1、奧貝(bei)爾氧化(hua)溝(gou)中溶解氧的分(fen)布特征

奧(ao)貝(bei)(bei)爾氧化(hua)溝(gou)為(wei)多(duo)反應器系統，通常由(you)(you)三(san)(san)個(ge)同心的(de)(de)(de)溝(gou)渠串聯組成，溝(gou)渠呈(cheng)圓(yuan)形或橢(tuo)圓(yuan)形。圖1為(wei)一(yi)個(ge)典型(xing)的(de)(de)(de)奧(ao)貝(bei)(bei)爾氧化(hua)溝(gou)示意圖，污水(shui)從外溝(gou)道(dao)（第一(yi)溝(gou)）進入(ru)，然后(hou)流(liu)入(ru)中(zhong)(zhong)溝(gou)道(dao)（第二溝(gou)），再經內溝(gou)道(dao)后(hou)由(you)(you)中(zhong)(zhong)心島流(liu)出(chu)。由(you)(you)二沉池(chi)(chi)來的(de)(de)(de)回流(liu)污泥通常只進到第一(yi)溝(gou)。在三(san)(san)個(ge)溝(gou)道(dao)內均(jun)設(she)有(you)日落氣(qi)轉碟以供氧并(bing)起混合(he)與(yu)推(tui)動(dong)池(chi)(chi)內混合(he)液(ye)的(de)(de)(de)作用。日落氣(qi)轉碟按各溝(gou)道(dao)供氧量(liang)的(de)(de)(de)分配設(she)置(zhi)，實際(ji)運街上中(zhong)(zhong)還可根(gen)據需要調節其轉速與(yu)浸沒深(shen)度。奧(ao)貝(bei)(bei)爾氧化(hua)溝(gou)三(san)(san)個(ge)溝(gou)道(dao)的(de)(de)(de)容積(ji)占總容積(ji)的(de)(de)(de)百分比(bi)分別為(wei)外溝(gou)約(yue)占50%～60%，中(zhong)(zhong)溝(gou)30%～35%，內溝(gou)15%～20%，多(duo)采用50%：33%：17%。

除(chu)構(gou)形上的(de)特征，奧貝爾(er)氧(yang)化(hua)(hua)溝(gou)(gou)的(de)一個最顯(xian)著特征是三個溝(gou)(gou)道(dao)的(de)溶(rong)解(jie)呈(cheng)0--1--2mg/L（外-中-內(nei)）的(de)梯(ti)度分(fen)布(bu)。典型的(de)設(she)計是將碳源氧(yang)化(hua)(hua)、反硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)及(ji)大部分(fen)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)設(she)定在第(di)一溝(gou)(gou)（外溝(gou)(gou)）內(nei)進行，控(kong)制(zhi)(zhi)第(di)一溝(gou)(gou)的(de)DO在0～0.5mg/L內(nei)。第(di)二溝(gou)(gou)的(de)DO控(kong)制(zhi)(zhi)在0.5～1.5mg/L,可進一步去除(chu)剩余的(de)BOD或繼續完成(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)。第(di)三溝(gou)(gou)（內(nei)溝(gou)(gou)）的(de)DO為2～2.5mg/L，以(yi)保證出水中有足(zu)夠的(de)溶(rong)解(jie)氧(yang)帶入二沉池。此種DO的(de)分(fen)布(bu)方式(shi)不僅使奧貝爾(er)氧(yang)化(hua)(hua)溝(gou)(gou)具有卓越的(de)脫氮性能(neng)，而且(qie)大大節省了能(neng)耗。

2、需氧(yang)(yang)量與供氧(yang)(yang)量的(de)設計計算(suan)

奧貝(bei)爾氧(yang)化(hua)溝的節能特征主要是(shi)通過供(gong)氧(yang)量的減少(shao)來體(ti)現的。在一個有硝化(hua)反硝化(hua)的生(sheng)物反應(ying)池中，實際(ji)需氧(yang)量可由(you)下式計算：

