高原环境下城镇污水一体化氧化沟工艺优化与工程效果分析*

周 伟，陈 轩，胡 菁，邓春英，尹 红，周少奇，3▲

(1贵州科学院，贵州 贵阳 550001；2贵州省固体废物管理中心，贵州 贵阳 550001；3华南理工大学环境与能源学院，广东 广州 510000)

0 引言

城镇排水及污水处理设施已经成为社会经济可持续发展必不可缺的基础设施，是城市水良性循环所必不可少的环节，现在越来越多城市污水处理厂选择一体化氧化沟工艺，一体化氧化沟又称合建式氧化沟(Combined Oxidation Ditches)，较传统氧化沟工艺区别在于节省了后端的二沉池，氧化沟主体集曝气沉淀、泥水分离和污泥回流功能在一起，这种曝气净化与固液分离操作同在一个构筑物中完成，污泥自动回流，连续运行的氧化沟种类有多种，依据沉淀设备位置的不同，设备和池容利用率为100%。这种连续运行的一体化氧化有多种，可根据沉淀器于氧化沟主体的位置不同置于氧化沟的部位进行区分：沟内式、侧沟式、中心岛式[1-4]。氧化沟工艺主要利用装置内溶解氧(DO)在水流沿程的不均匀分布来实现在沟内上下层空间上的厌氧、好氧、缺氧的分布，最终完成污水中各相关污染物的同步去除[5-6]。氧化沟工艺改造优化过程中如何使得工程参数与实际运行结果相符合是一个重要的节点，根据氧化沟改造过程中对氮的沿程监控，调整氧化沟的各类技术参数，进行系统的分析和工程评价，能够为后面一体化氧化沟对进水中氮的处理提供参考。

1 工艺概况与特点

一体化氧化沟工艺基本原理与A2/O工艺基本相同。污水与二沉池回流污泥在氧化沟厌氧段中搅拌混合，大分子有机物在兼性厌氧菌的作用下转化为VFA，聚磷菌获得VFA将其同化为PHB，所需能量来源于聚磷菌的水解并导致磷酸盐的释放，缺氧池中兼性反硝化菌异化厌氧出水和分流回来的硝酸盐、亚硝酸盐，进行脱氮，后续普通卡鲁塞尔氧化沟则完成氨氮硝化、吸磷及去除有机物等过程[7-16]。

处于云贵高原的威宁国家级自然保护区流域某污水处理厂采用一体化氧化沟工艺，设计处理规模为10000 m3/d，原主体工艺采用旋流沉砂池+一体化氧化沟+活性砂滤池+生态塘的方式。实际进水水质如表1所示。

表1 高原草海流域某污水处理厂实际进水水质，mg·L-1

总体上该厂实际进水水质高于设计进水水质。进水BOD5/COD≥0.45，BOD5/TN≥4，污水可生化性好。

2 改造优化方案与检测方法

因该污水处理厂靠近草海国家级自然保护区，为了解决高原环境下溶解氧不足与传递偏低的问题，需要进行升级提标改造，故采取了在一体化氧化沟内增强曝气设备、增加活性悬挂填料，并在沉淀区内设置人字型折流装置及泥水分离导管等改造优化措施。

水样取样地点设置在旋流沉砂池后端(厌氧段进水)、氧化沟预反应区(厌氧段)、氧化沟缺氧池进水处(缺氧段出水)、氧化沟进水沿程(厌氧及好氧沿程改变)合建二沉池出口。采样时间为改造优化方案实施前的2016年10月及技改优化实施优化调试后的2017年5-6月，采样时间为上午，现场使用采样瓶进行采样，滴加硫酸后送往污水厂水质分析室进行具体污染物数值测定，pH值、COD、氨氮、总氮、总磷均于当天测定，其中COD采用快速消解法测定，亚硝酸盐氮采用(GB/T 7493—1987)标准；硝酸盐氮的测定采用(HJT 346—2007)标准；氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535—2009)；总氮的测定采用(GB11894—89)标准；总磷的测定采用钼酸铵分光光度法(GB 11893—89)标准[17-22]。

3 结果与讨论

本文统计了一体化氧化沟工艺2016年改造前及2017年改造后进出水各污染物的去除情况，具体数据如表2及表3所示，表1中改造前一体化氧化沟工艺COD、氨氮能够稳定达到一级B标，同时大部分抽样结果能够达到一级A标，总氮及总磷能够达到一级A的出水标准，因此改造工艺主要针对进水中的COD及氨氮，具体方案为在一体化氧化沟内增强曝气设备、增加活性悬挂填料，并在沉淀区内设置人字型折流装置及泥水分离导管。

表2 一体化氧化沟工艺改造前进出水情况统计

表3 一体化氧化沟工艺改造后进出水情况统计

为了探究改造前后氧化沟中各阶段去除效果，本文统计了氧化沟2016年10月改造前及2017年各污染物的沿程浓度变化情况，以探究各污染物改造前在氧化沟不同处理阶段的变化情况，本文考察了一体化氧化沟工艺改造前氧化沟COD、氮(氨氮、硝氮、总氮)、总磷的浓度沿程变化。

