中文名稱：氧化溝 英文名稱：oxidation ditch 定義：對傳統活性汙泥法汙水處理技術的改進，形狀為封閉的環形溝，其特點是在溝內不間斷循環混合流，形成厭氧、缺氧和好氧段，並將傳統鼓風機曝氣改為表面機械曝氣。課題：生態學（壹級）；汙染生態學（二級） 本內容經國家科學技術名詞審定委員會審定發布
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曝氣溝是活性汙泥法的壹種變體，其曝氣池為封閉溝型，因此在水力流向上不同於傳統的活性汙泥法，它是壹種首尾相連的循環流曝氣溝，汙水最早滲入其中得到凈化。汙水滲入其中得到凈化後，最早的氧化溝並不是由鋼筋混凝土建成的，而是要進行護堤的土溝，是間歇進水間歇曝氣的，從這壹點來說，氧化溝是最早的汙水序批式處理技術。
目錄
引言
氧化溝技術的演變與發展 1.第壹代氧化溝 - Pasveer 的氧化溝
2. 第二代氧化溝 - 規模化並用於處理工業廢水
3. 第三代氧化溝 - 多樣化發展
4.第四代氧化溝
氧化溝的設計參數
氧化溝技術展望
氧化溝的技術特點與不足簡介
氧化溝技術的演變與發展 1.第四代氧化溝
氧化溝設計參數
氧化溝技術展望
氧化溝技術特點與不足
展開編輯本段引言
1954年，荷蘭建成了世界上第壹座氧化溝汙水處理廠、其雛形是壹個環形跑道式斜壁間歇運行的反應池，白天作為曝氣池使用，晚上作為沈澱池使用，沈澱池作為曝氣池使用。白天用作曝氣池，晚上用作沈澱池，其生化需氧量（BOD）去除率高達 97%，由於其結構簡單、處理效果好，因而引起世界各國的廣泛興趣和關註。氧化溝（Oxidation Ditch）汙水處理的全過程如進水、曝氣、沈澱、汙泥穩定和出水等全部集中在氧化溝內完成，最早的氧化溝不需要單獨設置初沈池、二沈池和汙泥回流設備。後來，處理規模和範圍逐漸擴大，它通常采用延時曝氣，連續進出水，微生物產生的汙泥在汙水曝氣凈化的同時得到穩定化處理，不需要設置初沈池和汙泥消化池，處理設施大大簡化。不僅國家環保部門非常重視，而且世界衛生組織（WH0）也非常重視。在美國已建成數百座汙水處理廠，歐洲有數千座。在我國，氧化溝技術的研究和工程實踐始於20世紀70年代，氧化溝工藝以其經濟簡便、優勢突出等特點成為中小型城市汙水處理廠的首選。
氧化溝工藝的演變與發展
氧化溝工藝自誕生以來，其發展過程可分為四個階段：
1.第壹代氧化溝--Pasveer 氧化溝
Pasveer 氧化溝用於處理村鎮汙水，服務人口僅 340 人。它是壹個間歇流處理廠，將傳統處理系統的四個主要元素結合在壹條溝渠中，白天進水和曝氣，晚上用作沈澱池，BOD5 去除率約為 97%。采用水平面曝氣器曝氣和推流，每隔壹段時間，帕斯威爾氧化溝曝氣器需要停機，讓汙泥在溝內沈澱，排出處理後的汙水。第壹代氧化溝溝深為1～2.5m，為了實現連續運行，帕斯維氧化溝發展了多種形式，設置了二沈池。此階段的氧化溝主要是延時曝氣系統。
2.第二代氧化溝--規模化並用於處理工業廢水
氧化溝因其結構簡單、易於操作和管理等優點，自60年代以來其數量和規模不斷增長和擴大，處理能力已從300人口當量發展到目前的1000萬人口當量。處理對象也從處理生活汙水發展到同時處理城市汙水和工業廢水。在此期間，有不少工業廢水也陸續采用氧化溝技術進行處理的工程實例。新壹代氧化溝由於采用了直徑為 1 米的曝氣刷（Mammoth Rotor 由 Passavant 生產）和垂直曝氣器（DHV），使氧化溝的溝深逐漸擴大。使用猛獁轉輪時，深度可達 3.5 米，寬度可達 20 米，而使用垂直曝氣器（後來稱為卡魯塞爾溝）的氧化溝深度可達 4.5 米。
2.同時硝化/反硝化（SN/DEN）。
3.第三代氧化溝--發展的多樣性
