曝氣器是活性污泥法中的重要設備,是向生化污水處理工藝提供所需溶解氧、保證污水充分混合、使活性污泥懸浮的關鍵裝置。其性能的好壞不僅影響污水的處理效果,而且直接影響到城市污水處理設施的投資費用和運行成本。
我國現階段主要使用的中、微孔曝氣器主要有大中氣泡曝氣器和微孔曝氣器兩大類,工程中常用的大中氣泡曝氣器有:穿孔管曝氣器、雙環傘形曝氣器、固定螺旋曝氣器、盆型曝氣器等;工程中常用的微孔曝氣器有:鐘罩式微孔曝氣器、平板式微孔曝氣器、聚乙烯棒狀微孔曝氣器、懸掛曝氣鏈等;按空氣擴散結構可分為:多孔性擴散和非多孔性擴散結構;按照材料可分為:陶瓷、橡膠膜片、聚乙烯、工程塑料 ABS。由于空氣擴散構造和所用材料的不同,造成它們的技術性能差異很大。采用工程塑料ABS 結合大中氣泡非多孔性曝氣方式、微氣泡擴散結構研制的旋混曝氣器,不易堵,氣泡小。旋混曝氣器具有優良的充氧曝氣性能,氧利用率和動力效率較高,攪拌能力強,不易被堵塞,布氣均勻,安裝方便,布置簡單,使用壽命長,是國內近年來綜合利用的環保型高科技產品,該產品的研制開發,降低了污水處理廠的投資費用和運行成本及管理成本,具有較高的綜合價值和社會意義。
1、曝氣器構造及規格
該曝氣器內外筒以工程塑料 ABS 為主要原料,擠壓成筒狀形態,曝氣芯以玻纖增強 PA66 為主要原料,擠壓成桿狀形態,將其組裝成形。其特點氣孔在曝氣芯上均勻開有斜向內切條縫結構。規格見表 1。
2、曝氣器性能試驗
2.1 試驗裝置
曝氣實驗裝置為:長×寬×高=1 800 mm×1 800mm×8 000 mm 矩形塑料曝氣池,體積 20 m3。試驗設備連接見圖 1。
。1)曝氣池:1 800 mm×1 800 mm×8 000 mm。
。2)供氣設備:D14×18-2.5/6000 羅茨風機。
。3)測量儀器:壓力測量采用 U 型壓力計,精度 6.0mmH2O;氣體測量采用 LEB-40 轉子流量計,精度:0.2m3/h; 溶氧測量采用 SJG-203 溶氧測定儀, 精度:±0.03mg/L。
(4)電子秒表:精度 1/100 s。
。5)托盤天平:精度 1.0 g。
2.2 試驗方法及步驟
2.2.1 曝氣試驗方法
為了進行比較,試驗對象均為自來水,測試風量均為 2.5 m3/h,有效容積 19.44 m3,有效水深 6 m,距槽底 380 mm 處放置旋混曝氣器。在水質、風量、大氣壓強等因素不變的條件下,采取間歇靜態非穩定法測試。將矩形有機玻璃槽中充滿水后,投加還原劑(硫酸鈉)和催化劑(硫酸鈷)進行脫氧,待水中溶解氧濃度降為 0 后開始曝氣,同時記錄水中溶解氧濃度隨曝氣時間的變化值,直到水槽中溶解氧濃度達到飽和為止,然后計算曝氣性能技術指標!2.2.2 曝氣試驗步驟
。1)在試驗水槽中注入自來水至預定水深,將溶解氧儀探頭置于水深之半,開始曝氣,曝氣量 Q=2.5m3/h。測定水中溶解氧值,待溶解儀數值穩定時記錄該值 C5,C5表示飽和溶解氧濃度(mg/L)。
(2)記錄大氣溫度、水溫和壓力表讀數。
(3)計算消氧劑及催化劑量,消氧劑 m(Na2SO4)=24×C5×V,催化劑量 m(CoSO4)=1.9×V,其中 V 表示曝氣槽有效體積(m3)。
。4)用溫水完全溶解 Na2SO4和 CoSO4后,倒入曝氣槽中,并適當攪拌。
(5)待槽內溶解氧濃度降至零時,啟動氣泵,調節空氣閥,使空氣流量迅速達到 2.5 m3/h。
(6)記錄溶氧儀讀數 C1,時間間隔為 0.5 min,當溶氧儀讀數 Cs達到飽和溶解氧 Cs值為止。
2.2.3 曝氣均勻性試驗
為了確定旋混曝氣均勻性能,選擇實驗容器中心,壓力為 101 kPa 時,進行曝氣均勻性試驗。
2.2.4 最大曝氣量試驗
將旋混曝氣器放入水槽中,啟動氣泵,調節空氣閥、開關、流量逐步加大,記錄壓力和風量。試驗數據及條件見表 2 和表 3。
3、試驗結構與討論
評價曝氣設備性能的基礎指標是氧總轉移系數(KLas),技術指標有供氧速率(Qc,mg/(L·h))、氧利用率(ε,%)、理論動力效率(E,kg O2/kW·h)。
式(1)中:dc/ dt為氧轉移速率,以水中單位時間的濃度變化表示;Cs為氣液界面處,液相中氧的飽和濃度;C 為液相中氧的實際濃度;Yc為液膜厚度;W為曝氣液體體積;A 為氣液接觸面積;DL為液膜中氧擴散系數。
則有
式(2)~(3)中:KLa為試驗狀態下氧總轉移系數;將 KLa進行溫度修正后,變成 20 ℃水溫、101.325 kPa下的 KLas值,此即為標準狀態下氧總轉移系數。
式(4)中:用 Qc代替式(3)中的 dc/ dt,KLa修正后以 KLas代入。
式(5)中:N理是不計損失,指輸入池內的理論功率。
式(6)中:Q 為標準狀態下的供氧量;0.28 kg/m3為標準狀態下 1 m3空氣氧的重量。
試驗結果表明旋混曝氣器充氧性能各項指標遠優于中、微孔曝氣器行業標準 HJ/T 256-2006,見表 4,其中標準氧總轉移系數 KLas值較大,近 1.5 倍標準值,說明此旋混曝氣器傳遞阻力較小,供氧速度越快,氧傳遞速率快,氧轉移速率高;在實際中,曝氣器評價指標的計算和曝氣裝置有關,因為 KLa=(DL·A) (Yc·W)在試驗條件一定的情況下,DL是一個幾乎不變的常數,曝氣泡在上升過程中所受水壓變化很小,A 值幾乎不變,同時曝氣槽體積 W 與液膜厚度 Yc較小,所以 KLa很大。在曝氣量和風壓固定不變的情況下,ε、E 值僅受 Qc值大小的影響,而 Qc的大小即為氣泡在水中停留、氣液的接觸過程中,氣泡向水中轉移氧量的多少。
旋混曝氣器與同類產品的曝氣性能相比也有很大的提高。湘潭某廢水站,日排廢水 3 000 m3/d 的曝氣池中安裝此曝氣器后,較以前盤式微孔曝氣器,投資成本節約 40%,運營和維修費用節約 60%,COD 值也有明顯降低,取得了很好的經濟效益。
4、結論
旋混曝氣器氧利用率高,服務面積相對較大,阻力損失小、通氣量恒定、抗氣相和液相堵塞的性能優良;并能提高生物處理效率、降低能耗、節約運行費用,是一種綜合性能高的曝氣器。
該曝氣器以工程塑料 ABS 為主要原材料,制造工藝簡單,安裝方便,極具推廣使用價值。