給水生物接觸氧化池兩種不同曝氣系統(tǒng)的比較研究.doc

1、給水生物接觸氧化池兩種不同曝氣系統(tǒng)的比較研究摘要：生物接觸氧化法作為給水生物預(yù)處理工藝，近年來(lái)得到了日益廣泛的工程實(shí)際應(yīng)用。本文對(duì)給水生物接觸氧化法預(yù)處理工程中常用的兩種曝氣系統(tǒng)（微孔曝氣器曝氣和穿孔管曝氣），作了充氧性能、系統(tǒng)造價(jià)、運(yùn)行成本及運(yùn)行管理等方面的比較研究。研究表明，在實(shí)際工程應(yīng)用中,采用微孔曝氣器的曝氣系統(tǒng)優(yōu)于采用穿孔管的曝氣系統(tǒng). 關(guān)鍵詞:微孔曝氣器 生物接觸氧化池 穿孔管 充氧性能 運(yùn)行成本 近些年來(lái),隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,城市化建設(shè)加快，城市人口膨脹,引起了城市工業(yè)與生活用水大量增加;同時(shí)，相應(yīng)的污染排放量也在逐年增加,導(dǎo)致了飲用水水源普遍受到污染，飲用水水質(zhì)惡化。在給水處

2、理領(lǐng)域中引入生物預(yù)處理，已成為微污染水源水處理的技術(shù)發(fā)展方向和有效手段之一。在我國(guó)，給水工程實(shí)踐中常用生物接觸氧化法作為生物預(yù)處理工藝。在該方法中，曝氣系統(tǒng)的選擇直接關(guān)系著整個(gè)生物預(yù)處理工藝的充氧性能、處理效果、運(yùn)行成本和管理操作。本文結(jié)合中試試驗(yàn)和工程實(shí)踐對(duì)這兩種不同曝氣系統(tǒng)作了多方面的比較與分析。 1 生物接觸氧化池的兩種曝氣系統(tǒng) 為提高氧的利用率，生物接觸氧化池宜采用氣水逆向流設(shè)計(jì).一般用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣，曝氣設(shè)備分布于池底；氣流自下向上流經(jīng)填料區(qū)，水流自上向下流經(jīng)填料區(qū)。曝氣系統(tǒng)一般采用微孔曝氣系統(tǒng)或穿孔曝氣系統(tǒng).微孔曝氣系統(tǒng)一般采用膜片式微孔曝氣器作為曝氣設(shè)備，池中填料一般采用彈性填料

3、，設(shè)計(jì)氣水比一般取0。7左右。 穿孔曝氣系統(tǒng)采用穿孔管作為曝氣設(shè)備，池中填料可采用顆粒填料或彈性填料，設(shè)計(jì)氣水比一般取1左右. 2 充氧性能比較 通過(guò)對(duì)中試裝置的清水充氧試驗(yàn),對(duì)兩種不同曝氣方式的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)充氧性能作了測(cè)試，并對(duì)以下幾項(xiàng)充氧性能評(píng)定指標(biāo)作了比較與分析。 （1) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)klas（h1）曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(水溫20、1atm大氣壓強(qiáng)）的測(cè)試條件下，在單位傳質(zhì)推動(dòng)力作用時(shí),單位時(shí)間向單位體積水中傳遞氧的數(shù)量； klas=kla(t）·1.024（20t) （1） 式中 kla(t）-水溫為t條件下，氧氣的總轉(zhuǎn)移系數(shù)（h1)； t測(cè)定時(shí)的實(shí)際水溫（）。 kla(

4、t）=2。303lg（c3c1)/(c3c2）×60/（t2t1) （2) 式中 cs液體中的氧氣溶解度（mg/l）； c1、c2在t1、t2時(shí)間（以min計(jì)）所測(cè)得的氧氣濃度（mg/l). （2） 氧氣轉(zhuǎn)移率dc/dt(mg/l。h）曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下,單位體積內(nèi)氧氣的轉(zhuǎn)移速率； dc/dt=klas·cs（20) （3) 式中 dc/dt -單位體積內(nèi)氧氣的轉(zhuǎn)移速率，簡(jiǎn)稱氧氣轉(zhuǎn)移率（mg/l.h)； cs(20)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧氣在清水中的溶解度，cs(20）=9.17mg/l. （3) 充氧能力r0(kgo2/h)-曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下，單位時(shí)間向溶解

5、氧為零的水中傳遞的氧量： r0=klas·v·cs(20）·103 ,(kgo2/h） （4) 式中 v液體體積（m3)。 （4） 氧利用率ea（）-曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下，傳遞到水中的氧量占曝氣器供氧量的百分比: ea=(r0/s)×100% （5） 式中 s供氧量（kgo2/h)； s=0。21·1.331·gs 其中 0。21空氣中氧所占比例； 1。331-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧的容重(kg/m3); gs-供給空氣量(m3/h）。 (5） 充氧動(dòng)力效率ep（kgo2/kw。h）-曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下消耗1kw。h有用功所傳

