论文导读：本文通过分析江苏省某城市污水处理厂的DE型氧化沟工艺的进、出水水质及其交替工况，并分析研究了交替式污水处理技术的机理、运行时序、交替模式。交替式污水处理技术处理城市污水是可行的，并且还具有节能、控制灵活、占地省等特点。尤其是近年来一些污水厂需要升级改造，交替式污水处理技术是现有污水厂升级改造的首选工艺。
关键词：DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能
本文中所研究的污水处理厂位于江苏省某城市，城市污水处理厂（下文简称污水厂）总设计处理能力为每日8万吨，污水厂的设计进、出水水质如表1所示，污水主要来自科学园、大学城、科学园研发区（内含工业污水），服务面积50多平方公里，服务人口约40万人。该工程分两期建设，其中一期工程日处理能力4万吨，2008年初工艺调试成功。污水厂所处地区属北亚热带季风气候区，年平均温度为15.7℃，年平均降雨117天，降雨量1106.5毫米。
表1 污水厂进、出水水质水质指标
本污水厂采用的工艺为DE型氧化沟，工艺流程图如图1所示，氧化沟按照不同的运行方式可分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式等三大类型。连续式氧化沟进、出水流向不变，氧化沟只作曝气池使用，系统设有二沉池，常见的有卡鲁塞尔氧化沟、帕斯韦尔氧化沟等；交替工作氧化沟是在不同时段，氧化沟系统的一部分交替轮流作为沉淀池，不需要单独设立二沉淀，常见的有三沟式氧化沟（T型氧化沟）；半交替工作氧化沟系统设有二沉池，使曝气池和沉淀完全分开，故能连续式工作，同时可根据要求，氧化沟又可分段处于不同的工作状态，具有交替工作运行的特点，常见的有DE型氧化沟[1]。
图1 污水厂工艺流程图
经过统计本污水厂2008年06月～2010年06月进、出水中BOD5、COD、SS、NH3-N、TN、TP的情况，结论如表3中所示，经过半交替式工艺（厌氧池+DE氧化沟+二沉池）处理城市污水的达标率为100%，BOD5、COD、SS、NH3-N、TN、TP的去除率分别为：83.51%、84.18%、91.31%、89.19%、59.15%、67.15%，由数据可以推断半交替式工艺具有较高的去除有机物、悬浮物、NH3-N的功能，同时也能对水中TN、TP有较高的去除能力，本污水厂的去除率还有很大的提升空间，这与交替运行时序的设置有很大关系。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，C/P>17才能满足生物除磷要求，在此时间段本厂BOD5/COD、BOD/TN、BOD/TP的平均值分别为0.364、1.86、22.79，显然，污水厂的进厂水中碳源较少，在此种情况下，适当增加缺氧段运行时间，以及修改交替模式（将第二段均设置成硝化反应状态）、调整水停留时间以及外回流量等就可以提高脱氮、除磷的去除率。
表3 污水厂2008.06～2010.06期间水质统计分析情况
2、DE型（交替）氧化沟生物脱氮和除磷机理
DE型氧化沟的生物脱氮功能是通过特殊的运行方式，利用逻辑程控系统使污水交替进入氧化沟，并利用曝气转刷或曝气机来控制溶解氧的浓度，使硝化和反硝化在沟中交替发生，从而达到脱氮的目的；氧化沟中部分活性污泥絮体内外层存在浓度梯度，活性污泥絮体表层，由于氧的存在而进行氨的氧化反应，污泥絮体内层的溶解氧逐渐下降，此中环境下进行反硝化反应，最典型的同时硝化反硝化工艺就是氧化沟[2]；氧化沟前设置了厌氧池，从二沉池至厌氧池的回流污泥中存在NO3-、NO2-，在厌氧条件下，以NO3-、NO2-为电子受体，以NH4+为电子供体将氨转化为N2[3]，此种厌氧氨氧化脱氮模式可能对本工艺脱氮起到一定作用，但是还需进一步实验研究才能确定。
