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 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+OH- NO3-+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 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、八阶段硝化-反硝化模式，而且可以通过PLC控制，自动化程度高。图2为T型氧化沟工艺的一般工艺流程。 6 T型氧化沟的设计 6.1 永安污水处理厂概况 福建永安污水处理厂由永安市永恒污水处理有限公司以BOT方式运营[21]。厂区位于永安市城北大西坑路口，占地面积53.24亩，投资5000多万人民币。建设规模近期为20000m3/d，设一组T型氧化沟，远期二级处理为40000m3/d，增加一组氧化沟，采用工艺流程如图2。进水全部为城市生活污水，出水排入沙溪河。其中氧化沟，每沟设一台在线溶解氧仪，两台潜水推流器，中沟设5台高速转刷，两边沟每沟各设3台低速转刷、3台高速转刷和5台电动旋转堰门，每沟都设有排泥泵可三沟排泥。人员编制为23人，构形如图1。 6.2 T型氧化沟设计计算 介绍T型氧化沟的设计，并对设计中存在问题进行探讨。 设计资料：Q=20000m3/d 进 水：BOD5=180mg/L SS =250mg/L TN=35mg/L 要求出水：BOD5≤20mg/L SS≤20mg/L TN≤15mg/L NH3-N≤10mg/L 设计参数：泥龄30d 产泥率Y=0.30kg/去除kgBOD5 MLSS=4000mg/L 反硝化速率=26mg NO3/gMLSS.d ⑴硝化区容积计算 依照泥龄30天，产泥率Y=0.30kg/去除kgBOD5，在好氧条件（DO=2mg/L），要求污泥量MLSS为： 30×0.30×20000×(0.18－0.02)=28800kg 已知MLSS=4000mg/L，则容积为：28800/4=7200m3； ⑵反硝化区容积计算 依剩余污泥排放的氮量，活性污泥中含氮量为12.4%（活性污泥按C5H7 NO2 计），有： 0.30×20000×(0.18－0.02)×12.4%=119kgN/d 出水带走总氮量：TN=0.015×20000=300kgN/d NH3-N=0.01×20000=200kgN/d 进水含氮量：20000×0.035=700kgN/d 需要反硝化脱氮量：700－119－300=281kgN/d 反硝化区需泥量：281×1000/26=10808kgN/d 反硝化区污泥浓度4000mg/L，则容积为： 10808/4=2702m3 ⑶氧化沟尺寸确定 澄清区容积计算：T型氧化沟中一条边沟作澄清用，假定三沟内污泥浓度分别为两边沟4300mg/L，中沟3400mg/L，平均4000mg/L。一个工作过程为4个小时（整个工作周期为8小时）。其中过渡阶段，A池或C池转刷停止运行开始泥水分离约需1小时。在澄清过程中假定活性污泥无活性，推算具有活性作用污泥占污泥量的比例。 