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1、第三章深井曝气第一节概述深井曝气也称“超深水曝气”、超深层曝气”，是英国在70年月所开发的一项新技术。以往，国外由于钻井技术较发达，一度曾采用废井将生产污水注入地下进行处置。后来由于环境爱护的要求日益严格，深井注入法渐渐被淘汰，进而改为在深井的基础上，把井壁和井底用钢筋混凝土或钢板作为井衬来加以密封，使污水不会渗出造成污染，从而有效地采用深井的巨大深度，进行超深水曝气，即为“深井曝气深井曝气法是由英国有限帝国化学公司(LC.1)的农业部于1968年在以好气性甲醇菌生产单细胞蛋白质的讨论中派生出来的，1973年公开发表，后又于1974年将这种技术应用于活性污泥法，在皮林翰姆市(Billingha
2、m)污水处理厂建筑了第一座半生产性的深井曝装置，进行了基础讨论。1975年4月，公司发表了深井曝气工艺的使用结果：该深并直径0.4m,井深135m,处理力量363m3d,停留时间1.2h,MLSS为26gL,出水BOD5为15mgL,SS为18mgL,取得了良好的处理效果。该公司认为，此法是污水处理近几十年来的最大革新，具有投资省，占地面积少，运行稳定，费用低，无恶臭等特点；且该法对氧的采用率可比常规曝气法高10倍。自从公司发表论文后，引起了北美、欧洲、南非及日本各国的极大爱好，它们相继引进和推广该技术，迄今为止作了很多改进，并建成了很多生产性装置。表5-1所示为世界上已建成的部分深井曝气厂的
3、简洁状况。表5-1深井曝气厂的简洁状况污水厂厂址污水量(md)入水BOD/SS(mgL)出水BOD/SS(mgL)深井尺寸(m,直径X深度)英国Billingham400800200-300/25020/300.4X130英国Anglina6480I(XX)/-60/601.9130英国KimberlyCklrk216001000/-0.8X50德国Leer加拿大Barrie15000400/-2.681加拿大Manitoba1090300/-30/-0.4X150法国NorsolorIl400228005(X)40()30/301.4X150美国Ithaca,NY-2X100日本丰中9502
4、00/-30/300.4X150日本东海地区2400300/30020/301.0X100日本滋贺26403730/-360/1002.1X100日本琦玉20000125/6010/10-182.8100日本东京15800-3.4X100中国苏州150003.4X100500COD943.1COD212.11.0X94.6我们我国的水处理工作者为了进展本国的水处理技术，也进行了深井曝气法处理工艺的讨论。国内讨论院所及大专院校从1978年起进行了深井工艺的开发，并在讨论的基础上，吸取国外的新成果，推出了多种形式的深井装置。目前在国内，深井曝气工艺在制药、化工领域等排放的不易生化降解的废水及食品、
5、啤酒业等高浓度有机废水处理中得到了较为胜利的应用。国内为推广这一技术还成立了特地设计、制造这种装置的深井曝气设施厂。其次节深井曝气的机理深井曝气是以地下深竖井构筑物作为曝气装置的高效活性污泥工艺。深井直径一般为056.0m,深度为50150m深井纵向被分隔为两部分提升管和下降管。废水进入深井后，随原污水和回流污泥的混合液在下降管和提升管内反复循环流淌，并在此过程中得到净化。一、充氧力量深井曝气工艺中氧的传递速率亦遵循氧向水中一般传质公式的规律：KLa(CSc)(5-1)dt式中:dcdt-氧在清水中的传递率，mg/(Lh);KLa一氧在清水中总传递系数，h,;Ci氧在清水中的饱和溶解度，mg/
