氧化溝工藝是污水處理工藝的一種，氧化溝又名氧化渠，因其構筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán)流動(dòng)，因此有人稱(chēng)其為“循環(huán)曝氣池”、“無(wú)終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時(shí)間長(cháng)，有機負荷低，其本質(zhì)上屬于延時(shí)曝氣系統。
一般氧化溝法的主要設計參數
水力停留時(shí)間：10－40小時(shí)；
污泥齡：一般大于20天；
有機負荷：0.05－0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)；
容積負荷：0.2－0.4kgBOD5/(m3.d)；
活性污泥濃度：2500－4500mg/L；
溝內平均流速：0.3－0.5m/s。
氧化溝的技術(shù)特點(diǎn)
氧化溝利用連續環(huán)式反應池（CintinuousLoopReator,簡(jiǎn)稱(chēng)CLR）作生物反應池，混合液在該反應池中一條閉合曝氣渠道進(jìn)行連續循環(huán)，氧化溝通常在延時(shí)曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動(dòng)裝置，向反應池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動(dòng)的液體在閉合式渠道中循環(huán)。
氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進(jìn)出水裝置、導流和混合設備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長(cháng)方形、L形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。
氧化溝法由于具有較長(cháng)的水力停留時(shí)間，較低的有機負荷和較長(cháng)的污泥齡。因此相比傳統活性污泥法，可以省略調節池，初沉池，污泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因為巧妙結合了CLR形式和曝氣裝置特定的定位布置，是氧化溝具有獨特水力學(xué)特征和工作特性：
1)氧化溝結合推流和完全混合的特點(diǎn)，有利于克服短流和提高緩沖能力，通常在氧化溝曝氣區上游安排入流，在入流點(diǎn)的再上游點(diǎn)安排出流。入流通過(guò)曝氣區在循環(huán)中很好地被混合和分散，混合液再次圍繞CLR繼續循環(huán)。這樣，氧化溝在短期內（如一個(gè)循環(huán)）呈推流狀態(tài)，而在長(cháng)期內（如多次循環(huán)）又呈混合狀態(tài)。
這兩者的結合，即使入流至少經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)而基本杜絕短流，又可以提供很大的稀釋倍數而提高了緩沖能力。同時(shí)為了防止污泥沉積，必須保證溝內足夠的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在溝內的停留時(shí)間又較長(cháng)，這就要求溝內有較大的循環(huán)流量（一般是污水進(jìn)水流量的數倍乃至數十倍），進(jìn)入溝內污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋?zhuān)虼搜趸瘻舷到y具有很強的耐沖擊負荷能力，對不易降解的有機物也有較好的處理能力。
2)氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用于硝化－反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說(shuō)是完全混合的，而液體流動(dòng)卻又保持著(zhù)推流前進(jìn)，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區內溶解氧濃度是上游高，然后沿溝長(cháng)逐步下降，出現明顯的濃度梯度，到下游區溶解氧濃度就很低，基本上處于缺氧狀態(tài)。氧化溝設計可按要求安排好氧區和缺氧區實(shí)現硝化－反硝化工藝，不僅可以利用硝酸鹽中的氧滿(mǎn)足一定的需氧量，而且可以通過(guò)反硝化補充硝化過(guò)程中消耗的堿度。這些有利于節省能耗和減少甚至免去硝化過(guò)程中需要投加的化學(xué)藥品數量。
3)氧化溝溝內功率密度的不均勻配備，有利于氧的傳質(zhì)，液體混合和污泥絮凝。傳統曝氣的功率密度一般僅為20－30瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒－1。這不僅有利于氧的傳遞和液體混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥顆粒。當混合液經(jīng)平穩的輸送區到達好氧區后期，平均速度梯度G小于30秒－1，污泥仍有再絮凝的機會(huì )，因而也能改善污泥的絮凝性能。
4)氧化溝的整體功率密度較低，可節約能源。氧化溝的混合液一旦被加速到溝中的平均流速，對于維持循環(huán)僅需克服沿程和彎道的水頭損失，因而氧化溝可比其他系統以低得多的整體功率密度來(lái)維持混合液流動(dòng)和活性污泥懸浮狀態(tài)。據國外的一些報道，氧化溝比常規的活性污泥法能耗降低20%－30%。
“另外，據國內外統計資料顯示，與其他污水生物處理方法相比，氧化溝具有處理流程簡(jiǎn)單，操作管理方便；出水水質(zhì)好，工藝可靠性強；基建投資省，運行費用低等特點(diǎn)。
傳統氧化溝的脫氮，主要是利用溝內溶解氧分布的不均勻性，通過(guò)合理的設計，使溝中產(chǎn)生交替循環(huán)的好氧區和缺氧區，從而達到脫氮的目的。其最大的優(yōu)點(diǎn)是在不外加碳源的情況下在同一溝中實(shí)現有機物和總氮的去除，因此是非常經(jīng)濟的。
但在同一溝中好氧區與缺氧區各自的體積和溶解氧濃度很難準確地加以控制，因此對除氮的效果是有限的，而對除磷幾乎不起作用。另外，在傳統的單溝式氧化溝中，微生物在好氧－缺氧－好氧短暫的經(jīng)常性的環(huán)境變化中使硝化菌和反硝化菌群并非總是處于最佳的生長(cháng)代謝環(huán)境中，由此也影響單位體積構筑物的處理能力。
缺陷及相應解決方案
盡管氧化溝具有出水水質(zhì)好、抗沖擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、污泥易穩定、能耗省、便于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的運行過(guò)程中，仍存在一系列的問(wèn)題。
