【环保技术】氧化沟工艺在废水处理中的应用

      氧化沟(oxidationdictch,OD)污水处理工艺是由荷兰卫生工程研究所(TNO),在20世纪50年代研制成功的。第1家氧化沟污水处理厂于1954年在荷兰的Voorshoper投入使用,设计者为该所的Pasveer博士,服务人口仅为360人。它将曝气、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。由于Pasveer博士的特殊贡献,这项技术又被称为Pasveer沟。

 氧化沟是活性污泥法的一种改型,其曝气池呈封闭的沟渠型,污水和活性污泥的混合液在其中进行不断的循环流动,因此又被称为“环形曝气池”、“无终端的曝气系统”。氧化沟通常在延时曝气条件下进行污水处理,这时水力停留时间长(10～40h)、有机负荷低〔0.050.15kgBOD5/(kgVSS·d)〕。

 最初,Pasveer沟的充氧、推进和搅动由Kessenser转刷曝气设备来完成。受其限制,氧化沟设计的有效水深一般小于1.5m。随着氧化沟技术的应用,过浅的池深造成氧化沟占地面积大的缺点,越来越突出。

 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),池深可达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。该设备被安装在中心挡板的末端,利用表曝机产生的径流为动力,推动氧化沟内液体的流动。这一工艺后来被称为Carrousel氧化沟,Carrousel氧化沟的沟深大于4.5m。

 1970年,Huisman又在南非开发了使用转盘曝气机的Orbal氧化沟,不过在此期间,生产应用最多的还是转刷曝气氧化沟。研究人员也从没放弃对转刷曝气机的深入开发,VonderEmde于1971年首次详细报道了,将Mammoth转刷应用于氧化沟工艺,转刷直径为1000mm,氧化沟允许水深3～3.6m,充氧能力有较大提高。

 20世纪80年代,美国还开发了导管式氧化沟,以导管式曝气器代替传统的曝气转刷,是一种高效的污水处理新技术。

 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的推广和应用。据统计,丹麦已兴建了300多座氧化沟污水处理厂,占全国污水处理厂的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。

 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的不断增加。氧化沟的处理能力为500～1000万人口当量,既能用于生活污水的处理,也能用于工业废水和城市污水的处理。经过30多年的实践和发展,氧化沟技术被认为是出水水质好、运行可靠、基建投资费用和运转费用低的污水生物处理方法,特别是其封闭循环式的池型尤其适用于污水的脱氮、除磷。美国环境保护署的报告指出:“氧化沟能够通过最低限度的操作,稳定地达到BOD5和TSS的去除率要求。另外,成本数据表明,在379～37850m3/d的流量范围内,氧化沟处理技术与其他技术相比,在经济上具有竞争力。”目前,此项技术已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的处理中。

 近年来,美国联合工业公司(UnitedIndustries,Inc.)在总结众多氧化沟工艺技术及深入研究的基础上,开发了船形沟内澄清池(boatintra-channelclarifier,BICC)的新型氧化沟工艺。这种工艺在美国及其他国家获得了专利。在不长的时间里,由于此工艺具有许多优良特性而得到快速的推广应用,目前已有120多座这种氧化沟工艺在运行之中。

 我国从20世纪80年代以来,也较多地开展了对氧化沟工艺的研究,并设计建造了一批氧化沟污水处理厂。

 最值得一提的是我国著名水处理专家钱易院士,在氧化沟方面作了非常深入的研究和相当多的报道。另外钱望新等利用葡萄糖及硫酸铵、亚磷酸铵配制成的COD和BOD5浓度分别为390mg/L、250mg/L的污水,对合建式氧化沟模型进行了试验,研究表明:通过合理的设计及在适宜的水条件下,合建式氧化沟完全可以使泥水分离、沉淀污泥自动回流。沉淀区底部适当倾斜(倾斜度<5%)后,可维持良好的污泥回流效果,沉淀区应设置在紊动程度较小的区域,长宽比宜小于4。重庆建筑大学邓荣森等应用侧渠式氧化沟与厌氧处理方法相结合,对高浓度有机废水(屠宰)处理的研究表明:组合式氧化沟处理高浓度有机废水是完全可行的,厌氧组合有助于提高出水水质,侧渠合建能实现无泵污泥自动回流。清华大学陈吕军等对氧化沟水平轴曝气机性能指标进行了研究,并给出了这些指标的测定方法;周律等在邯郸市东污水处理厂的运行经验基础上,对三沟式氧化沟处理城市污水的效应及其设计方法进行了研究。羊寿生也对转刷型及三沟式氧化沟的设计进行了论述。目前,我国的水污染控制还处于相对落后的状态,经济力量也相对薄弱,因此亟待研究和推广应用高效、低耗而且运转可靠的污水处理工艺。为此,开展氧化沟工艺的研究,并促进其在我国的应用,是不可忽视的。

1　制革废水处理工艺的选择
 由于不同的制革工段排放的废水水质有很大差别,为降低水处理难度,加强有用物质(例如铬和油脂)的回收利用,制革废水一般是进行分质处理(即一级处理),它包括物理处理和化学处理2方面。一般的物理处理包括过滤、重力沉降和气浮等方法,而化学处理则包括絮凝、化学沉淀等。然后再进行综合处理(即二级处理),主要是生物法处理。因废水中所含污染成分不同,制革废水的分质处理方法各异。例如,铬鞣废水处理常采用沉淀回收法、直接循环回用法、萃取法处理;油脂废水常采用气浮法处理;含硫脱毛废水处理一般用化学混凝法、加酸吸收法、沉淀法、催化氧化法。

 综合废水常采用的处理方法有:沉淀法、混凝气浮法、活性污泥法、生物接触氧化法、生物转盘法、氧化沟等。具体选用什么方法,要与物化处理联系起来进行选择。选用高有机物负荷的生化处理方法(如活性污泥法、接触氧化法、A/O法等),一定要考虑调节、沉淀、气浮、脱硫等几个物化处理环节,尽可能减轻生化处理负荷。而选用低有机负荷的生化处理方法(如氧化沟、SBR法等),物化处理只需考虑沉淀和脱硫。因为低有机负荷的生化处理方法耐冲击能力较强,这些方法也正适合制革行业污水的特点。随着国内对脱氮、除磷要求的日益提高,低有机负荷生化处理的方法日渐流行,应用成功的工程也较多。对于小水量的生化处理方法,推荐使用A/O法或SBR法,大水量的生化处理方法,推荐使用氧化沟法。

 制革废水处理工艺的选择要考虑是新建厂(1998年1月1日以后建)、还是老厂(1997年12月31日以前建),是大厂、还是小厂,以及制革工艺流程,制革厂周围的综合环境。物化法和生化法可以单独使用,也可结合起来使用,常常是物化法和生化法串联,才能取得较好的处理效果。

 对于大中型制革厂,应尽量利用前处理回收有用物质。一则能产生经济效益;二则可以减少对混合废水处理系统的压力。废水的综合处理,前面应设调节池,调解池的调解时间应以侧重安全、保证处理系统的正常运行为原则,后续处理构筑物主要采用物化和生化相结合的方法进行深化处理。对于小型制革厂,由于废水量小,可以采用间隙式物化处理技术,在同一反应器中,一次性地充满废水后,在不同的时间段内进行催化氧化、混凝沉淀、混凝气浮等,也可采用间歇式活性污泥、氧化沟、生物滤池法等生物处理方法。