6、遞到水中的氧量。 ep=r0/n （kgo2/kw。h） （6) 式中 n -消耗功率計(jì)算值； n=hgs/102 （kw） 其中h -空氣壓力（kg/cm2）； -標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣容重， =1.205(kg/m3）。 2。1 清水充氧試驗(yàn) 本試驗(yàn)直接利用a型和b型生物接觸氧化中試裝置（見(jiàn)圖1）為測(cè)試裝置:a型生物接觸氧化池的填料區(qū)下方設(shè)微孔曝氣器（微孔直徑0200m范圍內(nèi)變化)，直接向彈性填料區(qū)鼓風(fēng)曝氣，池中水深4。5m,填料區(qū)高度4m，并采用兩級(jí)串聯(lián)的方式運(yùn)行。b型生物接觸氧化池的填料區(qū)下方設(shè)置穿孔曝氣管(孔徑1mm）,直接向顆粒填料區(qū)鼓風(fēng)曝氣，池中水深4。1m，填料區(qū)高度2m. 試驗(yàn)用水

7、為自來(lái)水，水溫28，供氣量以轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量換算.試驗(yàn)方法采用靜態(tài)啟動(dòng)的間歇非穩(wěn)態(tài)法；用亞硫酸鈉為消氧劑，氯化鈷為催化劑;溶解氧采用溶氧儀直接測(cè)定. 試驗(yàn)條件和測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2和表1。 表1 兩種曝氣系統(tǒng)的清水充氧試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)1234567891011比較項(xiàng)目水溫水深池表面積氣壓氣量*孔眼直徑klasdc/dtr0eaepmm2kg/cm2m3/hmh1kgo2/m3.hkgo2/hkgo2/kw.ha型284。51.280.7145.002006.010.0550。3222。95。42b型284.10.760。7143。010004.040。0370。1215。03。39 *注：氣量均采用設(shè)計(jì)工

8、況下的曝氣量,曝氣強(qiáng)度均控制在4m3/m2。h左右。 2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析和結(jié)論2。2.1 由表1可以看出: (1） 由于氧的溶解度?。ㄒ蚨醯霓D(zhuǎn)移也慢），通過(guò)正常的氣水交界面難以獲得足夠的氧量來(lái)進(jìn)行好氧生物處理，必須要人為地增加氣水的交界面.鼓風(fēng)曝氣就是增加氧轉(zhuǎn)移交界面的一種方法.依據(jù)雙膜理論，膜的厚度反映了阻力的大小。在濃度差相等的情況下，鼓風(fēng)曝氣氣泡愈小，氧的轉(zhuǎn)移量也愈多.由表1第6項(xiàng)可知,a型生物接觸氧化池的氣泡直徑遠(yuǎn)小于b型；從第7、8項(xiàng)可看出，其相應(yīng)的klas值和dc/dt值高于b型。（2） 一個(gè)曝氣裝置的klas值大，吸收的氧量雖可多些,但未必經(jīng)濟(jì)。所以在實(shí)際工作中常用氧利用率e

9、a和充氧動(dòng)力效率ep來(lái)作為比較曝氣裝置效率的指標(biāo)。從表1第10、11項(xiàng)可明顯看出，a型生物接觸氧化池的ea值和ep值均高于b型.這說(shuō)明在同等的充氧能力下，a型生物接觸氧化池所消耗的能量小于b型。 2。2。2 在后來(lái)試驗(yàn)穩(wěn)定工況的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中，曾多次測(cè)定a、b型生物接觸氧化池中水體的溶解氧，結(jié)果見(jiàn)表2： 表2 a、b型生物接觸氧化池中溶解氧的分布do測(cè)點(diǎn)位置原水a(chǎn)型第一級(jí)a型第二級(jí)b型do（mg/l)<0。56.07.04。0 由表2可知，a型生物接觸氧化池中各部位的溶解氧值均高于b型.這說(shuō)明了a型生物接觸氧化池具有較高的充氧效率，能提供足夠的氧氣以保證生物膜進(jìn)行生化反應(yīng)。 綜上所述，可認(rèn)為

