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我国节能型氧化沟处理工艺研究思路 刘祖文 宋存义 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 摘要 阐述了氧化沟技术发展及其在我国中小城市污水处理工艺选择中的优势。根据我国中小城市污水处理现状和 氧化沟工艺的应用特点, 提出了适合我国中小城市污水处理现状的节能污水处理工艺研究思路。 关键词 城市污水 氧化沟 节能工艺 1 引言 迄今为止, 在我国现有设市城市中绝大部分小城 市中的城市污水仍然处于不加治理直接排放到水体 的状态, 这成为水体环境污染的主要来源。因此, 要 改善我国水环境被污染的状况, 保护我国紧缺的水资 源, 除了要刻不容缓地对大中城市的城市污水进行处 理外, 小城市也应该成为关注的重点, 加快小城市的 城市污水处理步伐 [ 1] 。 2 工艺选择 李伟民 [ 2] 通过研究列出表 1 所示几种城市污水 处理工艺都是城市污水处理及防治技术政策推荐 工艺。在对污水处理厂可行性研究报告进行评审时, 可以作为评审的依据。 表 1 几种城市污水处理工艺的适用条件 规 模 常规活性 污泥法 A 0 A2 0AB 法氧化沟 SBR法水解 -好氧生物滤池 大、 特大型 中型 小型 从表1 可以看出, 氧化沟和SBR工艺较为适合中 小城市采用。鉴于数量庞大的中小城市在城市污水 水量、 水质和经济发展程度等方面具有共性, 根据现 有的中小城市处理经验, 氧化沟工艺更适合被我国中 小城市污水处理厂采用。 3 氧化沟工艺 31 氧化沟 氧化沟工艺 [ 3] 大体上可分为四类 1 多沟交替 式, 系合建式, 采用转刷曝气, 无单独的二沉池, 2 卡 鲁塞尔式, 系分建式, 采用表曝机曝气, 有单独的二沉 池, 沟深大于多沟交替式; 3 奥贝尔式, 系多建式, 采 用转碟曝气, 沟深较大, 有单独二沉池。 4 一体化 式, 不设初沉池和单独的二沉池, 集曝气沉淀、 泥水分 离和污泥回流功能为一体。氧化沟的特点为 1 一 般不设初沉池和污泥消化池, 结构简单, 工艺稳定, 管 理方便, 2 有机物去除率较高, 具有脱 N、 除 P 沟前 增设厌氧池 功能, 综合指标较优。 3 适用于中小规 模的低负荷污水处理厂。 32 研究趋势 城镇规模的上升和经济的发展, 城镇污水处理越 来越重要。根据城镇污水处理的经验表明, 氧化沟法 具有投资少、 曝气效果好、 操作简单、 电费和人工费低 等优点, 在城镇污水处理中, 可以更加有效地发挥作 用。由于氧化沟所表现的特征, 尤其是在基建投资、 污水处理效果诸方面所具有的优势, 吸引有关专业人 员不断进行深入的研究与探索。研究的目的就在于 进一步提高氧化沟处理效率, 特别是去除氮磷的能 力; 扩大氧化沟对各类污水的适应范围、 扩大和提高 对各种生产性有机污水处理能力; 降低工程占地面 积, 减少能耗, 并使氧化沟的处理能力大型化和深度 化。研究的方向一是对氧化沟原有工艺进行改进, 二 是提高和发展曝气机械的性能和形式, 三是对氧化沟 工艺进行节能化研究。同时工艺的改进和曝气设备 革新相辅相成 [ 4] 。在我国, 针对中小城市污水处理现 状和特点, 一体化氧化沟 [ 5 7] 处理工艺在中小城市污 水处理中具有明显的优势。 33 一体化氧化沟 一体化氧化沟工艺, 采用固液分离器取代了传统 的二沉池, 实现了污泥自动回流且不用倒换功能, 从 理论上讲最经济合理。目前该工艺处于推广使用阶 段, 在国内应用该工艺的污水厂已超过 10 余座, 其中 四川新都污水处理厂已成功运行 2 a 多。对该厂运 行经验及存在一些问题的研究, 有助于该工艺的完善 和今后更大规模污水厂的设计提供借鉴。一体化氧 85 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 化沟是集曝气、 沉淀、 泥水分离和污泥回流功能于一 体, 曝气净化与固液分离操作同在一个构筑物内完 成, 污泥自动回流, 连续运行, 设备和池容利用率为百 分之百。该工艺的主要特点是 工艺流程短, 占地少, 投资省, 管理简便, 处理效果稳定可靠, 除能有效除去 CODCr、 BOD5、 SS 外, 硝化和脱氮作用也很明显, 剩余 污泥量少, 固液分离效率高, 污泥回流及时, 减少了污 泥膨胀的可能。 4 节能型氧化沟 41 研究意义 我国许多中小城市的经济均处于刚刚起步阶段, 大部分城市也有采用一体化氧化沟工艺建设城市污 水处理厂的准备和预算。但是, 经调查发现目前在已 建设好的城市污水处理厂中, 许多中小城市的污水处 理厂都存在运行不稳定, 其原因大部分是因为污水处 理成本较高, 远远超出该地区经济的承受能力, 从而 导致其污水处理厂不能正常运行, 污水处理效率不 高, 失去了建设污水处理厂的意义, 既没有解决水质 污染的问题, 也没有找出使污水处理厂正常运行的办 法, 虽然一体化氧化沟处理工艺的研制能够节约一定 的建设成本和运行成本, 但利用该工艺在我国许多经 济欠发达地区还是有一定的困难, 从而导致目前我国 陆地水体水质越来越差。因此, 如何利用现有一体化 氧化沟处理工艺的优点和中小城市的污水处理承受 能力实际相结合起来, 在此基础上进行节能型工艺研 究, 研制出另一种适合中小城市污水处理实际的节能 型一体化氧化沟污水处理工艺, 该研究成果对解决我 国目前中小城市污水难题将具有深刻意义。采用该 节能型一体化氧化沟工艺处理中小城市污水, 既能降 低污水厂的投资和运行成本, 又能使污水处理后达标 排放, 该研究具有深刻的社会效益和经济效益 [ 8] 。 42 研究思路 中小城市在污水处理方面具有以下明显的特点 水资源相对丰富, 水体受纳能力强, 污水回用意义 不大; 城郊人口相对稀少, 土地十分便宜, 建设污水 处理厂土地征收方便及相对价格低廉; 工业相对落 后, 污水水质、 水量相对稳定, 所含有毒有害物质少; 城郊一般具有自净式水塘、 河道等设施。结合上述 特点, 在中小城市污水厂选择成熟的一体化氧化沟工 艺的同时, 引入下面几种污水处理节能思路到一体化 氧化沟处理工艺中去。 