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一，奥贝尔ORBAL氧化沟技术概述奥贝尔氧化沟通常由三个同心的沟道组成，平面上为圆形或椭圆形。沟道之间采用隔墙分开，隔墙下部设有必要面积的通水窗口。沟道断面形状多为矩形或梯形。隔墙一般使用100-150毫米厚的现浇钢筋混凝土构造。各沟道宽度由工艺设计确定，一般不大于9米。有效水深以4-4.3米为宜。污水由外沟道进入，与回流污泥混合后，由外沟道进入中间沟道再进入内沟道，在各沟道循环达数百到数十次。最后经中心岛的可调堰门流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅伴作用。三个廊道的溶解氧分别控制为0-0.3mg/L、0.5-1.5mg/L、2-3mg/L，通知控制曝气强度，是外圈廊道的供氧速率与渠道内好氧速率相近，保证混合液的硝化反应，同时因为溶解氧浓度低。反硝化菌可以利用硝酸盐座位电子手提进行硝化反应。氮素在外圈的反应过程是一个同步硝化反硝化过程。1典型的ORBAL氧化沟工艺ORBAL氧化沟是一种很有特色的氧化沟工艺，是美国USFilterEnvirex公司开发并拥有的工艺技术，该工艺非常适用于污水常规二级生物处理，在去除污水中的碳源污染的同时，还能进行生物脱氮与生物除磷。 ORBAL氧化沟是由若干同心沟道组成多沟道氧化沟系统，沟道平面呈圆形或椭圆形，具有完全混合式及推流式反应池系统的特征，耐冲击负荷能力强，易于适应多种进水情况和出水要求的变化，具有很强的灵活性。ORBAL氧化沟与标准单沟道氧化沟相比，需氧量可节省20%-35%，从而大大降低了能耗，节约了运行成本。该工艺操作控制简单，维护管理方便，通常情况下只需定期为曝气机轴承添加润滑剂即可。 典型的奥贝尔氧化沟有三个同心沟道。三个沟道由于进水负荷和供氧量的不同，溶解氧浓度形成明显的梯度分布:外沟溶解氧一般接近于0mg/L，中沟溶解氧平均为1mg/L，内沟溶解氧平均为2mg/L，从而在三个沟道内形成了恒定的缺氧区和好氧区，为生物硝化和反硝化提供了条件，达到生物脱氮的目的。而发生在外沟道的“同时硝化/反硝化”作用更加强了系统的脱氮功能。另外在外沟道内由于可保持溶解氧浓度为0mg/L、硝酸盐很快被反硝化成厌氧状态，也可使微生物释放磷，之后在好氧状态下再对磷进行过量吸收，达到同时脱氮和除磷的效果。ORBAL氧化沟如果设置内循环系统，脱氮率可达95%或95%以上。ORBAL氧化沟经过四十几年不断的工艺发展和设备改良，现在全世界已有近千个城市污水处理厂和工业废水处理厂采用此工艺及相关设备，运转良好，效果显著。目前，全国已有数十余座城市污水处理厂采用了奥贝尔氧化沟工艺，这些污水处理厂的成功运行,已经验证了上述大部分优点。2,合建式ORBAL氧化沟工艺合建式ORBAL氧化沟是将二沉池与氧化沟合建，将二沉池建于氧化沟中心，形成一个大的同心圆结构。见左图“合建式ORBAL氧化沟”。这种形式，既可以节省占地，同时又减少了土建与管道的工程量，减少水头损失，节省了投资与运行经费。奥贝尔氧化沟作为较优化的工艺之一，可以在城市污水处理工程中推广应用，尤其适用于中小规模的污水处理厂。为缓解部分地区用地紧张的局面，可灵活选用如上图所示的合建式ORBAL氧化沟结构。在重庆市巫山、重庆市南川等地的污水处理厂均采用了合建式ORBAL氧化沟工艺，投入运行后处理效果良好。二，奥贝尔氧化沟工艺的特征 1、奥贝尔氧化一般沟由三个同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入，与回流污泥混合后，由外沟道进入中间沟道再进入内沟道，在各沟道循环达数百到数十次。