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曝气系统
曝气系统的能耗相当大,对曝气系统能耗能效的研究总是涉及到曝气设备的改造和革新。
新型的曝气设备虽然层出不穷,但目前仍然可划分为2类:
第1种是采用淹没式的多孔扩散头或空气喷嘴产生空气泡将氧气传递进水溶液的方法,又称谓射流曝气和鼓风机曝气系统[1],第2种是采用机械方法搅动污水促使大气中的氧溶于水的方法,称谓机械曝气系统.微孔曝气,曝气扩散头的布局和曝气系统的调节这些都是节能的有效措施。
在传统活性污泥处理厂曝气池中辟出前端厌氧区,用淹没式搅拌器混合的节能、生物除磷方案。
这一简单的改造可以节省近20%的曝气能耗,如果算上混合用能,节能也达到12%。
自动控制系统的应用于污水处理.
迄今为止,在活性污泥法工程领域,应用着多种各具特色的运行方式。
主要有以下几种:
①传统推流式活性污泥法;②完全混合活性污泥法;③阶段曝气活性污泥法;④吸附—再生活性污泥法;⑤延时曝气活性污泥法;⑥高负荷活性污泥法;⑦纯氧曝气活性污泥法;⑧浅层低压曝气活性污泥法;⑨深水曝气活性污泥法;⑩深井曝气活性污泥法。
1、传统推流式活性污泥法:
①工艺流程:
②供需氧曲线:
③主要优点:
1)处理效果好:
BOD5的去除率可达90-95%;2)对废水的处理程度比较灵活,可根据要求进行调节。
④主要问题:
1)为了避免池首端形成厌氧状态,不宜采用过高的有机负荷,因而池容较大,占地面积较大;2)在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象,会浪费了动力费用;3)对冲击负荷的适应性较弱。
⑤一般所采用的设计参数(处理城市污水):
2、完全混合活性污泥法
①主要特点:
a.可以方便地通过对F/M的调节,使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态;b.进水一进入曝气池,就立即被大量混合液所稀释,所以对冲击负荷有一定的抵抗能力;c.适合于处理较高浓度的有机工业废水。
②主要结构形式:
a.合建式(曝气沉淀池):
b.分建式
3、阶段曝气活性污泥法——又称分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法
①工艺流程:
②主要特点:
a.废水沿池长分段注入曝气池,有机物负荷分布较均衡,改善了供养速率与需氧速率间的矛盾,有利于降低能耗;b.废水分段注入,提高了曝气池对冲击负荷的适应能力;
③主要设计参数:
4、吸附再生活性污泥法——又称生物吸附法或接触稳定法。
主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程——吸附、代谢稳定,分别在各自的反应器内进行。
①工艺流程:
②主要优点:
a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短,吸附池容积较小,再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥,因此,再生池的容积也较小。
吸附池与再生池容积之和低于传统法曝气池的容积,基建费用较低;
b.具有一定的承受冲击负荷的能力,当吸附池的活性污泥遭到破坏时,可由再生池的污泥予以补充。
③主要缺点:
处理效果低于传统法,特别是对于溶解性有机物含量较高的废水,处理效果更差。
④主要设计参数:
5、延时曝气活性污泥法——完全氧化活性污泥法
①主要特点:
a.有机负荷率非常低,污泥持续处于内源代谢状态,剩余污泥少且稳定,勿需再进行处理;
b.处理出水出水水质稳定性较好,对废水冲击负荷有较强的适应性;
c.在某些情况下,可以不设初次沉淀池。
②主要缺点:
池容大、曝气时间长,建设费用和运行费用都较高,而且占地大;一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水,水量一般在1000m3/d以下。
③主要设计参数:
6、高负荷活性污泥法——又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法
①主要特点:
有机负荷率高,曝气时间短,处理效果较差;而在工艺流程和曝气池的构造等方面与传统法基本相同。
②主要设计参数:
7、纯氧曝气活性污泥法
①主要特点:
a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍,纯氧曝气可大大提高氧的转移效率;
b.氧的转移率可提高到80~90%,而一般的鼓风曝气仅为10%左右;
c.可使曝气池内活性污泥浓度高达4000~7000mg/l,能够大大提高曝气池的容积负荷;
d.剩余污泥产量少,SVI值也低,一般无污泥膨胀之虑。
②曝气池结构:
③主要设计参数:
8、浅层低压曝气法
①理论基础:
只有在气泡形成和破碎的瞬间,氧的转移率最高,因此,没有必要延长气泡在水中的上升距离;
②其曝气装置一般安装在水下0.8~0.9米处,因此可以采用风压在1米以下的低压风机,动力效率较高,可达1.80~2.60kgO2/kw.h;
③其氧转移率较低,一般只有2.5%;
④池中设有导流板,可使混合液呈循环流动状态。
9、深水曝气活性污泥法
①主要特点:
a.曝气池水深在7~8m以上,b.由于水压较大,洋的转移率可以提高,相应也能加快有机物的降解速率;c.占地面积较小。
②一般有两种形式:
a.深水中层曝气法:
b.深水深层曝气法:
10、深井曝气活性污泥法——又称超深水曝气法
①工艺流程:
一般平面呈圆形,直径约介于1~6m,深度一般为50~150m。
②主要特点:
a.氧转移率高,约为常规法的10倍以上;b.动力效率高,占地少,易于维护运行;c.耐冲击负荷,产泥量少;d.一般可以不建初次沉淀池;e.但受地质条件的限制。
③主要设计参数
各种活性污泥法的设计参数(处理城市污水,仅为参考值)
设计参数传统活性污泥法完全混合活性污泥法阶段曝气活性污泥法
BOD5—SS负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.2~0.40.2~0.60.2~0.4
容积负荷(kgBOD5/m3.d)0.3~0.608~2.00.6~1.0
污泥龄(d)5~155~155~15
MLSS(mg/l)1500~30003000~60002000~3500
MLVSS(mg/l)1200~24002400~48001600~2800
回流比(%)25~5025~10025~75
曝气时间HRT(h)4~83~53~8
BOD5去除率(%)85~9585~9085~90
设计参数吸附再生活性污泥法延时曝气活性污泥法高负荷活性污泥法
BOD5—SS负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.2~0.60.05~0.151.5~5.0
容积负荷(kgBOD5/m3.d)1.0~1.20.1~0.41.2~2.4
污泥龄(d)5~1520~300.25~2.5
MLSS(mg/l)吸附池1000~3000再生池4000~100003000~6000200~500
MLVSS(mg/l)吸附池800~2400再生池3200~80002400~4800160~400
回流比(%)25~10075~1005~15
曝气时间HRT(h)吸附池0.5~1.0再生池3~618~481.5~3.0
BOD5去除率(%)80~909560~75
设计参数纯氧曝气活性污泥法深井曝气活性污泥法
BOD5—SS负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.4~1.01.0~1.2
容积负荷(kgBOD5/m3.d)2.0~3.23.0~3.6
污泥龄(d)5~155
MLSS(mg/l)6000~100003000~5000
MLVSS(mg/l)4000~65002400~4000
回流比(%)25~5040~80
曝气时间HRT(h)1.5~3.01.0~2.0
溶解氧浓度DO(mg/l)6~10
SVI(ml/g)30~50
BOD5去除率(%)75~9585~90
二、曝气池的型式与构造
1、曝气池的类型
①根据混合液在曝气池内的流态,可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种;
②根据曝气方式,可分为鼓风曝气池、机械曝气池以及二者联合使用的机械¾¾鼓风曝气池;
③根据曝气池的形状,可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种;
④根据曝气池与二沉池之间的关系,可分为合建式(即曝气沉淀池)和分建式两种。
活性污泥法主要有哪些运行方式、各运行方式的特点
关于当前活性污泥法污水处理工艺有:
AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O法等,这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的,且各有其特点。
①AB法(Adsorption—Biooxidation)
该法由德国Bohuke教授首先开发。
该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧,A级负荷高,曝气时间短,产生污泥量大,污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上,池容积负荷6kgBOD/(m3·d)以上;B级负荷低,污泥龄较长。
A级与B级间设中间沉淀池。
二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同,形成不同的微生物群体。
