氧化沟又称氧化渠或循环曝气池，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此实质上是传统活性污泥法一种改型，一般不需要设置
初沉池，并且经常采用延时曝气，其基本形式平面示意见图3- [#]8。
与传统活性污泥法相比，氧化沟池体狭长（可达数十米，甚至上百米），沟渠形状呈圆形或楠圆形，分单沟系统或多沟系统。
泥龄可长达15~30d，是传统活性污泥法的3~6倍，污泥中可存活增殖世代时间较长的细菌（如硝化菌），其中可能产生硝化反应和反硝化反应。进水负荷较低，只有0.05~ [#].15kgBOD5/(kgMI5S-d),又类似延时曝气法。运行方式有间歇式和连续式两种，间歇式具有SBR法的特点，而连续式要设二沉池和污泥回流系统。
图3-18氧化沟系统平面示意图
1.氧化沟的结构
氧化沟一般呈环状沟渠形，其平面可为圆形或椭圆形或与长方形的组合状。其主要构成如下：
(1)氧化沟沟体
氧化沟的渠宽、有效水深等与氧化沟分组形式和曝气设备性能有关。除了奥贝尔氧化沟外，其他氧化沟直线段的长度小为 [#]2m或少是水面处渠宽的2倍。当配备液下搅拌设备时，实际水深可以比单独使用曝气设备时加大。所有氧化沟的超高不应小于0.5m,当采用表面曝气机时，其设备平台宜高出水面1~2m，同时设置控制泡沫的喷嘴。
(2)曝气装置
曝气装置是氧化沟中主要的机械设备，对氧化沟处理效率、能耗及运行稳定性有关键性影响。除了供氧和促进有机物、微生物与氧接触的作用外，还有推动水流在沟内循环流动、保证沟中活性污泥呈悬浮状态的作用。常用的曝气设备有曝气转刷、曝气转盘、立式曝气、射流曝气、混合曝气等。
(3)进出水装置
从平面上看，进水及回流污泥位置与曝气装置保持一定距离，促使形成缺氧区产生反硝化作用，并获得较好的沉降性能。出水位置应布置在进水区的另一侧，与进水点和回流污泥进口点保持足够的距离，以避免短流。当有两组以上氧化沟并联运行时，设进水配水井可以保证配水均勻；交替式氧化沟进水配水井内设有自动控制配水堰或配水闸，按设计好的程序变换氧化沟内的水流方向和流量。
氧化沟系统中的出水溢流堰具有排出处理后的污水和调节沟内水深的双重作用，因此溢流堰一般都是可升降的。通过调节出水溢流堰的高度，可以改变沟内水深，进而达到改变曝气器的浸没深度，使充氧量改变以适应不同的运行要求。为防止曝气器淹没过深，溢流堰的长度必须满足处理水量与回流量的大值。
(4)导流装置
为了保持氧化沟内具有污泥不沉积的流速，减少能量损失，必须有导流墙和导流板。一般为保持氧化沟内污泥呈悬浮状态而不致沉淀，沟内断面平均流速要在0.3m/s以上，沟低流速不低于O.lm/s。一般在氧化沟转折处设置导流墙，使水流平稳转弯并维持一定流速。另外，距转刷之后一定距离内，在水面以下要设置导流板，使水流在横断面内分布均匀，增加水下流速。通常在曝气转刷上、下游设置导流板，使表面较高流速转人池底，提高传氧速率。
2.氧化沟的脱氮除磷作用
传统的氧化沟具有延时曝气活性污泥法的特点，一般可以使污泥中的氨氮达到95%~ [#]9%的硝化程度。通过调节曝气的强度和水流方式，可以使氧化沟内交替出现厌氧、缺氧和好氧状态或出现厌氧区、缺氧区和好氧区。在缺氧区，反硝化菌利用污水中的有机物为碳源，将硝酸盐氮还原成氮气，脱氮效果可达 [#]0%。在厌氧区，污泥中的聚磷菌释放在好氧段吸收的磷，然后进入好氧区再次吸收污水中的磷，通过排放剩余污泥将污水中的憐除去。
除磷脱氮的氧化沟是将氧化沟运行方式和除磷脱氮工艺要求结合起来，使氧化沟在时间和空间上以A/0方式运行，用氧化沟来实现本应有多个反应器来承担的任务，使除磷脱氮工艺流程更加紧凑，氧化沟的功能更加强大。在氧化沟完成硝化和反硝化比较简单為行，即脱氮效果很好，但由于在氧化沟内很难出现绝对的厌氧状态，.因此除磷效果不是十分显著。为了实现同时脱氮和除磷的目的，可以将厌氧池和氧化沟结合起来，形成类似于A2/0的脱氮除磷工艺。这种典型工艺是卡鲁塞尔A2C氧化沟和卡鲁塞尔五段Bardenpho式氧化沟，以上两种工艺的流程示意见图 [#]- [#]9和 [#]- [#]0。