最后经中心岛的可调堰门流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅伴作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50%-55%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用;中间沟道容积一般为25%-30%,溶解氧控“在1.0mg/L左右,作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%-20%，需要较高的溶解氧值（2.0mg/L左右),以保证有机物和氨氮有较高的去除率。2、外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD可以在外沟道中去除。由于外沟道溶解氧平均值很低，绝大部分区域DO为0.0mg/L,所以，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，氧的传递效率有所提高，有一定的节能效果。加之下面将谈到的外沟道内所特有的同时硝化反硝功能，节能效果更为明显。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗相对较低。中沟道起到互补调节作用，提高了运行的可靠性和可控性。奥贝尔氧化沟独特的构造和机理，使之以较节能的方式获得稳定的处理效果。3、奥贝尔氧化沟具有较好的脱氮功能。在外沟道形成交替的耗氧和大区域的缺氧环境，较高程度地发生“同时硝化反硝化”，即使在不设内回流的条件下，也能获得较好的脱氮效果。4、奥贝尔氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点。对于每个沟道内来讲，混合液的流态基本为完全混合式，具有较强的抗冲击负荷能力；对于三个沟道来讲，沟道与沟道之间的流态为推流式，有着不同的溶解浓度和污泥负荷，兼有多沟道串联的特性，有利于难降解有机物的去除，并可减少污泥膨胀现象的发生。5、奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面密布凸起的三解形齿结，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和动力效率。通过改变曝气机的旋转方向、浸水深度、转速和开停数量，可以调整供氧能力和电耗水平。尤其是蝶片可以方便的拆装，更为优化运行提供了简便手段。另一方面，由于转碟具有极强的整流和推流能力，氧化沟有效水深可达4米以上，即使因优化控制需要而减少曝气机运行台数时，一般也不会发生沉淀现象这是曝气转碟和奥贝尔沟型所独具的优点。三，奥贝尔氧化沟的适用范围 奥贝尔氧化沟一般适用于20万立方米/日以下规模的城市污水处理厂，尢其推荐应用于中小规模的城市污水处理厂。由于奥贝尔氧化沟属于多反应器系统，在一定程度上有利于难降解有机物的去除，且抗冲击负荷能力强，因此，当城市污水中工业废水比例较高时，奥贝尔氧化沟较其他类型氧化沟有更好的适应性。奥贝尔氧化沟有三个相对独立的沟道，进水方式灵活。在暴雨期间，进水可以超越外沟道，直接进入中沟道或内沟道，由外沟道保留大部分活性污泥，利于系统的恢复。因此，对于合流制或部分合流制的污水系统，奥贝尔氧化沟均有很好的适用性。四，奥贝尔氧化沟典型工艺流程奥贝尔氧化沟典型工艺流程由下图所示：与其它形式的氧化沟一样，奥贝尔氧化沟也具有工艺流程简单的优点。