第七講改良的活性污泥法-深井曝氣法

1、第七講 改良的活性污泥法深井曝氣法一、概述n深井曝氣法是一種改良的活性污泥法。它針對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法能耗大的缺點(diǎn)，著力于提高氧的傳輸效率，又針對(duì)普通活性污泥法的曝氣池體積大，占地面積大的問(wèn)題，將曝氣池構(gòu)造形式進(jìn)行了很大的變革。n盡管深井曝氣法已經(jīng)完全擺脫了傳統(tǒng)活性污泥法的外形，其處理廢水的原理仍是相同的。n深井曝氣法是從化工行業(yè)中生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的高效充氧設(shè)備移植過(guò)來(lái)的，最早由英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司(ICI)開(kāi)發(fā)。n1974年，該公司在英國(guó)比林哈姆市建成了世界第一座處理廢水的深井，該井直徑0.4m,深130m,每天處理363m3工業(yè)廢水和生活廢水的混合廢水，出水水質(zhì)為BOD515mg/L，SS18mg/

2、L，取得了良好的效果。該公司還提供了設(shè)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，表明深井曝氣法具有投資省、占地少、氧的轉(zhuǎn)移效率高、運(yùn)行費(fèi)用低等一些列優(yōu)點(diǎn)，因此得到了各國(guó)的普遍注意。n此后，德國(guó)、日本、加拿大等國(guó)相繼建設(shè)了深井曝氣裝置，我國(guó)也曾在20世紀(jì)70年代末期進(jìn)行過(guò)深井曝氣法的研究并有生產(chǎn)性裝置投入運(yùn)行。n在深井曝氣法應(yīng)用的過(guò)程中，其構(gòu)造和流程得到了不斷的改進(jìn)。二、深井曝氣池的構(gòu)造及深井曝氣法的工藝流程n深井曝氣池的構(gòu)造n深井曝氣池的核心是深井曝氣池。顧名思義，深井曝氣池是一個(gè)深井，其中設(shè)有隔板或內(nèi)筒，將井體分成隔板式或同心圓式升流區(qū)和降流區(qū)兩部分，廢水與活性污泥的混合液在其中上升或下降，形成不斷循環(huán)的流態(tài)。n深井直徑

3、一般為16m，深度則為50150m。深井頂部設(shè)一擴(kuò)大的水箱，用以分離混合液中夾帶的氣體和污泥，并將出水引出池外。在升流區(qū)和降流區(qū)的一定部位設(shè)置布?xì)夤?，?duì)混合液進(jìn)行曝氣，供給微生物所需的氧并提供混合液循環(huán)運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力。這種利用注入的壓縮空氣形成混合液循環(huán)的深井曝氣池，被稱為氣提式深井曝氣池。n深井曝氣池中混合液的循環(huán)也可利用水泵的機(jī)械作用來(lái)形成，這時(shí)稱為機(jī)械循環(huán)式深井曝氣池。n一般，氣提循環(huán)式的深井曝氣池具有能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用少的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外廣泛使用。深井曝氣池基本形式氣提式深井曝氣池的構(gòu)造機(jī)械循環(huán)式深井曝氣池深井曝氣的工藝流程n為了獲得合格的出水和保持深井曝氣池中必須的生物固體濃度

4、，除了常規(guī)活性污泥法一樣采用預(yù)處理外，深井曝氣池還需要與一些附屬構(gòu)筑物聯(lián)合，組成一定的流程運(yùn)行。n深井曝氣池之后，需要設(shè)置脫氣裝置以去除混合液中幾乎飽和的氣體，保證最后沉淀池的沉淀效果。n常采用的脫氣裝置有真空脫氣、機(jī)械脫氣、自發(fā)脫氣裝置三種。真空脫氣裝置由真空泵和真空脫氣塔組成，機(jī)械脫氣是利用機(jī)械攪拌裝置使混合液中的氣液得到分離，自發(fā)脫氣池與沉淀池結(jié)合為一體。三、深井曝氣池的主要優(yōu)點(diǎn)n氧的傳遞效率和利用效率高 傳統(tǒng)的活性污泥法采用底部曝氣或機(jī)械攪拌供給微生物所需的氧，但由于其構(gòu)造的限制，氧的傳遞效率很低。采用氧氣曝氣可以提高氧的利用效率，但所需的能耗很高。深井曝氣池具有以下三個(gè)特點(diǎn)，使其中的