1、污泥膨脹問(wèn)題
當廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負荷過(guò)高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負荷較高時(shí)。微生物的負荷高，細菌吸取了大量營(yíng)養物質(zhì)，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類(lèi)物質(zhì)，使活性污泥的表面附著(zhù)水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨脹。
針對污泥膨脹的起因，可采取不同對策：由缺氧、水溫高造成的，可加大曝氣量或降低進(jìn)水量以減輕負荷，或適當降低MLSS（控制污泥回流量），使需氧量減少；如污泥負荷過(guò)高，可提高M(jìn)LSS，以調整負荷，必要時(shí)可停止進(jìn)水，悶曝一段時(shí)間；可通過(guò)投加氮肥、磷肥，調整混合液中的營(yíng)養物質(zhì)平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值過(guò)低，可投加石灰調節；漂白粉和液氯（按干污泥的0.3%~0.6%投加），能抑制絲狀菌繁殖，控制結合水性污泥膨脹。
2、泡沫問(wèn)題
由于進(jìn)水中帶有大量油脂，處理系統不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)轉刷充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫；泥齡偏長(cháng)，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫，常用除沫劑有機油、煤油、硅油，投量為0.5~1.5mg/L。通過(guò)增加曝氣池污泥濃度或適當減小曝氣量，也能有效控制泡沫產(chǎn)生。當廢水中含表面活性物質(zhì)較多時(shí)，易預先用泡沫分離法或其他方法去除。另外也可考慮增設一套除油裝置。但最重要的是要加強水源管理，減少含油過(guò)高廢水及其它有毒廢水的進(jìn)入。
3、污泥上浮問(wèn)題
當廢水中含油量過(guò)大，整個(gè)系統泥質(zhì)變輕，在操作過(guò)程中不能很好控制其在二沉池的停留時(shí)間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上浮；當曝氣時(shí)間過(guò)長(cháng)，在池中發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮氣，使污泥上浮；另外，廢水中含油量過(guò)大，污泥可能挾油上浮。
發(fā)生污泥上浮后應暫停進(jìn)水，打碎或清除污泥，判明原因，調整操作。污泥沉降性差，可投加混凝劑或惰性物質(zhì)，改善沉淀性；如進(jìn)水負荷大應減小進(jìn)水量或加大回流量；如污泥顆粒細小可降低曝氣機轉速；如發(fā)現反硝化，應減小曝氣量，增大回流或排泥量；如發(fā)現污泥腐化，應加大曝氣量，清除積泥，并設法改善池內水力條件。
4、流速不均及污泥沉積問(wèn)題
在氧化溝中，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內循環(huán)流動(dòng)。一般認為，最低流速應為0.15m/s，不發(fā)生沉積的平均流速應達到0.3~0.5m/s。氧化溝的曝氣設備一般為曝氣轉刷和曝氣轉盤(pán)，轉刷的浸沒(méi)深度為250~300mm，轉盤(pán)的浸沒(méi)深度為480~530mm。
與氧化溝水深（3.0~3.6m）相比，轉刷只占了水深的1/10~1/12，轉盤(pán)也只占了1/6~1/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特別是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒(méi)有流速），致使溝底大量積泥（有時(shí)積泥厚度達1.0m），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質(zhì)。
加裝上、下游導流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游導流板安裝在距轉盤(pán)（轉刷）軸心4.0處（上游），導流板高度為水深的1/5~1/6，并垂直于水面安裝；下游導流板安裝在距轉盤(pán)（轉刷）軸心3.0m處。導流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。導流板與其他改善措施相比，不僅不會(huì )增加動(dòng)力消耗和運轉成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動(dòng)力效率。
另外，通過(guò)在曝氣機上游設置水下推動(dòng)器也可以對曝氣轉刷底部低速區的混合液循環(huán)流動(dòng)起到積極推動(dòng)作用，從而解決氧化溝底部流速低、污泥沉積的問(wèn)題。設置水下推動(dòng)器專(zhuān)門(mén)用于推動(dòng)混合液可以使氧化溝的運行方式更加靈活，這對于節約能源、提高效率具有十分重要的意義。
5、對于BOD較小的水幾無(wú)處理能力
技術(shù)展望
氧化溝自從Pasveer氧化溝1954年出現以來(lái)，就是依靠其簡(jiǎn)便的方式處理污水而得到不斷發(fā)展的。氧化溝應用多年，經(jīng)久不衰，而且取得相當多的突破，例如：1968年出現了Carrousel氧化溝，1970年出現了Orbal氧化溝，1993年出現了Carrousel2000型氧化溝，1998年出現了Carrousel1000型氧化溝，而且還在不斷發(fā)展，1999年又出現了Carrousel3000型氧化溝，80年代初出現了一體化氧化溝等。
究其原因，可以這樣說(shuō)，氧化溝技術(shù)發(fā)展的強勢在于氧化溝的環(huán)流，由于這種環(huán)流，是造成氧化溝長(cháng)久不衰的內在原因，外在原因則是其具有多功能性、污泥穩定、出水水質(zhì)好和易于管理。氧化溝有別于其它活性污泥的主要特征是環(huán)形池型，或者說(shuō)只要保持溝渠首尾相接，水流循環(huán)流動(dòng)，選用的特定設計參數、溝型和運行方式，就會(huì )給運行者和設計者帶來(lái)極大方便，其靈活性和適應性也非常強，有進(jìn)一步研究、發(fā)展和應用的廣闊空間。