改进型底曝氧化沟技术研究

张 琦，周远涛，郭佳伟，马 杰，赵 梁，杨 勇

（西安创业水务有限公司，陕西西安 710086）

DE氧化沟工艺起源于 20世纪末，采用表面曝气， 2个沟相互连通，通过半交替运行的方式使双沟处于厌氧和好氧的循环状态，从而达到脱氮的目的。

西安创业水务有限公司北石桥污水厂的 10万t/d处理单元正是采用表曝DE氧化沟的运行工艺，项目始建于 20世纪90年代，设计规模为 15万m3/d，设计出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918— 2002）》一级B类。后于 2014年进行提标改造，前端增加厌氧池，将 15万m3/d的处理规模减容降负荷为 10万m3/d，后端增加混凝过滤设施。经过提标后，出水水质稳定达到GB 18918— 2002一级A类标准。 2019年黄河流域各污水厂推行准Ⅳ类水提标政策，对DE氧化沟能否稳定达到新的水质标准带来了新的挑战。原有的池容已经无法满足准Ⅳ类水质指标的要求，在无法增加池容的条件下，只能通过投加MBBR填料提升池中污泥浓度上限来弥补池容不足的缺陷〔1-4〕。但MBBR填料只能在底曝模式下在池中悬浮运行，因此，表曝改底曝后能否继续保持该工艺高效稳定运行是本研究的重点〔5-8〕。

1 材料与方法

1.1 实验用水与接种污泥

实验用水取自北石桥厂曝气沉砂池出水，接种污泥为DE氧化沟中污泥。

1.2 实验装置

实验装置为根据DE氧化沟双沟以及三沟流态制作的有机玻璃模型，配有进水泵、回流泵、推流器、进出水电动阀、液位计、流量计、鼓风机、MBBR填料、PLC控制柜，曝气采用底曝形式。

1.3 实验方法

进水为北石桥污水厂曝气沉砂池出水，进水流量通过装置前端的流量计计量，进水和各组沟的进气端均设置电磁阀，通过PLC模块控制风机、推流器、电磁阀等设备的启停。实验装置有效容积为 1.5 m3，模拟实际停留时间 14 h，实验进水量设置为 107 L/h，污泥质量浓度控制为5000～6000 mg/L。

进水启动前直接将北石桥氧化沟5000～6000mg/L的混合污泥直接加满至实验装置，按照DE氧化沟运行工况在PLC运行界面上设置好启动风机、推流器、电磁阀的运行参数。双沟模式初次启动的参数设置模拟北石桥现有表曝氧化沟的运行参数，即 1个运行周期为4 h，一三阶段与二四阶段的时间比为 1∶5。三沟模式因为没有现实参考数据，启动周期设置为3 h，每个阶段时间为 1 h。

在设置相同进水水质、水量、曝气风量、水力停留时间、活性污泥等参数的情况下，对底曝双沟交替运行和底曝三沟交替运行模式下出水水质进行监测，观察 2种运行模式下出水水质的变化。

再投加MBBR填料，待挂膜运行稳定后观察 2种运行模式下出水水质的变化。保持进水水质不变，出水水质若能达到污染物控制标准以下，则认为改造方案可行。

表 1为进出水水质主要污染物控制标准。

西方人民在长期改造自然的过程中衍生出了“物我分离”的思想，注重客观事物对人产生的作用和影响，严格区分主客体，习惯了以物本为主体的客体思维方式，语言表达上力求客观、公正、严谨。相反，中国古代哲学家所倡导的是“天人合一”的思想，强调人与自然的和谐统一，因此形成了汉民族以人为中心的主体性思维方式。换句话来说就是，英语倾向于客体性描述，汉语注重本体性叙述。这两种不同的思维方式在语言上的反映就是，英语大多以物或抽象概念为主语，且不存在无主句；而汉语则习惯以人为主语，有时甚至会隐含或省略人称，产生无主句。以下句为例：

表 1 进出水水质主要污染物控制标准Table 1 Water quality control standards for the main pollutants of influent and effluent

1.4 实验指标分析

根据《水和废水监测分析方法》（第4版）中标准方法测量水质参数：COD采用重铬酸钾法；BOD5采用稀释接种法；TN采用碱性过硫酸钾消减-紫外分光光度计法；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度计法。混合液悬浮固体（MLSS）和污泥容积指数（SVI）使用标准方法测试。使用光学显微镜观察污泥的形态〔11〕。

2 结果与讨论

2.1 2种运行模式原理

2.1.1 双沟式氧化沟

双沟式氧化沟为周期连续运行，一个周期分为4个阶段，好氧和缺氧交替运行，一、三阶段实现反硝化，二、四阶段实现硝化。具体控制过程如表 2和图 1所示。

图 1 双沟模式运行示意Fig.1 Operationschematic of DE oxidation ditch

不同于A2O工艺中污染物随空间的变化而降解，DE氧化沟在4个运行阶段中，通过控制各阶段的时间来控制污染物浓度限值，即在某一污染物浓度即将达到表 1中控制指标临界点时切换到下一阶段，其中，以二、四阶段的污染物浓度为主要控制参数，一、三阶段为二、四阶段的参数指标作铺垫。因此，在运行过程中氨氮、总氮等指标多表现为近似等波式的曲线波动。

表 2 双沟式氧化沟的运行控制Table 2 Operation control of DEoxidation ditch

2.1.2 三沟式氧化沟

三沟式氧化沟为周期性连续运行，一个周期分为3个阶段，每个阶段都同时有 2道沟发生硝化反应， 1道沟发生反硝化反应，3道沟两两交替运行，具体控制过程如表3和图 2所示。