AB法尽管有节能的优点,但不适合低浓度水质,A级和B级亦可分期建设。
②SBR法(SequencingBatchReactor)
SBR法早在20世纪初已开发,由于人工管理繁琐未予推广。
此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成,常由四个或三个池子构成一组,轮流运转,一池一池地间歇运行,故称序批式活性污泥法。
现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺,如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。
这种一体化工艺的特点是工艺简单,由于只有一个反应池,不需二沉池、回流污泥及设备,一般情况下不设调节池,多数情况下可省去初沉池,故节省占地和投资,耐冲击负荷且运行方式灵活,可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态,实现除磷脱氮的目的。
但因每个池子都需要设曝气和输配水系统,采用滗水器及控制系统,间歇排水水头损失大,池容的利用率不理想,因此,一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂。
③A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)
由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求,故国内10年前开发此厌氧—缺氧—好氧组成的工艺。
利用生物处理法脱氮除磷,可获得优质出水,是一种深度二级处理工艺。
A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成:
一是除磷,污水中的磷在厌氧状态下(DO<0.3mg/L),释放出聚磷菌,在好氧状况下又将其更多吸收,以剩余污泥的形式排出系统。
二是脱氮,缺氧段要控制DO<0.7mg/L,由于兼氧脱氮菌的作用,利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源),将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气,达到脱氮的目的。
为有效脱氮除磷,对一般的城市污水,COD/TKN为3.5~7.0(完全脱氮COD/TKN>12.5),BOD/TKN为1.5~3.5,COD/TP为30~60,BOD/TP为16~40(一般应>20)。
若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化,以去除磷、BOD5和COD为主,则可用A/O工艺。
有的污水处理的出水不排入湖泊,利用大水体深水排放或灌溉农田,可将脱氮除磷放在下一步改扩建时考虑,以节省近期投资。
④普通曝气法及其变法
本工艺出现最早,至今仍有较强的生命力。
普曝法处理效果好,经验多,可适应大的污水量,对于大厂可集中建污泥消化池,所产生沼气可作能源利用。
传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理,不具备脱氮除磷功能。
近几年在工程实践中,通过降低普通曝气池容积负荷,可以达到脱氮的目的;在普曝池前设置厌氧区,可以除磷,亦可用化学法除磷。
采用普通曝气法去除BOD5,在池型上有多种形式(如下文所述的氧化沟),工程上称为普通曝气法的变法,亦可统称为普通曝气法。
⑤氧化沟法
本工艺50年代初期发展形成,因其构造简单,易于管理,很快得到推广,且不断创新,有发展前景和竞争力,当前可谓热门工艺。
氧化沟在应用中发展为多种形式,比较有代表性的有:
帕式(Passveer)简称单沟式,表面曝气采用转刷曝气,水深一般在2.5~3.5m,转刷动力效率1.6~1.8kgO2/(kW·h)。
奥式(Orbal)简称同心圆式,应用上多为椭圆形的三环道组成,三个环道用不同的DO(如外环为0,中环为1,内环为2),有利于脱氮除磷。
采用转碟曝气,水深一般在4.0~4.5m,动力效率与转刷接近,现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。
若能将氧化沟进水设计成多种方式,能有效地抵抗暴雨流量的冲击,对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。
卡式(Carrousel)简称循环折流式,采用倒伞形叶轮曝气,从工艺运行来看,水深一般在3.0m左右,但污泥易于沉积,其原因是供氧与流速有矛盾。
三沟式氧化沟(T型氧化沟),此种型式由三池组成,中间作曝气池,左右两池兼作沉淀池和曝气池。
T型氧化沟构造简单,处理效果不错,但其采用转刷曝气,水深浅,占地面积大,复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。