5、氧傳遞率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)活性污泥法的傳氧效率：n（1）深井曝氣池的深度遠(yuǎn)大于普通曝氣池的深度，靜水壓力的增加使水中飽和溶解氧量成倍增加，因此深度為50100m的深井，其氧傳遞的推動(dòng)力是傳統(tǒng)曝氣池的616倍；n深井內(nèi)混合液處于12m/s的流速下，雷數(shù)可達(dá)105106，劇烈的絮動(dòng)使氣液接觸面更新快，氧的傳遞率增大；n深井曝氣池中氣泡與水的接觸時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)35min，而傳統(tǒng)活性污泥法中只有15s，這也是氧的傳遞效率增加的原因。深井曝氣法與其他活性污泥法在充氧效率、動(dòng)力效率和氧利用率的比較n深井曝氣法的充氧效率是傳統(tǒng)活性污泥法的530倍，是純氧曝氣法的1.6-10倍，其動(dòng)力效率則為該兩種活性污泥法的2.3-

6、2.7倍。因此深井曝氣法的氧利用率要比傳統(tǒng)曝氣法高得多，為其612倍，在達(dá)到同樣的氧利用率的前提下，深井曝氣法所需的動(dòng)力則要比純氧曝氣法少許多，約為其1/4.n深井曝氣池中混合液的溶解氧濃度可以高達(dá)816mg/L，取決于深井的深度。這是傳統(tǒng)的活性污泥曝氣池所望塵莫及的。n深井曝氣池中的流速和溫度對(duì)溶解氧濃度也會(huì)產(chǎn)生影響。n實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)深井曝氣池中混合液流速在1.0-1.5m/s的范圍內(nèi)時(shí)，流速對(duì)溶解氧濃度幾乎沒(méi)有影響。n溫度的影響有相互抵消的兩方面，一方面是水溫增高可以增高氧的傳遞效率，但另一方面則會(huì)使飽和溶解氧濃度降低。兩種影響的總效果是水溫的降低會(huì)使溶解氧濃度略有增加。（2）生物固體濃

7、度高，可在很高的有機(jī)負(fù)荷下運(yùn)行n由于深井曝氣池中很高的溶解氧濃度，深井曝氣池能夠維持很高的生物固體濃度，這也是傳統(tǒng)活性污泥法一直追求卻不易達(dá)到的目標(biāo)。n傳統(tǒng)活性污泥法常見(jiàn)的生物固體（MLSS)濃度為24 g/L，而深井曝氣池中的生物固體濃度可以高達(dá)412g/L，為前者的26倍。n高生物固體濃度和高溶解氧濃度使深井曝氣法可以在很高的有機(jī)負(fù)荷下運(yùn)行，其容積負(fù)荷最高可達(dá)80kgBOD5/(m3.d)，而傳統(tǒng)活性污泥法的有機(jī)物容積負(fù)荷僅為0.2-2 kgBOD5/(m3.d)。傳統(tǒng)活性污泥法的有機(jī)負(fù)荷一般為0.1-1.0 kgBOD5/(kgss.d)，而深井曝氣法的有機(jī)負(fù)荷則可達(dá)0.7-8.0 kg

8、BOD5/(kgss.d).n二者都有了顯著的增加，因此可使曝氣池的容積大大減小。n由于曝氣池中具有很高的生物固體濃度，以及混合液具有很高的循環(huán)速度，進(jìn)入曝氣池的有機(jī)物能夠得到很快的稀釋和吸附，深井曝氣法特別適用于高濃度有機(jī)廢水的處理，而且對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)生的沖擊負(fù)荷有很強(qiáng)的承受能力，不致影響出水水質(zhì)。（3）基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省，占地面積小n上述深井曝氣法的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致深井曝氣法的基建費(fèi)用都顯著低于傳統(tǒng)活性污泥法。n一般，基建費(fèi)用約可節(jié)約10，運(yùn)行費(fèi)可節(jié)約2050，而占地面積則僅為傳統(tǒng)活性污泥法的1/3至1/5.（4）深井曝氣法的污泥沉降性能好，污泥產(chǎn)量小n一般深井曝氣法的SVI在50mL/