10、：從充氧性能的上述五項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)比較,a型生物接觸氧化池的充氧性能明顯優(yōu)于b型生物接觸氧化池。 3 曝氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)比較 參考某地一座4萬(wàn)m3/d產(chǎn)水量的生物接觸氧化池的實(shí)際工程設(shè)計(jì)，假定池表面積560 m2，有效水深為4.5m；并假定填料均采用ydt彈性波紋立體填料，曝氣用鼓風(fēng)機(jī)均采用國(guó)產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)，水下空氣管道采用abs管材（水上空氣總管采用鋼管）。在此假定前提下，對(duì)可能用的兩種曝氣系統(tǒng)方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)上的比較與分析. 3.1 曝氣系統(tǒng)造價(jià)比較 （1) 微孔曝氣系統(tǒng)的氣水比為0。7，總供氣量為2.8萬(wàn) m3/d。采用鼓風(fēng)機(jī)的額定空氣流量為19.4 m3/min，出口靜壓49kpa，配套電動(dòng)機(jī)功率3

11、0kw。 空氣總管管徑300mm，采用鋼管。為曝氣均勻，將整個(gè)生物接觸氧化池分為四個(gè)曝氣區(qū).位于生物接觸氧化池底部的布?xì)夤艿啦贾贸森h(huán)狀，管徑100mm,管道間距0。6m,采用abs管。曝氣器采用膜片式微孔曝氣器，安裝于環(huán)狀布?xì)夤艿郎?，每個(gè)曝氣器的服務(wù)面積約0.5m2，共1200個(gè)曝氣器。 （2） 穿孔曝氣系統(tǒng)的氣水比為1,總供氣量為4萬(wàn)m3/d.采用鼓風(fēng)機(jī)的額定空氣流量為27。8m3/min,出口靜壓49kpa，配套電動(dòng)機(jī)功率37kw。 空氣總管管徑350mm，采用鋼管。為曝氣均勻，位于生物接觸氧化池底部的穿孔曝氣管采取環(huán)路布置和曝氣管下彎配置方法。穿孔管采用abs管,沿管道每隔25mm開(kāi)孔,

12、孔徑為23mm，管道間距為1。52.0m。 （3） 曝氣系統(tǒng)主要包括鼓風(fēng)機(jī)和管道系統(tǒng)（曝氣器、管道、管件、閥門(mén)、支撐、水平調(diào)節(jié)器等).計(jì)算曝氣系統(tǒng)造價(jià)時(shí),參照1999年上半年上海市的市場(chǎng)價(jià)格，再考慮相應(yīng)的安裝調(diào)試費(fèi)用，最后得出兩種曝氣系統(tǒng)的工程造價(jià)（未考慮利潤(rùn)率）如下： 微孔曝氣系統(tǒng)：約60萬(wàn)元；穿孔曝氣系統(tǒng)：約35萬(wàn)元. 3。2 曝氣系統(tǒng)運(yùn)行成本比較 因?yàn)閮煞N曝氣系統(tǒng)的維護(hù)管理所需人工費(fèi)相近，所以主要考慮用電量的差別。 參考上海市工業(yè)用電價(jià)格，設(shè)電價(jià)平均為0.7元/kw。h,并假定生物接觸氧化池每天24小時(shí)運(yùn)行.微孔曝氣系統(tǒng)所用電動(dòng)機(jī)功率為30kw，每年耗電量262800kw.h,每年電費(fèi)約

13、為18.4萬(wàn)元；穿孔曝氣系統(tǒng)所用電動(dòng)機(jī)功率為37kw，每年耗電量324120kw.h，每年電費(fèi)約為22。7萬(wàn)元.所以兩種曝氣系統(tǒng)每年所需電費(fèi)相差約為4.3萬(wàn)元。 由以上分析可知，微孔曝氣系統(tǒng)每年的運(yùn)行成本比穿孔曝氣系統(tǒng)約少4.3萬(wàn)元. 3.3 曝氣系統(tǒng)對(duì)制水成本的增加 （1) 整個(gè)曝氣系統(tǒng)按15年折舊計(jì)算，為簡(jiǎn)化起見(jiàn),不考慮土建投資、貸款及利息，則曝氣系統(tǒng)的年折舊費(fèi)用為： 微孔曝氣系統(tǒng)：約4萬(wàn)元/年； 穿孔曝氣系統(tǒng)：約2。3萬(wàn)元/年。 （2） 曝氣系統(tǒng)所需運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)和人工費(fèi)，人工費(fèi)均按4.8萬(wàn)元/年計(jì)算,所以年運(yùn)行費(fèi)用為： 微孔曝氣系統(tǒng)：約23.2萬(wàn)元/年； 穿孔曝氣系統(tǒng):約27.5