AOR=1.7QSBOD-1.42XVSS+4.57QDN-2.86QDDN　　　　　　　　　　　　(1)
式中，AOR-----實際需氧量（kgO2/d)
　　　Q------設計進水流量（m3/d)
　　　SBOD------設計BOD去除濃度（g/L)
　　　XVSS------活性污泥生成量（kg/d)
　　　DN-------需硝化的氮量（g/L)
　　　DDN------需反(fan)硝化的氮(dan)量（g/L)

在設計(ji)條(tiao)件(jian)、設計(ji)參(can)數相同(tong)的條(tiao)件(jian)下(xia)，任(ren)何處(chu)理系(xi)統(tong)對氧的需(xu)求量理論上是(shi)相同(tong)的，但由于氧在實際傳(chuan)遞過程中(zhong)受多種(zhong)因素的影響，故(gu)轉換為(wei)作為(wei)選擇曝(pu)氣設備依據的標(biao)準需(xu)氧量時，各處(chu)理系(xi)統(tong)就會有(you)所差別。這里(li)引入一個(ge)校(xiao)正參(can)數--現場修正系(xi)數FCF，對表面(mian)曝(pu)氣設備，其值由下(xia)式計(ji)算：

      FCF=(βΡС-C/C20)а×1.024(Tmax-20) 　　　　　　　　　　　(2)

式中，FCF----氧傳遞現場校正系數
　　　а----清污氧傳遞速修正系數，а=污水中的氧轉移系數（Kla＇）/清水中的氧轉移系數（Kla）
　　　β----清污氧飽和度修正系數，β=污水中的氧飽和度（Cs＇）/清水中的氧飽和度（Cs）
　　　Ρ----海拔高度修正系數，Ρ=所在地區實際氣壓（Ρa）/1.013×105
　　　Tmax---設計最高水溫（℃）
　　　C20---標準大氣壓下水溫20攝氏度時氧的飽和溶解度（mg/L)）
　　　Cs----設計最高水溫Tmax下氧的飽和溶解度（mg/L)
　　　C-----設(she)計反(fan)應池內平均溶解氧(yang)濃度(du)（mg/L)

于是標準需氧量（SOR）為：
　　SOR=AOR/FCT（kgO2/d)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)

由(you)式（2）和（3）可知，反應在池混合液中溶解(jie)氧(yang)越(yue)小，現場(chang)校正系數(shu)越(yue)大(da)，則(ze)相應的(de)(de)標準需氧(yang)量就少，實(shi)際供氧(yang)量降低(di)，從而也(ye)就降低(di)了動力消耗。當(dang)混合液中的(de)(de)DO為零時，由(you)于有最(zui)大(da)的(de)(de)推動力，因此氧(yang)的(de)(de)轉移率(lv)最(zui)大(da)，現場(chang)校正系數(shu)最(zui)大(da)，能耗節(jie)省最(zui)多。

對奧貝(bei)爾氧化溝而言，各溝道(dao)的(de)容積(ji)不(bu)同，對有(you)機物、氮的(de)去(qu)除(chu)率也(ye)不(bu)同，反映到(dao)實(shi)際(ji)需氧量(liang)(liang)（AOR）上也(ye)就(jiu)(jiu)不(bu)同，另(ling)外其三個溝道(dao)內的(de)溶(rong)解不(bu)一(yi)樣，FCF也(ye)就(jiu)(jiu)不(bu)一(yi)樣。因此，在(zai)計算(suan)標準需氧量(liang)(liang)時需分別對各溝道(dao)作(zuo)修正。

為簡化計算、便于理解，將式（1）作如下轉換：
　　AOR=(1.7-1.42Y)QSBOD+(1.42YQSBOD-1.42XVSS)+4.57QDN-2.86QDND
　　　=(1.791.42Y)QSBOD+1.42YQSBOD×;(0.8bHθc/1+bHθc)+4.57QDN-2.86QDDN (4)

式中，Y---異養微生物產率系數（kgVSS/kgBOD5),一般為0.55--0.75kgVSS/kgBOD5；
　　　　　bh---異樣微生物內源衰減速率（d-1),bH=B(20)×1.04(Tmin-20),b(20)為20℃時異養微生物內源衰
減速率，一般為0.15--0.25d-1,Tmin為設計最低水漫
　　　　　θc---設計(ji)泥(ni)齡（d)

