DE型雙溝式氧化溝技術(shù)與應(yīng)用
1. DE型氧化溝生物脫氮除磷技術(shù)概述：
西安市北石橋污水處理廠的工藝設(shè)計(jì)，在進(jìn)行各種工藝方案比較的基礎(chǔ)上，消化吸收國外發(fā)達(dá)國家八十年代先進(jìn)技術(shù)，處理工藝采用DE型氧化溝處理系統(tǒng)，污泥不經(jīng)消化直接脫水。
1.1 DE型氧化溝生物脫氮除磷過程
利用DE型氧化溝進(jìn)行生物脫氮和除磷是通過氧化溝本身特殊的運(yùn)行方式，創(chuàng)造一定條件使硝化和反硝化作用在氧化溝中交替發(fā)生而完成的。氧化溝之前設(shè)置生物選擇池，其作用一是抑制絲狀菌的增長，防止污泥膨脹，改善污泥的沉淀性能；二是細(xì)菌在厭氧段，把磷從化合狀態(tài)下釋放出來，污水中BOD5濃度下降，而磷含量上升，隨后在好氧段內(nèi)細(xì)菌吸收在厭氧段釋放出的磷和原污水中的磷，形成富含磷污泥，利用排除剩余污泥達(dá)到去除水中的磷。該池中配有攪拌器，以防止污泥沉積。污水經(jīng)過厭氧-缺氧-好氧段達(dá)到脫氮、除磷的目的。DE型氧化溝生物脫氮除磷就是按照此原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)行的。如圖1所示:
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整個過程分為4個階段。
階段A：原污水與終沉池回流污泥均流入選擇池，池中攪拌器使之充分混合，防止污泥沉淀，混合液經(jīng)配水井流入溝Ⅰ。溝Ⅰ在前一段已進(jìn)行了充分曝氣和硝化作用，細(xì)菌已吸收大量的磷。在階段A，溝Ⅰ中轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行，維持缺氧條件；溝Ⅰ中磷的濃度上升，并在缺氧條件下，進(jìn)行反硝化過程，而溝Ⅱ轉(zhuǎn)刷高速運(yùn)行，進(jìn)行充氧和硝化過程，細(xì)菌吸收污水中的磷，溝Ⅱ中磷的濃度下降，溝Ⅱ出水調(diào)節(jié)堰降低，處理后的水由溝Ⅱ流入終沉池。
階段B：原污水與終沉池回流污泥混合、配水后還是進(jìn)入溝Ⅰ，不過此時溝Ⅰ、溝Ⅱ轉(zhuǎn)刷均高速運(yùn)行充氧、曝氣、進(jìn)行硝化過程，進(jìn)水中的磷和階段A溝中釋放的磷進(jìn)入好氧條件的溝Ⅱ中，溝Ⅱ中混合液磷含量降低。B段運(yùn)行時間取決于該段末了時溝中剩余氧量。水由溝Ⅱ流入終沉池。
階段C：階段C與階段A相類似，溝Ⅰ和溝Ⅱ的工藝條件互換，功能剛好相反。此時反硝化作用在溝Ⅱ進(jìn)行，而硝化作用則在溝Ⅰ進(jìn)行。
階段D：階段D與階段B相類似，階段B和D是短暫運(yùn)行充氧，使吸收磷的微生物和硝化菌有更多的工作時間。但溝Ⅰ和溝Ⅱ進(jìn)出水情況相反。
從上述運(yùn)行過程來看，溝Ⅰ和溝Ⅱ交替出水，當(dāng)溝中轉(zhuǎn)刷低速運(yùn)行時進(jìn)行反硝化作用和磷的釋放，高速運(yùn)行時進(jìn)行硝化作用和磷的吸收。通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)處理過程的不同階段，則可以得到低濃度的磷和低濃度硝酸鹽、氨氮的出水。典型的生物脫氮除磷持續(xù)時間為4～8h。
1.2 DE型氧化溝生物脫氮、除磷工藝設(shè)計(jì)
氧化溝的處理能力取決于污水溫度和溝內(nèi)活性生物固體（Vss）的濃度。工藝設(shè)計(jì)通常是依據(jù)進(jìn)水中污染物負(fù)荷、污泥齡、污泥負(fù)荷F/M和污水溫度等。設(shè)計(jì)污泥齡、F/M和水溫三者之間有一定的函數(shù)關(guān)系，如表1－2所示。
污水溫度、泥齡污泥負(fù)荷之間的關(guān)系表 表1－2
溫度（℃） 泥齡（d） F/M[kgBOD5/（kgVss·d）]
5 20 0.06
10 12 0.10
15 8 0.15