3.1 改造前后氧化沟COD浓度沿程变化情况分析

由图1可知：氧化沟工艺改造后COD平均浓度沿程(厌氧段、缺氧段、氧化沟外段、氧化沟中段、氧化沟内段)呈阶梯式下降，由厌氧段进水平均浓度203 mg/L，下降到194.2 mg/L、149 mg/L、126.2 mg/L，氧化沟外段、中段、内段出水分别为103.1 mg/L、60.8 mg/L、46.7 mg/L，氧化沟改造后进水COD总去除率为79.3%，缺氧段去除率为16.2%，较未改造前增加了3.9%。其原因为氧化沟改造后在前端缺氧池增加了相应段悬挂填料，其对有机物的去除效果较好。且一体化氧化沟内增加了内段的曝气，增加活性悬挂填料，并在沉淀区内设置了人字型折流装置，因而较大幅度提高了氧化沟工艺的COD去除率。

图1 一体化氧化沟工艺改造前后氧化沟COD浓度沿程变化情况

3.2 改造前后氧化沟氮浓度(氨氮、硝氮、总氮)沿程变化情况分析

1)氨氮

由图2可知：氧化沟工艺改造后氨氮平均浓度沿程(厌氧段、缺氧段、氧化沟外段、氧化沟中段、氧化沟内段)呈平缓阶梯式下降，由厌氧段进水平均浓度12.4 mg/L，经过厌氧段时平均浓度为11.6 mg/L。技术改造后，厌氧池增加了厌氧悬挂填料及增大了回流比，缺氧段氨氮较厌氧段的去除率增加了12.2%，氧化沟外段、中段、内段，氨氮去除率由8.9%下降到7.5%、6.1%、3.5%，氧化沟段总体去除率为60.1%，较改造前去除率增加了4%，氧化沟进行改造升级后氨氮能稳定达到一级A标准。

图2 一体化氧化沟工艺改造前后氧化沟氮浓度沿程变化情况

2)硝氮

由图2可知：改造前硝氮平均浓度为24.6 mg/L，其中硝酸盐氮厌氧段出水浓度由24.6 mg/L下降到了22.6 mg/L，硝氮去除率为11%，说明改造前硝氮在厌氧段的反硝化去除效果较差。改造后调整了回流比及加入了厌氧填料。在氧化沟外段硝氮由19.3 mg/L下降到17 mg/L，氧化沟中段出水硝氮下降到13.8 mg/L，在氧化沟内段，硝氮的去除率占整个氧化沟去除率的比重为33%。氧化沟外段、中段、内段硝氮浓度大幅下降，整个氧化沟段的去除率为56.4%，较改造前增加了10.5%。

3)总氮

由图2可知：改造前总氮进水平均浓度为39.9 mg/L，厌氧段由39.9 mg/L下降到了33.1 mg/L，氧化沟外段总氮浓度下降到29 mg/L，中段后出水总氮浓度降为23.6 mg/L，再经过氧化沟内沟，总氮浓度进一步降为13.6 mg/L。整个氧化沟段的去除率为59.2%，较改造前增加了5.4%，总氮出水浓度能稳定达到一级A标准。

3.3 改造前后氧化沟总磷浓度沿程变化情况分析

由图3可知：氧化沟工艺改造后TP平均浓度沿程(厌氧段、缺氧段、氧化沟外段、氧化沟中段、氧化沟内段)呈较急剧阶梯式下降，由厌氧段进水平均浓度2.1 mg/L，经过厌氧段时平均浓度为1.62 mg/L。技术改造后，厌氧池增加了厌氧悬挂填料及增大了回流比，缺氧段末端较厌氧段的去除率增加了18.9%。氧化沟外段、中段、内段总磷出水分别为0.99 mg/L、0.82 mg/L、0.41 mg/L，出水TP浓度较未改造前降低了0.3 mg/L，一体化氧化沟内增加了活性悬挂填料，聚磷菌可吸附在填料中，同时在沉淀区内设置了人字型折流装置，技改后的氧化沟工艺的TP去除率较未技改前高13.8%。氧化沟进行改造升级后TP能稳定达到一级A标准。

图3 一体化氧化沟工艺改造前后氧化沟TP浓度沿程变化情况

4 结语

污水厂一体化氧化沟工艺氮的沿程检测结果显示，改进升级后氧化沟工艺的各项出水指标达到了城镇污水处理厂污染物排放标准的一级A标准，COD去除率为79.3%，氨氮去除率为69.9%，硝氮去除率为63.9%，总氮去除率为68.9%，总磷去除率为70.5%。氧化沟技改优化后氨氮总体去除率为60.1%，较改造前去除率增加了4.0%，硝氮去除率为56.4%，较改造前增加了10.5%，总氮去除率为59.2%，较改造前增加了5.4%，总磷改造后去除率为81%，较改造前增加了13.8%。脱氮除磷工程处理效果得到显著提高。