CN101172706A - 有机废水生化处理中的低能耗增氧方法及系统 - Google Patents
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Abstract
有机废水生化处理中的低能耗增氧方法及系统，其方法特征是利用水的落差，在水的重力势能转化为动能时，通过射流的方式使水充氧。其系统特征是在调节池与一级生化池之间设置高位水塔，在调节池与高位水塔之间的输水管中设置提升泵，在高位水塔与一级生化池之间的输水管底端设置文丘里射流器。本发明可以在较低能耗下使废水充氧良好，满足生物接触氧化工艺对废水中溶解氧的需求，代替一般的鼓风曝气装置，其结构简单，建造安装方便。
Description
技术领域
本发明涉及在有机废水生化处理中的增氧方法，更具体地说是一种有机废水生化处理中的低能耗增氧方法。
背景技术
目前，中低浓度有机废水处理主体方法应用最多的是好氧生物方法，而好氧生物方法中能耗最高的部分就是曝气，曝气是利用相应的设备和技术措施，使空气中的氧转移到混合液中而被微生物利用的过程。曝气类型大体分两类，一类是鼓风曝气，另一类是机械曝气。鼓风曝气是利用曝气器——扩散管或扩散板在水中引入气泡的曝气方式，机械曝气是利用叶轮等器械引入气泡的曝气方式，但无论上述的哪类曝气方式都要消耗大量的电能，这使得污水处理的运行费用很高。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种有机废水生化处理中的低能耗增氧方法，从节能降耗角度提高有机废水处理的经济性，在使污水处理达标的前提下，降低污水处理过程中曝气所消耗的电能，从而降低污水处理的运行费用。
本发明解决技术问题采用如下技术：
本发明有机废水生化处理中的低能耗增氧方法的特点是在水的重力势能转化为动能时，通过射流的方式使水充氧。
本发明有机废水生化处理中的低能耗增氧系统的特点是利用水的落差，在调节池与一级生化池之间设置高位水塔，在调节池与高位水塔之间的输水管中设置提升泵，在高位水塔与一级生化池之间的输水管底端设置文丘里射流器。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明可以在较低能耗下使废水充氧良好，满足生物接触氧化工艺对废水中溶解氧的需求，代替一般的鼓风曝气装置，同时具有结构简单，建造安装方便的特点。
附图说明
图1本发明系统结构示意图。
图2本发明系统中文丘里射流器结构示意图。
图3高位水塔不同的水位高度H、不同SA-A/SB-B时B-B截面处的真空度曲线。
图4喉管直径为2cm、不同H、不同SA-A/SB-B时文丘里射流器吸入的空气量。
图5喉管直径为3cm、不同H、不同SA-A/SB-B时文丘里射流器吸入的空气量。
图6喉管直径为4cm、不同H、不同SA-A/SB-B时文丘里射流器吸入的空气量。
图7喉管直径为5cm、不同H、不同SA-A/SB-B时文丘里射流器吸入的空气量。
图中标号：1调节池、2一级生化池、3高位水塔、4提升泵、5文丘里射流器、6喉管、7渐扩段、8中间池、9二级生化池、10斜管沉淀池、11砂滤池。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式：
利用水的势能向动能转化过程使废水充氧，充氧装置为若干个文丘里射流器，以满足生物接触氧化处理过程中对氧的需求，取代能耗较高的鼓风曝气装置，降低有机废水生物处理过程中的能量消耗。
如图1所示，调节池1中的废水由提升泵4泵入高位水塔3，高位水塔3的输水管底端与文丘里射流器5相连，高位水塔3中的废水经文丘里射流器5充氧后依次进入一级生化池2、中间池8、二级生化池9、斜管沉淀池10和砂滤池11，处理过程中产生的污泥进入污泥干化池。
具体实施中，设置在高位水塔3与一级生化池2之间、底端为文丘里射流器5的输水管为并联设置的多根。高位水塔3与一级生化池2的水位差可以设置为4-12m，文丘里射流器5的喉管6直径为2-5cm，文丘里射流器5的渐扩段7的截面积与喉管6的截面积之比为2-5。
关于文丘里射流器5的选择以及文丘里射流器5与高位水塔3的高差H的确定：根据流体力学中的流体动力学原理，设定A-A截面为渐扩段管后截面，以SA-A表征渐扩段管后截面积(如图2所示)；B-B截面为喉管断面，以SB-B表征喉管截面积(如图2所示)；C-C截面为参考基准截面(如图1所示)。
文丘里射流器中重要的参数是其渐扩管后截面积SA-A和喉管截面积SB-B，对于C-C和A-A截面，根据实际总流的贝努力方程有(忽略能量损失)：
式中：ZC——流体中C点所在的位置距参考基准截面的距离；PC——流体中C点所在位置所受到的压力；ρ水——水的密度；g——重力加速度；VC——C点所处位置的流体流速；ZA——流体中A点所在的位置距参考基准截面的距离；PA——流体中A点所在位置所受到的压力；VA——A点所处位置的流体流速；H——文丘里射流器距离C-C截面的距离；P0——大气压力。