图3-20卡鲁塞尔五段Bardenpho工艺流程示意图
3.氧化沟的工艺特点
氧化沟的水流混合特征基本上是完全混合式，同时又具有推流式的某些特征。其主要特点如下：
(1)进人氧化沟的水流按水量和沟的长度计，进水在沟中流动一周的时间为5~ [#]0min,而实际水力停留时间为10~ [#]4h,即相当于进水在整个停留时间内要在氧化沟内循环30~ [#]80次不等。因此，从整体来看，氧化沟是一个完全混合池，其中的污水水质几乎一样，原水一进入氧化沟，就会被几十甚至上百倍的循环流量所稀释。所以氧化沟能够承受水质和水量的冲击负荷，适用于处理高浓度的有机污水。
(2)氧化沟的曝气装置不是沿池长均匀布置，而是只安装在某几处，在曝气器下游附近，水流搅动剧烈，混合液溶解氧浓度较高；但随着与曝气器距离的增加，水流搅动变缓，溶解氧浓度下降，还可能出现缺氧区。氧化沟采用多点而非全池曝气的特点使氧化沟内混合液具有推流特性，溶解氧浓度沿池长方向呈浓度梯度，依次形成好氧、缺氧和厌氧环境，因此通过合理的设计与控制，氧化沟工艺可以取得较好的除磷脱氣效果。
(3)氧化沟工艺可以将曝气池和二沉池合建成一体，而且池深较浅，转刷曝气设施容易制作。因此流程简单，施工方便。'
(4)对水温、水质和水量的变化适应能力较强，通常不设初沉池和二次沉淀池，经过长时间曝气的污泥可直接浓缩和脱水。
(5)由于氧化沟的水力停留时间和泥龄接近延时曝气法，比其他活性污泥法长，悬浮有机物和溶解性有机物可以同时得到较彻底的去除。因此处理出水水质较好，剩余污泥量少。主要用于处理浓度较低的城市污水或用于工业废水二级处理后的
深度处理。
(6)氧化沟的主要缺点是占地面积大。
4.氧化沟的技术特点
(1)构造形式的多样性
传统氧化沟的曝气池呈封闭的沟渠形式，沟渠的形状和构
造演变成了许多新型的氧化沟技术。沟渠可以是圆形或楠圆形，可以是单沟或多沟。多沟系统可以是一组同心的相互连通的沟渠（如Orbal式氧化沟），也可以是互相平行、尺寸相同的一组沟渠（如三沟式氧化沟），有与二沉池合建的，也有与二沉池分建的；合建式氧化沟的又有体内式船形沉淀池和体外式侧沟沉淀池等。多种多样的构造型式，赋予了氧化沟灵活机动的运行方式，使其通过与其他处理单元组合，满足不同的出水水质要求。
(2)曝气设备的多样性
从氧化沟技术发展的历史来看，氧化沟曝气设备的发展，在—定程度上反映了氧化沟工艺的发展，新的曝气设备的幵发和应用，往往意味着一种新的氧化沟工艺的诞生。氧化沟常用的曝气设备有转刷、转盘及其他表面曝气机和射流曝气器等，氧化沟技术发展与高效曝气设备的发展是密不可分的，不同的曝气设备演变出不同的氧化沟型式，如采用转刷的Pasveer氧化沟、采用表曝机的卡鲁塞尔氧化沟和采用射流曝气的JAC氧化沟等。
(3)曝气强度的可调节性
氧化沟的曝气强度可以调节，其一是通过出水溢流堰调节堰的髙度改变沟渠内的水深，即改变曝气装置的淹没深度，改变氧量适应运行的需要。淹没深度的变化对于曝气设备的推动力也会产生影响，从而对水流速度产生调节作用。其二是通过调节曝气器的转速进行调节，从而调整曝气强度和推动力。与其他活性污泥法不同的是，氧化沟的曝气装置只设在沟渠的一处或几处，数目多少与氧化沟型式、原水水量水质等有关。
(4)具有推流式活性污泥法的某些特征
每条氧化沟的流态具有推流性质，进水经过曝气后到流至出水堰的过程中可以形成沉降性能良好的生物絮凝体，这样不仅可以提高二沉池的泥水分离效果，还可以发挥较好的除磷作用。同时通过对系统的合理控制，可以使氧化沟交替出现缺氧和好氧状态，进而实现反硝化脱氮的目的。