表2 T型氧化沟工作过程（六阶段运行程序） 编号 工作过程 MLSS(mg/L) 时间(h)  A池 澄清过渡 4300 1  B池 曝气 3400 4  C池 沉淀 4300 4   按照表2所示工作过程，估算具有作用活性污泥比例： 1－（1×4300×1＋1×4300×4）/（3×4000×4）=0.55 故氧化沟总容积： （7200＋2702）/0.55=18003m3 则澄清区容积为： 18003－7200－2702=8101 m3 设计成一组氧化沟，每组三沟，每沟容积为6001m3，取水深4m，则每沟平面尺寸1500m3，选用直径1m、长4.5m的曝气转刷，每沟两槽，每槽宽取6m，则每沟平面尺寸为：130m×12m； ⑷需氧量计算 　需氧量计算采用如下经验公式： O2 Kg/d=A×L＋B×MLSS＋4.6×Nr－2.8×Nor 式中：L——每日去除BOD5总量，Kg/d MLSS——沟中总污泥量，kg Nr——需要硝化氮量，kgN/d Nor——需要反硝化氮量，kgN/d 经验系数：A=0.5，B=0.1 Nr：700－119－200=381 kgN/d Nor：281 kgN/d O2Kg/d=0.5×20000(0.18－0.02)＋0.1×28800＋4.6×381－2.8×281 =5446 Kg/d； 系统总需氧量为7019 Kg/d。 ⑸供氧量计算 采用转刷曝气，转刷供氧量是在标准条件下计算的，与在实际运行条件下相比，要乘系数f，f值与水温、污泥浓度、DO等有关，一般取1.3。因此转刷至少需供氧量为：5446×1.3=7080 Kg/d 选用转刷直径为1米，长度为4.5米，每个转刷充气量35 Kg O2/h。经计算，中沟设置5只，两个边沟各设6只。 转刷充氧量为：边沟工作时间9h/d 中沟工作时间24h/d 2×6×35×9=3780 Kg O2/h 5×35×24=4200 Kg O2/h 合计：7980 Kg O2/h（供氧量）≥7080Kg O2/h（需氧量），满足要求。 ⑹产泥量计算 根据资料介绍T型氧化沟每日排放的剩余污泥量[2]，可由下式计算： ⊿X=Yo(La－Le)Q 式中：⊿X——每日排放的剩余污泥量，Kg/d Yo——设计污泥表观产率系数，KgMLSS/KgBOD5 La——进水BOD5浓度，g/L Le——出水BOD5浓度，g/L Q——每日污泥量，m3/d 设计中取Yo=0.7 则 ⊿X=0.7×(0.18－0.02) ×20000=2240 Kg /d T型氧化沟污泥龄为30d，由于氧化沟缺氧体积占好氧体积30%~40%，再加上设计中有45%污泥处于沉淀和澄清状态，并未参与降解污染物，因而其好氧泥龄大约为11d[13]，与污泥消化池设计污泥停留时间（15~20d）相接近。污泥基本上趋于好氧稳定，可直接经过浓缩后脱水。 7 T型氧化沟运行程序选择 T型氧化沟的运行较为灵活，根据不同的出水要求可以选择不同的运行模式，主要为硝化运行程序和硝化-反硝化运行程序，使用不同的程序可以达到不同的处理要求；由于自动化水平高，使得管理非常简便。 由于每个厂的实际情况不同，运行人员可以根据本厂的实际情况，编制出适合本厂具体特点的运行程序。每个运行周期可以不同，但投入运行之前，应对所编制的运行程序做以下项目的核算。 (1)转刷利用率 转刷利用率指转刷实际投运量与可投运量之比，可用下式计算： η(%)=（n1 t1+niti）/nt 式中，n1至ni为⑴至(i)阶段投入运转的转刷数量；t1 至 ti 分别为⑴至(i)阶段的历时；n为转刷的总数量，t为整个运行周期的历时。 