1 河道曝气法 刘延皑提出的河道曝气法是充 分利用天然河道和河道已有建筑就地处理污水的一 种方法 [ 9] 。该法综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理, 结合推流和完全混合的特点, 有利于克服短流和提高 缓冲能力; 同时也有利于氧的传递、 液体混合和污泥 絮凝, 是一种十分有效且适合中小城市污水改造处理 方法。 2 生态塘工艺 利用生态塘工艺超低运行成本 处理城市污水 [ 10, 11] , 是目前许多国家污水处理研究方 向之一。如泰国宋卡省海雅城市污水处理厂, 该厂采 用了一系列生态塘和阶梯式曝气的污水处理工艺, 成 功地解决了中小城市污水处理问题。 3 序批式 SBR 工艺 中小城市污水处理工艺 中序批式 SBR 工艺同样具有一定的优势, 该工艺具 有无二沉池和污泥回流设备、 产生剩余污泥量少、 结 构简单、 运转灵活、 可随时调整运行计划等优点, 如何 把该工艺的优点与现有一体化氧化沟污水处理工艺 相结合, 将能使一体化氧化沟工艺得到极大的发展。 4 污水提升 目前, 在许多城市污水处理厂, 由 于工艺等多方面的要求, 往往多次采用污水泵站来提 升各处理工序中的污水, 这也是导致许多污水处理厂 运行成本较高的原因之一 [ 12] 。因此, 采用一次性污 水提升设计, 也将大大节约污水处理运行成本。 5 鼓风曝气 汪永红等人 [ 13] 提出了采用微孔 鼓风曝气器的氧化沟工艺, 经运行证明该工艺具有传 统氧化沟的优点。其特点是在氧化沟底部采用微孔 鼓风曝气器的方式来补充污水充氧量和实现污水自 行向前流动的功能, 可减少污水推流系统, 从而实现 节能的效果。同时采用微孔鼓风曝气装置代替机械 曝气装置, 节约设备费用和运行能耗。 因此, 把生态氧化、 河道曝气法、 SBR 工艺、 污水 一次性提升泵站、 鼓风曝气等方面的优点应用到一体 化氧化沟处理工艺中去, 研制出一种节能型序批式一 体化氧化沟工艺解决目前该工艺运行时存在的能耗 较高的缺点, 做到低成本建设和运行中小城市污水处 理厂, 同时深入研究该氧化沟工艺的节能性能, 这是 新型一体化氧化沟污水处理工艺的研究思路。 43 研究方案 431 工艺流程 实施节能型序批式一体化氧化沟工艺研究, 是在 现有国内外一体化氧化沟成功实施的基础上, 对其进 行相应改造, 从而达到明显的节能性能。工艺流程见 附图。 86 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 附图 节能型序批式一体化氧化沟工艺 432 实施思路 1 城市污水流经格栅后, 一次性提升至厌氧调 节池中, 污水在此停留一段时间后由高向低通过阶梯 式曝气进入缺氧池中, 实现脱氮除磷效果。在缺氧池 底污水停留一段时间后由高阶梯预曝气进入序批式 一体化氧化沟中, 该氧化沟采取序批式进水, 不同沟 段分时段实现曝气、 沉淀、 出水、 排泥的方式处理污 水。上清液通过滗水器自流排水, 污泥通过排泥管自 流进入污泥浓缩池中处理, 部分浓缩污泥通过污泥泵 回流至厌氧池中。 2 曝气设备是氧化沟处理工艺中最关键设备, 其充氧效率的高低, 性能的好坏直接影响到氧化沟的 处理效果, 能耗的多少直接影响到运转费用的高低。 由于曝气转刷和曝气转盘要求其材质和制作条件较 高, 现阶段采用该种材质生产曝气转盘的工艺多数停 留在半手工制作阶段, 由此带来的是生产效率不高, 质量难以控制。因此, 采用新型、 高效的曝气设备, 也 是一体化氧化沟工艺节能的关键。 该曝气设备均存在设备造价高、 维修费高、 耗电 量高等缺点, 而在活性污泥法中常用的鼓风曝气具有 溶气量大, 运行费用低的特点, 因此, 在该氧化沟中不 采用转刷型表面曝气机, 采用微孔鼓风曝气器的氧化 沟工艺, 这将大大节约曝气设备费用和运行能耗。 3 由于采用序批式氧化沟处理工艺和池底微孔 鼓风曝气装置, 取消一般氧化沟为了避免沟底污泥淤 积造成污泥厌氧硝化而采用水流推动器。这也将节 约设备费用和运行能耗。 5 结束语 针对我国中小城市污水处理现状, 在成熟的一体 化氧化沟处理工艺基础上, 充分利用生态氧化、 河道曝 气法、 SBR工艺、 污水一次性提升泵站、 鼓风曝气等方 面的优点, 来寻求更实用有效的节能型污水处理工艺。 参考文献 1 王杉. 小城市污水处理工程设计的思考. 给水排水, 2001. 27 9 12 14. 2 李伟民等. 污水处理厂可行性研究报告评审标准的探讨. 重庆建 筑大学学报, 2002. 24 3 . 3 邓荣森, 李伟民等. 从运行方式看氧化沟技术的发展. 给水排水, 2000. 263 19 21. 4 邓荣森等. 新型一体化氧化沟工艺及其运行方式的探讨. 给水排 水, 2002. 288 , 4 7. 5 俞天明. 合建式一体化氧化沟水力性能与节能特点研究. 重庆大 学硕士论文, 2001. 6 Muller E B. Aerobic domestic wastewater treatment in a pilot Plant with comPlete sludge retention by cross -flow filtration. wat Res, 1995. 29 4 1 179 1 189. 7 Oxidation Ditch Modification Shows Promise Water Engineer Management. May. 1997. 8 钱易, 米样友. 现代污水处理新技术. 北京中国科学技术出版社, 1993. 9 刘延皑. 河道曝气法 适合我国国情的环境水处理工艺. 环境 污染与防治, 1994. 16 1 , 22 25. 10 李穗中. 氧化塘污水处理技术. 北京 中国环境科学出版社,1997. 11 王宝贞, 王琳等. 生态塘 简易高效的污水处理技术设计应用. 城市环境与城市生态,1998. 11 2 1 5. 12 Hellinga C. The sharon process an innovative for nitrogen remmoval from ammomium -rich wasste water. wat Sci Tech, 1998. 379 135 142. 