一、工作原理
深層(井)曝氣技術(shù)原創(chuàng)于上世紀70年代的英國ICI公司,這項污水處理新工藝,是以地下深井或地面高塔作為曝氣池的高效活性污泥系統(tǒng)。做成地下深井時其直徑為1~6m,井深30~100m;做成地面高塔時其直徑5~30m,塔高10~30m。該活性污泥系統(tǒng)主要由升流管和降流管兩大部分構(gòu)成。原污水和回流污泥的混合液沿降流管和升流管循環(huán)流動,在降流管中注入空氣作為生物氧化的氧源,在升流管中亦注入空氣作為揚升污水的動力源,同時也兼作生物氧化的補充氧源以及吹脫生化廢氣的曝氣源。其工作原理圖如圖1。
二、充氧能力
據(jù)氧向水中傳質(zhì)的公式:
深層曝氣的充氧能力遠高于其它曝氣方法,主要原因是:
1、利用深層的靜水壓力,大大提高了傳氧的推動力(CS—C),使降流管內(nèi)的空氣泡下降所需要的能量,由升流管中釋放出的氣泡所產(chǎn)生的揚升作用得到抵消,因此獲得高氣相分壓時所花費的能量并不大,所以充氧動力效率高。
2、在降流管中以0.6~1.5m/s的高流速下,使KLa值成倍提高。
3、氣泡與液體的接觸時間或稱氣泡在液相中的作用時間可以長達3~5min,而普通曝氣(即淺層曝氣)都在15S以下,前者是后者的十至數(shù)十倍,從而極大地提高了氧的利用率。
根據(jù)需氧要求,深層曝氣的充氧能力,一般可達0.5~1.0kg/m3•h,而其動力效率仍高于其它曝氣方法。
三、深層曝氣工藝的運轉(zhuǎn)方式
由于是在一個很深的液層內(nèi)曝氣充氧,它的運轉(zhuǎn)方式和流體力學特性與傳統(tǒng)(淺層曝氣)方法有很大差異。
1、混合液的循環(huán)動力可以用壓縮空氣也可以用機械——泵。
當采用壓縮空氣作動力時稱作氣提循環(huán)法,該法以壓縮空氣的浮力作用于液相繼而帶動混合液一起揚升,空氣既是循環(huán)動力,又是生化反應的氧源,故僅使用單組動力機械。
當采用水泵作動力時稱作機械循環(huán)法,此時仍需另設壓縮空氣源向降流管內(nèi)注入空氣以作為氧源供生化反應之用,要用到兩組動力機械。
因此,采用氣力提升較機械提升具有明顯的優(yōu)勢。
2、流體力學特性
深層曝氣是污水在深筒中上升和下降的循環(huán)回流的同時鼓入空氣。因此,運轉(zhuǎn)中必須同時克服水阻和氣阻,提供運轉(zhuǎn)中所需的總驅(qū)動力,這是深層曝氣所特有的流體力學問題。
四、深層曝氣的生物反應動力學特性
1、采用深層曝氣法的好氧曝氣塔,是一種高分散生物反應體系,氣液兩相在塔式容器中呈現(xiàn)高速相對運動狀態(tài),有序流和無序流兩種流體運動同時并存,氣液混合充分,從而也使固體——活性污泥不僅被高度分散,微生物體可以同時從氣相中直接呼吸攝氧和液相中攝取溶解氧,微生物體的內(nèi)外源呼吸速率以指數(shù)級得到加速,促進微生物的增殖速率成幾何級上升,代謝旺盛,世代更新加快,世代鏈及微生態(tài)鏈延長,生物相豐富,生物活性增強,食欲旺盛,對有機物的攝取倍率亦成幾何級增長,對有機物種類的食譜展寬,故而對污水中各種分子量的有機物具有高效降解和快速的去除效果。深層曝氣法的這種優(yōu)秀的生物反應動力學特性,用于高濃度的污水和難降解的有機、有毒、色度深的高分子有機廢水的處理時,非常適宜。
2、深層曝氣法的活性污泥濃度高,其活性污泥濃度通??蛇_5~10gmlvss/l,是常規(guī)活性污泥法(淺層曝氣)0.15~0.3gmlvss/l的2至數(shù)倍,因此對有機物的去除速率可以達到常規(guī)活性污泥法之去除速率的1.5~3次冪或更高。
五、深層曝氣(含深井曝氣)法的工藝組合
深層(井)曝氣活性污泥法與常規(guī)(淺層)曝氣活性污泥法同為曝氣充氧好氧氧化,其組合工藝仍然需要后續(xù)沉淀(固液分離)和污泥回流過程。而由于深層(井)曝氣過程是在較之常規(guī)(淺層)曝氣要高出數(shù)倍乃至數(shù)十倍的水壓下充氧,混合液中溶有過飽和空氣以及生物氧化反應過程生成的廢氣(N2、CO2等),因此需要在其頂部設置脫氣池,用來脫除混合液中所溶入的過飽和空氣和廢氣,以利于循環(huán)到降流管中重新注入新鮮空(氧)氣。如果后續(xù)沉淀池,則需在進入沉淀池前先脫除微氣泡,以保證沉淀過程不受微氣泡上浮的干擾,而能使污泥正常沉降并從混合液中分離出去。
但微氣泡的上浮本來就能攜帶污泥一起上浮,這便是自發(fā)氣浮。因此我們正好可以利用深層曝氣過程的這種特性,在其后續(xù)氣浮分離器用來浮選掉污泥,可以將沉淀池省略,做到事半功倍。
在新疆某污水處理工程中,利用原來就建有符合處理規(guī)模的一組氣浮分離裝置,正好可以用來與深層曝氣法組成最佳工藝組合,又能充分發(fā)揮原有設施的處理功能,可謂一舉兩得發(fā)揮兩種設施的組合優(yōu)勢.
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