隨著氧化溝技術的發展，人們從不同角度對氧化溝進行了深入研究，出現了許多種新型氧化溝，如： ?DHV Carrousel 2000 型、Carrousel Dlenit 型、DHV-EIMCO Carrousel 氧化溝、DHV-EIMCO Carrousel 氧化溝、DHV-EIMCO Carrousel 氧化溝、DHV-EIMCO Carrousel 氧化溝。丹麥克魯格的雙溝和三溝氧化溝德國帕薩旺（Passavant）帶猛獁轉子的深層氧化溝 ?美國 Envirex 公司的 Orbal 多環式氧化溝 這壹階段的氧化溝進壹步考慮了利用氧化溝進行除磷脫氮處理，提出了許多新的概念，產生了許多新的設計方法。在這壹時期，氧化溝不僅出現了延時曝氣低負荷系統，還出現了所謂的 "高負荷氧化溝"、"要求硝化的氧化溝"、"要求硝化反硝化和除磷的氧化溝 "以及 "汙泥穩定化要求的氧化溝 "等，出現了許多新的溝型。
4.第四代氧化溝
--曝氣與汙泥沈澱分離壹體化 80年代初，美國率先提出了將二沈池直接設置在氧化溝中的壹體式氧化溝的概念，在短短十幾年的時間裏，這壹概念得到了迅速發展並在實踐中得到應用，並顯示出十分廣闊的前景。所謂壹體化氧化溝，就是充分利用氧化溝較大的容積和水面，在不影響氧化溝正常運行的情況下，通過改進氧化溝部分結構或在溝內設置壹定的裝置，使汙水分離過程在氧化溝內完成。美國環境保護局稱這種技術為創新和替代技術（I/A）。壹體化氧化溝由於其中沈澱區的結構形式和運行方式不同，有多種類型，如：1）帶溝渠分離器的壹體化氧化溝（BMTS 型）2）船形壹體化氧化溝3）邊溝或中心島型壹體化氧化溝（中國）4）交替曝氣氧化溝
編輯本段氧化溝的設計參數
根據美國環保署（EPA）發布的《美國水質監測報告》，美國水質監測的主要指標是水質、水量和水質。環境保護署（EPA）2000 年發布的氧化溝設計參數
根據美國環境保護署（EPA）2000 年發布的設計指導參數，氧化溝的平均速度應為 0.25m/s-0.35m/s，以保持氧化溝中的活性汙泥處於懸浮狀態。此外還有動力參數。氧化溝流程圖
編輯本段氧化溝技術展望
氧化溝自1954年Pasveer氧化溝出現以來，就依靠其簡便的汙水處理方式而不斷發展。氧化溝應用多年，經久不衰，並取得了不少突破，比如：1968 年出現了 Carrousel 氧化溝，1970 年出現了 Orbal 氧化溝，1993 年出現了 Carrouse1 2000 氧化溝，1998 年出現了 Carrouse1 1000 氧化溝，並仍在繼續發展，1999 年出現了 Carrouse1 1000 氧化溝，並仍在繼續發展，1999 年出現了 Carrouse1 1000 氧化溝。1999 年出現了 Carrouse1 3000 氧化溝，而綜合氧化溝出現在 20 世紀 80 年代初。究其原因，可以說氧化溝技術的發展強在氧化溝的循環性，正因為這種循環性，是造成氧化溝經久不衰的內在原因，外在原因則是它具有多功能性、汙泥穩定性、出水水質好且易於管理。氧化溝不同於其他活性汙泥法的主要特點是環池式，或者說只要保持溝內首尾相接、水循環流動，選擇具體的設計參數、溝型和運行方式，就會給操作者和設計者帶來極大的方便，其靈活性和適應性也很強，有進壹步研究、開發和應用的廣闊空間。
編輯本段氧化溝的技術特點及缺陷
氧化溝又稱氧化溝，因其結構為封閉的環形溝而得名。它是活性汙泥法的壹種變體。由於汙水和活性汙泥在曝氣溝內不斷循環流動，所以有人稱其為 "環形曝氣池"、"無終端曝氣池"。氧化溝的水力停留時間長，有機負荷低，本質上是壹種延時曝氣系統。壹般氧化溝法的主要設計參數如下：水力停留時間：10-40 小時；汙泥齡：壹般大於 20 天；有機負荷：0.05-0.15kgB：有機負荷：0.05-0.15kgBOD5/（kgMLSS.d）；容積負荷：0.2-0.4kgBOD5/（kgMLSS.d）：0.2-0.4kgBOD5/(m3.d)；活性汙泥濃度：2000-6000mg/l；溝內平均流速：0.3-0.5m/s 氧化溝技術特點：氧化溝采用連續環流反應器（Cintinuous Loop Reactor，簡稱CLR）作為生物反應池，反應器中的混合液在密閉曝氣池中進行反應。反應池在壹個封閉的曝氣通道中進行連續循環，氧化溝通常采用延遲曝氣條件。氧化溝使用具有方向控制功能的曝氣和攪拌裝置，給反應池中的物料施加水平速度，使被攪拌的液體在封閉的通道中循環。