对于生物除磷，由于聚磷菌好氧吸磷比厌氧释磷要多，因此污水中的磷通过排放富磷剩余污泥来去除，双沟式氧化沟工艺也正是此原理，通过在氧化沟前加厌氧池，达到除磷的目的[2]；缺氧环境中以硝酸盐取代氧气为电子受体进行缺氧吸磷，硝酸盐被还原为氮气而得以去除，达到同时除磷和脱氮双重目的[4]，反硝化除磷技术是否在本污水厂除磷过程中发挥作用，仍需更深入研究证实。
3、运行时序
图2 污水厂工艺流程图
本污水厂DE氧化沟系统运行模式如图2所示，一般情况，污水进入氧化沟前端的厌氧池，经配水井的切换，两条沟交替出水，再此过程中营造出厌氧、好氧区和缺氧区，且不存在污泥回流。DE型氧化沟生物的运行程序根据实际情况，改变运行周期(4~8h)与运行程序，同时重新组合厌氧池等池体在工艺中分布顺序就可得到不同的脱氮除磷效果，结合进厂污水的特性，组合合适的操作程序（双沟式氧化沟操作模式可以在4种最基本的模式基础上扩展，开发出具有多种交替程序和组合模式），本污水厂运行时序如下：
1段：历时105分钟。污水进入沟I，沟I中搅拌机转动，使悬浮污泥和污水充分混合，沟I处于缺氧状况，缺氧对于反硝化反应很重要，反硝化反应使硝酸氮转换成自由态的氮，同时在沟中，大量的有机物被除去，沟I出来的水进入沟II。在沟II，污水处于好氧状态，转刷的快速运转为生物反应、有机物氧化、由生物群进行的硝化和大量磷吸收，提供了所需氧气。同时，沟II的自动堰开启，使经处理的污水连续排入沉淀池。在沟II，有溶解氧控制转刷的操作，当溶解氧浓度达到设定数值时，部份转刷停止运转，减少了能量消耗。2段：历时15分钟。论文发表，DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能。污水进入沟II，沟II进行反硝化，同时污水分别流往沟I，沟I进行硝化反应。污水从沟II排放到沉淀池。3段：历时105分钟。污水进入沟II，沟II进行反硝化，污水流往沟I，进行硝化反应，沟I的自动堰开启，污水从沟I排放到沉淀池。4段: 历时15分钟，在4段，氧化沟的操作与2段相同，但污水从沟I排放。在此交替缺/好氧环境中会出现溶解氧浓度梯度，局部环境进行同时硝化反硝化脱氮，有可能30%～50%的脱氮由于同时反硝化而完成[5]；反硝化除磷可能起到一定的作用。
目前通常采用水力停留时间确定厌氧池容积，通常厌氧池中水力停留时间为0.5～1.0hr左右，一般规定最少不低于0.75h，回流污泥量与停留时间成正比，同时厌氧污泥量占反应池总污泥量的比值不低于10%，才能有较好的除磷效果[6]。论文发表，DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能。
在这个运行时序中，1、3两个阶段是主反应，主要通过相互切换，达到不用内回流就可以具有较高脱氮效率；2、4是过渡段，主要作用是使进入二沉池的混合液含有较高的溶解氧，保证二沉池不会出现厌氧池反硝化造成污泥上浮。在时间分配上，一般好氧时段占56%，缺氧时段占44%的情况下，脱氮效率较高。如果改变1、2、3、4时段的时间，从而改变缺氧时段所占比重，就可以设计成多种适应脱氮要求的工艺；当脱氮效率要求不高时，缺氧时段比值较低时，加长2、3段时间可以实现；按照以往经验，在8h周期的控制时序中2、3段时间最少需要30min，才能保证出水[6]。
刘俊新，王宝贞等人通过调节转刷的充氧能力可使氧化沟内形成好氧段和缺氧段，当缺氧段的容积占氧化沟总容积的45%～55%时，总氮去除率高于90%。通过加入厌氧池，可提高氧化沟的除磷效率[7]。
本污水厂厌氧生物选择池内配有推流搅拌器，以防止污泥沉积。二个氧化沟相互连通，串联运行，可交替进、出水，沟内曝气转刷高速运行时曝气充氧，低速运行时只推动水流，不充氧。论文发表，DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能。通过两沟内转刷交替处于高速和低速运行，则两沟交替处于缺氧和好氧状态，同时，氧化沟内还设置了推流搅拌器，主要起到推流作用。污水由厌氧池至二沉池的过程中，经历了厌氧、交替好氧/缺氧、沉淀的工况，经过微生物生化反应达到脱氮除磷的功能，具体交替工况如表2所示：（注：▲——进水、△——出水、★——搅拌器运行、☆——低速运行、☆☆——高速运行）