图 2 三沟模式运行示意Fig.2 Operationschematic of triple oxidation ditch

表3 三沟式氧化沟的运行控制Table 3 Operational control of triple oxidation ditch

三沟交替的运行模式始终保证当前出水沟不进水，首先可避免双沟式氧化沟运行时在二、四阶段发生的进水污染物指标对出水的影响。其次，无论哪个阶段，当前出水沟都经过充分的硝化反应。最后，三个阶段等时间循环运行，由曝气量控制氨氮排放限值，曝气量和运行周期综合控制总氮排放限值。

2.2 双沟和三沟运行模式下出水水质对比

图3为双沟、三沟 2种运行模式下的出水氨氮、总氮、COD、总磷的对比。

图3 2种运行模式下出水水质对比Fig.3 Comparison of effluent water quality under two operation modes

由图3（a）可知，双沟运行过程中出水氨氮随着阶段的变换呈近似等波式的曲线循环，且一、三阶段氨氮随时间推移逐渐降低，二、四阶段随时间推移逐渐升高，在升至临界点（5 mg/L）前进入下一阶段继续循环，整个循环过程中氨氮质量浓度最高为4.3 mg/L，最低为 1.6 mg/L，平均为3.3 mg/L。而三沟运行过程中出水氨氮呈阶梯型变化，且每个阶段都是由高至低，往复循环，整个循环过程中氨氮质量浓度最高为3.8 mg/L，最低为 2.4 mg/L，平均为3.1 mg/L。通过对比得出，在进水水质、水量、污泥负荷等都相同的运行条件下，双沟运行和三沟运行均能满足出水氨氮不超过临界点的要求，双沟运行模式下氨氮最低能达到 1.6 mg/L，优于三沟模式的最低值。但三沟运行模式的水质波动较稳定，且整体氨氮平均值低于双沟运行模式。

由图3（b）可知，双沟运行过程中出水总氮与氨氮相似，也呈近似等波式的曲线循环，一、三阶段总氮随时间推移逐渐升高，在升至临界点（15 mg/L）前进入下一阶段，二、四阶段总氮随时间推移逐渐降低。整个循环过程中总氮质量浓度最高为 12.9 mg/L，最低为6.8 mg/L，平均为9.8 mg/L。而三沟运行过程中出水总氮变化规律不明显，波动较小，总氮质量浓度最高为 11.6 mg/L，最低为9.3 mg/L，平均为 10.2 mg/L。通过对比得出，在进水水质、水量、污泥负荷等都相同的运行条件下，双沟运行和三沟运行均能满足出水总氮不超过临界点的要求，双沟运行模式下总氮最低能达到6.8 mg/L，优于三沟模式的最低值，且整体总氮平均值低于三沟运行模式。

由图3（c）可知，双沟运行过程中出水COD也呈近似等波式的曲线循环，且一、三阶段COD随着时间推移逐渐降低，二、四阶段随着时间的推移逐渐升高，在升至临界点（50 mg/L）前进入下一阶段继续循环，整体循环过程中COD最高为42 mg/L，最低为 26 mg/L，平均为35 mg/L。而三沟运行过程中出水COD变化规律不明显，波动较小，COD最高为35 mg/L，最低为 27 mg/L，平均为30.3 mg/L。通过对比得出，在进水水质、水量、污泥负荷等都相同的运行条件下，双沟运行和三沟运行均能满足出水COD不超过临界点的要求，三沟运行模式下COD最低值接近双沟模式的最低值，且整体平均值低于双沟运行模式。

由图3（d）可知，双沟和三沟运行过程中出水总磷变化规律不明显，且波动幅度近似，平均总磷均接近0.8 mg/L， 2种运行模式对出水总磷的影响不大。

2.3 加MBBR填料改造

2.3.1 添加MBBR填料后出水水质对比

图4为添加MBBR填料后 2种运行模式下的出水水质的对比。

由图4可知，添加填料后，双沟和三沟运行过程中出水氨氮、总氮、COD、总磷的变化趋势基本接近未添加填料时的趋势，但各项污染物的指标均得到有效降低，均能达到表 1中的控制指标要求。

图4 加MBBR后 2种运行模式下出水水质对比Fig.4 Comparison of effluent water quality under two operation modes after installing MBBR

表4为双沟、三沟 2种模式添加MBBR填料前后平均出水水质变化情况。

表4 添加MBBR填料前后平均出水水质Table 4 The average effluent qualitybefore and after adding MBBRfiller

2.3.2 填料添加方式

双沟、三沟氧化沟不同于其他氧化沟或A2O工艺，工艺提标改造时添加悬浮填料需要改变分区比例并在固定的分区加装拦截筛网。而氧化沟因为其特殊的循环式流态，只需在出水口和沟之间的连通处加装拦网保证填料不会从本沟跑出，同时沟内增加推流器保证填料的流态即可，循环式的流态还能保证沟内填料均匀流动分布，避免了填料的堆积。

3 结论

（1）DE氧化沟表曝改底曝后，虽然损失了表曝运行的特殊流态，但底曝在双沟和三沟 2种运行模式下均能满足出水水质要求，而且双沟运行下的指标更低，三沟运行指标波动较平稳。

（2）通过小试研究， 2种运行模式在加入悬浮填料后均能有效降低出水污染物中的氨氮、总氮、COD，在二级处理工段能达到准Ⅳ类水的出水指标要求。

（3）北石桥污水厂的DE氧化沟改底曝并添加悬浮填料的工艺模式切实可行，双沟和三沟 2种模式均可作为实际改造时的备选方案。