氧化溝主要參數控制及系統(tǒng)的運行調度管理

胥晶

（岳陽市城市建設投資集團有限公司,湖南 岳陽 414000）

氧化溝主要參數控制及系統(tǒng)的運行調度管理

胥晶

（岳陽市城市建設投資集團有限公司,湖南 岳陽 414000）

由于氧化溝的工藝特點使得氧化溝污水處理廠在水污染工程中具有相當的優(yōu)勢。但是，良好的日常運行管理是保證氧化溝污水處理廠有效發(fā)揮其功能的關鍵。對其運行管理的關鍵技術，即氧化溝的供氧控制、MLSS值控制、有機負荷F/M的控制、污泥回流的控制、剩余污泥排放量的控制等主要參數進行了詳細的討論，對運行調度管理提出了見解。

氧化溝；主要參數控制；運行調度

1 概述

氧化溝作為傳統(tǒng)的延時曝氣活性污泥法的變型工藝，其池型是呈封密的環(huán)狀溝渠，污水和混合液在溝內做循環(huán)流動，因此氧化溝又稱為“延時循環(huán)曝氣池”。氧化溝內混合液兼具完全混合和推流態(tài)的特征，耐沖擊負荷能力強，運行方式靈活，適應不同的進水水質和出水水質的要求。氧化溝是整個污水處理的核心構筑物，因此氧化溝運行時主要參數控制及系統(tǒng)的運行調度管理是保證整個污水處理廠處理效果的關鍵。

2 氧化溝主要參數控制

2.1 氧化溝的工藝流程

氧化溝的工藝流程如圖1所示。

圖1 氧化溝工藝流程示意圖

2.2 氧化溝的供氧控制

對氧化溝內混合液進行合理的曝氣充氧是控制氧化溝反應條件的重要手段。充氧不足將影響氧化溝的污染物去除率；充氧過多將造成微生物的自身氧化，并且浪費電能，增加運行成本。正確的做法應首先根據進水水質估計氧化溝的需氧量。一般來講，去除1 kgBOD5需要1 kgO2，這種估計80%～90%可用。但值得注意的是，這里的需氧量是指碳素BOD穩(wěn)定所需的氧量，而不包括氮素需氧量。如果需要進行硝化，則需加上硝化所需的氧量，因此根據規(guī)范，延時曝氣氧化溝的需氧量一般在1.5～2.0 kgO2/kgBOD5。因為氧化溝進水水質的變化，氧的需要量也會隨之發(fā)生變化，故在估計充氧量時應根據最大需氧量來進行估算，否則會導致部分時間內供氧不足。最大需氧量的計算：中等城市（5萬～15萬人）按1.5倍平均需氧量計，大城市（大于15萬人）按1.1～1.2倍平均需氧量計，小城市（小于5萬人）用2～2.5倍平均需氧量計。進行需氧量估計之后，運行管理人員可根據具體氧化溝的供氧設備的性能來確定曝氣設備運行的數量和時間。鼓風曝氣設備可通過改變供給的空氣量來調節(jié)供氧量，機械曝氣可通過調節(jié)曝氣轉刷或轉碟葉輪的淹沒深度和轉速來調節(jié)供氧量。

一般認為，活性污泥曝氣池內混合液的溶解氧（DO）濃度應控制在2 mg/L左右，這樣才能保證活性污泥微生物良好的代謝活動。然而，由于氧化溝屬于延時曝氣工藝，且溝內溶解氧的分布呈現典型的推流態(tài)特征，因此，可根據出水水質的需要，在氧化溝內進行溶解氧的分區(qū)。例如一體化氧化溝和卡魯塞爾氧化溝，其沿溝長可分為好氧區(qū)和缺氧區(qū)，好氧區(qū)主要用于有機物的去除和硝化，而缺氧區(qū)用于反硝化脫氮，缺氧區(qū)的DO濃度就可降到2 mg/L以下，一般為0.2～0.5 mg/L左右。

2.3 氧化溝中MLSS值的控制

影響氧化溝中MLSS值的因素很多。MLSS值取決于曝氣系統(tǒng)的供氧能力和二沉池的泥水分離能力。從降解污染物質的角度來看，MLSS應盡量高一些，但當MLSS太高時，要求混合液的DO值也就越高。在同樣的供氧能力下，維持較高的DO值需要較多的空氣量，而一些處理廠的曝氣系統(tǒng)難以達到要求，而且要求二沉池有較強的泥水分離能力，一些處理廠的二沉池表面積相對較小，難以提供充足的泥水分離能力。因此，應根據處理廠的實際情況，確定一個最大的MLSS值，作為運行調度的基礎。氧化溝由于是延時曝氣系統(tǒng)，其允許的MLSS值為3 000～5 000 mg/L。