转刷利用率一般应保持在55%以上。 (2)曝气时间和沉淀时间 曝气时间指污水在沟内曝气区的水力停留时间，可用下式计算： Ts =(V/Q)×η V——氧化沟总有效容积，m3 Q——每日入流污水量,m3/d 当要完成硝化时， Ts 一般应大于8小时。 沉淀时间指污水在沟内沉淀区的水力停留时间，可用下式计算： Ta = V/Q－Ts 当入流量一定时，沉淀时间越长，则曝气时间越短；当入流污水污染物浓度不高时，可适当缩短Ts，延长Ta 这样可在保证分解效果的前提下，提高澄清能力；反之，当入流污水污染的浓度高时，应首先保证充足的曝气时间Ts，以使污染物得以降解。 7.1 硝化运行程序 硝化运行程序，一般分成六个阶段，它没有脱氮功能，只是把含氮物质转化为硝酸盐氮。边沟轮换作为曝气池和沉淀池，而中沟始终作为曝气池。硝化运行程序一般分成六个阶段，六个阶段为一个运行周期，一般历时8h，如图3。 A阶段的运行时间为2.5 h。污水进入潜水搅拌器、曝气转刷全部运行的好氧状态的Ⅰ沟，完成硝化作用，Ⅰ沟内混合液一部分进入Ⅱ沟；Ⅱ沟内所有转刷和潜水搅拌器全部运行，也进行硝化作用，好氧状态的Ⅱ沟内混合液进入Ⅲ沟；Ⅲ沟处于沉淀和出水状态，沟内所有转刷和潜水搅拌器全部关闭，出水经电动调节堰门排出。 B阶段的运行时间为0.5 h。污水进入所有转刷和潜水搅拌器全部运行的好氧状态的Ⅱ沟；Ⅰ沟内所有转刷和潜水搅拌器全部运行，Ⅱ沟内混合液一部分进入Ⅲ沟；Ⅲ沟处于沉淀和出水状态。 C阶段的运行时间为1.0 h。污水进入所有转刷和潜水搅拌器全部运行的好氧状态的Ⅱ沟，Ⅱ沟内混合液一部分进入Ⅲ沟；Ⅰ沟内所有转刷和水下搅拌器全部关闭，处于澄清状态；Ⅲ沟处于沉淀和出水状态。 D、E、F阶段的运行状态分别与A、B、C阶段基本相同，只是将Ⅰ沟与Ⅲ沟互换。  有的采用八阶段硝化运行程序，较六阶段增加了D和H阶段，而A、B、C、E、F、G与六阶段运行程序基本一致，区别在于每一阶段的历时不同。D、H是过渡段，历时较短，仅为15min。在这两个阶段内，沟Ⅰ和沟Ⅲ出水堰均开启，同时排放上清液，如图4。  硝化运行程序中沟始终做曝气池，两条边沟交替做曝气池和沉淀池。由于保持了充足的好氧条件，加之泥龄一般达到30d以上，不仅有机物降解率很高，污 水中硝化也比较充分，氨氮基本上氧化成硝酸盐氮。图5可以看出硝化运行模式达到了较好的出水水质[14]，BOD5、CODCr、SS出水平均分别为5.9、57.5、13.3，处理率分别为96.7%、85.3%、81.6%，符合二级出水标准，除了CODCr其它指标均优于一级出水标准。  图5 青岛泥布湾污水处理厂1999年出水检测指标 由于社会经济的发展与水体富营养化加剧，一般要求脱氮，所以硝化模式已较少运行。 7.2 硝化-反硝化运行程序 硝化-反硝化运行程序，分成六或者八阶段，具有脱氮功能，边沟轮换作为缺氧池、曝气池、澄清池和沉淀池，而中沟始终作曝气池。在边沟使用双速转刷曝气机，可以保持缺氧条件，上个好氧段产生的硝酸盐氮以进水有机物为碳源，使水中的反硝化菌繁殖，从而使污水中的硝酸盐转化为氮气释放到大气中，以达到脱氮的目的。图6为六阶段硝化-反硝化运行程序图。 A阶段的运行时间为1.5 h。污水进入潜水搅拌器开启、曝气转刷低速运行的缺氧状态的Ⅰ沟，完成反硝化作用；Ⅰ沟内混合液一部分进入Ⅱ沟，Ⅱ沟内所有转刷和潜水搅拌器全部运行，进行硝化作用，好氧状态的Ⅱ沟内混合液进入Ⅲ沟；Ⅲ沟处于沉淀和出水状态，沟内所有转刷和潜水搅拌器全部关闭，出水经电动调节堰门排出。 