氧化溝(oxidationdictch,OD)污水處理工藝是由荷蘭衛(wèi)生工程研究所(TNO),在20世紀50年代研制成功的。第1家氧化溝污水處理廠于1954年在荷蘭的Voorshoper投入使用,設(shè)計者為該所的Pasveer博士,服務人口僅為360人。它將曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定等處理過程集于一體,間歇運行,BOD5去除率高達97%,管理方便,運行穩(wěn)定。由于Pasveer博士的特殊貢獻,這項技術(shù)又被稱為Pasveer溝。
氧化溝是活性污泥法的一種改型,其曝氣池呈封閉的溝渠型,污水和活性污泥的混合液在其中進行不斷的循環(huán)流動,因此又被稱為“環(huán)形曝氣池”、“無終端的曝氣系統(tǒng)”。氧化溝通常在延時曝氣條件下進行污水處理,這時水力停留時間長(10～40h)、有機負荷低〔0.050.15kgBOD5/(kgVSS·d)〕。
最初,Pasveer溝的充氧、推進和攪動由Kessenser轉(zhuǎn)刷曝氣設(shè)備來完成。受其限制,氧化溝設(shè)計的有效水深一般小于1.5m。隨著氧化溝技術(shù)的應用,過淺的池深造成氧化溝占面積大的缺點,越來越突出。
1967年,Lecompt和Mandt首次提出將水下曝氣和推動系統(tǒng)用于氧化溝,發(fā)明了射流曝氣氧化溝(JAC),池深可達7～8m。
1968年,DHV有限公司的荷蘭工程師們將立式低速表曝機應用于氧化溝。該設(shè)備被安裝在中心擋板的末端,利用表曝機產(chǎn)生的徑流為動力,推動氧化溝內(nèi)液體的流動。這一工藝后來被稱為Carrousel氧化溝,Carrousel氧化溝的溝深大于4.5m。
1970年,Huisman又在南非開發(fā)了使用轉(zhuǎn)盤曝氣機的Orbal氧化溝,不過在此期間,生產(chǎn)應用最多的還是轉(zhuǎn)刷曝氣氧化溝。研究人員也從沒放棄對轉(zhuǎn)刷曝氣機的深入開發(fā),VonderEmde于1971年首次詳細報道了,將Mammoth轉(zhuǎn)刷應用于氧化溝工藝,轉(zhuǎn)刷直徑為1000mm,氧化溝允許水深3～3.6m,充氧能力有較大提高。
20世紀80年代,美國還開發(fā)了導管式氧化溝,以導管式曝氣器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曝氣轉(zhuǎn)刷,是一種高效的污水處理新技術(shù)。
20世紀60年代以來,氧化溝技術(shù)在歐洲、北美、南非、大洋洲等地得到了迅速的推廣和應用。據(jù)統(tǒng)計,丹麥已興建了300多座氧化溝污水處理廠,占全國污水處理廠的40%,美國有500多座氧化溝污水處理廠,英國也興建了300多座這樣的污水處理廠。
氧化溝技術(shù)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在數(shù)量上,也體現(xiàn)在處理廠規(guī)模的擴大和處理對象的不斷增加。氧化溝的處理能力為500～1000萬人口當量,既能用于生活污水的處理,也能用于工業(yè)廢水和城市污水的處理。經(jīng)過30多年的實踐和發(fā)展,氧化溝技術(shù)被認為是出水水質(zhì)好、運行可靠、基建投資費用和運轉(zhuǎn)費用低的污水生物處理方法,特別是其封閉循環(huán)式的池型尤其適用于污水的脫氮、除磷。美國環(huán)境保護署的報告指出:“氧化溝能夠通過最低限度的操作,穩(wěn)定地達到BOD5和TSS的去除率要求。另外,成本數(shù)據(jù)表明,在379～37850m3/d的流量范圍內(nèi),氧化溝處理技術(shù)與其他技術(shù)相比,在經(jīng)濟上具有競爭力。”目前,此項技術(shù)已被廣泛地用于城市污水及石油廢水、化工廢水、造紙廢水、印染廢水、食品加工廢水等工業(yè)廢水的處理中。