氧化溝工藝設計通常要求將MLSS控制在3 000～5 000 mg/L范圍內。然而，由于進水水質的關系，在我國實際運行的氧化溝污水處理廠的MLSS濃度常常只能達到3 000 mg/L左右。如果進水有機物濃度高，可達到3 000 mg/L以上，如果進水有機物濃度低，就在3 000 mg/L以下。管理人員應定期對MLSS進行測定，然后再根據測定值進行氧化溝的一系列操作控制。測定的頻次如下：

（1）小廠每天一次，定時測定。由于每天只測一次，操作工人就不會發(fā)現一天內其他時間MLSS的變化，這樣他根據所測的結果調整污泥回流量或剩余污泥量產生差錯的可能性就比較大。

（2）中等廠三班倒，每班測定一次。這樣MLSS每天有三次校正的機會。

（3）大廠每小時測一次，每次校正。

對于氧化溝的控制最好做到自動調節(jié)控制。目前國內大型污水處理廠也正在向自動化，自動控制調節(jié)方向發(fā)展。小廠則靠熟練的操作工人的經驗。其實，當廢水流量Q很大時，經過二沉池沉淀也多，當剩余污泥等于常數時，回流污泥QR就能被自動調節(jié)增大。

2.4 有機負荷F/M的控制

與控制MLSS相比，有專家則建議控制F/M更合理。然而污水廠每日的Q、F變化較大，尤其是小型污水處理廠，因此有機負荷F/M不易控制，只有通過調節(jié)回流量QR實現。這樣，實際操作時就使回流量變化較大，回流比可達到100%。有些污水廠就是利用上述方法來控制有機負荷F/M的，甚至把廢水流量Q和回流污泥QR，通過自動化系統(tǒng)連接起來運行控制，然而實地考察結果并不好。有人認為二次沉淀池效果不好的原因是F/M未能維持恒定所造成的，而事實上，當廢水流量Q增大，Q+QR也增大，這樣容易使二沉池的泥層上升，導致運行效果變差。對于大型污水處理廠，對有機負荷F/M的控制較容易，因為大廠污水進水流量Q較穩(wěn)定。

在氧化溝污水廠的實際運行中，操作人員應結合本廠的運行實踐，借助一些實驗手段，選擇最佳的F/M值。一般來說，廢水溫度較高時，F/M可高一些，反之，溫度較低時，F/M應低一些。對出水水質要求較高時，F/M應低一些，反之，可高一些。當污水中工業(yè)廢水成分較多，有機污染物質較難降解時，F/M應低一些，反之，可高一些。實際操作時可通過排泥和回流改變氧化溝內的活性污泥量，從而及時將有機負荷控制在合適的范圍內。氧化溝的F/M一般在0.05～0.10 kgBOD5/（kgMLVSS· d）的范圍內。

2.5 污泥回流的控制

氧化溝系統(tǒng)的污泥回流控制通常有三種方式：

（1）保持回流量QR恒定；

（2）保持回流比R恒定；

（3）定期或隨時調節(jié)回流量QR及回流比，使系統(tǒng)狀態(tài)處于最佳。

每種方式適合于不同的情況。

目前，有相當多的處理廠運行中保持回流量QR不變，但應認識到這只適應于入流污水量Q相對恒定或波動不大的情況。如果進水流量Q變化較大，則會出現一系列的問題。因為Q的變化會導致活性污泥量在曝氣池和二沉池內的重新分配。當Q增大時，部分曝氣池的活性污泥會轉移到二沉池，使曝氣池內MLSS降低，而實際上此時曝氣池內需要更多的MLSS去處理增加了的廢水，MLSS的不足會嚴重影響處理效果。另外，二沉池內污泥量增加會導致泥位上升，造成污泥流失，同時，Q的增加導致二沉池水力負荷增加，進一步增大了污泥流失的可能性。而且，當二沉池泥量增多時，會使二沉池中的余氧迅速消耗，發(fā)生反硝化反應，導致二沉池中污泥上浮。當Q減小時，部分活性污泥會從二沉池轉移到曝氣池，使曝氣池MLSS升高，但此時曝氣池實際上并不需要太多的MLSS，因為入流廢水量減少，進入曝氣池的有機物也減少了。

保持回流量QR恒定。究竟能允許入流廢水量在多大范圍內變化，取決于很多實際因素，如入流的BOD5，二沉池與曝氣池容積之比及污泥的沉降性能。運行人員應摸索出本廠允許的入流廢水量的波動幅度，在允許范圍內盡量不調節(jié)回流量。