氧化溝壹般由溝體、曝氣設備、入口和出口裝置、流入和混合設備組成。溝體的平面形狀壹般為環形，也可以是矩形、L 形、圓形或其他形狀，溝渠端面的形狀多為矩形和梯形。氧化溝法具有較長的水力停留時間、較低的有機負荷和較長的汙泥齡。因此，與傳統的活性汙泥法相比，它可以省去調節池、初沈池、汙泥消化池，在某些情況下還可以省去二沈池。氧化溝之所以能保證較好的處理效果，主要是因為其巧妙地結合了CLR形式和曝氣裝置的具體定位布置，是該類型氧化溝具有獨特的水力特性和工作特性：1）氧化溝結合了推流和完全混合的特點，有力地克服了短流，提高了緩沖能力，通常在氧化溝上遊布置曝氣區的流入點，並在流入點的上遊布置流出點。流入的水流在通過曝氣區的循環過程中得到充分的混合和分散，混合後的水流又繼續在CLR周圍循環。這樣，氧化溝在短期內（如壹個循環）被推動，在長期內（如多個循環）被混合。這兩者結合，即使入流至少經過壹個循環而基本消除短流，也能提供較大的稀釋倍數，提高緩沖能力。同時為了防止汙泥沈積，必須保證溝內有足夠的流速（壹般平均流速大於 0.3m/s），且汙水在溝內停留時間較長，這就要求溝內通過較大的循環流量（壹般為汙水進水流量的幾倍甚至幾十倍），汙水進入溝內立即被大量的循環液所混合和稀釋，因此氧化溝系統具有很強的抗沖擊負荷能力，對不易降解的有機物也有很好的處理能力。2）氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適合硝化-反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上看是完全混合的，但液體流動是保持推流前進的，曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區上遊溶解氧濃度較高，然後沿溝長逐漸下降，有明顯的濃度梯度，到下遊區溶解氧濃度很低，基本處於缺氧狀態。氧化溝的設計可根據要求布置好氧區和缺氧區，實現硝化-反硝化過程，既可利用硝態氧滿足壹定的需氧量，又可通過反硝化補充硝化過程消耗的堿度。這些都有利於節約能源，減少甚至消除硝化過程中需要添加的藥劑數量。3）氧化溝內功率密度配備不均，有利於氧氣傳質、液體混合和汙泥絮凝。傳統曝氣的功率密度壹般只有20-30瓦/米3，平均速度梯度G大於100秒-1.這不僅有利於氧的傳質和液體的混合，也有利於汙泥顆粒的全切絮凝。當混合液通過平穩輸送區到達後期好氧區時，平均速度梯度G小於30秒-1，汙泥仍有再絮凝的機會，從而也提高了汙泥的絮凝性能。4) 氧化溝的整體功率密度較低，可以節約能源。氧化溝的混合液壹旦加速到溝內平均流速，只需克服沿程和彎道的水頭損失即可維持循環，因此氧化溝能以遠低於其他系統的整體功率密度維持混合液流動和活性汙泥懸浮狀態。據國外壹些報道，氧化溝與傳統活性汙泥法相比，能耗降低 20%-30%。此外，據國內外統計，與其他汙水生物處理方法相比，氧化溝具有處理工藝簡單，過工管理方便；出水水質好，工藝可靠；資金投入少，運行費用低等特點。傳統的氧化溝脫硝，主要是利用溝內溶解氧分布的不均勻性，通過合理的設計，使溝內產生好氧區和缺氧區的交替循環，從而達到脫硝的目的。其最大優點是在同壹溝渠內實現有機物和總氮的去除，無需額外的碳源，因此非常經濟。但由於難以準確控制同壹溝渠中好氧區和缺氧區各自的容積和溶解氧濃度，因此脫氮效果有限，而對除磷幾乎無效。此外，在傳統的單溝式氧化溝中，微生物在好氧-缺氧-好氧的短期頻繁環境變化中，硝化細菌和反硝化細菌並不總是處於最佳的生長代謝環境，這也影響了單位容積結構的處理能力。氧化溝的缺點 氧化溝雖然具有出水水質好、抗沖擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易於穩定、節能、易於自動化控制等優點。但在實際運行過程中，仍存在壹系列問題。1、汙泥膨脹 當廢水中碳水化合物較多、N、P 含量失衡、pH 值偏低、氧化溝汙泥負荷過高、溶解氧濃度不足、汙泥排放不暢等情況下容易引發絲狀菌汙泥膨脹；非絲狀菌汙泥膨脹主要發生在廢水水溫較低而汙泥負荷較高的情況下。