【正文】 從而使被攪動的混合液在氧化溝閉合渠道內(nèi)循環(huán)流動。因此氧化溝具有特殊的水力學(xué)流態(tài)，既有完全混合式反應(yīng)器的特點(diǎn)，又有推流式反應(yīng)器的特點(diǎn)，溝內(nèi)存在明顯的溶解氧濃度梯度。氧化溝斷面為矩形或梯形，平面形狀多為橢圓形，溝內(nèi)水深一般為 ～ ，寬深比為 2:1，亦有水深達(dá) 7m 的，溝中水流平均速度為。氧化溝曝氣混合設(shè)備有表面曝氣機(jī)、曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤、射流曝氣器、導(dǎo)管式曝氣器和提升管式曝氣機(jī)等，近年來配合使用的還有水下推動器。 3. 卡羅塞爾 氧化溝的機(jī)理 卡羅塞爾氧化溝處理污水的原理 最初的普通卡羅塞爾氧化溝的工藝中污水直接與回流污泥一起進(jìn)入氧化溝系統(tǒng)。表面曝氣機(jī)使混合液中溶解氧 DO 的濃度增加到大約 2～ 3mg/L。在這種充分摻氧的條件下，微生物得到足夠的溶解氧來去除 BOD；同時，氨也被氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，此時，混合液處于有氧狀態(tài)。在曝氣機(jī)下游，水流由曝氣區(qū)的湍流狀態(tài)變成之后的平流狀態(tài)，水流維持在最小流速，保證活性污泥處于懸浮狀態(tài)（平均流速 ）。微生物的氧化過程消耗了水中溶解氧，直到 DO 值降為零，混合液呈缺氧狀態(tài)。經(jīng)過 缺氧區(qū)的反硝化作用，混合液進(jìn)入有氧區(qū)，完成一次循環(huán)。該系統(tǒng)中， BOD 降解是一個連續(xù)過程，硝化作用和反硝化作用發(fā)生在同一池中。由于結(jié)構(gòu)的限制，這種氧化溝雖然可以有效的去處 BOD，但除磷脫氮的能力有限。 卡羅塞爾氧化溝除磷脫氮的影響因素 影響卡羅塞爾氧化溝除磷的因素主要是污泥齡、硝酸鹽濃度及基質(zhì)濃度。研究表明，當(dāng)總污泥齡為 8~10d 時活性污泥中的最大磷含量為其干污泥量的 4%，為異養(yǎng)菌體質(zhì)量的 11%，但當(dāng)污泥齡超過 15d 時污泥中最大含磷量明顯下降，反而達(dá)不到最大除磷效果。因此，一味延長污泥齡（例如 20d、 25d、 30d）是沒有必要的，宜在 8~15d 范圍內(nèi)選用。同時，高硝酸鹽濃度和低基質(zhì)濃度不利于除磷過程。 4. 卡羅塞爾氧化溝存在的問題及解決方法 盡管卡羅塞爾氧化溝具有出水水質(zhì)好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、除磷脫氮效率高、污泥易穩(wěn)定、能耗省、便于自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實際的運(yùn)行過程中，仍存在一系列的問題。 污泥膨脹問題 當(dāng)廢水中的碳水化合物較多， N、 P 含量不平衡， pH 值偏低，氧化溝中污泥負(fù)荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥 負(fù)荷較高時。微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸取了大量營養(yǎng)物質(zhì)，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì)，使活性污泥的表面附著水大大增加， SVI 值很高，形成污泥膨脹。 針對污泥膨脹的起因，可采取不同對策：由缺氧、水溫高造成的，可加大曝氣量或降低進(jìn)水量以減輕負(fù)荷，或適當(dāng)降低 MLSS（控制污泥回流量），使需氧量減少；如污泥負(fù)荷過高，可提高 MLSS，以調(diào)整負(fù)荷，必要時可停止進(jìn)水，悶曝一段時間；可通過投加氮肥、磷肥，調(diào)整混合液中的營養(yǎng)物質(zhì)平衡（ BOD5：N： P=100： 5： 1）； pH 值過低，可投加石灰調(diào)節(jié)；漂白粉 和液氯（按干污泥的%~%投加），能抑制絲狀菌繁殖，控制結(jié)合水性污泥膨脹。 