五沟式氧化沟的设计及运行
　

　　南通市污水处理厂工程的一期处理规模为2.5×10⁴m³/d，以处理工业废水为主(化纤、印染、制药、皮革、酿造等废水，所占比例在80%以上)。设计进水BOD₅为350mg/L，SS为250mg/L，出水需达到《污水综合排放标准》(GB8978—96)中的二级标准，处理工艺为创新的五沟式氧化沟，厂区总占地面积为6.75hm²。该工程自1994年6月建成投产以来一直满负荷运行，处理效果良好。

1　五沟式氧化沟的设计及特点

1.1　五沟式氧化沟
　　在该厂的设计过程中，曾考虑采用三沟式氧化沟工艺。针对该厂设计进水BOD₅达350mg/L的情况，通过计算发现三沟式氧化沟的容积偏大，特别是当边沟作沉淀池时其水力停留时间达10h以上，造成了容积的浪费(容积利用率仅为55%)，同时其设备利用率也较低，故较高浓度的污水采用三沟式氧化沟工艺进行处理是不经济的。
　　由三沟式氧化沟的工作原理可知，其中间沟一直作为生化反应池，如增加中间沟的容积即可增加容积及设备的利用率，从而降低工程造价。为此，提出了五沟式氧化沟的概念，即以等容积的五条环形沟并联组成五沟式氧化沟，各沟之间以孔洞连通，两边沟交替作为沉淀池、生化池，中间三条沟作为生化池，配水井可交替向五条沟中的任一条沟配水，并通过控制转刷的开、停以及高、低速运行来达到各沟中好氧、缺(厌)氧、沉淀等不同的运行状态。
1.2　五沟式氧化沟的设计
　　南通市污水厂(一期工程)采用1座五沟式氧化沟，主要设计参数：污泥负荷为0.08kgBOD₅/(kgMLSS·d)，混合液浓度为4g/L。氧化沟总容积为40866m³，每沟容积为8173m³，平面尺寸为102.75m×120.5m，有效水深为3.5m，沟宽为10m。配备25台直径为1m、有效长度为9m的双速曝气转刷。
1.3　运行模式及特点
　　五沟式氧化沟的运行模式类似于三沟式氧化沟，其两边沟交替作为沉淀池和曝气池，中间三沟(交替进水)作为缺氧池、好氧池。沟内配备带双速电机的曝气转刷，其在高速运行时曝气充氧，在低速运行时维持沟内的混合液流动，为反硝化创造一个缺氧环境。该工程采用的工作周期为8h，运行方式分为6个阶段。?
　　阶段A(1.5h)：污水进入1号沟，由5号沟出水。1号沟转刷低速运行，因处于缺氧状态而进行反硝化；2、3、4号沟转刷高速运行，进行有机物的降解和硝化。?
　　阶段B(1.5 h)：污水进3号沟，仍由5号沟出水。3号沟转刷低速运行，处于缺氧状态而进行反硝化；1、2、4号沟转刷高速运行。
　　阶段C(1h)：污水进入2号沟，由5号沟出水。2号沟转刷低速运行，3、4号沟转刷高速运行；1号沟转刷停开，处于出水过渡状态。?
　　阶段D(1.5 h)：污水进入5号沟，由1号沟出水。5号沟转刷低速运行，处于缺氧状态；2、3 、4号沟转刷高速运行。?
　　阶段E(1.5 h)：污水进入3号沟，仍由1号沟出水。3号沟转刷低速运行，2、4、5号沟转刷高速运行。?
　　阶段F(1 h)：污水进4号沟，仍由1号沟出水。4号沟转刷低速运行，2号、3号沟转刷高速运行；5号沟转刷停止运行，处于出水过渡状态。?