如果保持回流比R恒定，在剩余污泥排放量基本保持不變的情況下，可保持MLSS、F/M以及二沉池內泥位基本恒定，不隨入流廢水量Q的變化而變化，從而保證相對穩(wěn)定的處理效果。但這樣涉及流量的測定、控制以及回流量的確定，在實際操作中會有一定困難。

定期或隨時調節(jié)回流比和回流量，保持系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)。這種方式對保持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是最好的，但和方式二一樣，這種污泥回流的控制方式實際操作工作量大，大多數污水處理廠實施起來都非常困難。

為了便于操作，氧化溝通常采用方式一——定?；亓鞯姆绞?，但運行管理人員應當清楚這種方式的優(yōu)缺點，尤其是本廠污量變化的允許范圍，結合其他兩種控制方式，在實際工作中靈活操作。

2.6 剩余污泥排放量的控制

氧化溝處理系統(tǒng)每天都要產生一定的微生物，使系統(tǒng)內污泥量增多，因此需要每日排放一定量的剩余污泥，以維持系統(tǒng)中生物量的平衡。同時，當污水水量、水質條件、環(huán)境條件變化時，也需要利用系統(tǒng)的活性污泥量調節(jié)彈性來保證系統(tǒng)處于最佳的運行狀態(tài)。排泥是氧化溝工藝控制中最重要的一項操作，它比其他任何操作對系統(tǒng)的影響都大。通過排泥量的調節(jié)，可以控制SRT，改變活性污泥中微生物種類和增長速度，改變需氧量，改善污泥的沉降性能，因而可以改變系統(tǒng)的功能。作為延時曝氣的活性污泥系統(tǒng)，氧化溝常用的排泥方式有以下幾種。

（1）用MLSS控制排泥。用MLSS控制排泥是指在維持曝氣池混合液污泥濃度恒定的情況下，確定排泥量。首先根據實際工藝狀況確定一個合適的MLSS值。在我國，由于進水水質的關系，氧化溝的MLSS值一般應控制在3 000 mg/L左右。當實際MLSS值比要控制的MLSS值高時，應通過排泥降低MLSS值。在控制總的排泥量的前提下，盡量少排勤排，如有可能，應連續(xù)排泥。排泥量可用式（1）計算：

式中：MLSS為實測值；Vw為要排放的剩余污泥體積；MLSS0為要維持的濃度值；RSS為回流污泥濃度；Va為曝氣池容積。

用MLSS控制排泥方法簡單，容易掌握，適合于水量水質變化不大的污水處理廠，但應注意所測定的MLSS具有代表性。

（2）用F/M控制污泥。F/M中的F是入流廢水中的有機污染物濃度，一般無法人為地控制，因此只能控制M，即曝氣池中的微生物量，其實質是通過控制剩余污泥的排放來改變氧化溝溝內的MLSS，調整F/M，使F/M保持在工藝允許的最佳運行范圍之內。工業(yè)廢水含量較大的處理廠，水質水量的變化大，應盡量采用該方式控制污泥的排放。用F/M控制的排泥量可用式（2）計算：

式中：Vw為要排放的剩余污泥體積；MLVSS為曝氣池內的污泥濃度；BOD5為入流廢水的BOD5；Q為入流廢水量；F/M為需要控制的有機負荷；Va為曝氣池容積；RSS為回流污泥濃度。

可推斷出如果F下降，則污泥濃度MLSS亦下降，則回流污泥QR的濃度變小，所以排放的剩余污泥的濃度也??；反之，若F增大，則MLSS亦增高，則回流污泥QR濃度加大，排放的剩余污泥的濃度隨之亦增加。用上述公式計算F/M具有一定的難度，入流污水的BOD5以及溝內混合液的MLVSS的測定都較為麻煩和耗時。實際操作中，可通過長期積累的BOD5/CODCr值、MLVSS/MLSS值來進行快速換算。

（3）用SRT控制排泥。用泥齡SRT來進行排泥控制被認為是活性污泥系統(tǒng)中一種最可靠、最準確的排泥方法。這種方法的關鍵是正確選擇SRT和準確地計算系統(tǒng)內的污泥總量MT。充分利用污泥的沉降試驗、呼吸試驗、生物相觀測等手段，隨時調整SRT使之更加合理，亦使每日排泥量為常數。每日的污泥排放量為式（3）所示：