近年來,美國聯(lián)合工業(yè)公司(UnitedIndustries,Inc.)在總結(jié)眾多氧化溝工藝技術(shù)及深入研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)了船形溝內(nèi)澄清池(boatintra-channelclarifier,BICC)的新型氧化溝工藝。這種工藝在美國及其他國家獲得了專利。在不長的時間里,由于此工藝具有許多優(yōu)良特性而得到快速的推廣應用,目前已有120多座這種氧化溝工藝在運行之中。
我國從20世紀80年代以來,也較多地開展了對氧化溝工藝的研究,并設(shè)計建造了一批氧化溝污水處理廠。
最值得一提的是我國著名水處理專家錢易院士,在氧化溝方面作了非常深入的研究和相當多的報道。另外錢望新等利用葡萄糖及硫酸銨、亞磷酸銨配制成的COD和BOD5濃度分別為390mg/L、250mg/L的污水,對合建式氧化溝模型進行了試驗,研究表明:通過合理的設(shè)計及在適宜的水力條件下,合建式氧化溝完全可以使泥水分離、沉淀污泥自動回流。沉淀區(qū)底部適當傾斜(傾斜度<5%)后,可維持良好的污泥回流效果,沉淀區(qū)應設(shè)置在紊動程度較小的區(qū)域,長寬比宜小于4。重慶建筑大學鄧榮森等應用側(cè)渠式氧化溝與厭氧處理方法相結(jié)合,對高濃度有機廢水(屠宰)處理的研究表明:組合式氧化溝處理高濃度有機廢水是完全可行的,厭氧組合有助于提高出水水質(zhì),側(cè)渠合建能實現(xiàn)無泵污泥自動回流。清華大學陳呂軍等對氧化溝水平軸曝氣機性能指標進行了研究,并給出了這些指標的測定方法;周律等在邯鄲市東污水處理廠的運行經(jīng)驗基礎(chǔ)上,對三溝式氧化溝處理城市污水的效應及其設(shè)計方法進行了研究。羊壽生也對轉(zhuǎn)刷型及三溝式氧化溝的設(shè)計進行了論述。目前,我國的水污染控制還處于相對落后的狀態(tài),經(jīng)濟力量也相對薄弱,因此亟待研究和推廣應用高效、低耗而且運轉(zhuǎn)可靠的污水處理工藝。為此,開展氧化溝工藝的研究,并促進其在我國的應用,是不可忽視的。
1 制革廢水處理工藝的選擇
由于不同的制革工段排放的廢水水質(zhì)有很大差別,為降低水處理難度,加強有用物質(zhì)(例如鉻和油脂)的回收利用,制革廢水一般是進行分質(zhì)處理(即一級處理),它包括物理處理和化學處理2方面。一般的物理處理包括過濾、重力沉降和氣浮等方法,而化學處理則包括絮凝、化學沉淀等。然后再進行綜合處理(即二級處理),主要是生物法處理。因廢水中所含污染成分不同,制革廢水的分質(zhì)處理方法各異。例如,鉻鞣廢水處理常采用沉淀回收法、直接循環(huán)回用法、萃取法處理;油脂廢水常采用氣浮法處理;含硫脫毛廢水處理一般用化學混凝法、加酸吸收法、沉淀法、催化氧化法。
綜合廢水常采用的處理方法有:沉淀法、混凝氣浮法、活性污泥法、生物接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤法、氧化溝等。具體選用什么方法,要與物化處理聯(lián)系起來進行選擇。選用高有機物負荷的生化處理方法(如活性污泥法、接觸氧化法、A/O法等),一定要考慮調(diào)節(jié)、沉淀、氣浮、脫硫等幾個物化處理環(huán)節(jié),盡可能減輕生化處理負荷。而選用低有機負荷的生化處理方法(如氧化溝、SBR法等),物化處理只需考慮沉淀和脫硫。因為低有機負荷的生化處理方法耐沖擊能力較強,這些方法也正適合制革行業(yè)污水的特點。隨著國內(nèi)對脫氮、除磷要求的日益提高,低有機負荷生化處理的方法日漸流行,應用成功的工程也較多。對于小水量的生化處理方法,推薦使用A/O法或SBR法,大水量的生化處理方法,推薦使用氧化溝法。
