CN1535926A - 一种曝气氧化沟 - Google Patents

Abstract

一种用于污水处理装置中的微曝气氧化沟，池型为分隔或成首尾相接、并有进出水口的环形池，沟内安装有曝气装置，其由水中推进器和微孔曝气机构组成，水中推进器类似螺旋浆；微孔曝气机构又由鼓风机、连接管和至少两个微孔曝气头构成，微孔曝气头装在氧化沟底，为有进气口与连接管、鼓风机相接的密闭容器，在容器壁上开有众多的微孔与内腔相通。水中推进器可以较低的能耗实现全池混合液充分混合；鼓风机通过连接管向微孔曝气头送气、并在混合液中发生曝气，一则提高了气泡的表面积，二来池多深气泡历程也多深，也大大降低了能耗，同时从根本上解决占地大、能耗偏高的问题。

Description

一种曝气氧化沟

所属技术领域

本发明涉及一种曝气氧化沟，尤其是涉及一种用于污水处理装置中的微曝气氧化沟。

背景技术

目前，大中型城市生活污水及工业废水的处理装置，在处理污水时以曝气氧化沟为核心，其可以方便地组合成AO或A²O微曝气氧化沟工艺，在去除有机污染物时，可一并达到除磷或脱氮或除磷脱氮之目的。

曝气氧化沟处理污水工艺属于活性污泥污水处理法的一种：实质是向污水中充入空气，空气中的氧被污水中的好氧微生物吸收，微生物在生长过程的同时降解水中有机污染物。该工艺是50年代初期开发的技术，发展迅速且不断创新，具有广阔的发展前景和竞争力。如今的氧化沟包括奥式(Orbal)、卡氏(Carrouse)，还有DE型及TE型等双沟式氧化沟，曝气氧化沟是封闭的“无头无尾”的反应器，其中装有被称作表面曝气机的曝气装置，故现有的氧化沟也被称为表面曝气氧化沟，其曝气方式(向污水中充入空气方式)为表面曝气，表面曝气机一般由曝气盘、转轴、电动机组成，曝气盘(现有的曝气盘为转刷、转蝶等形式)竖向安装在氧化沟的水面上，一半在水面上、一半浸入水中，转轴朝向氧化沟的水流方向，曝气盘两面开有许多不穿透孔穴且设置有许多凸块，当曝气盘转动时，一是推动氧化沟内的污水流动，二是在孔穴和凸块配合作用下，将空气带入污水中，也即使氧化沟内的混合液保持一定流速且及时充入足量的氧气，使空气在水面自上而下地复氧，通过强制性机械搅拌形式，使气泡与污水混和，实现气相至液相之间的传质，其动力效率一般为1.6～1.8kgO₂/Kwh。表面曝气氧化沟工艺的搅拌推流通过表面曝气机带动上层液体而实现全池混合液混合，以使污泥不沉降，如中国专利公报公开的发明专利《污水处理氧化沟曝气设备》，适用于生活污水及各行业工业污水的生物处理。但表面曝气氧化沟的不足之处是：由于采用的表面曝气装置是使空气在水面自上而下地复氧，搅拌推流亦是通过表面曝气机带动上层液体再推动中、下层液体从而实现全池混合液混合来使污泥不沉降，为使空气达到氧化沟混合液的下层及全池混合液混合，所需的能耗一般为5～8w/m³污水，所适应的混合液水深为3.5～4.5m。因而采用表面曝气机的曝气氧化沟能耗高、适用的混合液水深较浅、且占地面积大。

发明内容

本发明的目的，就在于提供一种耗能及占地面积少，并可适应较大深度的曝气氧化沟。

为实现上述目的，本发明的曝气氧化沟池型被分隔或成首尾相接、并有进出水口的环形池，沟内安装有曝气装置，其特征是：所述的曝气装置由水中推进器和微孔曝气机构组成，水中推进器安装在氧化沟中；微孔曝气机构又由鼓风机、微孔曝气头和连接管构成，微孔曝气头装在氧化沟底，其为有进气口与连接管相接的密闭容器，在容器壁上开有众多的微孔与内腔相通。

在上述基础上，本发明还可做进一步的完善：所述的曝气装置含至少两个水下推进器及微孔曝气头，各水下推进器及微孔曝气头在沟中间隔布置，即按曝气头布置区循环为：由曝气区至非曝气区，然后又至曝气区再至非曝气区，如此循环；

