一体化氧化沟工艺是在充分发挥氧化沟技术优势的基础上，开发出的更为先进的氧化沟技术。该工艺具有工艺简单，操作方便，不需设污泥回流系统，设备利用率高，占地面积少和机械曝气能耗较高等主要技术特点[1]。鼓风曝气氧化沟是将充氧设备和水流推动设备分开设置的一种新型氧化沟工艺，汪永红等[2]在工程实践中，提出了投资更省、占地更少、运行费用更低的采用微孔曝气器的氧化沟工艺。利用以上两种氧化沟工艺的优点，构造出一种新型氧化沟工艺——微孔曝气器一体化氧化沟，并对其处理生活污水能力进行试验研究。
1 试验模型
1.1工艺构造
根据节能型氧化沟的设计思路[3]，微孔曝气器一体化氧化沟模型的尺寸为1500 mm×1200 mm×600 mm，有效水深0.5 m，其工艺构造如图1所示。
1－厌氧池；2－高位调节池；3－转子流量计；4－出水堰；
5－潜水推进器；6－氧化沟；7－微孔曝气器区；8－斜板沉淀池
图1 微孔曝气一体化氧化沟试验装置流程示意图
1.2工艺特点
微孔曝气器一体化氧化沟由厌氧池、阶梯出水堰、微孔曝气器、水流推进器、氧化沟沟道、沉淀区组成，其特点是：①在氧化沟进水前设置了厌氧池，从而能够实现厌氧、缺氧、好氧等环节，可获得较好的除磷脱氮效果；②厌氧后的生活污水经阶梯式出水堰后进入氧化沟的缺氧池中，自然曝气形成了缺氧环境，节省了形成缺氧环境所需的能耗；③采用微孔曝气器，氧转移效率高，能增加氧化沟有效水深，减少占地面积；
2 试验条件与方法
原水取自于学校的生活污水检查井，试验期间水质见表1。在试验过程中，试验模型内混合液的温度随季节而变化，但试验时间为3月至6月，其温度维持在10～30℃。
表1 试验用污水水质
项 目 范 围 平均值pH 6.85~7.80 7.15
COD/ （mg·L-1 ） 260~580 380
BOD5/（mg·L -1） 120~248 175
SS/ （mg·L -1 ） 85~380 182
NH3-N/ （mg·L-1） 29.5~54.2 38.3
TN/ （mg·L -1 ） 34~67 46
BOD5/TN 3.8
在试验模型内混合液的循环流动由水下推进器推动，使混合液循环流动。根据设计要求，试验期间氧化沟好氧沟道的DO为2.5 mg/L，缺氧沟道的DO为0.4 mg/L，混合液的循环流速平均为0.20 m/s，未出现污泥沉积现象。系统运行稳定时污水处理量为2.0 m3/d，相应的系统总水力停留时间为15 h。在试验期间，氧化沟的SRT为24 d，MLSS浓度3000～4500 mg/ L，污泥负荷为0.3～0.5 kgBOD/(kgMVSS·d)。
每天监测温度、进水流量、DO和pH，进出水中的SS、COD、NH3-N、NO3--N、NO2--N、TN等项目每周测2次，分析方法采用标准方法。其中pH用PHS-3C型pH计测定；DO用YSI52型DO仪测定；NO3-N和NO2-N等采用离子色谱分析仪测定；COD和BOD5分别用CTL-12型化学需氧量快速测试仪和BODTrakTM型生化需氧量测定仪测定。
3 结果与讨论
3.1 对有机物的去除
稳定运行期间氧化沟试验模型系统对BOD5和COD的去除效果见图2、3所示 (系统SRT=24 d，HRT=15 h)。
由图2、3可看出，系统的BOD5 和COD去除率均在90%以上。试验系统运行期间进水COD和BOD5平均值分别为380、175 mg/L，而出水分别为39、20 mg/L。由此可见，系统对有机物具有较高的去除效率。
3.2 对氮的去除
系统对氨氮的去除效果如图4所示。进水NH3-N浓度为45～67 mg/L，出水中NH3-N平均浓度为2.2 mg/L，对NH3-N去除率达92%。由此可见，该系统同样具有常规氧化沟的良好硝化效果[4]。
由于氧化沟的部分沟道处于缺氧状态，因此可发生反硝化，在稳定运行情况下，进水TN浓度为34～67 mg/L，出水TN浓度为5.0 mg/L左右，对TN的去除率达90%，其去除效果见图5。
3.3 出水SS浓度
运行期间装置进、出水中SS浓度的变化见图6(SRT为10～30 d)。装置出水中SS浓度随进水SS浓度的变化而波动，但系统对SS去除率达90%。
4 影响因素分析
4.1水力特性
从水力特性来看，微孔曝气器一体化氧化沟为环状折流池型，兼有推流式和完全混合式的流态。可认为该氧化沟一体化是一个完全混合曝气池，其浓度变化系数极小甚至可以忽略不计，进水将迅速得到稀释，因此它具有很强的抗冲击负荷能力。但对于氧化沟中的某一段则具有某些推流式的特征，即在曝气器下游附近地段DO浓度较高，但随着与曝气器距离的不断增加则DO浓度不断降低(出现缺氧区)。微孔曝气器一体化氧化沟通过合理的构造方式使缺氧区和好氧区存在于一个构筑物内，充分利用了其水力特性，在不增加动力的情况下将相当于400%进水流量的混合液回流到前置缺氧池，与原水混合并进行反硝化，提高了高效生物脱氮的能力。
4.2 HRT的影响
HRT是影响氧化沟去除有机污染物的主要因素之一。在一定的水温和当进水COD浓度稳定时，随着HRT的延长，出水COD浓度迅速降低，去除效率明显提高。但HRT＞15 h后，去除率无明显提高。
当进水COD浓度增加时，氧化沟的HRT应相应增加，以保证获得较高的COD去除率。此外，在试验条件下当COD具有较高的去除率时，对TN的去除率始终保持在90%以上。
4.3 温度的影响
在试验系统内污水温度增高时，系统对COD去除率进一步增加；同时温度对TN去除率的影响较明显，随温度升高，对TN的去除率明显增加，温度＞15℃时对TN的去除率＞90%。这是因为氧化沟中形成缺氧状态时温度对反硝化的影响是非常明显的。
5 结 论
微孔曝气器一体化氧化沟能够有效地去除污水中的有机污染物，对COD、BOD5、NH3-N及TN的去除率均在90%以上，因此采用微孔曝气器一体化氧化沟处理生活污水是可行的。同时可以看出，微孔曝气器一体化氧化沟具有以下优点：①采用微孔曝气器具有污水与空气接触面积大、氧转移效率高；②采用一体化氧化沟，沉淀池置于氧化沟沟道的一端，不改变主沟混合液的流态，不造成能量损失，不需污泥回流系统，因而更加节能；③整个系统结构完整、占地较少、运行成本较低，是适合现阶段我国中小城镇及城市小区生活污水处理的新工艺。