20 4 0.20
DE型氧化溝設(shè)計(jì)F/M=0.05～0.1kgBOD5/（kgMLSS·d），相應(yīng)的泥齡為12～30d，而MLSS濃度通常設(shè)計(jì)為3500～5500mg/l，其取值是依據(jù)污泥的沉淀性能和污泥在溝中貯存量。
生物脫氮與除磷的過程設(shè)計(jì)基本是一樣的。好氧污泥齡是一個重要參數(shù)，如表1所示，泥齡是溫度的函數(shù)，即溫度高，泥齡短，反之則泥齡長。氧化溝中反硝化容積是按反硝化率設(shè)計(jì)，污水中有較高的C/N比率對于反硝化過程是有利的，實(shí)際設(shè)計(jì)中為達(dá)到氨氮去除率在90%以上，BOD5/TKN＞4是必要的。除磷過程設(shè)計(jì)參數(shù)均為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用DE型氧化溝進(jìn)行脫氮、除磷，必須在氧化溝前部設(shè)置一座厭氧池。通常厭氧池中水力停留時間為0.5～1.0hr左右。采用此工藝生物除磷，出水中磷濃度可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
DE型氧化溝工藝適用范圍廣，不僅適用于大型污水處理廠，也可用于中小型城鎮(zhèn)或居住區(qū)污水處理廠。不僅適用于要求處理標(biāo)準(zhǔn)高的污水處理廠，也可用于處理標(biāo)準(zhǔn)不太高的二級處理廠。
2. DE型氧化溝的應(yīng)用：
2.1 工程概況
西安市北石橋污水處理廠位于西安市西南郊北石橋村東，主要接納和處理西安南郊和西南郊地區(qū)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水和居住區(qū)生活污水，其比例為7:3左右。全區(qū)服務(wù)面積53.5km2，規(guī)劃控制人口60萬人。
2.2 水質(zhì)與工藝流程
根據(jù)可行性研究報告對服務(wù)區(qū)域內(nèi)各林業(yè)企業(yè)近遠(yuǎn)期所排污水水質(zhì)、水量分析與預(yù)測，進(jìn)、出廠水水質(zhì)指標(biāo)如下：
進(jìn)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℃）
污水處理工藝采用DE型氧化溝系統(tǒng)，污泥在氧化溝內(nèi)已趨于穩(wěn)定，無需另設(shè)消化池，剩余污泥經(jīng)濃縮后直接機(jī)械脫水。因此，運(yùn)行更為方便，并可節(jié)省電耗和基建投資。工藝流程詳見圖2。
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2.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)
2.3.1 污水提升泵房L污水提升泵房按遠(yuǎn)期規(guī)模30萬m3/d設(shè)計(jì)，安裝立式污水泵共計(jì)8臺，單臺流量為2200m3/h與3045m3/h，一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模15萬m3/d，安裝污水泵5臺。泵前設(shè)有粗格柵一道兩臺，間隙20mm。
2.3.2 細(xì)格柵：為去除污水中漂浮物質(zhì)，以保證后處理構(gòu)筑物正常運(yùn)行。格柵間與沉砂池合建，長9.6m，寬11.3m，共二層，一層為鼓風(fēng)機(jī)間（沉砂池曝氣用），二層安裝6臺IK501型弧型格柵，每臺寬度1.05m。柵條間隙10mm自動清渣。電機(jī)功率0.55kw，二層還設(shè)事故平板格柵1臺，寬度1.10m手動清渣，間隙50mm，格柵間中還設(shè)有U320型無軸螺旋輸送機(jī)1臺，長度10.5m，直徑285mm，電機(jī)功率3.0kw用于將格柵浮渣送出池外。