制革廢水處理工藝的選擇要考慮是新建廠(1998年1月1日以后建)、還是老廠(1997年12月31日以前建),是大廠、還是小廠,以及制革工藝流程,制革廠周圍的綜合環(huán)境。物化法和生化法可以單獨使用,也可結(jié)合起來使用,常常是物化法和生化法串聯(lián),才能取得較好的處理效果。
對于大中型制革廠,應盡量利用前處理回收有用物質(zhì)。一則能產(chǎn)生經(jīng)濟效益;二則可以減少對混合廢水處理系統(tǒng)的壓力。廢水的綜合處理,前面應設(shè)調(diào)節(jié)池,調(diào)解池的調(diào)解時間應以側(cè)重安全、保證處理系統(tǒng)的正常運行為原則,后續(xù)處理構(gòu)筑物主要采用物化和生化相結(jié)合的方法進行深化處理。對于小型制革廠,由于廢水量小,可以采用間隙式物化處理技術(shù),在同一反應器中,一次性地充滿廢水后,在不同的時間段內(nèi)進行催化氧化、混凝沉淀、混凝氣浮等,也可采用間歇式活性污泥、氧化溝、生物濾池法等生物處理方法。
2 幾種生物法處理制革廢水的比較
為了降低處理成本,減少污水處理投資,目前制革廢水的二級處理主要以生物好氧處理,即活性污泥處理法為主,進行各種處理方法的工藝組合。而制革廢水的生物厭氧處理正處于研究階段,實際應用并不多。
2.1 活性污泥法
2.1.1 曝氣工藝
曝氣在廢水好氧生化處理系統(tǒng)中是最重要、運轉(zhuǎn)費用最高的工藝環(huán)節(jié)。由于曝氣充氧電耗一般占總動力消耗的60%～70%,同時曝氣設(shè)備所供氧量的利用率只有百分之幾,大部分被浪費掉,因而目前的好氧曝氣工藝普遍存在效率低、能耗高、運轉(zhuǎn)費用高的問題,導致許多污水廠無法維持其正常運轉(zhuǎn)。因此,高效節(jié)能型曝氣技術(shù)的研究,成為當前污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域面臨的最重要課題之一。另外,此法運行管理復雜,微生物活動易受干擾破壞,如活性污泥易受毒物、高負荷沖擊的影響,可能產(chǎn)生污泥膨脹(采用推流式能防止污泥膨脹)及脫色、脫氮效果差的問題。
2.1.2 氧化溝工藝
由于其整個工藝的構(gòu)筑物簡單,運行管理方便且處理效果穩(wěn)定,所以氧化溝工藝越來越為污水處理工程所采用。
氧化溝污水處理技術(shù)作為一種革新的活性污泥工藝,與其他生物處理工藝相比,有以下一些技術(shù)、經(jīng)濟方面的特點:
(1)工藝流程簡單,構(gòu)筑物少,運行管理方便
氧化溝可不設(shè)初沉池,因為其水力停留時間和污泥齡比一般的生物處理法長得多,懸浮狀有機物可以在曝氣中與溶解性有機物同時得到較徹底的降解,其次簡化了剩余污泥的后處理工藝,剩余污泥少,不需要進行厭氧消化處理,省去了污泥消化池,還可將二沉池與曝氣池合建,省去了二沉池和污泥回流系統(tǒng),從而使處理流程更為簡單。處理流程的簡化可節(jié)省基建費用,減少占地面積,并便于運行和管理。
(2)曝氣設(shè)備和構(gòu)造形式的多樣化、運行靈活氧化溝技術(shù)的發(fā)展與高效曝氣設(shè)備的發(fā)展是密切相關(guān)的,氧化溝具有不同的構(gòu)造形式和運行方式,可以呈圓形、橢圓形和馬蹄形等,也可以是單溝或多溝系統(tǒng),多溝系統(tǒng)可以是一組同心的互相連通的溝渠(如Orbal氧化溝),也可以是互相平行、尺寸相同的一組溝渠(如三溝式氧化溝)。多種多樣的構(gòu)造形式賦予了氧化溝靈活的運行方式,使它能結(jié)合其他的工藝單元,滿足不同的出水水質(zhì)要求。
(3)處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好,并可以實現(xiàn)脫氮