如此溶解氧(DO)的变化为：

DO升高后降低，然后又升高再降低，如此循环。

本发明的有益效果：由于水中推进器装在氧化沟中部或底部，可直接推动氧化沟中、下层液体流动，从而可以较低的能耗实现全池混合液充分混合来保证污泥不沉降；而采用鼓风机通过连接管向装在氧化沟底部的微孔曝气头送气、空气通过微孔曝气头的微孔冒出形成众多气泡并在混合液中发生曝气的方式，一则大大提高了气泡的表面积A，在池容积一定情况下，比表面积a也增长，二来气泡经历的过程是从池底至水面，即池多深气泡历程也多深，这也大大降低了能耗。

以某城市5万m³/d生活污水处理厂为例，该工程采用的是A²O微曝氧化沟工艺，其流程如下：

污水经粗格栅后进入水泵站，水泵站出来后经细格栅及沉砂池，再经厌氧池、缺氧池及氧化沟后至沉淀池经沉淀后出水，其中氧化沟采用鼓风微孔曝气，沉淀池的回流污泥经污泥泵站后，部分回流到厌氧池，剩余污泥则进行脱水处理。

广东省环境保护监测中心站对该工程的监测结果如下：

项目	COD(mg/l)	BOD5(mg/l)	SS(mg/l)	NH3-H(mg/l)	TP(mg/l)
						进水(三天均值)	280.67	121.67	110.33	27.63	3.20
出水(三天均值)	＜30	6.07	8.00	7.60	0.17
						去除率(三天均值)	95％	95％	92％	72％	95％

经济指标：电耗：0.19Kwh/m³

          药耗：0.38g/m³

          占地：0.5m²/m³

          投资：1200元/m³(圆林型)

与表面曝气氧化沟工艺比较：

综合能耗降低30％，占地减少40％。

用于处理城市生活污水，出水可稳定达到GB8978-1996一级标准，以10万m³/d规模为例，年节约电360万Kwh。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明结构原理俯视示意图。

图2为埋在沟底的微孔曝气头结构剖视示意图。

图3为布置在沟底的微孔曝气头结构剖视示意图。

图中：1环形氧化沟，2水下推进器，3微孔曝气头，4鼓风机，5连接管，6微孔曝气头微孔，7、8氧化沟进、出水口。

具体实施方式

从图1及图2中可看到，本发明的曝气氧化沟1池型为首尾相接、并有进、出水口7、8的环形池，沟内安装有曝气装置，曝气装置由四个水中推进器2和微孔曝气机构组成，水中推进器2类似螺旋浆，安装在氧化沟中；微孔曝气机构又由鼓风机4、四个微孔曝气头3和连接管5构成，微孔曝气头3装在氧化沟底，其为一密闭容器，有进气口9与连接管5相接，连接管5的另一端与鼓风机4排气口相接，在微孔曝气头3壁上开有众多的微孔6与内腔相通。

由于水中推进器装在氧化沟中部或底部，可直接推动氧化沟中、下层液体流动，从而可以较低的能耗实现全池混合液充分混合来保证污泥不沉降；而采用鼓风机通过连接管向装在氧化沟底部的微孔曝气头送气、空气通过微孔曝气头的微孔冒出形成众多气泡并在混合液中发生曝气的方式，一则大大提高了气泡的表面积A，在池容积一定情况下，比表面积a也增长，二来气泡经历的过程是从池底至水面，即池多深气泡历程也多深，这也大大降低了能耗。

空气中的氧气溶解至水中，属气液互相之间的转移，符合“双膜理论”。

根据双膜理论，氧气从气相进入液相必须通过气膜和液膜，克服两层膜的阻力。而推动力就是两相之间氧的浓度差。根据这一理论充氧速率的一般式为：

dc/dt＝k_La(Cs-C)                           (1)

其中：a＝A/V                                (2)

k_La-----氧总转移分数

A------气液接触面积

V------曝气池水体积

Cs-----氧在水中的容解度

C------氧在水中的浓度

从上式可推出氧的传质总量为：

$M=k_{L}a(\mathrm{Cs}-C){\∫}_0^t\mathrm{dt}---\left(3\right)$

M----传质总量

t------气液双相接触时间

由(3)式可知，在曝气过程中，气体与水接触形成气液界面，气体通过界面传到水中。而转移总量在气压、温度等一定条件下，主要取决于三个方面，即a(比表面积)、Cs-C(浓度梯度)与t(气液相的接触时间)。而本发明的污水处理装置在这三方面得到改进，从而提高了总转移氧量M，具体机理如下：

