改良型卡鲁塞尔氧化沟是一种具有A2O工艺特点的氧化沟工艺，在我国污水处理项目中应用较为广泛。氧化沟工艺运行效果的好坏与设计、运营有密切关联。规范上的设计参数参考值较宽泛，设计难以精确取值，使得设计目标与工程结果产生偏差。结合已建项目运行情况，根据实际运行参数和基础数据，对各类技术参数进行全面系统的分析和评估，提出指导性优化建议，提高未来新项目的决策水平。
一、工程概况
河南省巩义市某污水处理厂设计总规模为5万m3/d，分2期建设运行，其中一期2万m3/d，二期3万m3/d。主体生物处理工艺均采用改良型卡鲁塞尔氧化沟，一期深度处理工艺采用机械反应斜板沉淀池+深床反硝化滤池，二期深度处理工艺采用机械混凝平流沉淀池+V型滤池，出水执行一级A排放标准。污泥处理工艺采用重力浓缩+带式压滤+石灰稳定干化技术，脱水污泥含水率达60%后外运填埋处置。该厂一期工艺流程如图1所示。
该厂自2018年下半年以来，污泥产量剧增，污泥处理系统一度超负荷运行。因生化系统污泥膨胀和剩余污泥排放不及时，导致后续沉淀、过滤单元出现跑泥现象。在实施中期技改前，还存在能耗高、出水TN不能稳定达标的问题。针对上述问题，从水量水质、氧化沟运行情况、技术参数对比及能耗指标等方面分析，评估氧化沟的技术合理性，并根据技改情况验证结论。
二、实际运行水量、水质
2.1 运行水量
2017年1月~2019年7月间日平均进水量约42000m3/d，达到设计规模的84%。该厂小时进水量波动较大，最高时进水量是最低时进水量的2.5倍。在高负荷运行情况下，瞬时水量变化对该厂污水处理系统产生较大的负荷冲击。
2.2 实际运行进、出水水质
根据最近1年的运行记录，该厂实际进、出水水质结果如表1所示。
总体上该厂实际进水水质高于设计进水水质。进水BOD5/COD≥0.45，BOD5/TN≥4，污水可生化性好。从全年各项水质指标统计情况看，COD、BOD5、NH3-N等指标表现出优异的处理效果，TN、TP已基本稳定，保持在一级A标准内。
三、氧化沟运行分析
3.1 氧化沟设计概况
一期氧化沟共2组，其中一期原氧化沟设计规模为0.75万m3/d，新建改造氧化沟设计规模1.25万m3/d。原氧化沟在后期技改中先后实施表曝改底曝、缺氧池改建、增设动力内回流、更换潜水推流器等措施，一期氧化沟具备独立缺氧段和功率匹配的潜水推流器，但仅实施动力内回流改造。
3.2 运行情况分析
3.2.1 氮指标沿程分析
一般认为，市政污水处理的最大难点是TN去除率。为便于精准评估生化池的脱氮性能，本次技改后对一期原氧化沟各个功能区间进行沿程跟踪分析和评估，结果如图2所示。
一期原氧化沟的进水氨、氮经好氧段后显著降低，硝酸盐氮在好氧段逐步提升，说明生化系统硝化作用良好;氧化沟进水硝酸盐氮经缺氧段后浓度降低约一半，说明生化系统有一定的反硝化作用;氧化沟出水TN低于15mg/L，满足出水标准，但进、出水TN相差不到一半，总体上系统脱氮效率一般。
一期提标改造氧化沟的进水氨氮经缺氧段、好氧段后显著降低，说明生化系统硝化作用良好;氧化沟进水中硝酸盐氮经缺氧段后略有降低，好氧段略有提升。前者说明低浓度硝酸盐氮情况下的反硝化作用不明显，后者说明好氧段的氨、氮含量较低;氧化沟出水TN低于15mg/L满足出水标准，但进、出水TN相差过半，总体上系统脱氮效率优于一期原氧化沟(见图3)。
3.2.2 氧化沟技术参数评估
为便于准确评估生化池的技术性能，在实际工况条件下，对氧化沟技术参数进行核算，并测算进、出水水质、水温情况下氧化沟技术参数理论值，两者进行对比，如表2、表3所示。
根据测算结果，一期氧化沟实际水力停留时间和污泥龄均不能满足设计要求。系统实际反硝化速率不到测算设计值的一半，检测现场缺氧池DO为0.15~0.20mg/L，分析有以下几方面的原因。
1)受环境条件影响，反硝化菌未成为优势菌群。
2)BOD中的VFAs比例较低，降低系统的反硝化速率。
3)池内搅拌混合不充分。
3.2.3 产泥量和污泥指标分析
系统的实际污泥浓度为5~6g/L，高于设计推荐值。分析认为，本项目实际进水碳氮磷指标明显高于设计值，且该厂瞬时进水量变化大，为适应较高有机负荷，生化系统的污泥浓度偏高。为避免引发污泥膨胀或死泥较多导致的二沉池跑泥问题，必须加大剩余污泥排放量，也是该厂污泥产量居高不下的主要原因。
3.3 能耗分析
氧化沟供氧系统是污水处理厂能耗较大的环节。一期原氧化沟采用空气悬浮离心风机，综合能耗约1500kWh，吨水电耗0.268kWh/m3;一期提标新建氧化沟采用倒伞型曝气机，综合能耗约3116kWh，水电能耗0.335kWh/m3。由此表明，传统表面曝气在节能方面明显不及新型离心风机。
四、技术评估
巩义某厂改良型卡鲁塞尔氧化沟工艺以城镇生活污水为处理对象时，对于COD、BOD、氨氮等具有良好处理效果，TN、TP虽然较接近限值，但基本能满足一级A处理标准。总体评价为良。该厂生化池设计存在以下问题。
1)氧化沟设计池容量偏小，停留时间不足，主要原因是设计阶段预测的进水水质与实际情况有较大偏差。
2)氧化沟技改后的外回流、内回流改造点不在最佳位置，影响了回流效果。
3)供氧方式仍采用表面曝气，导致运行能耗偏高。
五、结语
对于改良型卡鲁塞尔氧化沟设计参数，建议污泥负荷取0.05~0.08kgBOD5/(kgMLSS?d)，反硝化速率如无试验条件，建议取0.02~0.03kgNO3-N/(kgMLSS?d)，设计泥龄应不低于15d。理论计算的系统需氧量往往大于实际运行需氧量，对于生活污水为主的污水处理厂项目，若计算气水比大于5，建议风机按5∶1气水比配置，并设置变频，一般能满足运行要求。
对于氧化沟改造项目，应明确几点改造思路。
1)将表面曝气改为底部曝气。
2)改造生化池应划分独立生物选择区、厌氧段和缺氧段，缺氧段应采用内循环沟道，确保混合均匀，避免短流。
3)增设内回流泵和多点进水功能，并确保内回流、外回流和生化池总进水口在同一位置。
4)厌氧段和缺氧段改为完全混合或内部循环的混合方式，确保污水和活性污泥充分接触混合。
5)内回流泵出水口应设于水面以下，多点进水应采用闸门底部进水，避免跌水充氧。(来源：北控(杭州)生态环境投资有限公司;巩义北控水务有限公司)
