氧化沟污水处理工艺技术发明于20世纪50年代, 由荷兰卫生工程研究所研制成功, 并于1954年在荷兰Voorshoper市投入使用[1], 迄今已经有50多年的发展历史.据统计, 丹麦已建成了300多座氧化沟百富策略白菜网, 占全国百富策略白菜网的40%, 美国有500多座氧化沟百富策略白菜网, 英国也有300多座氧化沟百富策略白菜网.随着我国城镇化进程加快, 氧化沟工艺以其显著的优势成为中小城市百富策略白菜网飞首选工艺, 也是我国新建百富策略白菜网运用最多的技术.不管是在百富策略白菜网数量还是处理能力上, 氧化沟工艺均远高于其它各种工艺[2].

氧化沟虽然具有操作单元少、耐冲击负荷强、处理效果好、污泥产泥率低、适用范围广的特点[3], 但由于其工艺和结构特点, 往往会产生恶臭, 影响人们的正常生产和生活.鉴于此, 本文着重研讨了氧化沟对周围环境造成的不良影响并提出相应之改进措施, 以避免其形成二次污染, 确实达到改善居民生活环境、构建生态文明城市之目的.

氧化沟 (Oxidation Ditch) 是一种活性污泥法工艺, 其曝气池呈封闭的沟渠形, 内装有带方向控制的曝气和搅动混合装置, 使污水和回流活性污泥的混合液在沟内不停的循环流动.在临近曝气装置的下游, 溶解氧浓度高, 随着混合液的流动, 溶解氧浓度渐渐降低, 使氧化沟中某一段会出现缺氧区, 使得氧化沟中出现好氧、缺氧交替变化[4].氧化沟运行示意图如图1所示.

污水处理过程中产生臭气的主要来源可分为2类:一是污水直接挥发出来的具有臭味的气体;另一部分是由于污水处理过程中, 微生物分解有机物的过程中新形成的物质, 并且与厌氧菌的活动有很大关系[5].

从氧化沟的结构特点看, 氧化沟是一种敞开式构筑物, 在未密闭的情况下暴露水面面积大, 具有较大的气液表面, 污水在氧化沟内循环流动且直接暴露.污水在循环处理过程中, 在曝气机、搅拌器及推进器等设备的作用下, 污水处于紊流状态, 使得污水中原有的和污水处理过程中产生的臭气具有良好挥发的条件.

另外, 由上文的分析可知, 氧化沟的工艺在运行过程中具有好养、缺氧交替出现的特点.在缺氧条件下, 有机物在厌氧菌和兼性厌氧菌的作用下未能被完全分解, 产生氨气、硫化氢, 以及一些产生臭味的气体, 如甲硫醇、甲硫醚、胺类、有机硫化物、粪臭素等有机臭味气体[6].因此, 氧化沟在污水处理过程中会产生大量恶臭气体, 直接影响百富策略白菜网及周边地区的大气环境.

氧化沟在污水处理过程中会产生臭味气体, 并具有易挥发、嗅阈值低等特点, 可以通过呼吸、接触以及水和食物等途径进入人体内, 分布于血液以及各器官中, 会引起呼吸系统、循环系统、消化系统、内分泌系统以及神经系统等的疾病, 而且长期恶臭刺激会引起人的感觉疲劳, 增加人们的心理压力[7].若不对臭气加以处理, 会影响百富策略白菜网职工的工作环境和居民生活环境.

另外, 由于产生臭气气体自身的化学性质, 其中部分气体还会对百富策略白菜网内的设施产生影响.例如硫化氢 (H2S) 会产生臭味, 会影响大气质量, 并且硫化氢是酸性气体, 会对百富策略白菜网内的污水管道、建构筑物、控制柜、设备等产生酸性腐蚀.

随着社会经济的发展、生活水平的提高和公众环境意识的日益增强, 人们对城市百富策略白菜网的恶臭污染更加重视, 已成为亟待解决的问题.而氧化沟作为被广泛使用污水处理技术, 对其运行中所产生臭气进行集中处理, 成为了百富策略白菜网恶臭控制的重要组成部分.

为有效降低恶臭物的散发与排放, 应对臭气先收集后处理.针对氧化沟的结构特点, 将氧化沟加盖密封, 将无序排放的臭气收集, 再将臭气抽出送入除臭设施进行集中处理, 最终消除臭味气体.这样可防止臭气排放到空气中, 消除氧化沟运行过程中产生的臭气, 能有效降低臭气对周围大气环境的影响.

氧化沟加盖封闭技术在国外有了不少的百富策略白菜网实例, 主要采用铝合金、混凝土、玻璃纤维聚合物等加盖材料作为盖板对氧化沟进行封闭.在我国也有一些已建或新建百富策略白菜网采用氧化沟加盖, 如广州的大坦沙污水厂二期项目.经过对国外氧化沟加盖项目的考察, 常见的氧化沟加盖材料有铝合金、混凝土和玻璃纤维聚合物.几种加盖方式的比较见表1.