对于中小规模的城市污水厂，一般可不设初次沉淀池和污泥消化池。悬浮状有机物可在氧化沟内基本得到好氧稳定，这比设初沉池及单独处理初沉污泥要简便经济。当然，合理的工艺流程必须按照实际情况经充分的技术经济比较后确定。奥贝尔氧化沟的预处理及污泥处理部分的流程与其他活性污泥法处理工艺相似，不再赘述。五，奥贝尔氧化沟典型构造和流程氧化沟本身的典型构造和流程见下图： 奥贝尔氧化沟通常由三个同心的沟道组成，平面上为圆形或椭圆形。沟道之间采用隔墙分开，隔墙下部设有必要面积的通水窗口。沟道断面形状多为矩形或梯形。隔墙一般使用100-150毫米厚的现浇钢筋混凝土构造。各沟道宽度由工艺设计确定，一般不大于9米。有效水深以4-4.3米为宜。原污水和回流污泥可进入外、中、内三个沟道，通常均进入外沟道。出水自内沟道经中心岛内的堰门排出，进入沉淀池。当脱氮要求较高时，可以增设内回流系统（由内沟道回流到外沟道），提高反硝化程度。六，关键设备的选型奥贝尔氧化沟的预处理和污泥处理所需设备与其他工艺相似，不作详细描述。关键设备是曝气转碟和沉淀池的排泥桥，对其主要构造和性能要求阐述如下：1、曝气转碟曝气转碟属转盘类水平推流式表面曝气器 ，由盘片、水平轴及其两端的滚动轴承、减速机和电动机组组成。每片圆形的曝气转碟由两个半圆形部件组成。每对半圆形部件跨穿水平轴，组成整体的圆片，每个碟片可以独立拆装，便于调节安装密度，使整机达到所需的充氧能力，每米轴长一般装碟片3片至5片。碟片采用聚苯材料注塑或采用玻璃钢压铸而成，其中聚苯材料碟片自重较轻，动力效率较高，国内已有质量很好的合资产品。碟片表面布有梯形凸块，兼有供氧和推流搅拌的功能。水平轴采用厚壁无缝钢管制造，表面作特种防腐处理。驱支装置主要由减速机和电机组成。曝气转碟的基本性能如下：曝气转碟直径：1400mm;适用转速：50-55rpm,经济转速：50rpm;适用浸没深度：400-530mm,经济浸没深度：500mm;单盘标准清水充氧能力：0.8-1.6kgO2/kw.h(以轴功率计);适用工作水深:4-5m;水平轴跨度：〈=10.0m;安装密度:<5ds/m。2、沉淀池排泥桥奥贝尔氧化沟的污泥浓度（MLSS)较高，运行中一般在4-6克/升，回流污泥必须有较高的含固率。因此，对沉淀池和排泥设备有严格的要求。尤其是排泥设备，必须确保足够的排泥浓度，通常需要特殊的工艺和结构设计。在设备选择时应充分注意这一性能要求，保证实现奥贝尔氧化沟的整体工艺的优势。七，奥贝尔（Orbal）氧化沟充氧量的计算奥贝尔氧化沟充氧量的计算方法与普通氧化沟一样，可分为需氧量计算及折算标准需氧量两个步骤，结合奥贝尔氧化沟的工艺特点，应对三条沟道分别计算。1.需氧量（AOR）计算 对于硝化/反硝化完全的氧化沟系统，需氧量（AOR）包括碳源氧化需氧及硝化需氧两部分，并考虑扣除剩余活性污泥排放减少的有机物耗氧及反硝化过程可利用的氧量。具体为：（1）碳源氧化需氧量碳源氧化需氧量以降解的BOD值来计算，根据BOD的定义，降解1kgBOD需消耗1kgO2。通常情况下，污水中有机物浓度是以BOD5来表示的，在20℃时，BOD与BOD5的比值为1.47，故碳源氧化需氧量为1.47QSBOD5，其中Q为设计进水流量（m3/d），SBOD5为设计BOD5去除浓度（kg/m3）。（2）剩余活性污泥排放减少的有机物耗氧如果系统中每日排放的剩余活性污泥为ΔXVSS（kg/d），那么该部分有机物不参与耗氧，则减少的需氧量为1.42ΔXVSS（kg/d）。（3）硝化需氧量从硝化反应的反应式可知，每硝化1g氨氮需4.57gO2，若每日所需硝化的氨氮量为ΔNNH4（kg/d），则硝化需氧量为4.57ΔNNH4（kg/d）。