13 汪永红等. 采用微孔鼓风曝气器的氧化沟实例分析. 中国给水排 水, 2003. 3. 作者通讯处 刘祖文 100083 北京科技大学土木与环境工程学院 2004- 05- 24 收稿 2005 第五届 全国水污染防治与废水资源化技术研讨会征文 中国环境科学学会环境工程分会和环境工程编辑部计划于 2005 年7 月下旬 会议地点待定 召开 2005 第五届 全国水污染防治与废水资 源化技术研讨会。征文通知如下 一、 征文范围 城市污水处理与资源化的工艺技术及成套设备介绍; 工业废水处理与回用技术及设备介绍; 江河湖泊清淤及污染治理技术与 研究成果; 水质分析监测技术与仪器; 处理药剂、 制品及材料; 污泥脱水与处理处置技术; 污水处理厂投资、 运营及管理经验; 垃圾防渗及渗滤液处 理技术; 水污染恢复与可持续利用; 污水处理节能技术等。 二、 征文要求 内容充实、 数据准确、 论证可靠、 文字通顺, 文责自负, 字数控制在 5000 字以内。来稿请务必注明 水会征文。 三、 联系方式 地址 北京市海淀区西土城路33 号 环境工程分会 100088 电话 010 82228041 传真 010 82227637 联系人 高俊 E -mail hjxhmail. yj. cn. net hjxh hjgc. com. cn 如想参加会议可向分会报名, 详情请登陆网站 www. hjgc. com. cn 87 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 converted to aconitic acid by inner -dehydration. The synthetic conditions and biodegradability of the copolymer were studied andthe results showed that production had optimal perance when the qualitative amount of chain transfer agent was 10 . AA -AA had better scale inhibition perance and good biodegradability, which could be biodegraded to 60. 3 in 30 days. Keywords aconitic acid, copolymer and biodegradability ELEMENTARYINTRODUCAITONTONEWDREDGINGPROCESSFORRIVERAND RESERVOIRXiang Wenying et al 77 Abstract Several traditional dredging s for river and resevoir have been analysed and compared. Then, a new process has been presented, that is air -lift assisted with sel- f excited oscillation pulse water jet for dredging. The authors analyse the theory of the new process, demonstrate the mechanism of continuedprocess while crushing and pumpping the solid accumulation under thewater. At last, the relation between the pressure of air compressor and the dredging amount has been analysed. Keywords dredging, air -lift, sel- f excited oscillation pulse water jet and crushing EFFECT OF ADDITIVE ON COMBUSTION CHARACTERISTICS OF COALQiang Feng et al 79 Abstract For studying the effect of additive onthe combustion characteristics of a coal, five metal oxides and salts were chosen as potential additive components, and by employing the cross -cut experimental , their effects on the combustion characteristics of char particles were examined. Based on the analysis of range and variance, the optimum composition of additive was then derived. Further experiments revealedthat the additive with composition as proposed by this research could effectively reduce the ignition temperature of the coal and increase its calorific value during combustion. Finally, on the basis of the experiments, the mechanism of the promotion of coal combustion was discussed. Keywords coal, additive and combustion characteristics APPLICATION OF SPRAYING TECHNOLOGY FOR SGLZ - SLAG TANK IN SHOUGANG