得出：VA 2＝2gH
对于A-A和B-B截面，根据实际总流的贝努力方程和连续性方程有(忽略能量损失)：
式中：ZA——流体中A点所在的位置距参考基准截面的距离；PA——流体中A点所在位置所受到的压力；ρ水——水的密度；g——重力加速度；VA——A点所处位置的流体流速；ZB——流体中B点所在的位置距参考基准截面的距离；PB——流体中B点所在位置所受到的压力；VB——B点所处位置的流体流速；P0——大气压力；SA-A——渐扩段管后截面积；SB-B——喉管截面积。
得出A-A截面处的真空度为：
P0-PA＝ρ水gH·[1-(SA-A/SB-B)2]
图3给出了在不同的水位差H、不同的截面积比SA-A/SB-B下的A-A截面处的真空度曲线。根据计算得出的A-A截面处的真空度，可以计算出在不同的水位差H、不同的截面积比SA-A/SB-B时文丘里射流器吸入的空气量，图4、图5、图6、图7分别为不同的喉管直径时文丘里射流器吸入的空气量。
以设计处理量1000t/d的生活污水为例对本发明进行详细说明。
设计进水水质：COD：500mg/L，BOD5：200mg/L，SS：100mg/L；
设计流量：50t/h(每天处理20小时)；
各个构筑物的有效容积见表1。
表1 各构筑物的有效容积
| 构筑物 | 单位 | 数量 | 尺寸 | HRT | 备注 |
| 调节池 | m3 | 500 | 10×10×5m | 10 | |
| 高位水塔 | m3 | 50 | 5×5×2m | 1 | |
| 一级生化池 | m3 | 300 | 10×6×5m | 6 | 负荷：1.0kgCOD/m3d |
| 中间池 | m3 | 25 | 10×0.5×5m | 0.5 | |
| 二级生化池 | m3 | 200 | 10×4×5m | 4 | 负荷：0.5kgCOD/m3d |
| 斜管沉淀池 | m3 | 100 | 10×2×5m | 2 | |
| 砂滤池 | m3 | 50 | 5×2×5m | 1 | |
| 污泥干化池 | m3 | 20 | 5×2×2m | 1 |
根据设计水质、水量，设计达到《污水综合排放标准》表4中的一级排放标准，则每天需消耗的氧量为：
M氧气＝1000t/d×400mg/L×1.60＝640kg/d
换算为标准状态下的需氧量：
V(标况)氧气＝[(640kg/d)/(32g/mol)]×22.4L/mol＝448m3/d
换算为通常状态(20℃)下的需氧量：
V氧气＝448×293/273＝481m3/d
再换算为通常状态(20℃)下所需的空气量(氧转移效率按照20％计算)：
V空气＝481/21％/20％＝11452m3/d
按照连续进水、连续出水的运行模式进行计算，则每分钟所需风量为28.63m3。
如果采用现阶段普遍使用的SSR型鼓风机鼓风曝气，则按照生化池的高度和所需空气量应选择SSR 150型鼓风机(P＝49.0kPa，Q＝28.90，N＝30kW)，提升泵采用WQ60-13-4型潜水排污泵。
如果采用文丘里射流器进行充氧，选择四根喉管直径5cm的文丘里射流器，高差为8m，提升泵采用WQ300-13-22型潜水排污泵，污水回流率83％，则平均每只文丘里射流器的流量为75m3/h，这样计算得到四只文丘里射流器最大吸入空气量为28.88m3/min。
表2是上述两种充氧方式在相同的充氧量情况下能耗的对比情况。
表2不同充氧方式的能耗对比
| 充氧方式 | 单位 | 数量 |
| 鼓风曝气增氧 | kW/h | 34 |
| 文丘里射流器增氧 | kW/h | 22 |
从表2可以看出，文丘里射流器增氧方式比普通的鼓风增氧方式在电耗上节约约1/3，而废水充氧阶段为好氧废水处理方法主要的耗电工序，因此，采用文丘里射流器增氧方式处理有机废水，在达到同样的处理效率的同时可以有效的降低能耗。
Claims (4)
1.有机废水生化处理中的低能耗增氧方法，其特征是利用水的落差，在水的重力势能转化为动能时，通过射流的方式使水充氧。
2.有机废水生化处理中的低能耗增氧系统，其特征是在调节池(1)与一级生化池(2)之间设置高位水塔(3)，在调节池(1)与高位水塔(3)之间的输水管中设置提升泵(4)，在高位水塔(3)与一级生化池(2)之间的输水管底端设置文丘里射流器(5)。
3.根据权利要求2所述的有机废水生化处理中的低能耗增氧系统，其特征是所述设置在高位水塔(3)与一级生化池(2)之间、底端为文丘里射流器(5)的输水管为并联设置的多根。
4.根据权利要求2所述的有机废水生化处理中的低能耗增氧系统，其特征是高位水塔(3)与一级生化池(2)的水位差为4-12m，文丘里射流器(5)的喉管(6)直径为2-5cm，文丘里射流器(5)的渐扩段(7)的截面积与喉管(6)的截面积之比为2-5。
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