奧貝爾氧化溝的機理和工程應用

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簡介： 早期氧化溝只是一單溝道的“循環(huán)曝氣池”，主要用于去除污水中的BOD及進行硝化反應，現(xiàn)已發(fā)展形成各種不同的類型，包括卡魯塞爾型、奧貝爾型、二溝或三溝交替工作型，一體化氧化溝等。隨著污染的加劇和水體富營養(yǎng)化問題的出現(xiàn)，許多國家開始控制進入水體的氮和磷排放型量，并制定了較為嚴格的污水處理廠出水中氮和磷的排放標準。于是，不僅能去除有機物，而且兼具生物除磷脫氮功能的氧化溝工藝應運而生，我們可稱之為第二代氧化。奧貝爾氧化溝即為此種新型氧化溝中主要的一種，該工藝在節(jié)約能耗、減少占地、抗沖擊負荷和高效脫氮等方面顯示出優(yōu)異的性能，越來越多的應用于城市污水處理工程之中，有很好的發(fā)展前景。
關鍵字：奧貝爾 氧化溝 除磷脫氮

　　一、奧貝爾氧化溝工藝的特征

　　1、奧貝爾氧化一般溝由三個同心橢園形溝道組成，污水由外溝道進入，與回流污泥混合后，由外溝道進入中間溝道再進入內溝道，在各溝道循環(huán)達數(shù)百到數(shù)十次。最后經中心島的可調堰門流出，至二次沉淀池。在各溝道橫跨安裝有不同數(shù)量水平轉碟曝氣機，進行供氧兼有較強的推流攪伴作用。外溝道體積占整個氧化溝體積的50%-55%，溶解氧控制趨于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用;中間溝道容積一般為25%-30%,溶解氧控“在1.0mg/L左右,作為“擺動溝道”，可發(fā)揮外溝道或內溝道的強化作用；內溝道的容積約為總容積的15%-20%，需要較高的溶解氧值（2.0mg/L左右),以保證有機物和氨氮有較高的去除率。
　　2、外溝道的供氧量通常為總供氧量的50%左右，但80%以上的BOD可以在外溝道中去除。由于外溝道溶解氧平均值很低，絕大部分區(qū)域DO為0.0mg/L,所以，氧傳遞作用是在虧氧條件下進行的，氧的傳遞效率有所提高，有一定的節(jié)能效果。加之下面將談到的外溝道內所特有的同時硝化反硝功能，節(jié)能效果更為明顯。內溝道作為最終出水的把關，一般應保持較高的溶解氧，但內溝道容積最小，能耗相對較低。中溝道起到互補調節(jié)作用，提高了運行的可靠性和可控性。奧貝爾氧化溝獨特的構造和機理，使之以較節(jié)能的方式獲得穩(wěn)定的處理效果。
　　3、奧貝爾氧化溝具有較好的脫氮功能。在外溝道形成交替的耗氧和大區(qū)域的缺氧環(huán)境，較高程度地發(fā)生“同時硝化反硝化”，即使在不設內回流的條件下，也能獲得較好的脫氮效果。
　　4、奧貝爾氧化溝具有推流式和完全混合式兩種流態(tài)的優(yōu)點。對于每個溝道內來講，混合液的流態(tài)基本為完全混合式，具有較強的抗沖擊負荷能力；對于三個溝道來講，溝道與溝道之間的流態(tài)為推流式，有著不同的溶解濃度和污泥負荷，兼有多溝道串聯(lián)的特性，有利于難降解有機物的去除，并可減少污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。
　　5、奧貝爾氧化溝采用的曝氣轉碟，其表面密布凸起的三解形齒結，使其在與水體接觸時將污水打碎成細密水花，具有較高的充氧能力和動力效率。通過改變曝氣機的旋轉方向、浸水深度、轉速和開停數(shù)量，可以調整供氧能力和電耗水平。尤其是蝶片可以方便的拆裝，更為優(yōu)化運行提供了簡便手段。另一方面，由于轉碟具有極強的整流和推流能力，氧化溝有效水深可達4米以上，即使因優(yōu)化控制需要而減少曝氣機運行臺數(shù)時，一般也不會發(fā)生沉淀現(xiàn)象這是曝氣轉碟和奧貝爾溝型所獨具的優(yōu)點。