(5)使预处理、二沉池和污泥处理工艺简化氧化沟的水力停留时间和泥龄都比一般生物处理法要长，污水中悬浮状有机物可以和溶解状有机物同时得到较彻底的氧化，所以可以不设初沉池。由于氧化沟工艺的负荷较低，排出的剩余污泥量较少且性质稳定，因此不需要进行厌氧消化，只需要浓缩脱水。交替式氧化沟和一体式氧化沟可以不再单独设置二沉池，从而使处理流程更加简化。
5.常用氧化沟的类型
(1)卡鲁塞尔氧化沟
卡鲁塞尔（Carrousel)氧化沟是应用立式低速表面曝气器供氧并推动水流前进的氧化沟型式，弥补了转刷式曝气氧化沟的技术弱点，渠道深度更大、效率更高，标准的卡鲁塞尔氧化沟构造见图 [#]-21。
图3-21标准卡鲁塞尔氧化沟示意图 [#]—污水泵站；1’一回流污泥泵站；2—氧化沟；3—转刷曝气器；
4一剩余污泥排放；5—处理水排放；卜二次沉淀池
卡鲁塞尔氧化沟是一个多沟串联系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内不停地循环流动。表曝机与分隔墙的布局使混合液被表曝机从上游推流到下游，并在沟内维持足够的流动速度。在正常的设计流速下，沟内混合液的流量是进水量的50~ [#]00倍，混合液平均每5~20min完成一次循环，具体的循环时间与氧化沟的长度、宽度、深度和进水水量等有关。这种流态可以防止短流，同时通过完全混合作用产生很强的耐冲击负荷能力。
卡鲁塞尔氧化沟在每组沟渠安装一个立式低速表面曝气
机，安装位置在沟渠的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和曝气机上游的及外环的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚，使活性污泥易于沉淀，而且可以起到脱氮和除磷的效果。BOD5的去除率可以达到95%~99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%，如果投加铁盐，除磷效率可达95%。因此卡鲁塞尔氧化沟工艺特点可总结为四点：①立式表面曝气机单机功率大（大可达150kW)并可以及时调整，节能效果显著；
②立式表面曝气机的混合搅拌功能强大，有利于来水与活性污泥的混合，提高了氧化沟的耐冲击负荷的能力；③立式表面曝气机的溶氧效果好，平均传氧效率可达2.1kg02/(kW*h)以上；
④卡鲁塞尔氧化沟沟深可达5m以上，使氧化沟占地面积减少，降低基建投资。
为满足日益严格的水质排放标准的要求，卡鲁塞尔氧化沟在标准池型的基础上，又开发了一些新的池型，这些新型的卡鲁塞尔氧化沟在提高处理效率、降低运行能耗、改善活性污泥性能等方面都和标准池型有了一定程度的提高，尤其加强了生物脱氮除磷功能。比如卡鲁塞尔A2C工艺是在卡鲁塞尔氧化沟的上游加设了厌氧池，不仅提高活性污泥的沉降性能、有效抑制活性污泥膨胀，而且为生物除磷提供了先期彻底释放磷的场所、即为在好氧段的吸收磷创造了条件，通过及时排放剩余污泥可以使出水的总磷含量降到2mg/L以下。
(2)奥贝尔氧化沟
奥贝尔(Orbal)氧化沟是一种多级氧化沟，沟中安装有曝气转盘，来实现充氧和混合，水深为2~ [#].6m，沟底流速为0.3~0.9m/s。奥贝尔氧化沟的构造形式为独特的同心圆型的多沟槽系统(见图3-22)，进水先引人外侧的沟中，并在其中不断循环的同时进人下一个沟，相当于一系列完全混合反应器串联在一起，后从中心的沟中排出。圆形或椭圆形的平面结构，比其他渠道较长的氧化沟型式更能利用水流惯性，可节省能量，多渠串联的型式又可减少水流短路现象。每一圆形沟渠都表现出各自的 [#]16
特性，比如对氧的吸收率进水沟高、出水沟低，这样的结构使奥贝尔氧化沟具有推流式活性污泥法的特征。
图3-22奥贝尔氧化沟示意图 [#]，2, [#]—同心圆形沟槽
