目前，我国氧化沟应用的类型主要有多沟式氧化沟和奥贝尔氧化沟两种。长岭炼油化工有限责任公司(以下简称长炼)的奥贝尔氧化沟为三条同心曝气沟(见图1)。废水从外沟进入，然后依次流入内沟，曝气池混合液出水流入二沉池，回流污泥由二沉池再打入氧化沟外沟。氧化沟尺寸为60 m×50 m×4.5 m，水力停留时间为19.24 h，设计处理量为500 m3/h，可通过调整变频、转碟浸没深度及运行台数来调整沟内溶解氧浓度。长炼奥贝尔氧化沟于1997 年12月投用，运行时间已3年。本文将对施工和运行过程中暴露出的问题及影响进行讨论，以供设计、施工人员参考，希望所有问题在前期阶段解决，为构筑物运行提供良好的外部条件。
目前，我国氧化沟应用的类型主要有多沟式氧化沟和奥贝尔氧化沟两种。长岭炼油化工有限责任公司(以下简称长炼)的奥贝尔氧化沟为三条同心曝气沟(见图1)。废水从外沟进入，然后依次流入内沟，曝气池混合液出水流入二沉池，回流污泥由二沉池再打入氧化沟外沟。氧化沟尺寸为60 m×50 m×4.5 m，水力停留时间为19.24 h，设计处理量为500 m3/h，可通过调整变频、转碟浸没深度及运行台数来调整沟内溶解氧浓度。长炼奥贝尔氧化沟于1997 年12月投用，运行时间已3年。本文将对施工和运行过程中暴露出的问题及影响进行讨论，以供设计、施工人员参考，希望所有问题在前期阶段解决，为构筑物运行提供良好的外部条件。
图 1 工艺流程
1 工艺参数
转碟浸没深度：430～530 mm；污泥浓度：5 g/L。不同浸没深度下的碟片充氧能力见表1及表2。
表1 浸没水深530 mm性能参数(101.325 kPa，20℃)
转速(r/min) |
单盘充氧能力(kgO 2 /h) |
动力效率(kgO 2 /(kW·h)) |
45 |
0.80 |
2.03 |
50 |
0.96 |
1.90 |
55 |
1.12 |
1.81 |
注：转碟最大转速为50 r/min，此条件下的充氧能力即为最大充氧能力， 转碟浸没深度为430 mm时，充氧能力取0.78 kgO2/h。表2同。
表2 浸没水深500 mm性能参数(101.325 kPa，20℃)
转速(r/min) |
单盘充氧能力(kgO 2 /h) |
动力效率(kgO 2 /(kW·h)) |
45 |
0.78 |
1.88 |
50 |
0.93 |
1.85 |
55 |
1.10 |
1.80 |
2 问题讨论
2.1 氧化沟上浮
1997年5月，正在安装设备的1#氧化沟出现空池上浮。氧化沟上浮的主要原因是南方季节多雨，地下水位较高，而构筑物既没有考虑抗浮措施，周围又没有考虑排水设施，无法降低地下水位，结果地下水的浮力把空载的氧化沟托起，导致氧化沟上浮。而氧化沟复位的整改措施不仅费时、费力、费钱，还无法恢复原状，影响设备水平安装。
2.2 溶解氧控制
奥贝尔氧化沟一般是由3个闭路环形沟道以串联方式组成，其中每个沟道充氧程度不同，因而在各沟道内创造了不同的环境。3条沟的容积比例一般为50∶33∶17，而溶解氧的阶梯比例为0∶1∶2，即外沟的溶解氧控制在0～0.5 mg/L，中沟的溶解氧控制在0.5～1.5 mg/L，内沟的溶解氧控制在1.5～2.5 mg/L。外沟供氧量通常为计算需氧量的50%～70%，以确保硝化、反硝化反应同时在外沟发生。
长炼氧化沟一、二、三沟的转碟设置分别为8，4，2组，每组轴数不同，轴长7 m，轴与轴之间靠浮动联轴节联接。带动一、二、三轴(一至三沟有三根轴联接)转碟转动的电机功率分别为75 kW、45 kW、22 kW，一、二、三沟轴上的碟片数分别为26，24，23片，外沟碟片数占总数的59.43%。从设计数据来看，外沟供氧量应满足0，1，2工艺的需求。但实际运行的结果是当来水负荷高时，一、二、三轴转碟都高速运转，内沟溶解氧仍然很低；当来水负荷较低时，停运单轴转碟，外沟溶解氧仍相当高。但停运单轴转碟，会降低混合能力，而使污泥浓度、污水负荷等呈阶梯状。溶解氧出现异常，大致有以下几个原因：
