【文章內(nèi)容簡介】 。2002《中國環(huán)境狀況公報(bào)》指出，七大水系（長江、黃河、松花江、珠江、遼河、海河及淮河）的 741 個重點(diǎn)監(jiān)測斷面中，%的斷面滿足Ⅰ~Ⅲ類水質(zhì)要求，%的斷面屬 IV、V 類水質(zhì)，%的斷面屬劣 V 類水質(zhì)，其中七大水系干流及主要一級支流的 199 個國控?cái)嗝嬷?，Ⅰ~Ⅲ類水質(zhì)斷面占%，IV、V 類水質(zhì)斷面占 %，劣 V 類水質(zhì)斷面占 %。可見，我國水體污染非常嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的水資源破壞。 污水生物處理及氧化溝工藝水資源的短缺，污水量的增多，水資源受污染日益嚴(yán)重使我們不得不面臨這樣的一個問題，那就是，怎樣使水資源不僅滿足當(dāng)代社會的需求，并且能夠 2 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文持續(xù)滿足子孫后代對水的需求。要想解決這個問題，就必須控制水污染，開辟第二水源。而要做到這一點(diǎn)，污水處理及回用則是最佳的途徑。首先，因?yàn)槲鬯當(dāng)?shù)量巨大，如能再生回用，一方面可減少污水的排放量，另一方面可控制水資源被污染；其次，污水作為城市第二水源要比海水、雨水來得實(shí)際，比引水工程要經(jīng)濟(jì)得多。實(shí)現(xiàn)污水資源化，對保障城市安全供水具有重要的戰(zhàn)略意義，很多國家都已清楚認(rèn)識到并果斷地采取了由傳統(tǒng)意義上“污水處理、達(dá)標(biāo)排放”向以水質(zhì)再生為核心的“水的循環(huán)再用”的轉(zhuǎn)變。我國在“城市污水回用”方面的工作已經(jīng)展開并取得了一定的進(jìn)展，但和國外發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。規(guī)模也比較小，仍需要大力發(fā)展。目前已有很多水的再生和回用方法付諸實(shí)際應(yīng)用，其中采用較多較普遍的就是廢水生物處理技術(shù)。廢水生物處理作為水污染防治和走水資源可持續(xù)利用道路中的重要工程技術(shù)手段之一，對保護(hù)水資源和緩解水質(zhì)型水資源短缺問題具有重要的作用。氧化溝污水處理技術(shù)作為一種廢水生物處理技術(shù)，具有處理效率高、處理流程簡單、出水水質(zhì)好、投資費(fèi)用低且運(yùn)行穩(wěn)定可靠等諸多特點(diǎn)，尤其是適合于我國的應(yīng)用，受到了廣泛重視。我國城市污水處理的狀況仍不容樂觀，如何結(jié)合我國的實(shí)際情況采用高效低耗的污水處理技術(shù)，是我國當(dāng)前急需解決的問題。此外，我國現(xiàn)有城市污水廠中的技術(shù)人員缺乏，操作人員素質(zhì)普遍較低，尤其是污水處理廠的建設(shè)資金嚴(yán)重缺乏，因地制宜地推廣氧化溝污水處理技術(shù)是十分適宜和必要的。目前，國內(nèi)采用氧化溝處理工藝的污水處理廠在逐漸增多，然而，如何進(jìn)一步提高氧化溝的效能，開發(fā)更加高效的新型工藝，并提高工藝運(yùn)行的科學(xué)管理水平，尚有許多課題亟待研究[13]。氧化溝（oxidation ditch，OD）又名氧化渠，因其構(gòu)筑物呈封閉的溝渠型而得名。實(shí)際上它是活性污泥法的一種變形?，F(xiàn)有的各種氧化溝工藝雖然在長期實(shí)際運(yùn)行中被證實(shí)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有美中不足之處，如BOD5容積負(fù)荷比較低，仍存在污泥上浮問題等。為了解決此類問題，復(fù)合式氧化溝工藝應(yīng)運(yùn)而生。所謂復(fù)合式氧化溝工藝（hybrid oxidation ditch，HOD）就是在氧化溝內(nèi)設(shè)置填料作為微生物附著生長載體，懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜共同承擔(dān)去除污水中污染物的任務(wù)。該工藝兼有活性污泥法和生物膜法優(yōu)點(diǎn)，同時由于系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使復(fù)合系統(tǒng)可以具有脫氮除磷能力[1416]。傳統(tǒng)的污水懸浮生物處理系統(tǒng)具有一定的可靠性，然而該處理能力與效率有限，而且占地面積較大，這些不足和對污水的脫氮除磷及臭味要求的逐步提高，促使研究者門不斷探尋和開發(fā)一些新型的處理工藝。