不设厌氧池,不具备除磷功能。
氧化沟一般不设初沉池,负荷低,耐冲击,污泥少。
建设费用及电耗视采用的沟型而变,如在转碟和转刷曝气形式中,再引进微孔曝气,加大水深,能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率〔达2.5~3.0kgO2/(kW·h)〕。
通过对国外污水处理公司技术方案中的工艺流程特点、曝气方式、运行费用等比较与分析,提出了较适合南平纸厂制浆污水处理的技术方案。
一、工艺流程及特点
1物理+生化处理
污水→调节池→反应型预沉池→喷射冷却池→选择器→喷射曝气→二沉池→污泥脱水
↑↓↓
└──回流───┘排放
图1物理+生化处理工艺流程
如图1,该工艺设有反应型预沉池预处理,可提高SS的去除率。
由于不加化学药剂,因此是一个物理过程。
一般预沉池SS的去除率为70%,而该反应型预沉池SS去除率可达90%以上,从而可降低CODCr30%以上。
其设计原理是在不加絮凝剂的条件下,充分利用纤维的絮凝特征。
一个大直径低转速的搅拌器将先期沉淀的污泥提升,并与从预沉池底部进入的污水在中心导管内接触混合,混合后的污水进入锥形反应室,在锥形反应室内停留时间较长,此时污水中的悬浮物增长成为絮状物。
当混合污水从反应室流出时,因污水的流速逐渐降低,从而为絮状物提供了最佳反应条件。
该工艺的反应型预沉池已应用于河南漯河银鸽造纸厂和四川雅安造纸厂的污水处理。
由于该反应型预沉池不加絮凝剂,运行费用低,但一次性投资要比一般的预沉池高。
2厌氧+好氧处理
提出该工艺的公司认为TMP和DIP两股污水的有机物浓度较高,适合用厌氧预处理。
经过厌氧处理后的CODCr可降低到1000mg/L以下,CODCr的去除率可达70%左右,从而减轻其后好氧预处理的负担(见图2)。
其它污水┌──回流─┐
↓↓↑
TMP,DIP污水→预处理→冷却塔→厌氧处理→预沉池→选择器→鼓风曝气→二沉池→浓缩池→污泥脱水
↓
排放
厌氧+好氧处理工艺流程
厌氧反应器是用国外较为成熟的升流式厌氧污泥床,即UASB。
这是一个无填料无任何动力装置,且有一定数量厌氧颗粒状污泥的空容器。
其工艺原理是,反应器的上半部分设置1个三相分离器,分离器的上部为沉淀区,下部为反应区。
在反应区中,根据污泥的分布又可分为污泥层和悬浮层。
污水自下进入反应器向上流动时,污水与颗粒污泥充分接触,进行一系列生化反应后产生沼气。
由于气泡上升托起污泥,随着反应的进行和气量的增加,污泥逐渐膨胀并略呈流化态,气体从污泥层内逸出。
沉降性能较低的污泥在气体的搅动下形成悬浮层,混合液上升至三相分离器内。
气体碰到反射板时折向气室而被有效地分离排出。
污泥和水进入沉淀区,在重力作用下,水与污泥分离。
厌氧处理的优点在于能耗低,占地小,产污泥量少,去除效率高,可降解部分大分子有机物,有利于进一步的好氧处理。
但厌氧处理一次性投资较大;在国内运行经验甚少,尤其在制浆污水处理方面,国内尚无用厌氧处理方法;厌氧处理在试车时,颗粒污泥不易培养,培养时间较长;较难把握稳定的运行;制浆污水中的树脂、有机氯、过氧化氢和硫化物等对厌氧菌可能存在抑制作用;此外还要考虑厌氧过程生物气体的利用问题。
因而制浆污水用厌氧处理,目前尚不成熟,暂不考虑厌氧方法处理。
3物化+生化法(见图3)
其工艺特点为预处理设絮凝池,投加化学药品。
这种化学絮凝预处理不但可以增加悬浮物的沉降性能,通过增加SS的去除率大大降低不可溶性CODCr,而且还可以去除一些大分子难降解的有机物如木素、纤维素、有机氯等。
其原理是投加絮凝剂后,水中悬浮的细小纤维凝聚成大颗粒物质,这些各种形状的颗粒也存在着多孔比表面,对一些大分子有机物具有一定的吸咐作用。
与厌氧预处理和反应型预处理比较,化学预处理的投资费用较低,且易于控制和管理,但化学药品投加量较多,运行费用大大增加。
┌─回流──┐
↓↑
污水→絮凝池→预沉池→调节池→冷却塔→选择器→表面曝气池→二沉池→污泥脱水
↓
排放
图3物化+生化处理工艺流程
4两级曝气+物化法
该工艺采用两级曝气,最后设化学处理,如图4。
由于工艺过程较为复杂,构筑设施多,因而占地面积相对较大,相对投资也较高。
工艺流程的最后还需加化学药剂。
这样虽可以保证达标排放,但无疑运行费用也相应增加,而且加药后的污泥粘性增大,影响污泥的脱水。
┌─回流─┐┌回流┐
↓↑↓↑
污水→调节池→预沉池→冷却塔→选择器→表面曝气池→中间池→表面曝气池→絮凝沉淀池→浓缩池→污泥脱水
↓
排放
图4两级曝气+物化处理工艺流程
5生化+物化法
如图5所示,预处理不一般沉淀地,最后加气浮处理。
由于没有特殊的预处理方法,预处理的CODCr去除率较低,增加好氧生物去除CODCr的负担,因此最后的气浮处理必须投加较多的絮凝剂方可保证达标排放。
污泥脱水
┌─────回流────↑
↓│
污水→预沉池→调节池→冷却塔→选择器→喷射曝气→二沉池→气浮装置→排放