1、曝气方式

本方案采用了微孔曝气方式。

在所有曝气方式中，微孔曝气的氧利用率最大。它与其它曝气方式最显著的区别是通过微孔曝气头，产生大量的直径为1mm左右的微小气泡，这就大大提高了气泡的表面积A，在池容积一定情况下，比表面积a也增长。根据公式(3)，可知在k_L、(Cs-C)、dt一定情况下，a越大，M也越大(即氧转移总量越大)。

以穿孔曝气管为例作比较：

穿孔曝气管开孔4mm，产生的气泡直公式按4mm计，则微孔曝气产生的气泡(在同样气量下)比穿孔曝气管产生气泡的表面积将增大4倍，大大提高接触面积。具体计算如下：

以同样1M3空气计

可见，微孔曝气所产生气泡直径1mm是穿孔曝气管产生气泡直径4mm的1/4，而传质面积则为穿孔曝气管的4倍，因此传质速度和效率都会有效增大。

2、(曝气头)布置方式

本方案微曝氧化沟采取分段间隔的曝气头布置方式。

泥水混合液进入池中以V≥0。3m/S水平前进，此时DO(溶解氧)低，进入曝气头布置区后，随着曝气的进行，DO不断上升；进入非曝区后，随微生物的作用，溶氧不断被耗掉，DO越来越低；而进入下一个曝气区后，DO又随曝气的进行不断上升。周而复始，整个微曝氧化沟形成如下的循环：

按曝气头布置区循环为：

曝气区→不曝区→曝气区→不曝区→再循环

按DO变化则为：

DO升→DO降→DO升→DO降→再循环

根据双膜理论一定情况下，M值随Cs-C增大而增大。而微曝氧化沟在曝气区曝气时，Cs-C数值最大，从而使行M转移总量提高，传质效率加大。

3、气泡流路的变化

从来的表面曝气是使空气在水面从上而下传递到水里的，气泡用强制性的(花费很大动力)机械搅拌形式，使气泡与水混和，使水和气泡实现气相至液相之间的传质，很显然，这种传质即使是实现完成，从气泡的流路来看，用转刷或其他表曝机械，其机械一般浸入0.4m，加上强制性的机械搅动使气泡传至水深约0.3m的水层，气泡直接在水里的深度为0.7m，再向上，全部为1.4m的历程，循向上方大气逃遁。

气泡上升符合斯托克顿公式，其流速为：

u＝(ρg-ρy)gd/18μ

式中：ρg--气泡的密度

ρy--液体的密度

μ--液体的粘度

g--重力加速度

d--气泡的直径

很显然，因为气泡密度远远小于液体密度，所以气泡进入水中后向上浮。而另根据公式S/t＝V，公式中s-气泡流路的路径，V-气泡上升速度，t-气泡上升时间，很难使气泡走足一个历池而向池面的全过程，亦即会使气泡的利用率减少了。而微曝氧化泡的曝气方式是通过自下而上的流路来实现的，气泡风机送风至曝气头释放后，气泡经历的过程是以池底至水面的一过程，即使是3m池深的氧化沟气泡历程也近3m。此时的流速符合Stocks公式，其停留时间是t＝s/v是比原有的表曝方式增长了近1倍，池越深其在水中的停留时间越长，池深如增加至5m，停留时间则更长了。

根据以上1、2、3点机理可见，本发明的目的在于充分利用氧化沟良好的水力特性及稳定的处理效果，同时从根本上解决占地大、能耗偏高的问题。

Claims (2)

1、一种曝气氧化沟(1)，池型为分隔或成首尾相接、并有进、出水口(7、8)的环形池，沟内安装有曝气装置，其特征是：所述的曝气装置由水中推进器(2)和微孔曝气机构(10)组成，水中推进器，安装在氧化沟中；微孔曝气机构又由鼓风机(4)、微孔曝气头(3)和连接管(5)构成，微孔曝气头装在氧化沟底，其为有进气口与连接管相接的密闭容器，在容器壁上开有众多的微孔(6)与内腔相通。

2、根据权利要求1所述的电路锁，其特征是：所述的微孔曝气机构(10)含至少两个水下推进器(2)及微孔曝气头(3)；各水下推进器及微孔曝气头在曝气氧化沟(1)中间隔布置。