6、L；c氧在清水中的实际浓度，mg/U与其他曝气方法相比较，在深井曝气条件下，氧的传递速率de/dt要大得多，其主要缘由如下所述。(1)与一般鼓曝池中螺旋形前进的水流不同，深井内的液流为紊流状态，雷诺数高达l()5o6由于紊流激烈，气泡直径较微小，气泡液膜更新很快，同时又由于空隙率较低，气液两相混合匀称，从而促使KLa值增大。(2)气泡和液体接触时间长。常规曝气法中气泡和液体的接触时间约为15s,而深井曝气法气泡和液体的接触时间却可长达35min,从而使氧传递速率增大。(3)由于气泡在平衡状态时的氧饱和溶解浓度Cs值随水深的增大而增大，故深井中处于高静水压力下的气泡的CS成倍增加，则氧向水中转移
7、的推动力(CS-C)亦大大提高。对于50150m的深井，氧传质推动力是常规法的616倍，因而深井曝气法的充氧力量大，氧的采用率高。此外，在深井曝气中，注入下降管内的空气气泡所需要的能量，可以由提升管中释放出的气泡所产生的扬升作用而得到相当大的抵消，因此获得高气相分压时充氧效果所花费的能量并不大，故充氧动力效率高。由上分析可知，深井曝气法具有其他生物法所难以达到的高充氧性能，其比较如表5-2所示。表52各种曝气法充氧性能比较方法氧传递量kgO2m3.h氧采用率(%)动力效率kgO2(Kw.h)常规曝气法0.05-0.15150.51.0纯氧曝气法0.25901.0-1.5深井曝气法直径310m0
8、.25602.06.0直径2m2806.0直径Im3903.5井深13Om二、生化处理效果完成有机污染物向最终产物剩余污泥和CO2的转化是生物处理系统的目的。在废水的生化处理过程中，影响处理效果的因素有很多，主要有：有机物浓度(B0D5),废水的可生化性和活性生物体浓度(MLVSS)等。生物反应受以下两个基本传质过程掌握：(1)氧的传质过程：(2)有机物的传质过程。其中，氯的传质过程包括两个过程氧从气相传递到液相和由液相传递到生物体。当液相中可采用的溶解氧完全充分时，生物反应过程的效率主要取决于微生物降解和同化有机物的力量，而降解和同化有机物的速率随MLVSS浓度和混合搅拌强度的提高而增大。在
9、好氧生物处理工艺中，曝气装置保持好氧环境的力量是其主要制约因素之一。如在常规活性污泥系统中，由于供氧力量的限制，对于不同浓度的混合液都有一个极限的负荷率F/Mo例如当MLVSS=3g/L时，按表5-1中所示的O.O8kgO2/(nh)计在不超过常规装置的曝气力量的条件下，系统的运行负荷率F/M不会超过0.55。而深井曝气工艺由于传氧效率高，可以在井内维持高达10gL的MLVSS浓度；同时由于井内的液体循环速度大、紊流程度高，能使生物体和有机质间有效地进行混合传质，从而使得F/M能够超过常规曝气中的极限，曝气时间也大大缩短。例如处理生活污水时，由于在深井中活性污泥生物是处于高浓度溶解氧的条件下，
10、一般深井中溶解氧可达2030mgL,脱气池中68mgL,活性得到提高，当BOD污泥负荷高达2.0kg(kgMLVSSd)时，BoD5的去除率仍可达到90%以上，曝气时间也可缩短到30min,具有良好的处理效果。第三节深井曝气的工艺及运转一、深井曝气的工艺流程及构造深井曝气工艺流程如图51所示：原污水经过格栅和沉砂池除去大悬浮物和砂之后直接进入深井曝气池中。在那里污水与回流污泥混合，供空气于污水中，使污水循环流淌，进行处理。漏水中的有机物被微生物氧化分解。从深井曝气池出来的混合液进入脱气设施，然后采纳机械搅拌、鼓气搅拌及抽真空等方式使活性污泥所包含的微气泡分别出来。脱除气体后的混合液再进入沉淀池