GROUPWang Cunzheng et al 81 Abstract The spraying technology for SGLZ - slag tank has been applied to No. 3 stee- l making plant of Shougang Group successfully.The application results proved that this technology can eliminate effectively dust pollution which caused by the slags padded under slag tanks, increase the rate of the first emptying slag tanks and decrease the loss of slag tanks. It has notable environmental, social and economical benefits. Keywords slag tanks, spraying and rate of first emptying slag tanks ENGINEERING TEST OF ZERO DISCHARGE OF RESIDUAL ORGANIC SLUDGE Ruan Zhihua 83 Abstract It is generally difficult to treat the residual sludge produced by treatment of organic wastewater through activated sludge process. Based on the successful laboratory tests and through the examination of field running for one year, a new process of normal temperature aerobic hydrolytic acidification -biological reaction was used to eliminate the residual sludge produced during treating organic wastewater and realized zero discharge of the sludge. The new process features convenient operation andmanagement, which can also increase the qualified rate of CODCrof the original system by 5 15 .Therefore it can be applied especially to the system of treating organic wastewater containing nitrogen. Keywords residual sludge, water treatment system, amount of sludge -discharging and organic wastewater STUDYTHINKINGOFENERGY -CONSERVINGOXIOATION DITCH TECHNOLOGYOF SEWAGE DISPOSAL IN CHINALiu Zuwen et al 85 Abstract It is expounded that the technical development of oxidation ditch andthe superiority in the choice of technology of sewage disposal in the small and medium -sized cities. According to the current situation of sewage disposal in small and medium -sized cities in China and the application characteristics of the technology of oxidation ditch, it is put forward that the study thinking of the energy -conserving technology of sewage disposal, which fits for the current situation of sewage disposal in small and medium -sized cities in China. Keywords municipal sewage, oxidation ditch and energy -conserving technology Manager Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Editor The Editorial Department of Environmental Engineering PublisherIndustrial Construction Magazine Agency 33, Xitucheng Road, Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 010 82227637、 82227638 Fax 010 82227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P. O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000- 8942 CN11- 2097 X E- mail Addresshjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol23, No2,Apr. ,2005