氧化溝(oxidationditch)又名連續(xù)循環(huán)曝氣池(Continuousloopreactor)，是活性污泥法的一種變形。氧化溝工藝在城市生活污水及工業(yè)廢水處理領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并成為當(dāng)前占主導(dǎo)地位的活性污泥污水處理技術(shù)。尤其在我國，污水處理廠的建設(shè)以中小型規(guī)模為主，各類氧化溝工藝得到普遍應(yīng)用，其中奧貝爾氧化溝應(yīng)用較廣，DE及T型多溝交替式在中高濃度污水處理廠應(yīng)用較多，而卡魯塞爾氧化溝以外貸項目為主。
氧化溝是由荷蘭衛(wèi)生工程研究所在上世紀(jì)50年代研制開發(fā)的廢水生物處理技術(shù)，是活性污泥法的一種改型，屬延時曝氣的一種特殊形式。其基本特征是曝氣池呈封閉、環(huán)狀跑道式，池體狹長，池深較淺，在溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。廢水和活性污泥以及各種微生物混合在溝渠中作不停地循環(huán)流動，完成對廢水的硝化與反硝化處理。生物氧化溝兼有*混合式、推流式和氧化塘的特點。在技術(shù)上具有凈化程度高、耐沖擊、運行穩(wěn)定可靠、操作簡單、運行管理方便、維修簡單、投資少、能耗低等特點。氧化溝在空間上形成了好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，具有良好的脫氮功能。
1氧化溝工藝概述
1.1氧化溝工藝基本原理和主要設(shè)計參數(shù)
氧化溝又名氧化渠，因其構(gòu)筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時間長，有機負(fù)荷低，其本質(zhì)上屬于延時曝氣系統(tǒng)。以下為一般氧化溝法的主要設(shè)計參數(shù)：
水力停留時間：10-40小時;
污泥齡：一般大于20天;
有機負(fù)荷：0.05-0.15kgBOD5/(kgMLSS.d);
容積負(fù)荷：0.2-0.4kgBOD5/(m3.d);
活性污泥濃度：2000-6000mg/l;
溝內(nèi)平均流速：0.3-0.5m/s
1.2氧化溝的技術(shù)特點：
氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池(CintinuousLoopReator,簡稱CLR)作生物反應(yīng)池，混合液在該反應(yīng)池中一條閉合曝氣渠道進行連續(xù)循環(huán)，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應(yīng)池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式渠道中循環(huán)。
氧化溝一般由溝體、曝氣設(shè)備、進出水裝置、導(dǎo)流和混合設(shè)備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。
氧化溝法由于具有較長的水力停留時間，較低的有機負(fù)荷和較長的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活性污泥法，可以省略調(diào)節(jié)池，初沉池，污泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因為巧妙結(jié)合了CLR形式和曝氣裝置特定的定位布置，是式氧化溝具有*水力學(xué)特征和工作特性：
1)氧化溝結(jié)合推流和*混合的特點，有力于克服短流和提高緩沖能力，通常在氧化溝曝氣區(qū)上游安排入流，在入流點的再上游點安排出流。入流通過曝氣區(qū)在循環(huán)中很好的被混合和分散，混合液再次圍繞CLR繼續(xù)循環(huán)。這樣，氧化溝在短期內(nèi)(如一個循環(huán))呈推流狀態(tài)，而在長期內(nèi)(如多次循環(huán))又呈混合狀態(tài)。這兩者的結(jié)合，即使入流至少經(jīng)歷一個循環(huán)而基本杜絕短流，又可以提供很大的稀釋倍數(shù)而提高了緩沖能力。同時為了防止污泥沉積，必須保證溝內(nèi)足夠的流速(一般平均流速大于0.3m/s)，而污水在溝內(nèi)的停留時間又較長，這就要求溝內(nèi)由較大的循環(huán)流量(一般是污水進水流量的數(shù)倍乃至數(shù)十倍)，進入溝內(nèi)污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋，因此氧化溝系統(tǒng)具有很強的耐沖擊負(fù)荷能力，對不易降解的有機物也有較好的處理能力。
2)氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用于硝化-反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說又是*混合的，而液體流動卻保持著推流前進，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區(qū)內(nèi)溶解氧濃度是上游高，然后沿溝長逐步下降，出現(xiàn)明顯的濃度梯度，到下游區(qū)溶解氧濃度就很低，基本上處于缺氧狀態(tài)。氧化溝設(shè)計可按要求安排好氧區(qū)和缺氧區(qū)實現(xiàn)硝化-反硝化工藝，不僅可以利用硝酸鹽中的氧滿足一定的需氧量，而且可以通過反硝化補充硝化過程中消耗的堿度。這些有利于節(jié)省能耗和減少甚至免去硝化過程中需要投加的化學(xué)藥品數(shù)量。