試驗研究和生產(chǎn)實踐均表明:氧化溝在去除BOD5和SS方面,均取得了比傳統(tǒng)活性污泥法更好的出水水質(zhì),運行也更加穩(wěn)定、可靠,基建投資省、運行費用低。
此外,在出水有氨氮指標要求時,一般不需要增加很多投資和運行費用,而其他方法則不同,由此更顯示出氧化溝的優(yōu)越性。
美國EPA對不同的生物處理工藝的基建和運行費用的分析比較后得出結(jié)論:氧化溝比其他生物處理工藝更為經(jīng)濟有效且運行靈活,尤其在下列情況下應用,更能顯示出其優(yōu)越性。當經(jīng)濟投資的來源十分有限時;當出水水質(zhì)要求十分嚴格時;當要求進行脫氮處理時;當處理的進水水質(zhì)、水量波動大時;當缺乏高水平的操作管理人員時。
(4)能承受水量、水質(zhì)沖擊負荷,對高濃度工業(yè)廢水有很大的稀釋能力
氧化溝因其水力停留時間和污泥齡較長、溝中水流不斷循環(huán)等特點,對進水水量、水質(zhì)的變化有較大的適應性,能承受沖擊負荷而不致影響處理性能。當處理高濃度工業(yè)廢水時,進水能得到很大程度的稀釋,對活性污泥細菌的抑制作用得以減弱。
另處,氧化溝所采用的高效表面機械曝氣機維修方便,可以在不中斷運行的情況下,在平臺上對設(shè)備直接維修,而不象鼓風曝氣機那樣,必須排空曝氣池才能維修。
2.1.3 SBR工藝
SBR(間歇式活性污泥法)工藝運行靈活,可以間歇運行,停產(chǎn)長達3個月后,重新啟動SBR池時,污泥活性可很快恢復,該工藝十分適用中、小型制革企業(yè)的廢水處理。目前,國內(nèi)將SBR工藝列為廢水處理中的重要工藝進行研究和應用。但SBR工藝尚處于發(fā)展完善階段,SBR的興起不過十幾年的時間,許多研究還屬于剛剛起步階段,在基礎(chǔ)理論研究方面存在著很多疑問,在工程應用方面缺乏科學、可靠的設(shè)計模式及成熟的運行管理經(jīng)驗,而SBR自身的特點─間歇運行、自動化要求高,又增加了解決問題的難度和應用的局限性。
2.2 生物膜法
生物膜法是使微生物群體附著在固體填料的表面,形成一層生物膜,并讓它與廢水接觸,使廢水凈化的方法。根據(jù)廢水與生物膜接觸形式,將生物膜反應器分為生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤和生物接觸氧化等。此法一次性投資高,凈化效果受溫度的影響大。用于制革廢水的生物膜法多是采用生物接觸氧化并多與其他工藝如氣浮、化學絮凝沉淀、SBR工藝等結(jié)合。具體參見污水寶商城資料或http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2.3 制革廢水的厭氧水解酸化預處理
水解酸化工藝廣泛地應用在廢水生物處理工藝中。如低濃度生活廢水采用的A/O法、A2/O法、SBR法、CAST法,其第1階段均為水解酸化工藝。田剛紅等2001年對水解酸化處理制革廢水的工藝從理論上進行了研究,認為水解酸化應用于制革廢水處理,能夠提高制革廢水的可生物降解性,能夠解決廢水處理過程中的泡沫問題,且產(chǎn)泥量少,為解決制革廢水處理中產(chǎn)生大量污泥的問題,提供了一條途徑。但水解酸化工藝要在制革廢水中得到應用,必須解決水解酸化造成制革廢水出水S2-濃度高,影響后續(xù)生物處理的問題。
不難看出,相對于其他生物處理工藝,采用氧化溝技術(shù)處理制革廢水有很多優(yōu)點,其處理效果好,COD和硫化物的去除率都很高。制革廢水生物處理選用的系統(tǒng)必須能耐受沖擊負荷、停電等意外,且操作管理必須簡單、污泥量少。由于制革廢水中含鹽水平較高,抑制了微生物的活性和對有機物的降解速率,因此宜選用低負荷活性污泥法。而氧化溝工藝恰恰能滿足以上要求,且造價少。在近幾年日益強調(diào)降低污水處理成本、提高處理效率的情況下,氧化溝生物處理工藝在國內(nèi)制革廢水處理中得到廣泛的應用。