歸納起來，各種生物 3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文膜反應(yīng)器都具有以下共同的優(yōu)點(diǎn)：參與凈化的微生物多種多樣，生物的食物鏈長，微生物存活的世代時間較長并具有較高的活性；反應(yīng)器凈化效率高，能夠承受沖擊負(fù)荷，污泥沉降性能良好，易于維護(hù)運(yùn)行與管理等等。生物膜法不僅可以作為單獨(dú)的污水處理工藝予以應(yīng)用，還可以與污水好氧與厭氧處理的其他工藝相結(jié)合，形成復(fù)合式生物膜反應(yīng)器，以發(fā)揮懸浮生物相和固定生物相的優(yōu)勢，使得生物處理反應(yīng)器在去除有機(jī)污染物方面更為有效[17]。復(fù)合式氧化溝處理系統(tǒng)就是基于此而提出并研究的一種復(fù)合式生物膜反應(yīng)器。污水中的氮和磷是導(dǎo)致受納水體富營養(yǎng)化的主要原因[1819]，許多國家對排放污水中的氮和磷含量都做了嚴(yán)格限制[20]。污水脫氮除磷的技術(shù)大致可分為兩大類，即物理化學(xué)法和生化法。物理化學(xué)法包括折點(diǎn)氯化法、吹脫法、離子交換法等，它們存在工藝復(fù)雜、能耗大，成本高等缺點(diǎn)；生化法包括氧化溝法、活性污泥法、A/O法等，它們具有流程簡單，處理能力大，運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用[2122]。氧化溝在脫氮除磷方面的效果已被實(shí)踐證實(shí)，我國許多城市污水處理采用了氧化溝處理工藝，但在日常的運(yùn)行過程中普遍存在處理效率不高，脫氮除磷效果差等問題[2329]，這些難題的解決，將大幅度提高污水處理效率，改進(jìn)出水水質(zhì)，并為污水處理廠的出水回用提供技術(shù)上的保障。本課題針對OD工藝目前所存在的問題展開新的研究，探索提高OD效能和脫氮除磷效率的技術(shù)對策，為其工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。 氧化溝污水處理技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀氧化溝技術(shù)自問世以來迅速在世界范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。針對應(yīng)用中表現(xiàn)出的問題和不足，研究者和專家不斷對氧化溝進(jìn)行研究和改進(jìn)，試求獲得更理想、效果更好的氧化溝工藝。 國內(nèi)外研究進(jìn)展簡介氧化溝污水處理工藝是 20 世紀(jì) 60 博士通過研究和設(shè)計(jì)而首先開發(fā)的。第一座氧化溝污水處理廠是 Pasveer于1945 年在荷蘭的伏肖?。╒oorshoten）建造的。它將曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定等處理過程集于一體，間歇運(yùn)行，BOD5去除率高達(dá) 97%，管理十分方便，運(yùn)行效果穩(wěn)定，適用于中小城鎮(zhèn)的污水處理。這種類型的氧化溝因其設(shè)計(jì)者而被命名為“帕斯維爾溝”[14,30]。這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過幾十年的不斷開發(fā)和改善，由間歇式運(yùn) 4 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文行方式發(fā)展到連續(xù)運(yùn)行和不帶沉淀池，另外在氧化溝的構(gòu)造上也在不斷的進(jìn)行著改進(jìn)和研究[3032]。氧化溝污水處理技術(shù)在歐洲、北美、南非和澳大利亞等地得到了迅速推廣應(yīng)用，工藝上和構(gòu)造上也有了很大的發(fā)展和改進(jìn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前英國已興建了300 多座氧化溝污水處理廠，美國已有 500 多座這樣的污水處理廠。在荷蘭、德國、美國、丹麥、瑞典、瑞士、希臘、加拿大、巴西、南非、澳大利亞、新西蘭、印度、前蘇聯(lián)、日本及中國等，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展十分迅速，不僅在處理工藝的數(shù)量急劇增長，而且處理規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。