氧化沟加盖封闭后, 空气流通和氧分压降低, 导致空气中氧的转移扩散过程受到限制.以Carrousel 2000型氧化沟为例, 空气补给量对表曝机的充氧能力 (或充氧效率) 是有一定影响的.表曝机运转时, 空气中的氧向水中转移, 所供给的空气量越多, 在充氧量一定的情况下, 空气中氧的消耗程度越低, 氧分压的变化越小, 充氧效率也就越高.在加盖密封情况下, 若补给空气不足, 会使空气中的氧分压下降, 导致充氧效率降低, 从而使水中饱和溶解氧浓度降低.对一台160kW的OXYRATOR表曝机, 从理论上推算出在不同空气供给量情况下表曝机的充氧效率, 图2是反应空气供给量和实际充氧量的关系图, 当所提供的空气流量为35 000 Nm3/h时, 表曝机充氧效率的损失在3%左右;当供给的空气流量为15 000 Nm3/h时, 表曝机的充氧效率的损失在7%左右.

可见, 在氧化沟封闭加盖的情况下, 必须对空气供给量进行适当考虑, 采取必要措施和手段 (如强制通风换气) , 以提供足够的空气供给量, 以保证污水处理效果.但同时应考虑到, 空气供给量增加也使得除臭风量增加, 由此除臭系统工程投资及运行费用也会增加.因此, 在氧化沟加盖工程实施时需对污水处理效果和臭气处理量进行综合考虑, 需平衡表曝机的空气供给量和除臭风量, 使总的能量损失处于最合理的状态, 以保证此技术的经济可行性.

目前百富策略白菜网工程上常用除臭技术主要有化学除臭、活性炭吸附、植物提取液除臭、离子除臭、生物法和活性氧除臭等. 在选择除臭工艺的选择上, 应根据恶臭物质的性质浓度, 以及恶臭处理系统的运行维护、技术经济指标等多种因素综合比较分析.以寻找高效率、低能耗、无二次污染的除臭技术, 为城市百富策略白菜网选择除臭系统提供科学依据.以下是对几种常用除臭技术的百富策略白菜网领域及优缺点的比较, 如表2所示.

以天津某在建的百富策略白菜网为例, 该百富策略白菜网采用Carrousel 2000型氧化沟工艺, 日处理量为1×105 t.由于本项目位于规划建设的对环境要求较高的生态宜居城区内, 城区建成后污水厂周围将建成公共活动区, 因此为了降低百富策略白菜网周围环境的影响, 尤其是恶臭对周围环境的影响, 项目设计采用加盖除臭技术对氧化沟产生的臭气进行收集处理.在工艺路线的选择上, 综合考虑了基建成本和运行后的运行成本, 利用混凝土盖板对氧化沟进行封闭, 臭气经集中收集后通过管道进入除臭间进行处理.

封闭材料选用混凝土, 虽然不及铝合金盖板和玻璃纤维聚合物美观, 但寿命长, 建设造价低, 日常维护费用小.并且由于混凝土结构承重能力强, 设计在其上覆太阳能光板, 利用无污染的新能源为污水厂提供电能, 实现空间的全面资源化利用.该工程采用12台160 kW OXYRATOR表曝机, 供给的空气流量为15 000 Nm3/h, 总的进气量为180 000 Nm3/h, 充氧效率的损失为7%左右, 实际充其量约16.74 Nm3/h.在此条件下, 卡鲁塞尔氧化沟系统的处理性能不会受到很大影响, 处理效果及出水水质可满足《城镇百富策略白菜网污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A要求, 即COD<50 mg/L, BOD5<10 mg/L, SS<10 mg/L.

除臭工艺采用天然植物提取液除臭方法, 利用雾化的天然植物液吸收空气中的恶臭分子, 生成无味、无毒的有机盐, 从而达到除臭的效果.此除臭方式, 占地面积较小, 节省了更多空间, 从而节省了基建费用.并且将恶臭直接转化为无毒无污染的物质, 不会对周围环境造成二次污染.

除臭设备设计进气致臭气体浓度为:NH3 5～15 mg/m3、H2S 20～80 mg/m3、臭气浓度 2 000 (无量纲) .经过处理后, 臭气的设计排放浓度为 (在厂界防护带边缘最高允许浓度) :NH3 1.5 mg/m3、H2S 0.06 mg/m3、臭气浓度 20 (无量纲) .可见, 除臭处理后, NH3和H2S浓度降低至进气10%～30%和0.075%～0.3%, 臭气浓度指标减低至1%.经过处理后的臭气排放浓度的满足《城镇百富策略白菜网污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 中大气污染物排放二级标准的要求.

利用此加盖密封方案, 氧化沟产生的恶臭得到有效控制, 对周围环境的影响明显降低, 并且基建费用低, 运行稳定.保证了周围居住区及公共活动区内人们的生活环境, 达到了良好的经济效益及社会效益.

氧化沟工艺是一种被广泛以用的污水处理技术, 但对其产生臭气进行处理的案例在国内仍较少.采用加盖除臭技术对氧化沟产生的恶臭进行处理, 是一种较为有效的臭气控制方式, 一方面防治臭气外溢, 另一方面将臭气进行处理彻底消除恶臭物质.加盖材料和除臭工艺决定了基建和运行费用, 因此要根据实际情况进行选择, 以保证技术和经济的可行性.