（4）反硝化过程可利用的氧量在脱硝过程中，每还原1gNO3-可提供2.86gO2，若每日所进行反硝化的硝态氮量为ΔNNO3（kg/d），则反硝化过程可利用的氧量为2.86ΔNNO3（kg/d）。（5）总需氧量八，污水处理厂奥贝尔氧化沟工艺运行参数探讨大寺污水处理厂位于天津市西青开发区四期以南石庄子村，主要接纳处理西青开发区内主要工业企业所排放的废水及少部分生活污水，一期工程于2008年6月完工并投入使用，是天津市第一家采用以奥贝尔氧化沟为主体处理工艺的污水处理厂。奥贝尔氧化沟运行基本原理及设计参数 大寺污水处理厂设计采用2座奥贝尔氧化沟，每座氧化沟由3个相对独立的椭圆形渠道串联而成，利用外沟、中沟和内沟的不同功能，进行生物硝化、反硝化，同时实现对有机物的去除。经由厌氧选择池的污水和回流污泥首先进入最外层沟道，通过淹没式输水口依次进入中间沟道和内沟道，最后经出水排入二沉池配水井。外沟、中沟和内沟分别占氧化沟总容积的50%、30%、20%。运行时，外、中、内沟溶解氧分别控制在0、1、2mg/L，形成梯度分布。外沟道始终处于低溶解氧的状态，大部分有机物的氧化和硝化都在外沟道发生且外沟道的脉；中曝气后形成的大区域缺氧环境，可以较高程度实现同时硝化、反硝化反应，具有较高的脱氨效率。内沟道维持较高的溶解氧，主要是进行磷的去除。工艺流程大寺污水处理厂采用以奥贝尔氧化沟为主体的处理工艺，工艺流程如图1所示。设计水质、水量大寺污水处理厂一期设计进水水量为3万t/d，设计进出水水质如表1所示。 CODBOD5SSNH3-NT-PT-N进水20040022035453.5出水206020冬季8夏季15201.0主要构筑物及设计参数(1)粗格栅间旋转式固液分离机2台，栅间距2Omm，安装角度70°，单机功率2.2kW，配套无轴螺旋输送机1台，功率1.5kW。(2)进水泵房 潜污泵3台(2用1备)，其中1台变频，额定流量为907m3/h，扬程10m，单机功率45kW。九，奥贝尔氧化沟处理城市污水的效果分析Orhal氧化沟工艺由于构筑物少、操作简便，且具有脱氮除磷功能，在我国得到广泛应用。克拉玛依南郊污水处理厂采用orbal氧化沟工艺处理城市生活污水及部分工业废水。该污水厂于2002年8月14日正式运行，工程实际总投资为1.89亿元，占地10.34hm2，设计处理水量为10xl04m3/d。工艺流程见图1。1工艺参数及操作模式1.1工艺参数采用3座orbal氧化沟，单沟容积为16667m3，设计水力停留时间为12h，污泥浓度为4g/L，污泥龄为20d，污泥负荷为0.1kgBOD5/(kgVSS•d)。采用3座周进周出辐流式二沉池，直径为40m，水深为4.sm，表面负荷为1.0m3/(m2•h)，变化系数为1.30，污泥回流比为100%。1.2操作模式 采用0-1-2操作模式即控制orbal氧化沟外、中、内三沟的DO分别为0、1、2mg/L。污水从外沟进人，与回流污泥混合，在外沟经充分循环后进人中沟，最后进人内沟。从外沟到内沟DO依次增高，形成氧浓度梯度。该操作模式的关键在于控制外沟限制性充氧和内沟的富余性充氧。1.3外沟反应外沟承载了系统100%的负荷和50%以上的过程氧气，大部分反应在该沟完成。由于外沟DO很低或为零，就很有可能发生同时硝化反硝化。事实上，外沟各部分的DO并不是完全相同的，曝气器前后的DO相差很大。只有紧接着曝气器的小部分容积是DO充足的曝气区，而更多的容积内DO保持在0-0.5mg/L。由于在好氧区域水中的有机物被氧化，大部分有机氮化合物发生硝化反应，进人缺氧区域后生成的硝酸盐被反硝化，形成氮气逸出。