泡沫問題 由于進(jìn)水中帶有大量油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)轉(zhuǎn)刷充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫；泥齡偏長，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫，常用除沫劑有機(jī)油、煤油、硅油，投量為 ~。通過增加曝氣池污泥濃度或適當(dāng)減小曝氣量，也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當(dāng)廢水中含表面活性物質(zhì)較多時，易預(yù)先用泡沫分離法或其他方法去除。另外也可考慮增設(shè)一套除油裝置。但最重要的是要強(qiáng)水資源管理理，減少含油過高廢水及其它有毒廢水的進(jìn)入。 污泥上浮問題 當(dāng)廢水中含油量過大，整個系統(tǒng)泥質(zhì)變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上??；當(dāng)曝氣時間過長，在池中 發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮?dú)猓刮勰嗌细?；另外，廢水中含油量過大，污泥可能挾油上浮。 發(fā)生污泥上浮后應(yīng)暫停進(jìn)水，打碎或清除污泥，判明原因，調(diào)整操作。污泥沉降性差，可投加混凝劑或惰性物質(zhì)，改善沉淀性；如進(jìn)水負(fù)荷大應(yīng)減小進(jìn)水量或加大回流量；如污泥顆粒細(xì)小可降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速；如發(fā)現(xiàn)反硝化，應(yīng)減小曝氣量，增大回流或排泥量；如發(fā)現(xiàn)污泥腐化，應(yīng)加大 曝氣量，清除積泥，并設(shè)法改善池內(nèi)水力條件。 流速不均及污泥沉積問題 在卡羅塞爾氧化溝中，為了獲得其獨(dú)特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內(nèi)循環(huán)流動。一般認(rèn)為，最低流速應(yīng)為 ，不發(fā)生沉積的平均流速應(yīng)達(dá)到 ~。氧化溝的曝氣設(shè)備一般為曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)刷的浸沒深度為 250~300mm，轉(zhuǎn)盤的浸沒深度為 480~ 530mm。與氧化溝水深（ ~）相比，轉(zhuǎn)刷只占了水深的 1/10~1/12，轉(zhuǎn)盤也只占了 1/6~1/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為 ~，甚至更大），而底部流速很小（特別是在水深的 2/3 或 3/4 以下，混合液幾乎沒有流速），致使溝底大量積泥（有時積泥厚度達(dá) ），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質(zhì)。 加裝上、下游導(dǎo)流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)刷）軸心 處（上游），導(dǎo)流板高度為水深的 1/5~1/6，并垂直于水面安裝；下游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)刷）軸心 處。導(dǎo)流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。導(dǎo)流板與其他改善措施相比，不僅不會增加動 力消耗和運(yùn)轉(zhuǎn)成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動力效率。 另外，通過在曝氣機(jī)上游設(shè)置水下推動器也可以對曝氣轉(zhuǎn)刷底部低速區(qū)的混合液循環(huán)流動起到積極推動作用，從而解決氧化溝底部流速低、污泥沉積的問題。設(shè)置水下推動器專門用于推動混合液可以使氧化溝的運(yùn)行方式更加靈活，這對于節(jié)約能源、提高效率具有十分重要的意義。 5. 