摘要：本文关于氧化沟的设计方法讨论.
关键词：氧化沟 硝化反应
目前，我国氧化沟技术水平与国际先进水平相比差距很大。究其原因，是我国还未系统地研究氧化沟技术与设备，对国际上氧化沟技术跟踪也不够。故对氧化沟技术的掌握尚不够全面，在工程上还缺乏系统和科学的设计方法，对氧化沟新工艺、新池型、新配套设备了解甚少。我国现已引进数种氧化沟技术，应有条件来分析比较和吸收消化。
首先，氧化沟属延时活性污泥工艺，其原理和参数已有大量文献报道。氧化沟设计中除了要考虑碳源污染物的去除，还要考虑污水硝化和污泥稳定化问题。去除不同的污染物，设计参数和方法是不同的。例如，考虑污泥稳定的氧化沟设计，其设计参数主要考虑污泥龄和内源呼吸速率，而不是传统活性污泥工艺中的污泥负荷，这时氧化沟的停留时间事实上是一个导出的参数。其次氧化沟最重要的特点之一是，专用的设备需要同时满足池内充氧和推动水沿沟渠流动的要求。全面了解和掌握氧化沟的水力学特性尤为需要。有关设备的水力学特性，是厂家产品的特性。大部分设计单位恰恰掌握不够，致使在设计中由于设备型号和参数不准，常常导致设计没有达到预期效果。这也与大多数氧化沟工艺及其拥有的专利和设备密切相关。由于国外公司对专有技术保密，因此出现了氧化沟技术不断发展，可是用于了解基本工艺的公开技术资料未见增加的现象。由此就更需要加强创新性的研究，才能提高我国在氧化沟工艺上的技术水平。本文通过对国内外资料的综合分析，提出氧化沟一般的设计方法以供国内同行在设计中参考。
1 氧化沟的设计方法
1.1 BOD的去除
氧化沟中碳源基质去除动力学与活性污泥法动力学是完全一致的。对于完全混合系统在稳定状态下有以下公式［1］：
| 污水温度(℃) | 完全硝化的θc(d) |
| 5 10 15 20 |
12 9.5 6.5 3.5 |
在冬季水温低于10 ℃，如果θc＜10 d，硝化反应一般进行较差。若θc&>10 d，只要氧化沟的能力可满足总的氧化需求，并且保持较高的溶解氧，即可取得很好的硝化率。在北欧国家，硝化负荷阶段一般选在0.05～0.10 kgBOD5/kgMLSS，硝化速率大约为1.6 mgNH3-N/(gVSS*d)(10 ℃)。
1.3 污泥稳定性
在氧化沟设计中考虑的第二个因素是污泥的稳定性问题。理论上讲氧化沟污泥龄的选取应该使得所有的挥发性固体通过内源呼吸全部被降解，无论是厌氧消化还是好氧消化。如果反应时间足够长，细胞降解过程中有23%的残余物为不可生物降解。因为每天VSS产量为YQ(S0－S)，其中可生物降解部分是0.77YQ(S0－S)。如果系统中可以生物降解部分的固体物质是fbX(fb为VSS可生物降解系数)，则在稳定状态：
0.77YQ(S0－S)=Kdfb(XV) (5)
| 序号 | 项目 | 本例设计 | 邯郸丹麦krüger设计 | 备注 |
| 1 | 总池容(m3) | 3×27 440 | 3×20 000 | |
| 2 | 水深(m) | 3.5 | 3.5 | |
| 3 | 污泥浓度(kgMLSS/m3) | 4.0 | 4.0 | |
| 4 | 水力停留时间(h) | 20 | 14.5 | 问题1 |
| 5 | 固体停留时间(d) | 25(好氧)54(全沟) | 12(好氧)26(全沟) | 问题2 |
| 6 | 动力效率［kgO2/(kW.h)］ | 2.0 | 1.64 | |
| 7 | 标准需氧量(kg/h) | 2 436 | — | |
| 8 | 转刷φ1 m×9.0 m | 共27台，32 kW | 24(单速，45 kW)+ 18(双速，45/30 kW) | |
| 9 | 剩余活性污泥(kgSS/d) | 6 100 | 6 200 |
通过设计计算的比较可见，邯郸污水处理厂的设计中存在两个问题：首先是停留时间上存在较大的差别；其次是按照三沟式氧化沟污泥龄的概念核算，其好氧部分的污泥龄偏低；另外前面的讨论可知三沟式氧化沟的实际容积利用率低也是一大问题。
① 本例设计水力停留时间为20 h，这可保证污水的完全硝化反应。
② 总的停留时间是20 h，但反应时间仅为11.6 h。带有二沉池的沉淀时间一般2.0～3.0 h，但需增加回流污泥和刮泥机等机械设备。这意味着运行操作方便、流程简化的结果是用较长的停留时间取得的。因此所谓三沟式氧化沟的优点也是有一定代价的，其经济性是需要仔细、全面考虑的。
③ 设计中可看出对于污泥稳定化，原设计的污泥龄明显不足。实验结果也充分证实了上述的分析。这也说明交替运行式氧化沟原设计的方法，在污泥龄的计算上是不正确的。从设计结果看，对于本例非常低的BOD浓度，根据稳定性要求的停留时间(20 h)是相当长的，因此这种系统的经济性是需要探讨的。我国大部分氧化沟设计中不考虑硝化和污泥稳定化问题，今后设计标准中是否应考虑是需要讨论的问题。
④ 提高设备利用率的方法之一是采用Gruger公司的动态顺序沉淀(DSS)系统。笔者建议在三沟式氧化沟的设计中扩大中沟的比例，中沟的容积可占50％～70％或更多(在边沟较小时，需要校核其沉淀功能可否满足)。中沟可采用一个沟或等体积两个沟。有效性系数计算可采用下面修正公式：