立體循環一體化氧化溝處理城市污水研究
1 工藝特點
立體循環一體化氧化溝由曝氣轉刷、上下兩層溝道及沉淀區組成，其特點是：
① 化溝的上層為好氧區，下層為缺氧區，混合液在上下循環過程中完成降解有機 物和生物脫氮過程；
② 氧區在底層不與大氣接觸，缺氧環境形成快。與常規氧化溝相比，采取上下兩層溝道立體循環方式減少占地面積約50%；
③ 淀區與氧化溝合建(建在氧化溝的一端)，沉淀的污泥可自動回流到氧化溝內，無需污泥回流設備，節省了投資和能耗，并對氧化溝內混合液的流態無任何影響；
④ 構緊湊，運行操作簡便。
立體循環一體化氧化溝結構形式如圖1所示。
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該裝置由有機玻璃制成，總有效容積為33L。
2 試驗條件與方法
原水取自城市污水檢查井。試驗期間的水質見表1。在試驗過程中，裝置內混合液的溫度隨季節而變化，基本維持在11～28℃。
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在試驗系統內混合液的循環流動由轉刷推動。轉刷的功能一是充氧，二是使混合液循環流動，底部不發生污泥沉積。根據設計要求，當轉刷淹沒深度確定后調節轉刷轉動速度可以保證溝內DO濃度及水流速度的要求。試驗期間氧化溝上層溝道的DO≥2mg/L，下層溝道保持缺氧狀態。混合液的循環流速平均為0.25m/s，未出現污泥沉積現象。
試驗初期進水量為0.33L/h，逐漸增至6L/h，污泥濃度由0.9g/L逐漸增至5.0g/L。在穩定運行期間污泥濃度保持在2.0～4.9 g/L，污泥負荷為0.08～0.14kgBOD5/(kgVSS·d)。
每天監測溫度、進水流量、DO和pH值，進出水中的SS、COD、NH3-N、NO3-N、NO2-N、TN等項目每周測2次，分析方法采用標準方法。
pH值用PHS-3C型pH計測定；DO用YSI52型DO儀測定；NO3-N和NO2-N等采用離子色譜分析儀測定；COD和BOD5分別用CTL-12型化學需氧量快速測試儀和BODTrakTM型生化需氧量測定儀測定。
3 結果與討論
3.1 對有機物的去除
穩定運行期間系統對COD的去除效果見圖2(系統SRT=30 d，HRT=10 h)。
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由圖2可看出，系統的COD去除率達到95%。當進水COD＜1000mg/L時出水COD＜50mg/L。
系統對BOD5的去除效果見圖3。
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由圖3可見，系統對BOD5的去除率＞98%。運行期間進水COD和BOD5平均值 分別為628mg/L和257mg/L，出水分別為37mg/L和5mg/L。由此可見，系統對有機物具有較高的去除效率。
3.2 對氮的去除
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系統對氨氮的去除效果如圖4所示。在運行期間系統內氨氮負荷為0.011～0.02kg/(kgVSS·d)，BOD5負荷為0.08～0.12 kg/(kgVSS·d)。由圖4可知，進水NH3-N濃度為45～67mg/L，出水中NH3-N平均濃度為1mg/L,對NH3-N去除率達99%。由此可見，該系統同樣 具有常規氧化溝的良好硝化效果。
由于氧化溝的下層溝道處于缺氧狀態，因此可發生反硝化，試驗裝置出水中NO3-N平均濃度為6.5mg/L，同時還發現下層溝道內有氮氣泡出現。
對TN的去除效果見圖5。
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在穩定運行情況下，進水TN濃度為70～80mg/L，出水TN濃度為7mg/L左右，對TN的去除率＞90%。
3.3 對出水SS濃度的控制
試驗系統出水的SS濃度與進水SS濃度、泥齡、沉淀區的沉淀時間及分離效果等因素有關。運行期間裝置進、出水中SS濃度的變化見圖6(SRT為10～30d)。
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由圖6可見，裝置出水中SS濃度隨進水SS濃度的變化而波動，但系統對SS去除率保持在90%以上。
沉淀區沉淀時間對出水SS濃度影響較大。當進水SS濃度＜150mg/L、沉淀時間＞0.6h時，出水SS濃度＜15mg/L。在試驗中發現，當進水SS濃度為650mg/L、沉淀時間為1.1h，出水SS濃度為48mg/L；將沉淀時間延長至1.5h，出水SS濃度為36mg/L。由此可見，當進水中SS濃度較高時需將沉淀時間適當延長。
在試驗期間沒有出現污泥膨脹現象，氧化溝內SVI值為50～260mL/g，進水SS為150mg/L左右，出水SS＜15mg/L。
4 影響因素分析
4.1 HRT的影響
HRT是影響氧化溝去除有機污染物的主要因素之一。當進水COD濃度為480mg/L左右、水溫為23℃、HRT＜5h時，對COD去除率＜75%；隨著HRT的延長，出水COD濃度迅速降低，去除效率明顯提高。當HRT＞6h時，出水COD濃度＜50mg/L，去除率＞90%；但HRT＞10h后，去除率無明顯提高。
當進水COD濃度增加時，氧化溝的HRT應相應增加以保證獲得較高的COD去除率。此外，在試驗條件下當COD具有較高的去除率時，對TN的去除率始終保持在90%以 上。
4.2 溫度的影響
在試驗系統內溫度對COD去除效果的影響如圖7所示。
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由圖7可知，水溫為12～15℃時COD去除率約為89%；水溫＞15℃時COD去除率＞90%。
溫度對TN去除率的影響較明顯，當總氮負荷≤0.08kg/(kgMLVSS·d)、BOD5負荷為0.08～0.14kgBOD/(kgMLVSS·d)、溫度為11～13℃時，對TN的去除率為75%左右；隨溫度升高，對TN的去除率明顯增加，溫度＞15℃時對TN的去除率＞90%。這是因為氧化溝中形成缺氧狀態時溫度對反硝化的影響是非常明顯的。
5 結論
立體循環一體化氧化溝能夠有效地去除污水中的有機污染物，對COD去除率達到95%，相應的BOD5去除率為98%。同時，由于在下層溝道形成缺氧區，有利于生物脫氮。在H RT為10h、SRT為30d時，對NH3-N的去除率達到99%、對TN的去除率＞90%，因此采用立體循環一體化氧化溝處理城市污水是可行的。
立體氧化溝的優點是：①由于活性污泥混合液呈立體循環，故在同等處理能力下較常規氧化溝節省占地面積約50%；②實現了污泥自動回流，沉淀分離器置于立體氧化溝的一端，不改變主溝混合液的流態，不造成能量損失，因而更加節能；③整個系統結構緊湊、占地少、投資少、操作方便，是適合現階段我國中小城鎮及城市小區污水處理需要的新工藝。
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