B阶段的运行时间为1.5 h。污水进入转刷高速运行、潜水搅拌器开启的好氧状态的Ⅱ沟；Ⅰ沟内转刷高速运行、水下搅拌器开启，Ⅱ沟内混合液一部分进入Ⅲ沟；Ⅲ沟处于沉淀和出水状态。 C阶段的运行时间为1.0 h。污水进入转刷高速运行、潜水搅拌器开启的好氧状态的Ⅱ沟；Ⅱ沟内混合液一部分进入Ⅲ沟；Ⅰ沟内所有转刷和水下搅拌器全部关闭，处于澄清状态；Ⅲ沟处于沉淀和出水状态。 D、E、F阶段的运行状态分别与A、B、C阶段基本相同，只是将Ⅰ沟与Ⅲ沟互换。 八阶段硝化-反硝化运行程序较六阶段增加了D和H阶段，而A、B、C、E、F、G与六阶段运行程序基本一致，区别在于每一阶段的历时不同。D、H是过渡段，历时较短，仅为15min（也有的设30min）。在这两阶段内，沟Ⅰ和沟Ⅲ出水堰均开启，同时排放上清液，如图7。 目前，很多处理厂都使用硝化-反硝化运行程序，并且达到了较好的出水和脱氮效果，而且如果排泥得当还可以达到部分除磷的效果。福建三明第一污水厂（处理规模10000t/d）采用硝化-反硝化运行程序2004年1月份的检测指标(如图8)。根据数据，BOD5、CODCr、SS、NH3-N出水平均分别为7.5、46.7、12、2.4，处理率分别为83.5%、75.5%、85.6%、85.0%，除了CODCr各项指标均优于一级出水标准。 在八阶段硝化－反硝化运行程序中，也有部分污水处理厂（如邯郸东污水处理厂和泥布湾污水处理厂）在Ｃ和Ｇ阶段，使中沟处于潜水搅拌器开启、曝气转刷低速运行的缺氧状态，但国内目前还较少使用这样的运行程序。 清华大学的钱易和周律[18]曾模拟T型氧化沟做了这方面的研究，A阶段都不变，中沟分别处于缺氧、好氧状态，并改变相应阶段的运行时间，使Tdn/Tn（反硝化时间与硝化时间比值，相当于时间与空间的加权平均值）处于不同的值，得出不同的Tdn/Tn比，T型氧化沟的脱氮效率不同（如图9）。当Tdn/Tn=0.4时，脱氮效率最高，而Tdn/Tn偏于0.4都不利于脱氮。而且研究得出，随着Tdn/Tn    图8 福建三明第一污水厂2004年1月份检测指标  图9 Tdn/Tn与脱氮效果的关系 比减小，有机物处理效果提高。当Tdn/Tn=1时，出水有机物的去除仍有比较好的效果；当仅考虑去除有机物时，可适当提高Tdn/Tn比以降低能耗，但如果Tdn/Tn比过高，污泥沉降性能会有所降低，出水SS的浓度增加，故在工艺调整时建议采用Tdn/Tn比小于1.0，以确保出水有较低的SS浓度。图6、图7所示的运行程序Tdn/Tn均为0.27，脱氮效率不是最佳。 硝化运行程序主要是氧化稳定废水中的有机物，并将水中的含氮物质氧化为硝态氮，减少排入水体中的耗氧物质，但系统进出水的总氮变化不大。而硝化-反硝化运行程序除了去除水中的有机物外还能将进水的含氮物质大量从系统中去除，最终减少系统排出的总氮。表3为两种运行程序的出水检测值的比较[8]。从本质上讲前者类似于延时曝气，而后者是将A/O法的过程结合在一起。总之，各种运行程序有所异也有所同，在实际运行中应根据各厂的实际情况在最基本的四种运行程序基础上选择合适的运行程序或进行调整。 表3 两种运行程序50%的出现频率进出水检测数据（mg/L） 水质指标 进水 出水    硝化程序 硝化-反硝化程序  BOD5 102 4.0 5.0.  