射流曝氣系統在氧化溝中的應用

摘 要:氧化溝是目前應用比較廣泛的污水處理工藝，對其研究主要集中在結構和附屬設備上，尤其重視對曝氣系統的研究。本文對當前氧化溝工藝中應用較廣的表面曝氣系統和微孔曝氣系統進行了簡單的分析，并提出了改進的新方法—射流間歇曝氣。通過實例驗證了該方法的可靠性，并進行了經濟、環境的和社會效益分析，證明該系統將有廣闊的應用前景。

關鍵詞:氧化溝曝氣系統射流間歇曝氣

中圖分類號:G6文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0141-03

1 概述

氧化溝工藝因其運行簡單，管理方便而成為中小規模城市污水處理工藝的首選，曝氣系統是氧化溝技術的工藝核心，其運行能耗約占整個系統的60～70％，因而世界各國對曝氣系統研究格外重視，可以說新型曝氣系統的開發必然伴隨氧化溝工藝的革新。目前，在氧化溝中普遍使用的有機械表面曝氣系統和鼓風微孔曝氣系統兩種[1][2]。表面曝氣系統作為傳統曝氣設備優點是結構簡單，可以省去鼓風機與空氣管路系統，設備安裝于水面以上，維修簡單;缺點是動力效率低，作用水深淺，占地大，電耗大，易產生飛霧與氣溶膠，造成空氣二次污染，在發達國家環境要求高的地區已經限制使用。而鼓風微孔曝氣系統是為了改善表面曝氣機動力效率低的缺點而在氧化溝中得到應用的，該曝氣系統的優點是氧轉移效率高，曝氣能耗相對較低，缺點是系統復雜，需要配備推流攪拌設備;由于曝氣頭材質與本身結構特性，導致擴散系統易堵塞，或老化破裂，影響正常運行，維修時須放空池體，代價很高。

為了提高我國養化溝處理技術水平，中國城市建設研究院經過多年的技術開發并結合國外類似產品[3][4]經驗，提出了在具有我國獨立知識產權的低壓供氣射流曝氣系統，以改變傳統曝氣系統存在的缺點。

2 工藝結構與特性

射流擴散器(如圖1所示)工作原理為:加壓水泵在噴嘴噴射時在吸氣腔內產生負壓，將空氣吸入腔內，然后氣水混合液進入渦流混合腔，在渦流混合腔內壁設置有撓流裝置，氣水混合液經過此處時，在此會產生高效渦流，摻混，空氣被分割成無數的微小氣泡與加壓水一并噴出。

射流曝氣裝置性能參數如表1所示。

采用射流曝氣系統的氧化溝一般設計為圓形，因為圓形結構受力條件好，結構簡單，節省投資，條件允許時可以采用預應力結構，進一步降低土建造價。水深建議7m以上，由內溝和外溝組成，內溝設置水下攪拌器，促進污水和回流污泥充分混合，主要功能是提供厭氧釋磷環境，同時抑制絲狀菌的過度繁殖。當工藝需要生物除磷時，外溝需要布置射流曝氣系統，系統非均勻布置，實現充氧、推流、混合三項功能，在靈活控制供氣量的前提下，實現不同的生化處理環境，從而可獲得良好的脫氮除磷效果。

采用射流曝氣系統的氧化溝構造平面示意圖如圖2所示，剖面圖如圖3所示。

3 工程應用(表2)

山東省某縣污水廠處理總規模為4×104m3/d，設計進水水質與出水水質如上表所示，其中出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級標準的B標準。

采用的處理工藝如下(圖4)

各處理構筑物的介紹如下:

(1)粗格柵

粗格柵渠8.5m×2.6m×5.8m，選用B＝1000mm的鋼絲繩牽引式粗格柵2臺，柵隙25mm，功率1.1kW，配套皮帶輸送機，流量Q＝3m3/h，L=4m，功率2.2kW。

(2)提升泵房

提升泵房8m×6.7m×7.3m選用潛水排污泵，流量620m3/h，揚程11m，功率30kW，共5臺(4用1備)。

(3)旋轉細格柵

細格柵渠7.3m×2.6m×1.5m，采用B＝1000mm螺旋細格柵2臺，柵隙6mm，功率1.1kW，配套螺旋輸送機，輸送量Q＝2.1m3/h，L=4m，功率1.1kW，柵渣壓實機，螺旋槽寬280mm，功率1.1kW。

(4)曝氣沉砂池

曝氣沉砂池12.7m×6.0m×3.3m，選用行車吸砂機，驅動功率0.55×2kW，吸砂泵功率1.5×2kW，螺旋砂水分離器Q＝17L/s;螺旋槽D為350mm，功率0.37kW。

(5)厭氧水解池

射流間歇曝氣氧化溝前設置厭氧水解池主要作用有兩個:其一，酸化水解作用，通過酸化水解菌的作用將水中難降解的有機物轉化為易生物降解的物質;其二，提供厭氧環境，為生物除磷創造條件。