此外氧化溝經(jīng)過多年的發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的形式，典型的有卡羅塞（Carrousel）式氧化溝，奧蓓爾（Orbal）型氧化溝，由丹麥Kruger公司開發(fā)的交替工作式氧化溝，曝氣沉淀一體化氧化溝等，其中一體化氧化溝具有代表性的有側(cè)溝型、BMTS型和船型等[33]經(jīng)過 30 年的實(shí)踐和發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)在各種形式的活性污泥法中處于領(lǐng)先的地位。世界各地的實(shí)踐表明，OD 技術(shù)既適用于大城市污水的處理，也可用于工業(yè)廢水的處理；既適用于小型污水處理廠，也適用于大中型污水處理廠。我國近年來也設(shè)計(jì)建造了一批氧化溝污水處理廠，有規(guī)模較小處理工業(yè)廢水的，也有規(guī)模較大處理城市污水的。美國環(huán)境保護(hù)局（USEPA）曾對 OD 工藝與其它生物處理系統(tǒng)進(jìn)行過全面的研究和比較，結(jié)果表明其在出水水質(zhì)、運(yùn)行可靠性、基建投資費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等方面都較其它方法具有一定的優(yōu)越性。目前，此項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市污水、石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水、食品加工廢水等的工業(yè)廢水處理之中。國內(nèi)關(guān)于復(fù)合式氧化溝工藝的研究已有少量報(bào)告，研究處于初步開展階段，但是還沒有形成較完善系統(tǒng)的研究理論，需要進(jìn)一步探討其可行性及進(jìn)一步研究其特點(diǎn)。 氧化溝工藝的研究現(xiàn)狀 Carrousel氧化溝Carrousel氧化溝系統(tǒng)是 20 世紀(jì) 60 年代末荷蘭開發(fā)并用于城市和工業(yè)廢水處理，距今已近 40 多年，在世界各地得到了廣泛而成功的應(yīng)用。從美國到中國，從芬蘭到沙特，已有 825 座Carrousel氧化溝系統(tǒng)在運(yùn)行或建設(shè)中[34]。為了滿足越來越嚴(yán)格的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，Carrousel氧化溝在原有的基礎(chǔ)上開發(fā)出了許多新的設(shè)計(jì)類型，以提高處理效率、降低運(yùn)行能耗、改進(jìn)活性污泥性 5 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文能和生物脫氮除磷效能。主要包括單級標(biāo)準(zhǔn)Carrousel工藝及其變形、Carrouseldenit IR/Carrousel 2000 工藝及新型的四段、五段卡魯塞Bardenp H0工藝系統(tǒng)等。Carrousel 2000 是一種反硝化脫氮工藝，其突出的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)硝化液的高回流比，達(dá)到較高程度的脫氮率，同時無需任何回流提升動力。卡魯塞Bardenp H0系統(tǒng)是在Carrousel 2000 下游增設(shè)了第二缺氧池及再曝氣池，實(shí)現(xiàn)了更高程度的脫氮[30]。隨著Carrousel 2000 型氧化溝技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又出現(xiàn)了一種新型的深型Carrousel氧化溝系統(tǒng)，這項(xiàng)技術(shù)使得氧化溝更深，可達(dá) m，從而可進(jìn)一步減少占地，提高運(yùn)行靈活性[35]。 交替運(yùn)行氧化溝交替運(yùn)行氧化溝是由丹麥工業(yè)大學(xué)和克魯格（Kruger）公司率先開發(fā)的第二代氧化溝。該工藝的主要特點(diǎn)是通過改變氧化溝的構(gòu)造和操作方式，形成A/O和A2/O的工藝環(huán)境，從而達(dá)到生物脫氮除磷的目的[36]。這種氧化溝技術(shù)最初采用形式為交替工作氧化溝（VR型）和二池交替工作氧化溝（Double ditchsD型）。為了克服這兩項(xiàng)技術(shù)存在的缺點(diǎn)，克魯格公司又開發(fā)了三溝式（Three ditchsT型）氧化溝。邯鄲市東污水處理廠，是我國利用丹麥政府贈款引進(jìn)丹麥克魯格公司三溝式氧化溝技術(shù)修建的，也是我國的第一座三溝式氧化溝，這種氧化溝具有較高的脫氮效果，運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)較低。它分三條溝，每溝之間設(shè)一過水孔，中間作曝氣區(qū)，兩條側(cè)溝根據(jù)運(yùn)行方式作曝氣、沉淀交替使用。