2.3.3 曝氣沉砂池：曝氣沉砂池共2座4格，一期1座，長57.30m，每格寬5.50m。水力停留時間7.8min，沉砂池上設(shè)有長度11.0m橋式除砂機(jī)1臺，橋上配有淹沒式砂泵2臺，功率2.0kw，將池底沉砂抽送入集砂槽，并以砂水分離器（40m3/hr）脫水后裝入槽車運(yùn)出。沉砂池表面浮渣由橋上刮渣板刮入浮渣井，井中浮渣由螺旋輸送器送至池外容器。沉砂池曝氣用水氣比0.1～0.2，RS101型鼓風(fēng)機(jī)2臺，額定風(fēng)量1200m3/h，功率37kw。
2.3.4 選擇池與氧化溝：氧化溝為污水處理廠核心處理構(gòu)筑物，包括2格容積相等交替運(yùn)行的生物池3座及選擇池和終沉池。在本系統(tǒng)中完成污水有機(jī)物的氧化和脫氮除磷。
選擇池按一期工程設(shè)計(jì)，1座2格，每格長12.0m，寬12.0，有效水深5.0m，設(shè)有480型混合攪器2套，功率5.5kw，DC35型出水調(diào)節(jié)堰6套，寬5.0m，分別與氧化溝的6個池子連通。堰板調(diào)節(jié)由控制室按運(yùn)行階段控制，電機(jī)功率0.55kw。
氧化溝一期工程共3座6池，池寬22.0m，長116.50m，有效水深4.50m，設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為：0.09kgBOD5/（kgMLSS . d），MLSS=4.5g/l，泥齡11d，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下需氧量為3542kgO2/h，設(shè)有Maxi9型轉(zhuǎn)刷共60套，直徑Ф1000mm，長度9.0m，轉(zhuǎn)速73r/min，電機(jī)功率45kw，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下充氧能力67kgO2/h。氧化溝還沒有SK4430淹沒式攪拌器18臺，功率4.0kw，以保證氧化溝在缺氧狀態(tài)下（轉(zhuǎn)刷停止運(yùn)轉(zhuǎn)）混合液將不致發(fā)生沉淀。氧化溝出水設(shè)有DC35型可調(diào)節(jié)堰板12套，寬5.0m。全部由中心控制室按預(yù)定程序集中控制，以保證氧化溝系統(tǒng)始終處于良好的工作狀況。
2.3.5 終沉池：終沉池一期工程共6座，直徑Ф40.0m，采用中心進(jìn)水、周邊出水輻流式沉淀池，每池設(shè)有Ф40型刮泥機(jī)1臺，設(shè)計(jì)水力負(fù)荷1.02m3/（m2·h），停留時間4.7h，回流污泥量6300m3/h，回流比80%。
2.3.6 污泥泵房：活性污泥回流與剩余污泥排放分別采用CP3300型和CP3085型淹沒式潛水泵各6臺，每座終沉池兩種型號的泵各1臺，設(shè)計(jì)污泥泵房3座，分別建于兩座終沉池之間，寬4.0m，長13.60m，地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；亓魑勰啾肣=1500m3/h，H=6.0m，剩余污泥泵Q=35m3/h，H=6.0m。電機(jī)功率分別為37.0kw與2.2kw。
2.3.7 消毒接觸池與加氯間：處理水出廠前需加液氯消毒，加氯量為4~10mg/l，加氯間設(shè)有真空加氯機(jī)（美國WT公司生產(chǎn)）2臺，及其它相應(yīng)附屬設(shè)備。接觸池設(shè)計(jì)有效容積2583m3，池長41.0m，寬21.0m，分為7格，每格3.0m有效水深3.0m。
2.3.8 污泥濃縮池：終沉池排出剩余污泥量為2800m3/h，含水率為99.1%，設(shè)計(jì)污泥濃縮池一期2座，直徑21m，安裝柵欄式污泥攪拌和刮泥機(jī)。每池裝有DP3085潛水污泥提升泵1臺，Q=60m3/h，H=4.5m，功率2.0kw。濃縮污泥由提升泵送至勻質(zhì)池貯存。