9、g以下，由于強(qiáng)烈的絮動(dòng)和極高的充氧能力，深井曝氣法能夠有效地抑制絲狀菌的生長(zhǎng)，不容易發(fā)生污泥膨脹。n深井曝氣法的污泥產(chǎn)量一般在BOD5的0.25-0.35倍之間，這是由于溶解氧濃度高，促進(jìn)了微生物的自身氧化。深井曝氣法的設(shè)計(jì)計(jì)算1、曝氣池容積及高度的確定n可以利用適當(dāng)?shù)娜莘e負(fù)荷計(jì)算確定深井曝氣池的容積，計(jì)算公式如下：n式中：Q水流量，m3/d；n C0廢水BOD5濃度，kg/ m3；n E要求的BOD5去除率；n F容積負(fù)荷，kgBOD5/( m3d)；n曝氣池的深度可根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、施工能力及廢水處理廠可利用的土地面積等因素選定，選定深度后即可以計(jì)算出深井曝氣池的直徑。n空氣量的計(jì)算n向深

10、井曝氣池供給的空氣，既是微生物進(jìn)行好氧代謝、降解有機(jī)物所需要的氧源，也是維持混合液循環(huán)所需的動(dòng)力。一般提供氧源的空氣量能夠滿足循環(huán)所需動(dòng)力的要求，空氣量主要決定于進(jìn)出水的水質(zhì)和氧的利用效率，計(jì)算公式如下：n式中：Qa所需空氣量，m3/d；n Q廢水流量， m3/d ；n C0廢水BOD5濃度，kg/ m3；n E要求的BOD5去除率；n f耗氧系數(shù)，kgO2/ kgBOD5；n P氧利用率。n需要驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 為了在深井曝氣池中形成必要的循環(huán)，必須克服在一定流速下水循環(huán)流動(dòng)的各部分產(chǎn)生的阻力，同時(shí)也應(yīng)克服上浮對(duì)水流的阻力。深井的總阻力Y應(yīng)為水流阻力Hf與氣浮阻力J二者的和： 水流阻力 水流阻力包

11、括在升流區(qū)和降流區(qū)中的沿程摩擦 阻力和轉(zhuǎn)換方向及經(jīng)過(guò)頭部、底部及布?xì)獯b置時(shí)的局部阻力，采用一般的水力學(xué)公式即可計(jì)算這些阻力.n對(duì)于同心圓式的深井曝氣法：nHf 水阻，m；nK系數(shù);n摩阻系數(shù);nH深井有效深度,m;nV1降流區(qū)流速, m/s;nd1深井降流區(qū)直徑，m;ng重力加速度nD深井直徑,m n對(duì)于隔墻式的深井曝氣池：n井底局部阻力系數(shù)，折返180轉(zhuǎn)彎取4.8；nv液體循環(huán)速度,m/s;nC流速系數(shù);nR水力半徑,m;nH深井深度,m;nnt粗糙系數(shù)n氣浮阻力 氣浮阻力是由于深井中空氣泡的上浮作用對(duì)液體循環(huán)所造成的阻力。由于降流區(qū)中氣泡流動(dòng)的方向與水流方向相反，因此其移動(dòng)的速度較慢，而

12、升流區(qū)中二者流動(dòng)方向相同，故氣泡移動(dòng)速度快。所以在同一水深處，升流區(qū)中的空隙率(2)比降流區(qū)中的空隙率(1)小。氣阻可以通過(guò)計(jì)算降流區(qū)和升流區(qū)中空隙率的差值求得。n如以va(m/s)表示降流區(qū)中空氣的空管流速，vb(m/s)表示氣泡在水中的上升速度，根據(jù)氣體流量平衡原理，可以列出下式：nv2升流區(qū)中水流速度，m/s。 n降流區(qū)中的空隙率可以用下列的近似公式計(jì)算：n計(jì)算時(shí)一般可取氣泡上升速度為vb為0.3m/s。n升流區(qū)與降流區(qū)中空隙率的比值可根據(jù)流量平衡原理求得：nv1降流區(qū)中水流速度，m/s n由于靜水壓力的影響，空隙率是隨井深變化的，水深為x處的靜水壓力為:nA水深為x處的大氣壓力；n液體密度.n在水深為x處的空隙率為n n氣阻可按照下式計(jì)算:nJ氣阻,mH2OnC常數(shù)，C=A/gn0深井頂部液面處的空隙率；nH深井深度，mn下降區(qū)一側(cè)的阻礙循環(huán)J1，上升區(qū)一側(cè)的J2起氣提作用，二者差值便是氣浮