常见的奥贝尔氧化沟为三沟型，由内至外的三沟容积分别为总容积的60%~ [#]0%、20%~ [#]0%和10%。尽管奥贝尔氧化沟进水很快在单个沟渠内通过扩散分布均勻，但也只是在其沟内实现完全混合，与第二沟内、第三沟内的水质、溶解氧、作用等性能具有明显的差异。进人第一沟的污水，经过转盘曝气器搅拌充氧后，混合液的溶解氧仍然接近于零。这是由于混合液对溶解氧的吸收利用速率高于供氧速率，而在奥贝尔氧化沟后一沟中的溶解氧由于吸收率低而呈现较高的浓度。为节约能量，一般当第一沟的溶解氧浓度上升到超过0.5mg/L时，应当稍微降低整个系统的充氧量；而当第三沟的溶解氧浓度低于1.5mg/L时，应当稍微提高整个系统的充氧量。曝气转盘的浸没深度通常在30~ [#]0cm之间变化，而这个变化可以通过调整淹没式孔口或可调出水堰的淹没深度来实现。
奥贝尔氧化沟在时间和空间上的分阶段性，对于达到高效的硝化和反硝化十分有利。第一沟内的低溶解氧，因为存在容易利用的碳源，自然会出现反硝化作用，即硝酸盐被转化为氮气，同时微生物释放磷。而在其他沟特别是后一沟内由于溶解氧较高，有机物可以被氧化得很彻底，氨氮也可以达到完全硝化，同时微生物吸收污水中的磷。
(3)交替式氧化沟
常见交替式氧化沟有双沟（D)式和三沟（T)式两种，使用的曝气设施为曝气转刷。由于双沟式氧化沟的设备闲置率较高（超过50%)，三沟式氧化沟在实际中的应用量更多。三沟式氧化沟实际上是一个A/0活性污泥系统，具有生物脱氮功能，传统去除BOD5S沟式氧化沟的运行方式见图3-23。
三沟式氧化沟由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟的邻沟之间相互双双连通，两侧氧化沟可起到曝气和沉淀的双重作用。每个沟都配有可供进水和环流混合的转刷，自控装置自动控制进水的分配和出水调节堰。三沟式氧化沟具有传统去除bod5和生物脱氮的两种运行方式，传统去除bod5时曝气转刷只有曝气和停止两种状态，而在生物脱氮时，曝气转刷低速运转只起到搅拌保持沟内污泥呈悬浮状态的作用，通过改变转刷的转速实现好氧和缺氧的转变一般都是自动控制。表3-4列出了三沟式氧化沟脱氮时的运行方式。
阶段A:污水进人第I沟，转刷以低速运转仅使沟内污泥在悬浮状态下环流，所供氧量则不足以使沟内有机物氧化。此时，活性污泥中的微生物强制利用上一阶段产生的硝态氮作为氧源，有机物被氧化，硝态氮被还原成氮气溢出；同时，自动调节出水堰上升，污水与活性污泥一起进人第n沟。第n沟内的转刷高速运转，混合液在沟内保持恒定环流，转刷所供氧量足以氧化有机物并使氨氮转化为硝态氮，处理后的混合液进人第in沟。第in沟转刷处于闲置状态，此时只作为沉淀池实现泥水分离，处理后的污水通过已降低的出水堰从第in沟排出。
表3-4三沟式氧化沟生物脱氮运行方式
运行阶段ABCDEF
IninInIQInDIIDIInfflIUDI
沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟沟
各沟状态反
硝硝沉硝硝沉沉硝沉沉硝反
硝沉硝硝沉硝沉
化化淀化化淀淀化淀淀化化淀化化淀化淀
延续时间/h2.50.51.02.50.51.0
阶段b:污水人流从第I沟转向第n沟，第I沟和第II沟内的转刷均高速旋转。第I沟从缺氧状态逐渐变为好氧状态。在第n沟内处理后的混合液进人第in沟，第in沟仍作为沉淀池实现泥水分离，处理后的污水从第m沟排出。
阶段c:进水仍进人第n沟，第I沟转刷停止运行，由运转转变为静止沉淀状态，开始泥水分离，到本阶段结束，分离过程也同时完成。处理后的污水仍然从第in沟排出。
阶段d:进水从第II沟转向第in沟，第I沟出水堰降低，第hi沟出水堰升高，出水从第I沟引出。同时，第in沟内转刷开始低速运转，混合液从第m沟流向第n沟；在第n沟曝气后进人第I沟，第I沟成为沉淀池。阶段D和阶段A的工作状态类似，所不同的是第I沟和第m沟的作用正好相反，反硝化发生在第m沟，出水从第I沟排出。