CODC 210 4.5 8  SS 90 3.5 3.5  TN 25 18 11  TKN 23 5.0 3.0  NH3-N 17 2.0 5.5  注：所统计数据为：进水178个，硝化程序121，硝化-反硝化程序157个 8 优化排泥 8.1 T型氧化沟污泥 8.1.1 T型氧化沟的泥龄 氧化沟整个系统的设计泥龄为 ： 　　　 SRT=XV/ΔX=XV/[Yo( La-Le0) Q] 式中：Δ X——每日排放的污泥量，kg ML SS/d Yo——污泥表观产率系数，kg ML SS/kg BOD5，设计中取Yo=0.7 一般T型氧化沟的设计SRT为30d，由于设计中有 45%的污泥处于沉淀和澄清状态，未参与降解污染物，所以： 　　　工艺泥龄 =55%×30=16.5d 考虑到参与降解污染物的构筑物中缺氧过程的污泥量为好氧过程污泥量的 51%，则 　　　好氧泥龄=工艺泥龄/( 0.51+ 1.0)=11d 对照浓缩池好氧消化泥龄15～20d，可见氧化沟中的污泥基本达到稳定，但并为完全稳定，故要保证泥龄至少在30d以上。可见，泥龄和每日排放的剩余污泥量⊿X将作为排泥很重要的两个参数。 8.1.2 T型氧化沟的污泥分布不均 在实际运行中，T型氧化沟三沟中的污泥浓度相差较大，中沟与边沟污泥浓度的比值与设计值不符。设计中假设氧化沟中污泥浓度三沟比为3.4：4.3：3.4，氧化沟的平均污泥浓度为 4g/L，而T型氧化沟普遍存在污泥浓度边沟远高于中沟的情况。经观察和研究[15]，认为这是三沟式氧化沟运行模式的必然结果，以采用八阶段硝化-反硝化运行程序为例。在一个运行周期中，边沟进水并进行反硝化反应，混合液从边沟流向中沟，时间为90min，经过硝化和沉淀阶段后，边沟开始出水，混合液从中沟流向边沟，时间为225min。阶段D和阶段H为过渡阶段，各沟以调整水位为主，可认为不发生污泥交换。根据物料守恒定律，正常运行时，边沟的污泥量应守恒，则 ： 出泥量 =进泥量 Q×Xs×t1=Q×Xm×(t5+t6+t7) t5+t6+t7=T-t4 则：Xm/Xs =2t1/（T -2t4） 式中：Q——氧化沟进水量 ，m3/h X——中沟的污泥平均浓度，g/L Xs——边沟反硝化阶段平均污泥浓度，g/L Xm——中沟平均污泥浓度，g/L t1——反硝化阶段时间，min T——运行周期，min t4——过渡阶段时间，min 由此可见，T型氧化沟污泥分布由反硝化阶段即边沟进水时间所决定，污泥分布不均匀根本改善的办法：一、延长反硝化阶段的时间。在实际枣庄市污水处理厂把反硝化阶段时间从设定的90min调整到120min，硝化阶段调整为 45min，则Xm/Xs由通常的 0.4上升到0.53，处理效果大为改进[19]；二、改变从中沟排泥的方法，改为从两边沟排泥。 8.1.3 T型氧化沟的除磷效果 T型氧化沟如果运行得当也能达到一定的除磷效果，测试边沟在厌氧、好氧、沉淀各状态泥水混合液中磷的含量变化情况[3]（见表4）。 表4 边沟各工况的含磷变化情况 状态 厌氧 厌氧 沉淀  时间(h) 0 1.5 2.5 3.0 4.0  4月26日 5月10日 2.59 3.09 1.26 0.46 0.49   1.85 2.08 0.63 0.15 0.89   从测试结果可知，如果在边沟曝气好氧状态结束后立即从边沟排泥 ，就可将大量含磷污泥排出系统。 