3)氧化溝溝內(nèi)功率密度的不均勻配備，有利于氧的傳質(zhì)，液體混合和污泥絮凝。傳統(tǒng)曝氣的功率密度一般僅為20-30瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒-1。這不僅有利于氧的傳遞和液體混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥顆粒。當(dāng)混合液經(jīng)平穩(wěn)的輸送區(qū)到達好氧區(qū)后期，平均速度梯度G小于30秒-1，污泥仍有再絮凝的機會，因而也能改善污泥的絮凝性能。有污水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。
4)氧化溝的整體功率密度較低，可節(jié)約能源。氧化溝的混合液一旦被加速到溝中的平均流速，對于維持循環(huán)僅需克服沿程和彎道的水頭損失，因而氧化溝可比其他系統(tǒng)以低得多的整體功率密度來維持混合液流動和活性污泥懸浮狀態(tài)。據(jù)國外的一些報道，氧化溝比常規(guī)的活性污泥法能耗降低20%-30%。
另外，據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料顯示，與其他污水生物處理方法相比，氧化溝具有處理流程簡單，超作管理方便;出水水質(zhì)好，工藝可靠性強;基建投資省，運行費用低等特點。
1.3曝氣設(shè)備的革新：
曝氣設(shè)備對氧化溝的處理效率，能耗及處理穩(wěn)定性有關(guān)鍵性影響，其作用主要表現(xiàn)在以下四個方面：向水中供氧;推進水流前進，使水流在池內(nèi)作循環(huán)流動;保證溝內(nèi)活性污泥處于懸浮狀態(tài);使氧、有機物、微生物充分混合。針對以上幾個要求，曝氣設(shè)備也一直在改進和完善。常規(guī)的氧化溝曝氣設(shè)備有橫軸曝氣裝置及豎軸曝氣裝置。
1)橫軸曝氣裝置為轉(zhuǎn)刷和轉(zhuǎn)盤。其中轉(zhuǎn)刷更為常見，轉(zhuǎn)刷單獨使用通常只能滿足水深較淺的氧化溝，有效水深不大于2.0-3.5米。從而造成傳統(tǒng)氧化溝較淺，占地面積大的弊端。近幾年開發(fā)了水下推進器配合轉(zhuǎn)刷，解決了這個問題，如山東高密污水廠，有效水深為4.5米，保證溝內(nèi)平均流速大于0.3米/秒，溝底流速不低于0.1米/秒，這樣氧化溝占地大大減少，轉(zhuǎn)刷技術(shù)運用已相當(dāng)成熟，但因其供氧率低，能耗大，故其逐漸被另外*的曝氣技術(shù)所取代。
2)豎軸式表面曝氣機，各種類型的表面曝氣機均可用于氧化溝，一般安裝在溝渠的轉(zhuǎn)彎處，這種曝氣裝置有較大的提升能力，氧化溝水深可達4-4.5米，如1968年荷蘭PHV開發(fā)的Carrousel氧化溝在一端的中心設(shè)垂直軸的一定方向的低速表曝葉輪，葉輪轉(zhuǎn)動時除向污水供氧外，還能使溝中水體沿一定方向循環(huán)流動。表曝設(shè)備價格較便宜，但能耗大易出故障，且維修困難。
3)射流曝氣，1969年Lewrnpt等創(chuàng)建了座試驗性射流曝氣氧化溝(JAC)，國外的射流曝氣多為壓力供氣式，而國內(nèi)通常是自吸空氣式，JAC的優(yōu)點是氧化溝的寬度和水的深度不受限制，可以用于深水曝氣，且氧的利用率高，目前大的JAC在奧地利的林茨，處理流量為17.2萬噸/天，水深7.5米。
4)微孔曝氣，現(xiàn)在應(yīng)用較多的微孔曝氣裝置，采用多孔性空氣擴散裝置克服了以往裝置氣壓損失大，易堵塞的毛病，且氧利用率較高，在氧化溝技術(shù)運用中越來越廣泛。
5)其他曝氣設(shè)備，包括一些新型的曝氣推動設(shè)備，如復(fù)葉節(jié)流新型曝氣器，氧利用率較高，浮于水面，易檢修，充氧能力可達水下7米，推動能力相當(dāng)強，滿足氧化溝的曝氣推動一體化要求，同時能夠滿足氧化溝底部的充氧和推動。
氧化溝在國內(nèi)外都發(fā)展很快。歐州的氧化溝污水廠已有上千座，在國內(nèi)，從20世紀(jì)80年代末開始在城市污水和工業(yè)廢水中引進國外氧化溝的*技術(shù)，從原來的日處理量3000立方米到目*萬噸以上的污水處理廠已比較普遍，氧化溝工藝已成為我國城市污水處理的主要工藝。
2.氧化溝脫氮除磷工藝
2.1傳統(tǒng)氧化溝的脫氮除磷 傳統(tǒng)氧化溝的脫氮，主要是利用溝內(nèi)溶解氧分布的不均勻性，通過合理的設(shè)計，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達到脫氮的目的。其大的優(yōu)點是在不外加碳源的情況下在同一溝中實現(xiàn)有機物和總氮的去除，因此是非常經(jīng)濟的。但在同一溝中好氧區(qū)與缺氧區(qū)各自的體積和溶解氧濃度很難準(zhǔn)確地加以控制，因此對除氮的效果是有限的，而對除磷幾乎不起作用。另外，在傳統(tǒng)的單溝式氧化溝中，微生物在好氧-缺氧-好氧短暫的經(jīng)常性的環(huán)境變化中使硝化菌和反硝化菌群并非總是處的生長代謝環(huán)境中，由此也影響單位體積構(gòu)筑物的處理能力。
隨著氧化溝工藝的反展，目前，在工程應(yīng)用中比較有代表性的有形式有：多溝交替式氧化溝(如三溝式，五溝式)及其改進型、卡魯塞爾氧化溝及其改進型、奧貝爾(Orbal)氧化溝及其改進型、一體化氧化溝等。他們都具有一定的脫氮除磷能力。