(1)因为来水有机负荷比设计值低，氧化沟总的供氧量大于实际需氧量，外沟供氧量占总供氧量的61.47%，是0，1，2工艺需氧量的150.19%，因而不利于工艺控制。氧化沟供氧量为324.84 kg/h，而需氧量只在265.9 kg/h左右。
(2)氧化沟水位由外沟至内沟逐渐降低，即内沟单片转碟的充氧能力低于外沟的碟片，内沟碟片实际充氧能力小于计算值。内沟设计水位(36.90 m)比外沟(36.95 m)低50 mm。
(3)由于设备本身方面的原因，三轴转碟不能高速运行，因而内沟充氧能力又受到限制。
(4)由于氧化沟上浮及施工方面的原因，在确保同一台减速机各轴承座水平的同时，不同减速机的轴之间产生了高差，因而各轴转碟的浸没深度不同，影响了各沟的充氧能力。
(5)由于设备方面的原因，轴承座不能浸水。为保证设备正常运行，氧化沟出水堰降低了50 mm，即内沟水位又减少了50 mm，所以内沟单片转碟充氧能力的降低幅度大于外沟。由于各轴转碟浸没深度不同，氧化沟水位降低后，各轴转碟充氧能力降低幅度也不同，不利于溶解氧的控制。
2.3 偏差影响
(1)由于氧化沟上浮及施工方面的影响，导致转碟轴承座之间产生了高差，各轴碟片浸没深度不同，充氧能力不同，溶解氧控制难度加大，给操作带来了不便。
(2)转碟浸没深度设计值为430～530 mm，但未说明以什么水位为标准。由于内、外沟水位相差50 mm，如设计值以外沟水位为准，没有施工误差的话，则内沟转碟浸没深度的调节值为380～480 mm，内沟转碟充氧能力较低。因此，在确定内沟曝气设备数目时，应考虑曝气设备充氧能力降低的因素。
(3)由于出水堰降低，因而改变了水力停留时间。
2.4 主轴断裂
氧化沟转碟主轴自1999年开始断裂后，陆续有5根相继断裂。每根轴都是从中间断裂，断裂面平整有如切割一样，且一、二、三沟都有轴断裂。主轴直径200 mm、壁厚18 mm、轴长7m，材质为20#碳钢。主轴断裂的原因还没有定性，但以下几方面的因素可能是轴断裂的原因。
(1)轴过长、挠度大，轴中心应力大。
(2)材质存在质量问题。
(3)轴过长，轴壁厚相对较薄。
(4)断轴更换时，仍采用20#碳钢材质，但壁厚改成20 mm。轴断裂原因有待以后进一步摸索，以提供改进依据。
3 建议
3.1 溶解氧控制
(1)限制充氧。奥贝尔氧化沟的运行模式在国外已有限制充氧和富余充氧等模式。限制充氧即外沟充氧受到限制，以便允许硝化/反硝化同时在此发生，从而提高脱氮效率。有经验表明：限制充氧模式中外沟供氧量是整个系统供氧量的50%，中沟为35%，内沟为15%。外沟限制充氧后，充氧能力相对降低。在低负荷状态下，可通过变频降低转速而不需停运单轴转碟，因而保证了氧化沟外沟污泥浓度、污水负荷等呈均匀状态。限制外沟充氧就必须增加其他沟的充氧量，因此需要在设计过程加以考虑。
(2)富余充氧。在暂不考核总氮的情况下，可利用硝化作用把氨氮转变成硝酸盐氮，从而达到去除氨氮的目的，利用硝化系统可以去除大约57%的氮。富余充氧因沟内溶解氧控制较高，同时少了硝化过程补充的氧，因而供氧量要比限制充氧多24%左右。富余充氧还因为少了反硝化过程(还原1 g硝酸氮可产出3 g的碱度)，氧化沟进水pH值相对0，1，2工艺要控制得高，以提供氧化氨氮所需要的碱度。
3.2 防上浮
南方季节多雨，地下水位较高。氧化沟池容大，施工过程中池空时易上浮，为防止这些较大池容的构筑物上浮，可在构筑物周围设防上浮井，在井内架设潜水泵以降低地下水位。同时，防上浮井还可在构筑物检修时发挥它的作用，防止空载的构筑物上浮。防上浮井相当于普通集水井，池壁用红砖干砌、不用砂浆粉刷，以保证透水性，每个井的井壁上设2个直径 300的通水孔，集水井数量可视构筑物大小而定。