图5生化+物化处理工艺流程
这些工艺的共同之处是在曝气池前加选择器,且曝气时间较长,都在15h到30h之间。
加选择器和延时曝气都是为了增加CODCr的去除率,保证CODCr的达标排放。
加选择器主要是当回流污泥和污水一起进入选择器时,在没有曝气的情况下消耗有机物造成缺氧。
首先是产生一些厌氧菌可分解一小部分难降解的有机物,其次是在缺氧状态下,可选择出生存能力较强和活性较好的好氧菌种。
这些生命旺盛的菌种一旦进入曝气池,在好氧状态下,其去除有机物的能力明显增强。
增加曝气时间,有机物和活性污泥混合停留时间较长,对一些较难降解的有机物也能够逐步降解。
二、曝气方式
所有提出的技术方案中,曝气池的曝气方式有3种,即表面曝气、鼓风曝气和喷射曝气。
它们各自的优缺点见表2。
曝气方式优点缺点
表面曝气 根据溶解氧需要可调速,移动;便于操作和控制管理;易维修,无须将池中的水排出动力消耗大;充氧能力较低;需要加消泡剂消除水面的泡沫,否则不利于表面空气充氧。
鼓风曝气 动力消耗相对较少;充氧能力高,适合深池曝气;表面泡沫不影响充氧鼓风噪声大;池底布气设施出故障时,需将池中的水排出,极为不便。
喷射曝气 动力消耗小;充氧效率最高,也适合深池曝气,表面泡沫也不影响充氧控制一定的喷射流速,否则太低喷口会堵泥;同样设施维修时,需将池中的水排出。
表2几种曝气方式的比较
三、运行费用
运行费用主要决定于化学药品消耗量和总电耗,设备折旧和维护管理费用大同小异,所占的比例很低。
5种工艺的化学药品消耗量和总电耗归纳见表3。
处理工艺化学药品消耗量/kg·d-1
磷酸三钠尿素聚丙烯酰胺硫酸铝消泡剂总电耗/kWh·d-1
物理+生化500105085--17400
厌氧+好氧4001000100-6015600
化学+生化1256501501200010023000
两级曝气120024001601300010029100
生化+物化7601325120360-14400
由于综合后的污水pH值约4~7,偏酸,因此处理前加碱调节pH,NaOH的投加量由pH的大小决定。
从表中可以看出,两级曝气的化学药品消耗量和总电耗最高,因而运行费用最高。
而物理+生化法和厌氧+好氧法的总消耗相对较低,因此运行费用也较低
四、结果讨论
通过以上5种工艺的比较(见表4)可以得出以下结论:
处理方法 处理效率 建设投资运行费用
物理+生化反应型预沉池可去除CODcr30%以上较高 较低
厌氧+好氧厌氧可去除TMP和DIP污水CODcr70%较高 较低
化学+生化可以保证较高的CODcr去除率较低较高
两级曝气还需加化学处理后才能保证达标 较高 较高
生化+物化亦可以保证CODcr达标排放 较低 较高
1两级曝气+化学方法的工艺过程较为复杂,占地面积最大,故建设投资费用高,而且仍需加大量的化学药品才能达标排放,同时总电耗也高,因此该工艺的运行费用最高,基本不考虑该工艺技术方案。
2厌氧预处理可以大大减轻好氧处理的负担,而且还存在其它诸多优点,但对于制浆污水存在着毒性抑制因素,且厌氧方法去处理规模较大的污水在国内尚不成熟,也不易于维护和管理,同时DIP和TMP两股污水混合后必须另外单独开一条地沟,无疑增加投资费用,因而厌氧方法目前暂不能考虑。
3反应型预沉池预处理的效果较好,可去除CODCr30%以上,从而不加化学药剂可以保证CODCr达标排放。
但一次性投资较高,且也存在维护管理上的问题,相应增加维护管理费用。
只有对已正在运行的该工艺过程进行实地考察,才能决定该反应型预沉池是否好用。
4化学预处理的优点在于投资较省,维护管理简单,但无疑增加较多的运行费用,对于我国现有企业在经济上较难承受。
如佳木斯造纸厂的制浆污水处理也是引进国外的处理技术,但由于需加化学处理才能达标排放,从而运行费用很高,每处理1t水需花1元以上的费用。
该厂污水处理量近10万t/d,因此每天的处理费用高达10万元以上。
目前该污水处理设施无法继续运行,正在寻找降低成本的改进方法。
5在选择何种曝气方式时,尽管表面曝气的单位功率供氧能力最低,动力消耗较大,且需要加消泡剂,但它易于控制管理,操作方便,最主要的是维修时无须将池子的水全部排出而耗费大量的人力物力。
而我们现有的污水处理场就是采用表面曝气的方法,已积累了较为丰富的经验,因此我们倾向于选择表面曝气。
由此看来,既要处理效果好,满足CODCr的达标排放,又要做到投资省,运行费用低,是难以做到的。
因此在比选过程中,只要做到投资不要太高,处理效果好,保证达标排放,运行费用在0.80元/t水左右即可。
通过对这5种污水处理工艺的工艺特点、曝气方式和运行费用的比较分析,我们认为,设有反应型预沉池的物理+生化法处理工艺比较适合我公司的制浆污水处理。
工艺流程简单合理,在不加化学处理的情况下,能够保证CODCr达标排放,运行费用较低。
但还必须通过时国内外有关该工
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