式中：Qw為每天排放的污泥體積流量；SSe為二沉池出水的懸浮固體濃度；Va為曝氣池容積；SRT為泥齡；RSS為回流污泥濃度。

使用式（3）時計算出的排泥量Qw常常偏小，這主要是由于公式推導過程中，將總泥量MT用曝氣池中的泥量來代替的緣故。實際上，二沉池出水還要帶走相當的污泥量。因此，當二沉池出水SS較高時，應將二沉池出水排出的泥量代入泥齡的計算式，從而得出更準確的排泥量。

關于排泥的操作方式有很多種。小處理廠池數較少，可以人工控制泥泵的開停。大處理廠一般采用自動控制，最常用的方式是時間—程序控制，即定時排泥，定時停泵。然而這種方式不能適應排泥量的變化，可能會使排泥濃度降低或排泥不徹底。較先進的控制方式是定時排泥，停泵由裝在排泥管路上的濃度計或密度計控制。當排泥濃度降至設定值時，泥泵停止。這種方式能根據泥量的變化改變排泥的時間，既不降低排泥濃度，又能排泥徹底。

3 氧化溝系統(tǒng)的運行調度管理

在氧化溝系統(tǒng)的運行管理中，經常要根據實際情況進行運行調度，例如確定要開動幾臺轉刷、幾臺鼓風機、幾臺水下推進器，需要投運幾座二沉池以及確定多大的回流能力，每天要排放多少污泥等。運行調度方案的確定可按以下步驟進行。

（1）測定和了解污水廠實際的進水水量和水質。運行管理人員首先應準確測定污水流量Q并對入流污水的水質進行分析。有機污染的濃度和大體組成是需要了解的重要指標。運行管理人員可根據本廠的運行經驗，先測定CODCr值，再根據平時測定的CODCr和BOD5的比值快速換算出進水的BOD5值。污水中的氮磷含量也是應該了解的項目，尤其是當進水中工業(yè)廢水比例較大時，因為氮磷或其中一種缺乏都可能導致污泥膨脹。另外，進水的SS、PH值、堿度和溫度等也是需要測定和分析的指標。

（2）測定混合液污泥濃度MLVSS。測定MLVSS一般較為麻煩，污水廠可根據本廠運行實踐，測算出MLVSS與MLSS之間的比值，然后再根據經驗，由MLSS值迅速估算出MLVSS的值。我國氧化溝的污水處理廠的MLSS值一般控制在3 000 mg/L左右。進水有機物濃度高，則MLSS取高值，進水有機物濃度低則MLSS取低值。另外，氧化溝內MLSS值還必須和溝內的供氧能力相適應，MLSS高，則曝氣系統(tǒng)所提供DO值要求高，反之DO值可維持在較低的水平。

（3）確定曝氣設備的開啟臺數與溝內溶解氧的控制。氧化溝的供氧可通過機械表面曝氣、鼓風曝氣以及射流曝氣等提供。氧化溝中的供氧量應等于實際需氧量，可根據需氧量的值初步確定曝氣設備的開啟臺數。然而在實際操作中，由于進水水質、氧轉移速率、微生物量、微生物活性以及底物去除速率等因素的不斷變化使得氧化溝內混合液需氧量也不斷變化，因此運行管理人員還必須依據溝內不同區(qū)段的DO的實時監(jiān)測值，對曝氣設備的開啟臺數、淹沒深度或運行轉速進行調控。

由于氧化溝的環(huán)流特征，使得溝內溶解氧分布呈現出明顯的推流態(tài)特征，因此，氧化溝內溶解氧的濃度應根據溝內的不同區(qū)段與溝的形式進行確定。例如氧化溝的好氧區(qū)或稱高能區(qū)（通常是曝氣設備的下游）通常擔負著去除絕大部分有機物的功能，其DO值一般應控制在2 mg/L或以上；如果好氧區(qū)要加強好氧吸磷作用以提高出水磷的去除率，DO則提高到3～4 mg/L；又如：為了保證出水有足夠的溶解氧帶入二沉池，防止二沉池內出現污泥厭氧釋磷，氧化溝出水區(qū)一般需保證將DO值控制在2 mg/L以上；又如Orbal氧化溝的三個溝道（外-中-內）的DO值一般應控制為0～1～2 mg/L的梯度分布，即外溝的DO為0～0.5 mg/L，中溝DO為0.5～1.5 mg/L，內溝DO為1.5～2 mg/L。此種DO的分布方式不僅使Orbal氧化溝具有卓越的脫氮性能，而且大大節(jié)省了能耗。在有些具有脫氮功能的氧化溝溝內，曝氣設備上下游DO值差別并不明顯，沒有出現明顯的好氧缺氧分區(qū)，但仍能保持良好的脫氮效果，這主要是因為同時發(fā)生了硝化反硝化作用，一般來說，要保證脫氮效果，溝內DO值應控制在1.5～2 mg/L以上。

