池或 A 池引出，提高了曝气转刷的利用率，有利于生物脱 氮。配水井进水堰门和氧化沟出水堰门完全靠自控装置控制。T 型氧化沟脱氮是 通过新开发的双速电机来实现的，曝气转刷能起到混合器和曝气器的双重功能。 当处于反硝化阶段时，转刷低速运转，仅仅保持池中污泥悬浮，池内为缺氧状态。 好氧和缺氧阶段完全可由转刷转速的改变进行控制。 图１ T 型氧化沟的基本形式 国内，从 1989 年第一座 T 型氧化沟在邯郸东污水处理厂应用以来，有许多 中小规模污水处理厂采用了该工艺。 T 型氧化沟的运行模式可分为六阶段、八阶段硝化模式和六阶段、八阶段硝 ——潜水推流器 ——溶解氧仪 进 水 水 出 水