式（4）中的(de)第(di)一項可理解(jie)為BOD降(jiang)解(jie)（除用于合成(cheng)的(de)外）所需(xu)的(de)耗(hao)氧量，第(di)二項可理解(jie)為污泥內源泉呼吸(xi)需(xu)氧量。

假設：

1）外、中、內溝對BOD5的去除率分別為ηB1、ηB2、ηB3，對TKN的硝化率分別為ηN1、ηN2、ηN3，對N的去除占總去除量的比例分別為ηDN1、ηDN2、ηDN3。
2）外、中、內三溝的容積百分比分別為p1、p2、p3。
則奧貝爾氧化溝外、中、內三個溝道的實際需氧量分別為：
　　APR1=(1.7-1.42)ηB1QSBOD+1.42p1YQSBOD×(0.8bHθc/1+bHθc)+4.57ηN1QDN-2.86ηDN1QDDN (5)
　　APR2=(1.7-1.42)ηB2QSBOD+1.42p2YQSBOD×(0.8bHθc/1+bHθc)+4.57ηN2QDN-2.86ηDN2QDDN (6)
　　APR3=(1.7-1.42)ηB3QSBOD+1.42p3YQSBOD×(0.8bHθc/1+bHθc)+4.57ηN3QDN-2.86ηDN3QDDN (7)

再假設：外、中、內三個(ge)溝(gou)內設計溶解氧(yang)濃度分別為(wei)C1、C2、C3，則三溝(gou)的(de)氧(yang)傳遞現場(chang)校正系數分別為(wei)：FCF1、FCF2、FCF3。相應的(de)標(biao)準需氧(yang)量(liang)即(ji)(ji)為(wei)：SOR1、SOR2、SOR3。奧貝爾氧(yang)化溝(gou)總的(de)標(biao)準需氧(yang)量(liang)即(ji)(ji)為(wei)：

    SOR=SOR1+SOR2+SOR3=(AOR1/FCF1)+(AOR2/FCF2)+(AOR3/FCF3) (8)

3、供氧與(yu)能耗的(de)節省

與常規單溝式(shi)氧化(hua)溝或一(yi)般延時曝(pu)氣(qi)活性污(wu)泥處(chu)理(li)系統相(xiang)比，奧貝爾氧化(hua)溝能耗的節省主要表現在兩個方面(mian)：

第(di)一，同時(shi)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化/反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化比單獨的硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化要(yao)(yao)(yao)節省(sheng)能耗(hao)。在設(she)計和運(yun)行延時(shi)曝氣模(mo)式的活(huo)性(xing)污(wu)泥(ni)(ni)處理(li)系統時(shi)，由于泥(ni)(ni)齡(ling)長、投入的氧(yang)量多(duo)以及(ji)池(chi)(chi)容(rong)大，其成本超(chao)時(shi)常規活(huo)性(xing)污(wu)泥(ni)(ni)法系統需(xu)要(yao)(yao)(yao)特別注意的是，造成高(gao)動力費用(yong)(yong)的最主要(yao)(yao)(yao)原因(yin)是為硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化提供所(suo)(suo)需(xu)要(yao)(yao)(yao)的氧(yang)，即(ji)使(shi)不需(xu)要(yao)(yao)(yao)除(chu)氨氮，混合液(ye)中的氧(yang)也會被(bei)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化菌所(suo)(suo)利用(yong)(yong)。硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化氨氮所(suo)(suo)需(xu)的單位氧(yang)量較BOD氧(yang)化所(suo)(suo)需(xu)要(yao)(yao)(yao)的氧(yang)量高(gao)得很多(duo)，大量的氧(yang)被(bei)NO3-化合物所(suo)(suo)占有(you)。當終(zhong)沉池(chi)(chi)內有(you)氣泡產生且(qie)造成污(wu)泥(ni)(ni)上浮時(shi)，即(ji)為硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽在終(zhong)沉池(chi)(chi)內發生了反硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化生成氮氣所(suo)(suo)為，而此時(shi)，硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽中的氧(yang)即(ji)被(bei)“浪費”掉了。