1.4中沟和内沟的反应中沟的DO接近lmg/L，实际上该沟DO不断波动，当外沟承受较大冲击负荷时，过量的负荷将会转移到中沟。内沟的DO一般为2mg/L或更高。当混合液进人该沟后，大部分污染物已经被降解。经过曝气，进入二沉池的混合液DO>2mg/L，省去了污泥消化过程，防止了在二沉池内污泥的反硝化，提高了出水DO浓度。2处理效果2005年Orbal氧化沟稳定运行的进、出水水质如表1所示。在4、5月份，由于进水COD浓度突然升高，氧化沟内发生了污泥膨胀。从5月开始，通过工艺优化消除了污泥膨胀现象，进一步提高了COD及反硝化脱氮的处理效果。十，奥贝尔氧化沟工艺调试与运行参数探讨太原市北郊污水净化厂(以下简称北厂)改扩建一期工程完成后，设计处理污水规模为4.0m3/d，污水处理采用奥尔氧化沟工艺，在进水COD400mg/L，BOD：200mg/L，SS=250mg/L，NH3-Nmg/L，TP=3.5mg/L的条件下，经奥贝尔氧化沟工艺处理后深度出水COD~50mg/L，BOD,≤10mg/L，SS≤10mg/L，NH3-N≤5(8)mg/L，TP≤1.0mg/L。 主要运行参数：污水处理量：1.0～1.2×104m3/d；混合液污泥浓度：6000mg/L；污泥回流浓度：8000mg/L；溶解氧控制：外沟2.6mg/L，中沟3.7mg/L，内沟4.7mg/L；停留时间(按日处理量1.0×104m3/d)：沉砂池2min，厌氧池2.4h，氧化沟32h，沉淀池9.4h；混凝剂投加量：4～10mg/L。1基本概况北厂地处尖草坪区，主要接纳迎新街地区的生活污水及主要工业企业废水，始建于1959年。最初污水处理采用生物传统污泥法，1984～1990年北厂先后进行了两次工艺改造，处理后的出水回用于太钢作高炉冷却水补充水源。2003年市政府为了缓解太原市用水紧张矛盾，投资1.26亿元对北厂实施改扩建工程，一期工程于2005年12月完工并投入运行，污水生物处理采用奥贝尔氧化沟工艺，深度处理采用微絮凝过滤，处理后的出水主要作为太原市城西水系和汾河公园景观用水补充水源。2设计水质水量一期设计规模4.0×104m3/d，设计进水水质COD=400mg/L，BOD5=200mg/L，SS=250mg/L，NH3-N=40mg/L，TP=3.5mg/L的条件下，深度出水水质COD50mg/L，BOD,≤10mg/L，SS≤10mg/L，NH3-N≤5(8)mg/L，TP≤1.0mg/L。3工艺原理北厂奥贝尔氧化沟是由三个相对独立的椭圆形沟道组成，污水首先进入最外层沟道，通过淹没式输水口依次进入中问沟道和内沟道，最后由中心沟道流出进入二沉池。外沟道约占总氧化沟容积的49%、中沟道约占34%、内沟道约占17%。在运行时，应保持外、中、内沟道溶解氧分别为0、1及2mg/L。开成0-1-2的梯度分布。外沟道处于低溶解氧状态，大部分有机物的氧化和硝化反应在外沟道发生，且外沟道的脉冲曝气后大区域的缺氧环境，可以较高程度实现同时硝化反硝化，具有较高的脱氮效率。内沟道维持较高的溶解氧，主要进行磷的去除。十一,奥贝尔氧化沟在县级污水处理中的应用 奥贝尔(Orbal)氧化沟工艺起源于南非。发展于美国。是具有除磷脱氮功能的新型氧化沟工艺之一。因其在技术、经济上具有独特优势，受到国内外污水处理界越来越多的重视。1奥贝尔氧化沟工艺特点1.1工艺简介常规奥贝尔氧化沟由外、中、内3个同心椭圆形沟组成。污水由外沟道进入。与回流污泥混合后。进入中间沟道再进入内沟道。污水在各沟道循环数十次到数百次。最后经中心岛的可调堰门流出。至二沉池在各沟道安装表曝机。