深層曝氣技術(shù)工作原理分析

　　一、工作原理

　　深層（井）曝氣技術(shù)原創(chuàng)于上世紀(jì)70年代的英國(guó)ICI公司，這項(xiàng)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(shí)其直徑為1——6m,井深30——100m;做成地面高塔時(shí)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(dòng)，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(yáng)升污水的動(dòng)力源，同時(shí)也兼作生物氧化的補(bǔ)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(yuǎn)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(dòng)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(yáng)升作用得到抵消，因此獲得高氣相分壓時(shí)所花費(fèi)的能量并不大，所以充氧動(dòng)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(shí)間或稱氣泡在液相中的作用時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)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(dá)0.5——1.0kg/m3•h,而其動(dòng)力效率仍高于其它曝氣方法。

　　三、深層曝氣工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)方式

　　由于是在一個(gè)很深的液層內(nèi)曝氣充氧，它的運(yùn)轉(zhuǎn)方式和流體力學(xué)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(dòng)力可以用壓縮空氣也可以用機(jī)械——泵。

　　當(dāng)采用壓縮空氣作動(dòng)力時(shí)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(dòng)混合液一起揚(yáng)升，空氣既是循環(huán)動(dòng)力，又是生化反應(yīng)的氧源，故僅使用單組動(dòng)力機(jī)械。

　　當(dāng)采用水泵作動(dòng)力時(shí)稱作機(jī)械循環(huán)法，此時(shí)仍需另設(shè)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(yīng)之用，要用到兩組動(dòng)力機(jī)械。

　　因此，采用氣力提升較機(jī)械提升具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　2、流體力學(xué)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(shí)鼓入空氣。因此，運(yùn)轉(zhuǎn)中必須同時(shí)克服水阻和氣阻，提供運(yùn)轉(zhuǎn)中所需的總驅(qū)動(dòng)力，這是深層曝氣所特有的流體力學(xué)問(wèn)題。

　　3、在中基實(shí)業(yè)公司三坪污水處理工程中，由于循環(huán)水量很大，如用水泵提升則不僅會(huì)使管道閥門(mén)配置困難，而且動(dòng)力消耗增加，維護(hù)作業(yè)量加大，系統(tǒng)配置和操作也會(huì)比較繁雜，這將導(dǎo)致投資和運(yùn)行成本上升。因此宜采用壓縮空氣提升，這樣只需一組動(dòng)力電器和配氣管路，使系統(tǒng)變得比較簡(jiǎn)潔，不僅使操作和維護(hù)作業(yè)量減少了許多，動(dòng)力消耗十分經(jīng)濟(jì)，也使投資和運(yùn)行成本得到較大幅度的下降。

　　四、深層曝氣的生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(yīng)體系，氣液兩相在塔式容器中呈現(xiàn)高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有序流和無(wú)序流兩種流體運(yùn)動(dòng)同時(shí)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(shí)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(jí)得到加速，促進(jìn)微生物的增殖速率成幾何級(jí)上升，代謝旺盛，世代更新加快，世代鏈及微生態(tài)鏈延長(zhǎng)，生物相豐富，生物活性增強(qiáng)，食欲旺盛，對(duì)有機(jī)物的攝取倍率亦成幾何級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)有機(jī)物種類(lèi)的食譜展寬，故而對(duì)污水中各種分子量的有機(jī)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(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，用于高濃度的污水和難降解的有機(jī)、有毒、色度深的高分子有機(jī)廢水的處理時(shí)，非常適宜。

　　2、深層曝氣法的活性污泥濃度高，其活性污泥濃度通常可達(dá)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(duì)有機(jī)物的去除速率可以達(dá)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(guò)程。而由于深層（井）曝氣過(guò)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(guò)飽和空氣以及生物氧化反應(yīng)過(guò)程生成的廢氣（N2、CO2等），因此需要在其頂部設(shè)置脫氣池，用來(lái)脫除混合液中所溶入的過(guò)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(jìn)入沉淀池前先脫除微氣泡，以保證沉淀過(guò)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(lái)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(guò)程的這種特性，在其后續(xù)氣浮分離器用來(lái)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(lái)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(lái)與深層曝氣法組成最佳工藝組合，又能充分發(fā)揮原有設(shè)施的處理功能，可謂一舉兩得發(fā)揮兩種設(shè)施的組合優(yōu)勢(shì)。