立体循环一体化氧化沟处理城市污水研究
1 工艺特点
立体循环一体化氧化沟由曝气转刷、上下两层沟道及沉淀区组成，其特点是：
① 化沟的上层为好氧区，下层为缺氧区，混合液在上下循环过程中完成降解有机 物和生物脱氮过程；
② 氧区在底层不与大气接触，缺氧环境形成快。与常规氧化沟相比，采取上下两层沟道立体循环方式减少占地面积约50%；
③ 淀区与氧化沟合建(建在氧化沟的一端)，沉淀的污泥可自动回流到氧化沟内，无需污泥回流设备，节省了投资和能耗，并对氧化沟内混合液的流态无任何影响；
④ 构紧凑，运行操作简便。
立体循环一体化氧化沟结构形式如图1所示。
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该装置由有机玻璃制成，总有效容积为33L。
2 试验条件与方法
原水取自城市污水检查井。试验期间的水质见表1。在试验过程中，装置内混合液的温度随季节而变化，基本维持在11～28℃。
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在试验系统内混合液的循环流动由转刷推动。转刷的功能一是充氧，二是使混合液循环流动，底部不发生污泥沉积。根据设计要求，当转刷淹没深度确定后调节转刷转动速度可以保证沟内DO浓度及水流速度的要求。试验期间氧化沟上层沟道的DO≥2mg/L，下层沟道保持缺氧状态。混合液的循环流速平均为0.25m/s，未出现污泥沉积现象。
试验初期进水量为0.33L/h，逐渐增至6L/h，污泥浓度由0.9g/L逐渐增至5.0g/L。在稳定运行期间污泥浓度保持在2.0～4.9 g/L，污泥负荷为0.08～0.14kgBOD5/(kgVSS·d)。
每天监测温度、进水流量、DO和pH值，进出水中的SS、COD、NH3-N、NO3-N、NO2-N、TN等项目每周测2次，分析方法采用标准方法。
pH值用PHS-3C型pH计测定；DO用YSI52型DO仪测定；NO3-N和NO2-N等采用离子色谱分析仪测定；COD和BOD5分别用CTL-12型化学需氧量快速测试仪和BODTrakTM型生化需氧量测定仪测定。
3 结果与讨论
3.1 对有机物的去除
稳定运行期间系统对COD的去除效果见图2(系统SRT=30 d，HRT=10 h)。
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由图2可看出，系统的COD去除率达到95%。当进水COD＜1000mg/L时出水COD＜50mg/L。
系统对BOD5的去除效果见图3。
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由图3可见，系统对BOD5的去除率＞98%。运行期间进水COD和BOD5平均值 分别为628mg/L和257mg/L，出水分别为37mg/L和5mg/L。由此可见，系统对有机物具有较高的去除效率。
3.2 对氮的去除
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系统对氨氮的去除效果如图4所示。在运行期间系统内氨氮负荷为0.011～0.02kg/(kgVSS·d)，BOD5负荷为0.08～0.12 kg/(kgVSS·d)。由图4可知，进水NH3-N浓度为45～67mg/L，出水中NH3-N平均浓度为1mg/L,对NH3-N去除率达99%。由此可见，该系统同样 具有常规氧化沟的良好硝化效果。
由于氧化沟的下层沟道处于缺氧状态，因此可发生反硝化，试验装置出水中NO3-N平均浓度为6.5mg/L，同时还发现下层沟道内有氮气泡出现。
对TN的去除效果见图5。
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在稳定运行情况下，进水TN浓度为70～80mg/L，出水TN浓度为7mg/L左右，对TN的去除率＞90%。
3.3 对出水SS浓度的控制
试验系统出水的SS浓度与进水SS浓度、泥龄、沉淀区的沉淀时间及分离效果等因素有关。运行期间装置进、出水中SS浓度的变化见图6(SRT为10～30d)。
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由图6可见，装置出水中SS浓度随进水SS浓度的变化而波动，但系统对SS去除率保持在90%以上。
沉淀区沉淀时间对出水SS浓度影响较大。当进水SS浓度＜150mg/L、沉淀时间＞0.6h时，出水SS浓度＜15mg/L。在试验中发现，当进水SS浓度为650mg/L、沉淀时间为1.1h，出水SS浓度为48mg/L；将沉淀时间延长至1.5h，出水SS浓度为36mg/L。由此可见，当进水中SS浓度较高时需将沉淀时间适当延长。
在试验期间没有出现污泥膨胀现象，氧化沟内SVI值为50～260mL/g，进水SS为150mg/L左右，出水SS＜15mg/L。
4 影响因素分析
4.1 HRT的影响
HRT是影响氧化沟去除有机污染物的主要因素之一。当进水COD浓度为480mg/L左右、水温为23℃、HRT＜5h时，对COD去除率＜75%；随着HRT的延长，出水COD浓度迅速降低，去除效率明显提高。当HRT＞6h时，出水COD浓度＜50mg/L，去除率＞90%；但HRT＞10h后，去除率无明显提高。
当进水COD浓度增加时，氧化沟的HRT应相应增加以保证获得较高的COD去除率。此外，在试验条件下当COD具有较高的去除率时，对TN的去除率始终保持在90%以 上。
4.2 温度的影响
在试验系统内温度对COD去除效果的影响如图7所示。
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由图7可知，水温为12～15℃时COD去除率约为89%；水温＞15℃时COD去除率＞90%。
温度对TN去除率的影响较明显，当总氮负荷≤0.08kg/(kgMLVSS·d)、BOD5负荷为0.08～0.14kgBOD/(kgMLVSS·d)、温度为11～13℃时，对TN的去除率为75%左右；随温度升高，对TN的去除率明显增加，温度＞15℃时对TN的去除率＞90%。这是因为氧化沟中形成缺氧状态时温度对反硝化的影响是非常明显的。
5 结论
立体循环一体化氧化沟能够有效地去除污水中的有机污染物，对COD去除率达到95%，相应的BOD5去除率为98%。同时，由于在下层沟道形成缺氧区，有利于生物脱氮。在H RT为10h、SRT为30d时，对NH3-N的去除率达到99%、对TN的去除率＞90%，因此采用立体循环一体化氧化沟处理城市污水是可行的。
立体氧化沟的优点是：①由于活性污泥混合液呈立体循环，故在同等处理能力下较常规氧化沟节省占地面积约50%；②实现了污泥自动回流，沉淀分离器置于立体氧化沟的一端，不改变主沟混合液的流态，不造成能量损失，因而更加节能；③整个系统结构紧凑、占地少、投资少、操作方便，是适合现阶段我国中小城镇及城市小区污水处理需要的新工艺。
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