阶段e:进水从第in沟转向第n沟，第m沟内的转刷开始高速运转；第I沟仍作为沉淀池，处理后的污水通过第I沟出水堰排出。
阶段f:进水仍进人第n沟，第瓜沟转刷停止运行，由运转转变为静止沉淀状态，开始泥水分离，到本阶段结束，分离过程|IMW成处理后的污水仍然从第I沟排出。阶段E和阶段B的I作状态类似，所不同的是第II沟和第DI沟的作用正好相反。
(4)一体式氧化沟
一体式氧化沟又称合建式氧化沟，是指集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流等功能为一体、不需建造单独二沉池的氧化沟。早的间歇运行氧化沟也是一体式氧化沟，但现在的一体式氧化沟指的是设有专门的固液分离装置和措施的氧化沟。一体式氧化沟常用的固液分离装置型式有内置式和外置式两种。
内置式固液分离装置设置在氧化沟的横断面上，利用了竖流沉淀和斜板沉淀的i作原理。氧化沟的混合液从其底部流过时，混合液向上流过分离器，固相污泥的上升速度小于上清液的上升速度，因而实现固液分离。固液分离器内相对静止的水流和氧化沟内流动水流间产生的压力差所形成的抽吸作用，使沉淀下来的污泥自动回流到反应器中并和其他混合液再混合在一起，因此这种分离装置受沟内水流条件的影响较大。常用的内置式固液分离装置型式有船型（见图3-24)和BMTS型等。
图3-24船型一体式氧化沟示意图注：槽内流速v,为船式沉淀池底部流速的60%
船型沉淀槽设在氧化沟的一侧，所占氧化沟的容积比为 [#]%~ [#]1%,但其宽度小于氧化沟的宽度，就像在氧化沟内放置的一条船，船型氧化沟也因此得名。混合液在其底部及两侧流过，在沉淀槽下游一端设有进水口，部分混合液由此进人沉淀槽，即沉淀槽内的混合液流动方向与氧化沟内的混合液流动方向相反。污泥在沉淀槽内下沉并由底部的污泥斗收集回流到氧化沟，澄清出水则由沉淀槽上游的溢流堰收集排出。船型固液分离装置底部采用一系列均匀排列的倒V形板，使混合液能够均匀进入而沉淀污泥能迅速回流，同时底部开孔很多使其中的水流上升速度很慢，对污泥缓冲层和污泥回流的影响很小。分离器内流态处于层流状态有利于大颗粒絮体的形成，这些大颗粒絮体在船型分离器的上部形成悬浮污泥层，将不断上涌的混合液中的污泥颗粒吸附和截留，从而提高出水水质。污泥层中过多的污泥絮体在重力作用和底部水流的抽吸作用下，又可以不断回流到氧化沟的水流中。
外置式固液分离装置对氧化沟断面和沟内混合液的正常流动几乎不产生影响，水力条件较好。比较典型的外置式固液分离装置是侧渠型固液分离装置（见图3-25)。
图3-25侧渠型一体化氧化沟示意图
侧渠型固液分离装置设置在氧化沟一侧的中间位置并贯穿整个池深，循环混合液在分离器部位流过时，部分混合液会进入沉淀区底部，再向上通过倾斜挡板，上清液用淹没式穿孔管排出，沉淀污泥则沿挡板下滑，由混合液携带流走。这种分离器占据氧化沟的断面少，对氧化沟内混合液流动的影响小，固液分离装置自身的水力分离条件也较好，分离效果优于内置式固液分离装置。
外置式固液分离装置利用了平流沉淀的原理，其特殊的构造使得混合液在分离器内的上升流速逐渐减小，保持较平稳的层流状态，促使污泥互相发生絮凝并在重力作用下与水分离，絮凝的污泥形成了一道悬浮污泥层，可以将新进人分离器混合液中的污泥颗粒截留下来，实现泥水分离。这一过程和悬浮澄清池相似，但外置式固液分离装置内的污泥层不是长时间固定停留在分离器中，而是在重力作用下不断循环流动回流到氧化沟混合液中，即这种悬浮污泥层是不断自动更新的。新的混合液中的污泥不断加人污泥层，而同时又有部分污泥在不断回流到混合液中，污泥在分离器中的停留时间较短。由于具有这种独特的分离机理，外置式固液分离装置的沉淀分离敢率优于普通型式的二沉池。
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