三條溝都配置一定數(shù)量的曝氣轉(zhuǎn)刷，中溝轉(zhuǎn)刷少于兩條側(cè)溝。兩條側(cè)溝末端配置多個出水堰門。氧化溝前設(shè)有一座配水井，三根進(jìn)水管分別接通三條溝。剩余污泥從中溝以混合液的形式由泵排出。根據(jù)運(yùn)行模式，兩條側(cè)溝輪流做曝氣溝和沉淀溝，每條氧化溝內(nèi)設(shè)有一個溶解氧探頭，可根據(jù)溶解氧的設(shè)定范圍，通過轉(zhuǎn)刷的運(yùn)行狀況自動控制。各堰的開與閉和溝內(nèi)的鼓風(fēng)與混合實(shí)現(xiàn)自動控制，使各溝內(nèi)能完成專門的處理目的，這樣就融會了氧化溝工藝、間歇式工藝、間歇式及多級串聯(lián)活性污泥法工藝的特點(diǎn)[37]。在三溝式氧化溝的基礎(chǔ)上，為了有效處理高濃度的污水，又出現(xiàn)了五溝式氧化溝，這種氧化溝的突出特點(diǎn)是能有效處理水質(zhì)指標(biāo)高于設(shè)計(jì)值的高濃度污水[38]。 Orbal型氧化溝Orbal型氧化溝是P（Pasveer）型氧化溝的基礎(chǔ)上派生出的一種新工藝。它首先是在南非研究成功，20 世紀(jì) 60 年代末轉(zhuǎn)讓給美國Envirex有限公司[39]。Orbal型氧化溝又稱同心溝型氧化溝，是一種多渠道的氧化溝系統(tǒng)，在該 6 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)中有若干多孔曝氣圓盤的水平旋轉(zhuǎn)裝置，用以進(jìn)行傳氧和混合。目前已有200 多座Orbal型氧化溝在運(yùn)轉(zhuǎn)。Orbal型氧化溝是由多個同心的溝渠組成，溝渠呈圓形或橢圓型，進(jìn)水先引入最外的溝渠，在其中不斷循環(huán)的同時，依次引入下一個溝渠，最后從中心溝渠排出，這相當(dāng)于一系列完全混合反應(yīng)池串聯(lián)在一起。但是幾個串聯(lián)的完全反應(yīng)池與單個渠的動力學(xué)是不同的，Orbal系統(tǒng)中每一圓形溝渠均表現(xiàn)出單個反應(yīng)器的特性。例如，對氧的吸收率進(jìn)水渠最高，出水渠最低，相應(yīng)溶解氧濃度從外溝到內(nèi)溝依次增高，渠與渠之間有相當(dāng)大的變化。整個Orbal系統(tǒng)具有接近推流反應(yīng)器的特性，可以達(dá)到快速去除有機(jī)物和氨氮的效果。因此可以看出，Orbal氧化溝的這種串聯(lián)形式，兼具了完全混合式與推流式的優(yōu)點(diǎn)[30]。 一體化氧化溝一體化氧化溝又稱合建式氧化溝，集曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流功能為一體，無需建造單獨(dú)的二沉池。最早的 Pasveer 氧化溝也是一體化氧化溝，因?yàn)樗情g歇運(yùn)行，曝氣和沉淀是利用一溝完成的。而近年來由丹麥引進(jìn)的三溝氧化溝屬于序批式操作方式，也屬于此范疇。這里所說的一體化氧化溝是指曝氣凈化與固液分離操作同在一個構(gòu)筑物中完成，污泥自動回流，連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備利用率為 100%。一體化氧化溝技術(shù)開發(fā)至今迅速得到發(fā)展，經(jīng)過不斷改進(jìn)，創(chuàng)新和研究形成了多種多樣的一體化沉淀池，特別是在溝內(nèi)實(shí)現(xiàn)固液分離方面進(jìn)行了很多更理想的探索，有些已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中[4041]。較典型的有側(cè)溝型、BMTS型和船型等。 復(fù)合式氧化溝關(guān)于復(fù)合式氧化溝（HOD）在國內(nèi)已有少量研究報(bào)告。如：1995 年[42]，武漢石油化工廠的楊思純等人進(jìn)行了生物膜法氧化溝處理煉油污水的中試研究；1996 年[43]，何太江等人對生物膜氧化溝污水處理性能進(jìn)行了探索；陳榮林[44]進(jìn)行了混凝兼性生物膜氧化溝處理漂染水的實(shí)驗(yàn)研究，張蕓華等人[16]采用水生植物氧化溝進(jìn)行了治理橡膠廢水的試驗(yàn)?？傊?，關(guān)于 HOD 技術(shù)的研究，目前尚少，已經(jīng)研究的理論還不完善，需要更多的深入研究。 氧化溝技術(shù)的特征與優(yōu)缺點(diǎn) 氧化溝技術(shù)特征氧化溝技術(shù)的特征[30]可總結(jié)為以下三個方面： 7 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 構(gòu)造特征池體狹長，可達(dá)數(shù)十米，甚至達(dá)到數(shù)百米以上，池深度較淺