11、中，活性污泥在那里沉淀下来，澄清液排放。沉淀下来的污泥部分回流到深井曝气池，多余的活性污泥进入处置系统。上浮污泥回流I-格栅；2沉砂池；3深井；4一浮选澄清池；5-脱气池；6沉淀池浮选方式;沉淀方式由图5/可知，深井曝气污水处理系统，一般由以下几部分构筑物组成：格栅、沉砂池、深井曝气池、脱气池、沉淀池等。其中格栅、沉砂池、浮选池、沉淀池的功能与一般活性污泥法和生物接触氧化法相同，故以下只对深井曝气池和脱气池加以介绍。（一）深井曝气池深井曝气构筑物的结构一般可分为U型管型和同心圆型深井。U型管的构造如图5-2所示。U型管深井采纳一侧进水、进气，通过U型管底部后，再从另一侧出水，两侧水位的高度差（
12、压头损失）使得水体流淌。同心圆深井的构造如图5-3所示。它是由两个不同直径的圆柱型钢管构成的圆柱体，两管之间由几十块限位板固定，其外管直径可达数米。水流一般由内管进入，再从外管流出。目前国内应用较多的就是这种气提式同心圆深井。深井曝气池是整个处理系统的核心部分，以下以同心圆深井为例对深井曝气池结构作简要说明。1.头部水箱头部水箱具有多种构造，体积可达50n,但其作用是全都的，即：使通过深井曝气池底部的水体回流到地面时得到缓冲，脱除水体中部分溶解气体，以便使大部分水体能够再次进入深井曝气池，保证新加入的污水和回流活性污泥能充分混合后直接进入内管；设置出水口。图5-2U型管深井结构示意图图5-3同
13、心圆深井结构和孔隙率示意图1 一贮气罐：2空压机：3-头部水箱：4-提升管：5-下降管：6-提升布气管：7下降布气管2 .提升管提升管的作用是使同心圆内、外管水体保持循环流淌。提升管的安装深度一般在3040m范围内。曝气头（亦可用穿孔管代替）在此处释放空气或氧气。由于气体气泡在上浮过程中可造成外管的水体向上流淌，从而带动内管中的水体向下流淌，这样便实现了内、外管水体的循环流淌。设计较好的深井,提升管曝气头仅在运行初始阶段使用，一旦深井内污水循环起来以后，其供气量将逐步减小，直至可以全部关闭。这时，深井内污水的循环动力主要依靠下述的来维持。此外，提升管还具有肯定的充氧效果，而且因气体释放点的深度
14、（压力）远远大于一般活性污泥法和生物接触氧化法，故其充氧效果也较一般传统生物法为佳。3 .下降管下降管的作用是对循环水体进行充氧，采用井底的压力，使水体溶解氧的浓度大大提高，这也是开发深井曝气法处理污水的主要缘由。下降管设有向下曝气头，释放的空气随内管水流到达井底，在井底压力（每IOm水深相当于10L325kPa）的作用下,大量溶解在水中，其增加的溶解氧浓度可达18mg/L左右，达到了高浓度活性污泥运行所需的溶解氧浓度。水流通过井底后在外管（提升管）向上流淌并渐渐减小压力，溶解在水体中的气体释放，体积也渐渐增大，这样便形成了提升管水体空隙率均和下降管水体空隙率2之间的空隙率差4，是水体循环的主
15、要推动力。下降管的设置是整个深井曝气工艺中较为重要的环节，其安装位置的合理与否将影响到系统运行的提升气量与下降气量比，从而关系到整个系统处理效果的好坏，这也是它不同于提升管（整个深井系统运行中水流循环的较为直接的动力）的地方。下降管位置一般应设在井深3060m之间，详细位置应视井深而定。阅历数据表明，当井深大约为下降管安置深度的2.6倍时系统能够较为正常的运行。（二）脱气池与其他生物处理法相比，深井曝气处理系统中增加了脱气池。脱气方式有三种：空气曝气搅拌、机械搅拌及抽真空脱气。前两种应用较多。脱气池的主要功能是通过不同的脱气方式释放大量在头部水箱中还来不及释放（溶解于水中）的气体，从而使得水中的活性污泥能够在随后的二沉池中沉降下来，由回流管再次进入深井。止匕外，采纳曝气搅拌方式时，脱气池还可用作传统的曝气池来处理废水，污水在深井中一般停留13h后，有些有机物的分子结