表2 污水厂半交替工况运行模式
交替独立运行氧化沟在实质上是一个连续流活性污泥系统，但是具有按时间顺序交替切换运行状态的特点。常规活性污泥法中污水按空间顺序依次在各个反应器(区)中完成好氧、缺氧(厌氧)和沉淀等处理过程。而交替独立运行氧化沟中，分别处于好氧、缺氧或沉淀等运行状态的各个氧化沟，按规定的周期相互切换运行状态。适当控制各周期长短与比例以及其运行条件，就可达到要求的处理目的。这种工艺上的灵活性使系统优化比较容易实现，应用微机自动控制运行也已取得了良好的效果[5]。
现有的交替模式工艺有交替式氧化沟、UNITANK工艺、SBR系列工艺以及近年来新开发的相关具有交替模式的工艺等。一般情况，交替工艺利用都具有2组以上池体组成；均可以至少2点以上交替进、出水；生化池池体均能交替组合进行好氧/缺氧/厌氧/沉淀工况处理污水；基本上不需增加泵作为内回流系统动力，只需要控制闸门的开/关就可以达到污泥回流。
污水通过进水闸门控制，按时序分别进入交替廊道，这样就形成了不同的运行周期。论文发表，DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能。交替工况运行中曝气系统、推流搅拌设备、闸门起到很重要的作用。论文发表，DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能。曝气系统根据工艺不同可选表曝机类似系列曝气设备和鼓风机房—曝气管路系统等鼓风曝气系统；推流搅拌设备可选主要有：推流器、搅拌器、推流搅拌器等；闸门最好能选用开启速度快的设备。论文发表，DE型氧化沟机理运行时序交替模式升级改造节能。
崔志峰等人提出了交替式（曝气—沉淀一体化）内循环活性污泥工艺（AICS），该工艺已在新疆阿克苏污水处理厂、密云县污水处理厂、山东日照市东区污水处理厂等成功投入使用，并取得了非常好的效果[8]。佛山市第二污水处理厂首期工程采用组合交替式活性污泥法工艺：具有占地省、土建费用低、运转灵活、管理方便、运营费用低等独特的优点，尤其适合在中小型污水处理厂应用，在一定范围内可以替代其它活性污泥法[9]。
通过对江苏省某城市污水处理厂的DE型氧化沟工艺运行情况分析，深入分析研究了相关交替式污水处理技术的机理、运行时序、交替模式，总结出交替式污水处理技术具有较高的去除有机物、悬浮物、TN、TP的功能，针对不同地区进水水质存在差异的情况，只需要设置合适的运行时序、调整交替模式就能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的相应标准；该工艺还具有节能、控制灵活、占地省等特点；在国家节能减排的政策引导下，尤其是近年来一些污水厂需要升级改造，完全可以利用原有的构筑物，将交替式污水处理技术做为现有污水厂升级改造的首选工艺。
参考文献：
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[6]周雹，活性污泥工艺简明原理及设计计算[M]，中国建筑工业出版社，2005，21-168
[7]刘俊新，王宝贞，J.W.vanGroenestijin等，采用氧化沟从城市污水中去除氮和磷的研究[J]，哈尔滨建筑大学学报，1997.30（5）36-40
[8]崔志峰，王凯军等，交替式内循环活性污泥工艺的应用[J]，中国给水排水，2004，20（9）56-58
[9]陈贻龙，组合交替式活性污泥法工艺处理城市污水的工程应用[J]，中国市政工程，2004（1），40-45
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