實際上，反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)可以在生物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應池(chi)內進行，這(zhe)樣(yang)就(jiu)(jiu)不(bu)存在沉淀(dian)池(chi)中的(de)(de)產氮(dan)氣問題(ti)，同(tong)時又(you)為除碳菌提(ti)供了(le)輔助氧(yang)(yang)(yang)源(yuan)。奧貝(bei)爾氧(yang)(yang)(yang)化(hua)溝0-1-2的(de)(de)DO分布正是(shi)提(ti)供了(le)這(zhe)樣(yang)一(yi)(yi)種脫氮(dan)環(huan)境(jing)，在奧貝(bei)爾系統內不(bu)僅發生硝(xiao)(xiao)化(hua)發應。特(te)別(bie)是(shi)發生在外(wai)溝道的(de)(de)同(tong)時硝(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)作(zuo)用基本完成80%甚至(zhi)100%的(de)(de)硝(xiao)(xiao)化(hua)和(he)80%以上的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)。反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)細菌利用硝(xiao)(xiao)酸鹽中的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)，以有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)作(zuo)碳源(yuan)及電子供體，使有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)得到分解(jie)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)，這(zhe)就(jiu)(jiu)相當(dang)于回收了(le)一(yi)(yi)部(bu)分被(bei)消耗的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)。理論(lun)上，每硝(xiao)(xiao)化(hua)1g氨氮(dan)需4.57氧(yang)(yang)(yang)，而每還(huan)原1gNO3-可提(ti)供2.86氧(yang)(yang)(yang)。若(ruo)外(wai)溝反(fan)(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)率為80%，則(ze)有(you)50%硝(xiao)(xiao)化(hua)所(suo)需的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)被(bei)回收，這(zhe)就(jiu)(jiu)減少了(le)供氧(yang)(yang)(yang)量(liang)，也就(jiu)(jiu)節省了(le)供氧(yang)(yang)(yang)能耗。

其次，在奧貝爾氧(yang)(yang)化溝中需氧(yang)(yang)量最大的(de)外溝道有最大的(de)氧(yang)(yang)傳遞現場校正系(xi)數（因(yin)DO平均為(wei)零），這就大大減少(shao)了實際所需供氧(yang)(yang)量。在其它條件相同的(de)狀(zhuang)態下，DO為(wei)2mg/L時比(bi)DO為(wei)零時的(de)標準需氧(yang)(yang)量要多出約30%，或說DO為(wei)零時的(de)標準需氧(yang)(yang)量僅為(wei)DO為(wei)2mg/L時的(de)75%左右。

假設(she)設(she)計進出(chu)水水質、泥齡、曝氣設(she)備等條件相同，比較(jiao)奧(ao)貝爾氧化溝與只有(you)硝化的(de)(de)常規(gui)處(chu)理系統及有(you)硝化和反硝化的(de)(de)常規(gui)處(chu)理系統的(de)(de)供(gong)氧量(liang)（在此以標準需氧量(liang)計）與供(gong)氧能(neng)耗的(de)(de)差別(bie)。

基礎條件假設如下：
　　　Q=10萬3/d,SBOD=200mg/l,DN=50mg/L,DDN=40mg/L,p1=55%,p1=30%,p1=15%,ηB1=100%,ηB1=0,
ηB1=0,ηN1=80%,ηN2=20%,ηN3=0,ηDN1=90%,ηDN2=10%,ηDN3=0；

計算過程參數取值如下：
　　Y=0.65,bH=0.12,θc=15d,Tmin=15℃,Tmax=25℃,α=0.85,β=0.95,p=1。

將上述數據代入式(shi)（1）---（8）計(ji)算可得出供氧量(liang)，假設曝氣設備動(dong)力效率Ep為(wei)1.5kgO2/kwh,可得出所需動(dong)力消耗。表(biao)1為(wei)比較結果。