2.3.9 均質(zhì)池：設(shè)計(jì)容積250m3，直徑為7.0m，深度6.5m，為防止污泥沉淀采用POP--Ⅰ型液下攪拌器1臺。功率5.5kw。
2.3.10 污泥脫水機(jī)房：剩余污泥由終沉池排出后經(jīng)污泥濃縮池濃縮，使其含水率由99.1%濃縮至96～97%左右，再經(jīng)均質(zhì)池后至污泥脫水機(jī)房機(jī)械脫水。設(shè)計(jì)脫水機(jī)房寬16.0m，長46.00m。采用2000mm帶寬帶式壓濾機(jī)一期2臺，單臺負(fù)荷16～21m3/h，（含固率2～4%），其它附屬設(shè)備如下：偏心螺桿式污泥投配泵3臺，Q=10~25m3/h，電機(jī)功率4.0kw；SV型自動聚合物投加設(shè)備1套，投加量5~6kg/h；Ф285型無軸螺旋輸送機(jī)4臺，長度為10m與5.0m各2臺，分別與壓濾機(jī)配套；高壓沖洗泵3臺，Q=10m3/h，功率3.7kw。脫水后泥餅含水率78~80%左右，脫水泥餅約120m3/d左右。
3. 北石橋污水處理廠實(shí)際運(yùn)行效果及存在問題：
3.1處理效果
北石橋污水處理廠自1998年5月試運(yùn)行以來，經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運(yùn)行，整個工藝流程均達(dá)到和超過設(shè)計(jì)要求，出水水質(zhì)穩(wěn)定且低于設(shè)計(jì)出水指標(biāo)，表3－1所示為98年5月~99年7月生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)、出水水質(zhì)月平均值。
污水廠投產(chǎn)后，每天大約15萬噸污水中的有機(jī)物，磷、氮、大量削減，因此排入渭河水系的水質(zhì)也產(chǎn)生了較大的變化。每天將減少BOD5排放量為25.5T，COD排放量55.5T，SS排放量36.8T，NH4-N排放量4.5T，這表明北石橋污水處理廠應(yīng)用DE型氧化溝技術(shù)取得了良好的環(huán)境效益。
3.2工程造價及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
北石橋污水處理廠工程建設(shè)投資包括兩部分，即國外貸款和國內(nèi)配套資金。貸款額度為545萬美元（折合人民幣4523.5萬元），其中用于購買進(jìn)口設(shè)備的費(fèi)用為465.1萬美元（折合人民幣3860.3萬元），用于國外技術(shù)咨詢、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)與互訪中方技術(shù)人員培訓(xùn)、丹方技術(shù)人員現(xiàn)場監(jiān)督指導(dǎo)，運(yùn)行維護(hù)手冊等費(fèi)用為79.9萬美元（折合人民幣663.17萬元）。
北石橋污水凈化中心98.5~99.7進(jìn)、水水質(zhì)分析月報表（mg/l） 表3－1
BOD5 CODcr SS T-P NH4-N NO3-N 溫度℃ 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)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：進(jìn)、出水水質(zhì)分析月報表由北石橋污水凈化中心王恩讓，王建軍提供。
國內(nèi)投資按照施工決算為16476.5萬元,主要用于征地、廠內(nèi)水處理構(gòu)筑物、附屬建筑物、供電、廠內(nèi)道路、管道、綠化以及國外設(shè)備的運(yùn)輸、管理和安裝費(fèi)用等。
上述兩部分合計(jì)人民幣約2.1億元，表3－2所示北石橋污水處理廠主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
北石橋污水處理廠主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 表3－2