进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外、中、内三沟道体积分别占氧化沟总体积的50%～55%、25%～30%、15%～20%，外、中、内三沟道的溶解氧一般应控制在0、1、2mg/Lm。1.2特点1)特有的外、中、内沟道0、1、2mg/L溶解氧分布形式。可同时进行有机物的氧化降解和氮的硝化、反硝化。并可有效去除污水中的磷，出水水质好。2)具有推流式和完全混合式两种流态的优点。且池容较大。循环流量大。因而具有较强的抗冲击负荷能力。并可减少污泥膨胀现象的发生。有利于难降解有机物的去除3)污泥龄较长。使污泥量较少并趋于好氧稳定、可不设污泥消化池。从而简化工艺流程，投资省，管理方便4)表曝机的使用可调节工艺系统的供氧能力，不仅使池内溶解氧值保持在最佳值。且表曝机设备简单。因而投资少、操作容易、控制灵活、对自动化程度依赖低、维护方便、运行稳定、节能效益显著。5)合流制排水系统的城市污水处理厂采用奥贝尔氧化沟工艺时。将大大增加工艺运转的灵活性。尤其能有效地抵抗暴雨流量的冲击当然该工艺也有缺点。即占地较大。对用地不太紧张的县级污水处理来说影响不大2在县级污水处理中的应用 2.1县级城市污水排放特点县级城市的污水水量较小。一般在10万m3/d以下，变化系数较大中城市稍大：经济不发达地区的污水以生活污水为主。经济发达地区污水中工业废水所占的比重大：污水排放体制多为合流制2.2工艺选择应遵循的主要原则目前我国大部分县级城市的经济水平有限。对污水处理技术及其管理技术熟悉的人较少所以。工艺选择时应遵循以下原则：技术成熟可靠，出水水质好：具有除磷脱氮功能；尽量节省占地：建设和运行费用要低；管理简单，运转灵活：具有较强耐冲击负荷能力。2.3用在县级污水处理中的优越性奥贝尔氧化沟工艺可作为县级污水处理的首选工艺。结合河南省某县污水处理厂的设计，说明该_T艺在县级污水处理厂中应用的优越性该县污水处理厂设计流量为2。5万。进水主要水质指标：BOD≤180mg/L，COD≤450mg/L，SS≤230mg/L，NH3-N≤40mg/L，TP≤4。0mg/L；排水体制为合流制。采用该工艺，处理流程为：粗格栅-提升泵站-细格栅-旋-流沉砂池-奥贝尔氧化沟-二沉池-二氧化氯接触池-排放。污泥处理流程为：污泥泵站-浓缩脱水机-填埋。出水主要水质指标：COD≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS<20mg/L，NH3-N≤15mg/L，TP≤1。5mg/L，符合污水二级处理的排放标准。该工艺与工艺流程、污泥处理流程、构筑物类同的A/O法比选，只是生物处理池不同。两方案技术经济对比见表1。3结语奥贝尔氧化沟工艺因其投资较少、工艺流程简单、运行管理方便、耐冲击负荷、处理效果良好，非常适合经济、技术、管理有限的县级污水处理厂使用。十二,奥贝尔氧化沟工艺处理小城镇污水 中小城镇在污水治理上存在着缺乏资金、技术薄弱等问题，而奥贝尔氧化沟处理污水工艺以其独特的优势解决了这些问题。以江苏丰县为例，近年来随着经济发展和人口激增，县城的工业废水和生活污水排放量不断增加，达到每天3.47万吨，根据丰县污水水质特点，经多方论证与方案比较，康达丰县污水处理厂设计采用了奥贝尔氧化沟处理工艺。1设计参数与污水处理流程确定丰县污水处理厂一期设计水量Q=20000m3/d。设计最低水温12℃，最高水温25℃，依据GB18918-2002((城镇污水处理厂污染物排放标准》，结合该工程对丰县水环境影响的具体情况，丰县污水处理厂的出水水质根据丰县河流水质规划要求和受纳水体白依河的类别(近期Ⅳ类，远期Ⅲ类)，具体进出水水质参数如表1所示。工艺流程见图1。