14、萬(wàn)元/年。 （3） 因生物接觸氧化池日產(chǎn)水量為4萬(wàn)m3/d，年產(chǎn)水量為1460萬(wàn)m3/年,所以曝氣系統(tǒng)對(duì)制水成本的增加為： 微孔曝氣系統(tǒng):（423。2）/1460=0。0186元/m3水，約1.86分/m3水； 穿孔曝氣系統(tǒng)：（2。327.5）/1460=0。0204元/m3水,約2.04分/m3水.文檔為個(gè)人收集整理，來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途 4 曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理 曝氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行依賴于曝氣系統(tǒng)的使用壽命和日常維護(hù)。(1） 微孔曝氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵在于微孔曝氣器的正確選用。隨著科技的發(fā)展，在目前的工程應(yīng)用中，曝氣器支承盤(pán)多采用abs工程塑料，布?xì)饽て嗖捎酶叻肿泳酆衔锘蛱砑?/p>

15、了增強(qiáng)劑的橡膠，取代了原有的鈦板或陶瓷板曝氣的微孔曝氣器.布?xì)饽て膬?nèi)外表面很光滑，不會(huì)產(chǎn)生金屬氧化物，不易固著生物膜,并有很好的耐酸耐堿性能.布?xì)饽て系臍饪卓呻S氣量的增減而可大可小，從而使曝氣變得更加均勻，同時(shí)也防止了堵塞.由于布?xì)饽て哂幸欢ǖ膹椥?曝氣器在充氧曝氣時(shí)，布?xì)饽て澳て系奈⒖自跉怏w的作用下能自行鼓脹掙開(kāi)，以確保氣體可從微孔中通過(guò),在停止曝氣時(shí)，布?xì)饽て系奈⒖壮书]合狀態(tài)。由于布?xì)饽て哂袕椥约拔⒖卓勺孕袛U(kuò)張和收縮，避免了以往曝氣器微孔容易受堵的現(xiàn)象。 其缺陷在于：生產(chǎn)微孔曝氣器的廠家較多，其產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊.如果曝氣器布?xì)饽て牟馁|(zhì)和加工質(zhì)量不過(guò)關(guān),會(huì)導(dǎo)致在使用過(guò)程中出現(xiàn)

16、布?xì)饽て茡p的情況。在已有的生產(chǎn)性給水生物接觸氧化池中，有的水廠連續(xù)運(yùn)行三年以上，未出現(xiàn)過(guò)布?xì)饽て茡p的情況；但也有個(gè)別水廠在不到一年的運(yùn)行時(shí)間內(nèi),就有少數(shù)曝氣器的布?xì)饽て霈F(xiàn)破損。由于曝氣器安裝在填料的下方，更換檢修較為困難，所以對(duì)曝氣器的質(zhì)量提出了嚴(yán)格的要求。（2)穿孔曝氣系統(tǒng)直接在空氣管道上開(kāi)孔曝氣，所以不存在上述微孔曝氣系統(tǒng)存在的膜片破損問(wèn)題。給水工程中,穿孔曝氣管孔眼直徑一般為3mm,也有工程采用12mm孔眼直徑。盡管在污水處理中,穿孔曝氣管多采用3mm孔眼直徑，且較少有曝氣不均勻和堵塞現(xiàn)象。但在給水處理中，因?yàn)闅馑群推貧鈴?qiáng)度遠(yuǎn)小于污水處理,所以在池表面積較大的情況下，其曝氣均勻性

17、較難控制。并且在長(zhǎng)期使用時(shí)，曝氣管內(nèi)和孔眼處容易固著生物膜，產(chǎn)生生物粘垢，最終可能導(dǎo)致某些孔眼和局部管道堵塞。在停止曝氣時(shí)，因孔眼不能閉合，在水力靜壓作用下,底泥可能通過(guò)孔眼進(jìn)入曝氣管，也容易造成某些孔眼和局部管道堵塞。由于曝氣管安裝在填料的下方，更換檢修較為困難，所以在給水工程應(yīng)用中，如何解決大面積、小曝氣強(qiáng)度的穿孔曝氣系統(tǒng)的曝氣不均勻性和堵塞問(wèn)題，是一個(gè)有待于深入研究的課題。個(gè)人收集整理,勿做商業(yè)用途文檔為個(gè)人收集整理，來(lái)源于網(wǎng)絡(luò) 5 結(jié)語(yǔ) 通過(guò)對(duì)微孔曝氣系統(tǒng)和穿孔曝氣系統(tǒng)的綜合比較,可認(rèn)為: （1） 在充氧性能方面，微孔曝氣系統(tǒng)明顯優(yōu)于穿孔曝氣系統(tǒng)。就文中所述的五項(xiàng)充氧性能評(píng)定指標(biāo)而言,前者較后者均有所提高，其氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)、氧利用率、充氧動(dòng)力效率可提高5060。 （2) 在經(jīng)濟(jì)比較上,盡管微孔曝氣系統(tǒng)的造價(jià)高于穿