　　上述各阶段的时间设定及运行周期可根据实际情况进行适当调整。氧化沟的进、出水和转刷的开停及其转速的高低都通过PLC控制。为节省电耗按运行的实际需要充氧，在每条沟中都设有DO探头，当某一沟中DO测定值大于其设定值时则该沟中的转刷逐台由高速变为低速运行。?
　　由运行方式可见，五沟式氧化沟每条沟每天用于生物处理的时间：1、5号沟为9h，2、3、4号沟为24h。由此可得出五沟式氧化沟的容积利用率为0.75，比三沟式氧化沟的容积利用率(0.55)提高了20%，同样设备利用率也提高了20%。另外，采用五沟式氧化沟与采用三沟式氧化沟相比，其池体体积、曝气转刷数可减少27%，工程投资可减少20%～30%，经济效益显著。另外，五沟式氧化沟能够实现全时反硝化，即五沟中总有一沟处于缺氧反硝化运行状态。全时反硝化可达到更高的脱氮效率，减少耗氧量，并节省能耗。而三沟式氧化沟每天只有13.5h处于反硝化运行状态。?

2　运行效果

　　该工程自1994年6月投产以来一直满负荷运行。在运行的前几年主要处理工业废水，其进水BOD₅、SS、COD高且变化幅度大，年平均进水水质指标值超过设计值。后几年，随着城市污水管网的不断完善则城市生活污水的接入量逐年增加，污水厂进厂水质指标值逐 年下降(见表1)，进水水质指标值超过设计值的天数逐年减少，进而年平均进水水质指标值逐渐下降到设计值。

表1　每年进水水质指标值超设计标准天数　　d

年份	BOD5(＞350mg/L)	SS(＞250mg/L)	COD(＞1000mg /L)
1994	160	64	61
1995	167	37	50
1996	138	33	19
1997	73	26	10
1998	91	34	25
1999	46	50	23
2000	20	52	9
2001	23	32	15

　　由表1可知，虽然进水水质指标值高于设计值，且水质变化幅度大(最高日进水BOD₅是设计值的4倍)，但出水BOD₅、SS、COD仍能满足排放要求，充分体现了氧化沟耐冲击负荷、运行稳定的特点。?

3 存在问题及分析

　　①进水污染物浓度高、变化幅度大，特别是进水呈酸性(常年进水的pH值为6.5左右，最低pH值为3～4)，严重影响生物处理系统的运行并降低了设备的使用寿命，如进厂管道就曾因腐蚀而塌陷。污染物浓度高、变化幅度大反映了排放废水工厂的内部预处理没有达到要求。?
　　②有时出水中氨氮浓度仍偏高，氨氮去除率低，不能满足现行的《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中的二级标准要求。其原因主要有二，一是进水NH₃-N浓度高(为100mg/L左右) 而pH值和碱度低(为200mg/L左右)。进水NH₃-N与碱度的比值过低导致了NH₃-N的硝化难以完成，从而不能完全发挥该工艺全时反硝化的特点；二是该工程全部采用了国产设备，其故障率高,因而影响了工艺的正常运行。针对上述问题，采取的对策是严格控制工业废水的排放和提高设备的质量。首先应重点控制排水呈酸性的和排放含高浓度NH₃-N废水的企业，对前者严格要求其进行厂内预处理至中性后方能排入城市排水管网，对后者要求其进行厂内脱氮(可采用吹脱等经济的方法)；其次，对曝气转刷等关键设备应优先选用国外产品。?
　　③一期工程的进水磷含量较低(1～3mg/L)，其大部分被微生物同化利用，出水磷含量可稳定在0.5mg/L以下。但随着城市生活污水接入量的增加则进水BOD₅/P的比例有减小的趋势，故仅依靠微生物的同化作用不能满足出水磷的排放要求。五沟式氧化沟同三沟式氧化沟一样，没有一个绝对的厌氧段，因而生物除磷的能力有限。此外，在一期工程的运行过程中也发现，增加曝气量会导致出现大量泡沫，其带动污泥上浮而造成污泥流失。再者，五沟式氧化沟中的污泥浓度也分布不均，其边沟污泥浓度为中间沟的1倍左右。上述问题需通过对五沟式氧化沟进行改进来加以解决。

4　结语

　　五沟式氧化沟耐冲击负荷，出水水质稳定。其容积利用率高达75%，因而可节省大量投资。五沟式氧化沟能实现全时反硝化脱氮，故可获得更高的脱氮效率。但同时它也存在需进一步提高除磷效率、各沟中污泥浓度分布不均等问题，有待进一步完善。