表1 供氧(yang)與能耗比較結果表

由表中(zhong)結果可知，與只(zhi)有硝化(hua)的處理系統(tong)相(xiang)比，奧貝(bei)爾氧(yang)化(hua)溝(gou)所需供(gong)氧(yang)量(liang)與供(gong)氧(yang)能(neng)(neng)耗均節(jie)省39%；與有硝化(hua)反(fan)硝化(hua)的處理系統(tong)相(xiang)比，奧貝(bei)爾氧(yang)化(hua)溝(gou)所需供(gong)氧(yang)量(liang)與供(gong)氧(yang)能(neng)(neng)耗均節(jie)省20%。

4 結語

與(yu)曝氣(qi)池充(chong)氧(yang)和混合相(xiang)關的(de)(de)高動力費用(yong)是工程設計(ji)(ji)人員和運(yun)行管(guan)理人員所普遍關注的(de)(de)，國外(wai)最(zui)早(zao)發(fa)現奧貝爾氧(yang)化(hua)溝(gou)的(de)(de)節能(neng)物(wu)征(zheng)是源于在污水處理廠運(yun)行中觀測到，實際供氧(yang)量大(da)大(da)少(shao)于按常規(gui)方(fang)法設計(ji)(ji)的(de)(de)氧(yang)化(hua)溝(gou)系統，或是有機負荷高出(chu)三分(fen)之(zhi)一以上時，不增加供氧(yang)量出(chu)水仍能(neng)達標。這一潛能(neng)慢(man)慢(man)被(bei)人們認識(shi)并充(chong)分(fen)發(fa)掘出(chu)來加以廣泛利用(yong)。

目前(qian)奧(ao)貝爾(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)溝(gou)(gou)工藝(yi)在(zai)我(wo)國(guo)的(de)(de)(de)應用(yong)正方(fang)興未艾。在(zai)我(wo)國(guo)污水處理(li)廠出水排放標準越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)嚴的(de)(de)(de)今天，在(zai)滿足排放標準要求的(de)(de)(de)同(tong)時(shi)，人們更關心能(neng)(neng)耗的(de)(de)(de)節(jie)省(sheng)。只考慮硝化(hua)的(de)(de)(de)處理(li)系統某種條件下也可能(neng)(neng)滿足處理(li)要求，但卻造成了(le)能(neng)(neng)量的(de)(de)(de)浪費(fei)。而(er)在(zai)一般的(de)(de)(de)脫(tuo)氮工藝(yi)（如A/O工藝(yi)）中，好氧(yang)(yang)(yang)池(chi)(chi)中較高(gao)的(de)(de)(de)溶解(jie)氧(yang)(yang)(yang)濃度并不利于氧(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)傳(chuan)遞。奧(ao)貝爾(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)溝(gou)(gou)特(te)有的(de)(de)(de)DO梯度分布很(hen)好的(de)(de)(de)解(jie)決了(le)這一矛(mao)盾。約(yue)占(zhan)一半(ban)總(zong)池(chi)(chi)容的(de)(de)(de)外溝(gou)(gou)道DO接近于零，不僅節(jie)省(sheng)了(le)能(neng)(neng)耗還提高(gao)了(le)氧(yang)(yang)(yang)傳(chuan)遞速率(lv)；內溝(gou)(gou)的(de)(de)(de)DO維持2mg/L可保證有足夠的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)帶入(ru)二(er)沉池(chi)(chi)。奧(ao)貝爾(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)溝(gou)(gou)的(de)(de)(de)此種DO設(she)計(ji)堪稱脫(tuo)氮與節(jie)能(neng)(neng)完美結合的(de)(de)(de)典范，與同(tong)類處理(li)工藝(yi)相比其供氧(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)耗約(yue)節(jie)省(sheng)15%～20%。

參考文獻

(1)Lewis E.Ritter.CASE HISTORLES OF STARTUP AND OPERATION OF THE ENVIREX ORBAL AERATION PROCESS.Water Pollution Control Association of Pennsylvania61st Annual Conference 1989
(2)Mikkel G.Mandt,Bruce A.Bell.OXIDATION DITCHES IN WASTEWATER TREATMENT.Ann Arbor Science,Michigan,1982
(3)鄭興燦 李亞新編著。污水除磷脫氮技術。中國建筑工業出版社，北京，1998
(4)張自杰(jie)主編。排水工程（下冊(ce)）。中(zhong)國建筑工業出版社(she)，北(bei)京，1996

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