卡羅塞爾氧化溝的發(fā)展 由于污水處理標(biāo)準(zhǔn)中對除磷脫氮的要求越來越嚴(yán)格，卡羅塞爾氧化溝也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。目前，研究及應(yīng)用較多的包括以下兩種類型：微孔曝氣型卡羅塞爾 2022 系統(tǒng)、卡羅塞爾 3000 系統(tǒng)。 微孔曝氣型卡羅塞爾 2022 系統(tǒng) 微孔曝氣型卡羅塞爾 2022 系統(tǒng)采用微孔曝氣（供氧設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī)），微孔曝氣器可產(chǎn)生大量直徑為 1mm 左右的微小氣泡，這大大提高了氣泡的表面積，使得在池容積一定的情況下氧轉(zhuǎn)移總量增大（如池深增加則其傳質(zhì)效率將更高）。根據(jù)目前鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家的技術(shù)能力，池的有效水深最大可 8m，因此可根據(jù)不同的工藝要求選取合適的水深。傳統(tǒng)氧化溝的推流是利用轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)碟或倒傘型表曝機(jī)實現(xiàn)的，其設(shè)備利用率低、動力消耗大。微孔曝氣型卡羅塞爾 2022 系統(tǒng)則 采用了水下推流的方式，即把潛水推 進(jìn)器葉輪產(chǎn)生的推動力直接作用于水體，在起推流作用的同時又可有效防止污泥的沉降。因而，采用潛水推進(jìn)器既降低了動力消耗，又使泥水得到了充分地混合。 卡羅塞爾 3000 系統(tǒng) 卡羅塞 3000 系統(tǒng)是在卡羅塞爾 2022 系統(tǒng)前再加上一個生物選擇區(qū)。該生物選擇區(qū)是利用高有機(jī)負(fù)荷篩選菌種，抑制絲狀菌的增長，提高各污染物的去除率，其后的工藝原理同卡羅塞爾 2022 系統(tǒng)。 卡羅塞爾 3000 系統(tǒng)的較大提高表現(xiàn)在：一是增加了池深，可達(dá) ~8m，同心圓式，池壁共用，減少了占地面積，降低造價同時提高了耐低溫能力（可達(dá) 7℃）；二是曝氣設(shè)備的巧妙設(shè)計，表曝機(jī)下安裝導(dǎo)流筒，抽吸缺氧的混合液，采用水下推進(jìn)器解決流速問題；三是使用了先進(jìn)的曝氣控制器 QUTE（它采用一種多變量控制模式）。四是采用一體化設(shè)計，從中心開始，包括以下環(huán)狀連續(xù)工藝單元：進(jìn)水井和用于回流活性污泥的分水器；分別由四部分組成的選擇池和厭氧池。這之外是有三個曝氣器和一個預(yù)反硝化池的卡羅塞爾 2022 系統(tǒng)（如圖 2 所示）。五是圓形一體化的設(shè)計使得氧化溝不需額外的管線，即可實現(xiàn)回流污泥在不同工藝單元間的分配。 6. 結(jié)論 卡羅塞爾氧化溝由于具有良好的出磷脫氮能力、抗沖擊負(fù)荷能力和運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但由于科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，該工藝必將得到進(jìn)一步的提高。作者認(rèn)為：卡羅塞爾氧化溝的未來研究方向?qū)⒅饕w現(xiàn)在以下幾方面。 1) 結(jié)合生物膜法，研究和開發(fā)生物模型卡羅塞爾氧化溝。這樣不僅可以提高單位反應(yīng)器的微生物總量，從而提高有機(jī)負(fù)荷，而且生物膜本身 具有的內(nèi)置 A/O 系統(tǒng)強(qiáng)化了脫氮效果。 2) 不斷提高卡羅塞爾氧化溝中微生物的活性。例如在氧化溝中投加 EM 專一菌種、投入鐵鹽使微生物馴化成生物鐵、投入活性炭增強(qiáng)菌膠團(tuán)的形成并提高耐毒性沖擊等。 3) 提高卡羅塞爾氧化溝設(shè)備性能和監(jiān)控技術(shù)。提高表曝機(jī)、水下推進(jìn)器的性能，減少維修工作量；利用 DO、 ORP 等多目標(biāo)監(jiān)控技術(shù)及變頻技術(shù)是今后卡羅塞爾氧化溝科學(xué)運(yùn)行的必由之路。 4) 提高卡羅塞爾氧化溝的耐寒、耐毒性能，減少占地面積和工程造價。膜理論的應(yīng)用、深池水力條件和工藝性能的研究為降低工程造價、提高耐寒耐毒性能等提供了可能的方向。