采用鼓風曝氣的氧化溝可控制鼓風機風量來控制溝內的溶解氧濃度，其充氧量調節(jié)和控制較容易，然而鼓風曝氣還必須要有推流裝置維持溝內的水平流速。機械曝氣裝置如轉刷和倒傘形曝氣轉碟過去常用控制出水溢流堰高度的方法來調節(jié)它們在水中的淹沒深度，從而調節(jié)充氧量，保證溝內的最佳DO值，但這種調節(jié)方式會造成不必要的能量浪費。目前越來越多的氧化溝污水處理廠進行了機械曝氣裝置電機的變頻設計和改造，通過調節(jié)轉刷或轉碟的轉速來控制充氧量，從而調節(jié)溝內的溶解氧分布。用這種節(jié)能的調節(jié)方式所取得的經濟效益和社會效益是顯著的。曝氣轉刷采用變頻調速后，可以有效地控制氧化溝中的溶解氧，在氧化溝中形成穩(wěn)定的缺氧區(qū)，提高脫氮效果。此外，采用變頻調速后，可以提高污水處理廠的自動化程度，提高污水處理廠的運行管理水平。

（4）確定推流裝置的開啟臺數。當氧化溝采用鼓風曝氣或采用的機械曝氣裝置不能有效地維持溝內的混合液流速時，就必須采用水下推進器對混合液進行推動。水下推進器的主要作用是推動和混合氧化溝中的混合液，增加溝底流速，保持污泥懸浮并可提高曝氣效率。水下推進器的開啟可由氧化溝的水平流速進行控制，并用總的功率密度進行校核。

新規(guī)范提出氧化溝內的平均流速應大于0.25 m/s，而歷來認為氧化溝內的必要的平均流速是0.30 m/s。也有運行實踐資料指出，氧化溝局部地方能確保在0.10 m/s左右就可不產生污泥堆積，為了再度把污泥卷起來，有必要確保0.20 m/s左右的流速。運行管理人員應根據本廠的氧化溝特點和運行經驗確定出氧化溝的一個最小不淤流速，然后再根據這一限值和當前溝內的水平流速來調整和確定水下推進器開啟的臺數。有資料表明：只要單位體積投入的能量達到2.75 W/m3，就足以造成0.12～0.15 m/s的循環(huán)流速，可保持懸浮固體懸浮，此值為輸入功率，即直接作用于混合液的功率，據此可以對所定的水下推進器臺數進行校核。

（5）確定二沉池的水力表面負荷qh。qh越小，泥水分離效果越好，一般控制qh宜采用0.50～0.75 m3/（m2·h）。

（6）確定二沉池投運數量，可用式（4）計算：

式中:Ac為單座二沉池的表面積。

（7）定?；亓骰亓髁康拇_定。由于實際回流比R難以測定和控制，因此，當氧化溝日進水量波動不大時，宜采用定?；亓鞯姆绞?，即保持回流量QR不變，這樣有利于發(fā)揮二沉池泥面的自動調節(jié)功能。一般來說，氧化溝定?；亓髁髁縌R宜控制在75%～150%的范圍內，當進水有機物濃度高時取上限，有機物濃度低時取下限。

（8）核算二沉池的固體表面負荷qs。每座二沉池的qs可按式（5）計算：

式中:n為二沉池投運數量；R為回流比。

在運行中，當固體表面負荷超過最大允許值時，將會使二沉池泥水分離困難，也難以得到較好的濃縮效果。一般控制qs不大于100 kg/（m3·d），否則應降低回流比R，或降低MLSS，也可以增加投運的二沉池數量。

（9）核算二沉池出水堰板溢流負荷qw。qw可用式（6）計算：

式中：n為二沉池投運數量；Lw為每座二沉池出水堰板的總長度。

當采用三角堰板出水時，一般控制qw不大于10 m3/（m·h）。否則，應增加二沉池的投運數量。對于輻流式二沉池來說，在控制qh滿足要求的前提下，二沉池直徑較大時，qw往往成為運行限制因素。相反，當二沉池直徑較小時，qw一般都小于10 m3/（m·h）。

（10）排泥量的確定。當水量變化不大時，氧化溝在運行時通常保持排泥量為常數。排泥量可根據實際情況由MLSS或F/M值進行計算。

703.1

B

1009-7716（2017）08-0122-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.038

2017-4-10

胥晶（1983-），男，湖南岳陽人，工程師，從事污水運營管理工作。