　　二、奧貝爾氧化溝的適用范圍

　　奧貝爾氧化溝一般適用于20萬立方米/日以下規(guī)模的城市污水處理廠，尢其推薦應用于中小規(guī)模的城市污水處理廠。
　　由于奧貝爾氧化溝屬于多反應器系統(tǒng)，在一定程度上有利于難降解有機物的去除，且抗沖擊負荷能力強，因此，當城市污水中工業(yè)廢水比例較高時，奧貝爾氧化溝較其他類型氧化溝有更好的適應性。
　　奧貝爾氧化溝有三個相對獨立的溝道，進水方式靈活。在暴雨期間，進水可以超越外溝道，直接進入中溝道或內溝道，由外溝道保留大部分活性污泥，利于系統(tǒng)的恢復。因此，對于合流制或部分合流制的污水系統(tǒng)，奧貝爾氧化溝均有很好的適用性。

　　三、工藝流程和典型構造

　　奧貝爾氧化溝典型工藝流程由下圖所示：

　　與其它形式的氧化溝一樣，奧貝爾氧化溝也具有工藝流程簡單的優(yōu)點。對于中小規(guī)模的城市污水廠，一般可不設初次沉淀池和污泥消化池。懸浮狀有機物可在氧化溝內基本得到好氧穩(wěn)定，這比設初沉池及單獨處理初沉污泥要簡便經濟。當然，合理的工藝流程必須按照實際情況經充分的技術經濟比較后確定。
　　奧貝爾氧化溝的預處理及污泥處理部分的流程與其他活性污泥法處理工藝相似，不再贅述。氧化溝本身的典型構造和流程見下圖：

　　奧貝爾氧化溝通常由三個同心的溝道組成，平面上為圓形或橢圓形。溝道之間采用隔墻分開，隔墻下部設有必要面積的通水窗口。溝道斷面形狀多為矩形或梯形。隔墻一般使用100-150毫米厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土構造。各溝道寬度由工藝設計確定，一般不大于9米。有效水深以4-4.3米為宜。
　　原污水和回流污泥可進入外、中、內三個溝道，通常均進入外溝道。出水自內溝道經中心島內的堰門排出，進入沉淀池。當脫氮要求較高時，可以增設內回流系統(tǒng)（由內溝道回流到外溝道），提高反硝化程度。

　　四、關鍵設備的選型

　　奧貝爾氧化溝的預處理和污泥處理所需設備與其他工藝相似，不作詳細描述。關鍵設備是曝氣轉碟和沉淀池的排泥橋，對其主要構造和性能要求闡述如下：
　　1、曝氣轉碟
　　曝氣轉碟屬轉盤類水平推流式表面曝氣器，由盤片、水平軸及其兩端的滾動軸承、減速機和電動機組組成。每片圓形的曝氣轉碟由兩個半圓形部件組成。每對半圓形部件跨穿水平軸，組成整體的圓片，每個碟片可以獨立拆裝，便于調節(jié)安裝密度，使整機達到所需的充氧能力，每米軸長一般裝碟片3片至5片。碟片采用聚苯材料注塑或采用玻璃鋼壓鑄而成，其中聚苯材料碟片自重較輕，動力效率較高，國內已有質量很好的合資產品。碟片表面布有梯形凸塊，兼有供氧和推流攪拌的功能。水平軸采用厚壁無縫鋼管制造，表面作特種防腐處理。驅支裝置主要由減速機和電機組成。
　　曝氣轉碟的基本性能如下：
　　曝氣轉碟直徑：1400mm;
　　適用轉速：50-55rpm,經濟轉速：50rpm;
　　適用浸沒深度：400-530mm,經濟浸沒深度：500mm;
　　單盤標準清水充氧能力：0.8-1.6kgO2/kw.h(以軸功率計);
　　適用工作水深:4-5m;
　　水平軸跨度：〈=10.0m;
　　安裝密度:<5ds/m。
　　2、沉淀池排泥橋
　　奧貝爾氧化溝的污泥濃度（MLSS)較高，運行中一般在4-6克/升，回流污泥必須有較高的含固率。因此，對沉淀池和排泥設備有嚴格的要求。尤其是排泥設備，必須確保足夠的排泥濃度，通常需要特殊的工藝和結構設計。在設備選擇時應充分注意這一性能要求，保證實現(xiàn)奧貝爾氧化溝的整體工藝的優(yōu)勢。

　　五、工程應用

　　在消化吸收的基礎上，中國市政工程華北設計研究院對奧貝爾系統(tǒng)在中國的應用情況、適應性、處理效果、工藝特性與機理等進行了全面、系統(tǒng)的研究，并進行了較大規(guī)模實際工程的工藝性能測試與研究工作。同時，已經設計了20余座奧貝爾工藝的城市污水處理廠，其中，三個項目已投入運轉，包括北京大興污水處理廠、山東萊西污水處理廠等，已顯示出良好的技術特性。另外，天津國不水設備工程公司和美國合作生產的曝氣轉碟已經大批量生產，技術性能達到國際同類產品的質量水平，為確保奧貝爾氧化溝工藝和設備的整體優(yōu)勢創(chuàng)造條件。