8.2 排污优化 T氧化沟传统设计采用中沟以混合液的形式排泥，这样方便剩余污泥的排放，但排出的泥很稀。大量的稀污泥由泵排到污泥浓缩系统，不仅排泥能耗高，对浓缩池也造成很大的水力冲击，使浓缩池翻泥加剧，影响氧化沟运行的稳定。 设想从边沟好氧阶段结束后或缺氧阶段开始时排泥，在确保氧化沟中泥龄在30d的基础上，根据实际进水指标计算每日排泥量（以边沟MSLL为准）和每日排泥时间，安排两边沟在好氧结束后排泥（每个边沟一个周期排泥一次）。 排泥优化后可解决和改善以下情况： ⑴减少对污泥浓缩池的水力冲击，提高污泥浓缩效果。 根据上海石化股份公司水质净化厂某月污泥浓度统计[15]，边沟平均为6.8g/L（缺氧段刚开始时），中沟平均为3.3g/L，中沟污泥浓渡不到边沟的二分之一。如果每天的混合液排放量为1000t，改在边沟缺氧起始时间排混合液，排放500t就可；改在澄清段（好氧结束后）的后半部分时间边沟排泥，此时沟内的污泥量与缺氧阶段的曝气沟基本相同但泥水分离后，沟内污泥浓缩了，一般情况下此时的泥层高度约占水深的2/3。按此推算，排出污泥的绝对量相同时，在好氧阶段后从沉淀边沟交替排泥，排泥量仅中沟的1/3，可减少对污泥浓缩池的水力冲击，提高污泥浓缩效果。 ⑵有利于氧化沟的稳定运行。 在氧化沟的澄清段后期开始在沉淀沟轮换排泥，此时沟内的污泥层很高，通过排泥可降低泥层高度，减少或避免出水飘泥，同时也因排泥时间相对分散使污泥负荷也相对稳定。 ⑶节省排泥的能耗，减少泵的配置数量。 改进排泥方式后污泥泵的运行时间大大减少，而且可减少泵的配置数量。 在好氧段后排泥是一般情况下的方法，也可视具体情况进行调整。如果污泥沉降性能好、污泥层低时，应在A、D的起始阶段从缺氧段开始时排泥，此时沟内的污泥浓度也较高。在排泥过程中，一部分被污泥吸附的物质可随污泥一起排出，可减轻此后反应该阶段的处理负荷，总之，排泥方式和排泥时间需根据运行周期的时间、污泥沉降性能等综合考虑，不能一成不变。 9 T型氧化沟的自动化管理 T型氧化沟采用转刷曝气，其配水井出水堰门、氧化沟出水堰门、潜水推流器以及转刷的开启时间均是通过PLC控制。根据不同的运行程序、设置参数达到自控的目的。 9.1自控设计 采用集中管理、分散控制系统，它们由中央计算机管理系统、现场控制站和高速数据传输系统构成。 ⑴现场控制站 现场控制站（选用可编程控制器PLC）接至各在线仪表传输来的信号以及电机阀门等运行状态的电报信号，对各类信号进行运算和实施程序控制，自动调节，并把主要信息向中央控制计算机传输或接受中央控制计算机的指令。 ⑵中央管理系统 中央管理系统由管理计算机、打印机等构成。它对现场站传输来的信息进行计算、处理和贮存，计算机通过彩色显示器（CRT）画面显示各类实测值和越限报警值，同时还有各类参数的组图、棒柱图、趋势图、报警一览表、各构筑物运行状态图及工艺流程图。计算机还通过打印机自动生成日、月报表及非正常状态信息表，操作人员可通过键盘输入必要的指令或修改设定值。 ⑶高速数据传输系统 它用于中央管理系统和各现场站的联络，要求传输速率适当，高抗干扰性、信息衰减小。 9.2 T型氧化沟自控参数设置 9.2.1 曝气转刷的控制 曝气转刷的控制为时间强制控制和溶解氧探头反馈控制两种方式的组合。 ⑴时间强制控制状态有三种情况： ①当氧化沟为澄清和沉淀阶段时，转刷和潜水推流器强行关闭。 ②当氧化沟为反硝化阶段时，仅是潜水推流器和双速转刷低速推流。 ③当上述两个阶段完成向曝气阶段转变时，潜水推流器开启，沟中所有转刷先进行15min高速运转，之后进入溶解氧探头反馈控制方式。 ⑵溶解氧探头反馈控制 溶解氧探头控制是根据预先设定的运行程序、溶解氧浓度区间及浓度变化，来控制转刷的开启和关闭。 在该控制方式下，氧化沟处于曝气好氧状态。设定溶解氧浓度范围为0.5～2.0mg/L。 当DO低于0.5mg/L时，沟中所有转刷开启，高速运转充氧，DO上升，每上升0.25mg/L（DO范围除以每沟的转刷数，以6个转刷为例），则有一台转刷停转。当DO达到2mg/L时，通常只有两台转刷保持运转，以使沟中泥水充分混合；但是，低负荷条件下，DO仍会继续升高，转刷依次关闭，直至全部停转。当这种状态持续30min以上时，按预定程序，沟中转刷全部开启运行5min，以保证泥水混合，5min后，又回到开启前状态。 反之，当DO高于2mg/L时，转刷处于停转状态。如DO开始下降，则每下降0.25mg/L，转刷自动开启一台，直至DO低于0.5mg/L时，该沟中所有转刷开启。 如果沟中安有潜水推流器时，曝气转刷大部分运转时，如不出现污泥沉积现象，可以考虑关闭潜水推流器，以节约能耗。 根据模糊控制理论，当DO增加或减少时，转刷拟关闭或开启时，这个过程是延时的，时间设定为100s，以防止沟中DO发生一些微小波动时，导致不必要的停止或启动。 9.2.2进出水堰门控制 ⑴进水堰门：根据运行控制程序，以时间强行控制其启闭。 ⑵出水堰门：同进水堰门一样，以时间强行控制其启闭，但其在开启下降过程中为防止水流突然流出过大，引起沉淀污泥紊动随水流出，因此分两步进行，第一步率先开启四分之一行程，延时15min之后再将堰门开启。 9.2.3 排泥控制 按照设计参数，三沟中的MLSS浓度平均为4g/L，氧化沟中的剩余污泥排放以时间强制控制和浊度仪探头反馈控制相结合通过PLC的预定程序来控制。 ⑴当在缺氧段开始后排泥 ①当氧化沟在沉淀阶段时，电动排泥阀强行关闭。 ②当氧化沟在曝气阶段时，根据设定的污泥浓度区间，即MLSS≥4.3g/L时电动排泥阀开启，MLSS≤3.8g/L时电动排泥阀关闭。 ⑵当在好氧段结束后排泥 ①当氧化沟在缺氧或好氧段时，电动排泥阀强行关闭。 ②当氧化沟在澄清或沉淀段时，根据设定的污泥浓度区间，即MLSS≥6.45g/L(泥水分离后，一般情况下此时的泥层高度占水深的约2/3，按此推算4.3×3/2=6.45 g/L)时电动排泥阀开启，MLSS≤5.8g/L时电动排泥阀关闭。 需要说明，以上MLSS的设定是参照设计值，但在实际运行中应参照第8节的介绍，根据实际运行情况来确定MLSS的值。 10 问题和讨论 ①T型氧化沟工艺处理流程简单、构筑物少，出水稳定，剩余污泥量少且稳定，可直接经过浓缩后脱水，自动化程度高，管理灵活方便。非常适合我国中小型城市。 ②T型氧化沟三沟的污泥分布与设计值相差较大，因侧边沟运行模式具有时序性，与SBR工艺相似，污泥浓度随运行状态改变，且与中沟污泥浓度相差较大。在工艺设计上应予以充分考虑，可以增加边沟的容积（使f值降低）和延长反硝化的运行时间。 ③氧化沟沟宽，因转刷长度有限，不能设计太宽，以免在转刷两侧形成死区。 ④运行程序的选择应严格根据进出水水质、泥龄、排泥量，选择适合本厂的运行程序。当入流污水污染物浓度不高时，可适当缩短曝气时间，延长沉淀时间， 这样可在保证分解效果的前提下，提高澄清能力；反之，当入流污水污染物的浓度高时，应首先保证充足的曝气时间，以使污染物得以降解。 ⑤T型氧化沟活性污泥法较普通活性污泥法具有MLSS值高，SVI值低，泥龄长等特点，污泥沉降性好并且得到了效好的稳定。 ⑥T型氧化沟有一定的除磷效果，但边沟转刷低速运行时不能保证严格的厌氧环境，从而不利于生物除磷；边沟沉淀时间太长也会使出水中磷的含量增加。将排泥方式从中沟排泥改为从边沟排泥对除磷有利。 ⑦反硝化运行和硝化运行的时间比（Tdn/Tn）是影响T型氧化沟脱氮效果的重要因素，针对不同的污水水质，调节Tdn/Tn可达到比较好的脱氮效率。 结　　论 目前，国内有较多的污水厂选用T型氧化沟。该工艺流程简单，无需二沉池、污泥回流系统、无单独设置反硝化区就可以达到较好的脱氮效率。污泥沉降性好，泥龄长，剩余污泥已基本好氧稳定，无需消化。基建投资省，自动化程度高。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。 永安市污水处理厂T型氧化沟在设计上，将硝化区、反硝化区和澄清区合并在一个沟内，虽然减少了构筑物，但也使参与工艺反应的有效性系数只有50%左右，转刷利用率只有60%左右。根据不同的进出水水质，可调整不同的运行程序，给管理带来极大的灵活性，而且自动化程度高，使运行更稳定，人员编制少。T型氧化沟溶解氧的控制采用时间强制控制和溶解氧探头反馈控制两种方式相结合，通过PLC的预定程序来控制转刷运转数量和转刷速度。永安市污水处理厂改变了传统中沟排泥的设计，在三沟都设排泥泵。在边沟缺氧段开始时或好氧段结束后，合理控制排泥时间很好的解决了传统中沟排泥的缺点，剩余污泥排放以时间强制控制和浊度仪探头反馈控制相结合通过PLC的预定程序来控制。永安污水处理厂在运行调试中，体现出了T型氧化沟优良的设计，运行达到了设计要求。 参考文献 [1] 雷乐成，水处理新技术及工程设计[M].化学工业出版社.2001：99-112，212~237 [2] 高廷耀 顾国维，水污染控制工程[M].高等教育出版社.2002 [3] 李军 杨秀山 彭永臻，微生物与水处理工程[M].化学工业出版社.2002 [4] Henze.M著，丹麦，污水生物与化学处理技术[M].中国建筑出版社.2000 [5] C.P.Leslie.Grady.Jr著，张锡辉 刘勇弟译，废水生物处理[M].化学工业出版社.2003 [6] 王洪臣，城市污水处理厂运行控制与管理[M].科学出版社.1997 [7] 郑兴灿 李亚新，污水除磷脱氮技术[M].中国建筑工业出版社.1998 [8] 邱公伟，可编程控制器网络通信及其应用[M].清华大学出版社.2000.3 [9] 阳宪惠，现场总线技术及应用[M].清华大学出版社.1996.6 [10] 杨红红 齐立新，莒县污水处理厂三沟式氧化沟的设计及计算[J].山东环境.1999. 5：32-36 [11] 杨卫华 韩雪，影响三沟式氧化沟除磷效果的影响[J].河北建设科技学院学报.2001.18(3)：1-3 [12] 周律 钱易，三沟式氧化沟处理城市污水的效应[J].中国给水排水.1997.13(5)：4-7 [13] 王雅昌 高嵩，三沟式氧化沟的活性污泥特性[J].中国给水排水.2000.16(4)：52-54 [14] 陈兴光 陈淑敏 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