微生物負荷高，細菌吸收大量營養物質，由於溫度低，新陳代謝緩慢，積累大量高粘性多糖，使活性汙泥表面附著水體大大增加，SVI值很高，形成汙泥膨脹。針對汙泥膨脹的原因，可以采取不同的對策：引起缺氧、水溫過高時，可增加曝氣量或減少進水量以降低負荷，或適當降低 MLSS（控制汙泥回流量），使需氧量降低；如汙泥負荷過高，可增加 MLSS 來調節負荷，必要時可停止進水，悶曝壹段時間；可通過添加氮肥、磷肥來調節混合液，可添加氮肥和磷肥來調節混合液中養分的平衡（BOD5：N:P=100:5:1）；pH 值過低時，可加入石灰進行調節；漂白粉和液氯（0.幹汙泥的3%～0.6%），可抑制絲狀菌繁殖，控制水結汙泥膨脹[11]。2、 泡沫問題 由於進水中含有大量油脂，處理系統不能完全有效去除，部分油脂富集在汙泥中，經旋轉刷充氧混合，產生大量泡沫；泥齡長，汙泥老化，也易產生泡沫。采用表面噴水或消泡劑去除泡沫，常用的消泡劑有機油、煤油、矽油等，用量為 0.5~1.5mg/L。通過提高曝氣池中汙泥的濃度或適當減少曝氣量，也能有效控制泡沫的產生。當廢水中含有較多表面活性物質時，可采用泡沫分離法或其他方法提前去除。也可以考慮增加壹套除油裝置。但最重要的還是要加強水質管理，減少含油量高的廢水和其他有毒廢水的進入 3、汙泥上浮 當廢水含油量過大時，整個系統的泥質較輕，在運行過程中不能很好地控制其在二沈池中的停留時間，容易造成缺氧，導致汙泥腐蝕上浮；當曝氣時間過長時，池內發生高度硝化，使硝酸鹽濃度偏高，在二沈池中容易發生反硝化作用，造成氮氮化。二沈池內發生反硝化作用易產生氮氣，使汙泥上浮；另外，廢水含油量過大時，汙泥上浮可能會對油質產生不利影響。汙泥上浮發生後應暫停進水，破碎或清除汙泥，確定原因，調整運行方式。如發現汙泥沈降性差，可投加混凝劑或惰性物質改善沈降性；如發現進水負荷大應減少或增加回水流量；如發現汙泥顆粒細可降低曝氣機轉速；如發現反硝化，應減少曝氣量增加回水量或排泥量；如發現汙泥腐蝕，應增加曝氣量去除淤泥並盡量改善池內水力條件。4、針對氧化溝內流速不均勻和汙泥沈積的問題，為了獲得氧化溝特有的特性，可將汙泥憋在油中。在氧化溝中，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合液必須以壹定的流速在溝中循環。壹般認為，最小流速應為 0.15m/s，無沈積的平均流速應為 0.3~0.5m/s。氧化溝的曝氣設備壹般為曝氣刷和曝氣轉盤，曝氣刷的浸沒深度為 250~300mm，曝氣轉盤的浸沒深度為 480~530mm。與氧化溝的水深（3.0~3.6m）相比，曝氣刷只占 1/10~1/12 的深度，轉盤也只占 1/100~1/12 的深度，水深為 1/100~150mm。10~1/12，轉盤也只占 1/6~1/7，從而造成氧化溝上部流速較大（約 0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特別是在水深 2/3 或 3/4 以下時，混合料幾乎沒有流速），致使溝底堆積大量淤泥（有時淤泥堆積厚度達 1.0m），大大降低了氧化溝的有效處理能力，降低了處理效果，影響出水水質。增設上下遊導流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最便捷的措施。上遊導流板安裝在距轉盤（轉刷）軸中心 4.0（上遊）處，導流板高度為水深的 1/5~1/6，垂直於水面安裝；下遊導流板安裝在距轉盤（轉刷）軸中心 3.0m 處。導流板的材料可以是金屬或玻璃纖維，但以玻璃纖維為佳。與其他改進措施相比，導流板不僅不會增加動力消耗和運行成本，還能較大幅度地提高充氧能力和理論動力效率。此外，通過在曝氣機上遊設置水下推流器，還能對曝氣轉刷底部低流速區的混合液循環流動起到積極的促進作用，從而解決氧化溝底部流速低、汙泥沈積的問題。設置專用於促進混合液流動的水下推流器，可使氧化溝的運行更加靈活，這對節約能源、提高效率具有十分重要的意義。