名稱 處理水量 占地面積 占地指標(biāo) 電耗 人員指標(biāo) 處理成本 單位 104m3/d 畝 畝/萬m3 Kwh/m3 人/萬m3 元/m3 數(shù)量 15 285 19 0.28 8 0.32
注：⑴占地面積包括遠(yuǎn)期規(guī)模廠前區(qū)面積和預(yù)留部分回用水處理用地以及水處理實(shí)驗(yàn)用地。
、齐娰M(fèi)計(jì)算按0.56元/kwh計(jì)。
3.3存在問題
盡管北石橋污水處理廠運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，取得了一定的社會環(huán)境效益，但也存在以下問題：
3.3.1 曝氣沉砂池：該池中所有設(shè)備均系引進(jìn)。安裝的油脂泵運(yùn)行過程極易堵塞，分析其原因主要是曝氣沉砂池撇浮油脂井中的浮渣成份較多，油脂較少且油脂中浮渣較粗，使原油泵抽升介質(zhì)發(fā)生了變化，因此容易堵塞泵，從而影響了曝氣沉砂池的正常運(yùn)行。1998年10月經(jīng)污水廠、丹麥Kruger公司和中方設(shè)計(jì)院共同研究，將原油脂泵更換為螺旋輸送器，既簡單又方便，取得了良好的效果。
3.3.2 污泥脫水機(jī)房：污泥脫水機(jī)房共設(shè)置兩套污泥帶式壓濾機(jī)，由于受貸款額度的限制，沒有考慮引進(jìn)備用設(shè)備。設(shè)計(jì)每臺脫水機(jī)工作運(yùn)行時間為18hr，才能滿足脫水泥量要求，實(shí)際運(yùn)行每天兩班，因此不能及時地進(jìn)行污泥脫水，致使部分污泥在污泥濃縮池中聚積，影響濃縮池正常運(yùn)行，常有污泥流失現(xiàn)象，濃縮池底污泥濃度高達(dá)92~93%。影響污泥泵的運(yùn)行。
4. 幾點(diǎn)體會：
4.1西安市北石橋污水處理廠引進(jìn)丹麥Kruger公司DE型氧化溝處理工藝，在國內(nèi)尚屬首家。DE型氧化溝除具有流程簡單，運(yùn)行效果穩(wěn)定，管理方便和基建費(fèi)用省等優(yōu)點(diǎn)之外，還具有抑制絲狀菌的增長，防止污泥膨脹、污泥沉淀性能好的優(yōu)點(diǎn)。為在我國當(dāng)前水污染問題突出急需發(fā)展城市污水處理，卻又缺乏足夠資金的條件下，氧化溝技術(shù)更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，值得借鑒使用。
4.2 DE型氧化溝在去除污水中BOD5的同時可將污水中的N、P去除，因而污水經(jīng)DE型氧化溝處理之后往往僅增加少量設(shè)備即可滿足污水回用的目的，為北石橋污水處理廠的遠(yuǎn)期回用提供了有利的條件，亦是結(jié)合我國國情，引進(jìn)該工藝所考慮的主要因素之一。
4.3氧化溝污水處理工藝由于水力停留時間長，池容大，因而使基建投資增大，但由于泥齡長，水處理徹底，所以出水水質(zhì)好，除磷脫氮效果明顯。
關(guān)于基建投資，雖然氧化溝池容大，但取消了一次沉淀池，另外由于氧化溝泥齡長，污泥已經(jīng)達(dá)到好氧穩(wěn)定，所以大大簡化了污泥處理工藝，剩余污泥可以不經(jīng)消化直接脫水。從而降低了污泥處理工程費(fèi)用，運(yùn)行管理簡單，也減少了污泥部分的運(yùn)行管理費(fèi)用。所以氧化溝處理工藝將是目前較為優(yōu)越的工藝方案。
4.4本工程氧化溝有效水深4.5m，為防止積泥，設(shè)計(jì)中考慮了兩條措施，一是在氧化溝底部設(shè)計(jì)了淹沒式攪拌器，根據(jù)氧化溝運(yùn)轉(zhuǎn)工況開啟攪拌器，增加氧化溝底部流速。另外在每臺轉(zhuǎn)刷的下游方向設(shè)有擋板，使轉(zhuǎn)刷推動水流導(dǎo)向池底，從而增加池底流速。
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