(6)氧化溝

氧化溝采用圓形結構，分兩組布置，每組ф×H＝51m×7.6m，有效水深7m，中間為厭氧區，ф×H＝21.4m×7.6m，外溝為曝氣區。設計總停留時間17小時，厭氧停留時間3.0h，好氧停留時間14h。厭氧池設置潛水攪拌器4臺，n＝560rpm，功率11kW，每池2臺。充氧采用射流曝氣系統，兩組對稱布置，每組設計56支射流器，噴嘴出水方向一致，以便形成定向環流。循環水泵采用流量1300m3/h揚程11m功率55kw潛污泵4套，每池2套。鼓風設備采用羅茨鼓風機65m3/min，出口壓力98.6kPa，功率110kW，共5臺，4用1備。曝氣運行采用2小時供氣，2小時停氣攪拌方式。

該工藝如果采用卡魯塞爾2000氧化溝，即采用表面曝氣設備的氧化溝，與采用射流曝氣系統的氧化溝相比較，如表3所示。

由上表可以看出，采用間歇射流曝氣的氧化溝與卡魯塞爾氧化溝2000比較，有效水深比卡魯塞爾氧化溝深2～3倍，池表面積減少1/2～2/3，裝機容量相同，但射流曝氣氧化溝通過間歇運行，實際運行功率可以節省31.25％。

4 工程運行結果分析

該工程自2009年2月調試，3月正常運行，經檢測CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP去除效果非常理想，平均出水水質CODcr＝40mg/L，BOD5=11.25mg/L，NH3-N=4.08mg/L，TN=17.05mg/L，TP=0.825mg/L明顯優于GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準B標準。

但是，4～5月份期間由于一家淀粉廠改造，造成污水水質升高，進水CODcr持續高達2000mg/L以上，通過調整污泥濃度，增大到6000mg/L，開啟備用風機增大曝氣量(仍然采用間歇曝氣)，運行一周后，出水CODcr穩定在100mg/L以下，CODcr去除率達到95％以上，該系統表現出了優良的抗沖擊能力和處理效果的穩定性，通過計算分析，實際上系統的有機物分解能力已經超過設計能力的3倍左右，但是風機風量僅僅提高不足2倍，由此可見射流器曝氣系統的活性污泥污染物降解速率遠高于普通活性污泥。

5 效益分析

5.1 經濟效益分析

該污水處理廠工程總投資2600萬元，單位污水投資650元/m3。占地面積50畝，單位污水占地面積0.83m2/m3。工程建成后，污水價格按1.00元/m3，全年可實現營業收入1460萬元，征收城市維護建設稅6％、教育附加費3％和所得稅33％，年總成本費用613.2萬元;年經營成本費用511萬元，每年可實現利潤盈余335.8萬元，投資回收期7.74年。

5.2 環境效益分析

使用本技術前該縣污水不加任何治理直接排放，每年向周圍環境排放CODcr 7015.3噸、BOD5 2941.9噸、NH3-N 452.6噸、TN 511噸和TP 43.8噸，對周圍環境造成非常惡劣的影響。污水處理廠建成后，城市污水和部分工業廢水得到有效治理，CODcr去除率高達92％，BOD5去除率高于94％，NH3-N去除率達87％， TN去除率高于50％，TP去除率高于72％，出水水質優于GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準B標準，有些指標已經超過一級A標準，每年削減CODcr 6282.38噸、BOD5 2777.65噸、NH3-N 393.032噸、TN 262.07噸、TP 31.755噸，具有明顯得環境效益。

5.3 社會效益

隨著該縣經濟的持續發展及城市總體規劃的擴大實施，城市排水量已大幅增加，產生的廢水已嚴重影響了當地的水資源和人民的生活環境。當地水資源環境的破壞，也直接影響到周邊、下游地區及渤海灣的水環境質量，引起了許多社會矛盾，破壞了社會穩定。污水處理廠建成后有效的保護了生態環境，緩解社會矛盾，達到水環境區域治理的基本要求，也響應國家實行渤海碧海工程的號召。

6 結論與建議

(1)低壓供氣式射流曝氣兼具有表曝機和微孔曝氣機的優點，系統穩定可靠、維修簡單，不易堵塞。動力效率高，相對降低了廢氣、水霧和泡沫的產生，減少了二次污染。

(2)低壓射流曝氣系統應用于氧化溝中，并采用了間歇曝氣方式，在實現同步脫氮除磷前提下具有投資省，占地少，運行費用低的優點，促進了氧化溝工藝的更新和進步。

(3)由于射流器的作用使得水流劇烈混合、剪切，活性污泥形成細密的絮凝體，絲狀菌很難繁殖，不易產生污泥膨脹，使活性污泥在形態和生理特性上有別于傳統活性污泥法曝氣池中的污泥，表現出良好的生化活性狀態，具有較高的生化負荷。

(4)建議對低氧狀態下污染物降解機理作進一步研究，探索控制曝氣量的最佳控制因素與參數，同時對射流曝氣的活性污泥的污染物降解特性作更加深入的實驗研究，測定其不同溶解氧下的生化反應參數，以更加有效的指導科研開發與工程實踐。

參考文獻

[1]汪永紅，何睦盈，區岳州.采用微孔曝氣器的氧化溝實例分析.中國給水排水，2003，19(2):75～76.

[2]Wastewater Technology Fact Sheet Fine Bubble Aeration. United States Environmental Protection Agency(EPA) 832-F-99-065，1999，9.

[3]朱謀溪.自吸式射流曝氣器在中小型氧化溝中的應用.給水排水，1999，125(18):13～17.

[4]Jet Aeration Technology，Radial Jet Aerator，Jet Manifold Aerator，Slot Injectors from KLA Systems.www.idswater.com.