干货|深层曝气技术工作原理分析-北极星水处理网

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一、工作原理

深层(井)曝气技术原创于上世纪70年代的英国ICI公司，这项污水处理新工艺，是以地下深井或地面高塔作为曝气池的高效活性污泥系统。做成地下深井时其直径为1～6m，井深30～100m;做成地面高塔时其直径5～30m，塔高10～30m。该活性污泥系统主要由升流管和降流管两大部分构成。原污水和回流污泥的混合液沿降流管和升流管循环流动，在降流管中注入空气作为生物氧化的氧源，在升流管中亦注入空气作为扬升污水的动力源，同时也兼作生物氧化的补充氧源以及吹脱生化废气的曝气源。其工作原理图如图1。

二、充氧能力

据氧向水中传质的公式：

深层曝气的充氧能力远高于其它曝气方法，主要原因是：

1、利用深层的静水压力，大大提高了传氧的推动力(CS—C)，使降流管内的空气泡下降所需要的能量，由升流管中释放出的气泡所产生的扬升作用得到抵消，因此获得高气相分压时所花费的能量并不大，所以充氧动力效率高。

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、气泡与液体的接触时间或称气泡在液相中的作用时间可以长达3～5min，而普通曝气(即浅层曝气)都在15S以下，前者是后者的十至数十倍，从而极大地提高了氧的利用率。

根据需氧要求，深层曝气的充氧能力，一般可达0.5～1.0kg/m3•h，而其动力效率仍高于其它曝气方法。

三、深层曝气工艺的运转方式

由于是在一个很深的液层内曝气充氧，它的运转方式和流体力学特性与传统(浅层曝气)方法有很大差异。

1、混合液的循环动力可以用压缩空气也可以用机械——泵。

当采用压缩空气作动力时称作气提循环法，该法以压缩空气的浮力作用于液相继而带动混合液一起扬升，空气既是循环动力，又是生化反应的氧源，故仅使用单组动力机械。

当采用水泵作动力时称作机械循环法，此时仍需另设压缩空气源向降流管内注入空气以作为氧源供生化反应之用，要用到两组动力机械。

因此，采用气力提升较机械提升具有明显的优势。

2、流体力学特性

深层曝气是污水在深筒中上升和下降的循环回流的同时鼓入空气。因此，运转中必须同时克服水阻和气阻，提供运转中所需的总驱动力，这是深层曝气所特有的流体力学问题。

3、在中基实业公司三坪污水处理工程中，由于循环水量很大，如用水泵提升则不仅会使管道阀门配置困难，而且动力消耗增加，维护作业量加大，系统配置和操作也会比较繁杂，这将导致投资和运行成本上升。因此宜采用压缩空气提升，这样只需一组动力电器和配气管路，使系统变得比较简洁，不仅使操作和维护作业量减少了许多，动力消耗十分经济，也使投资和运行成本得到较大幅度的下降。

四、深层曝气的生物反应动力学特性

1、采用深层曝气法的好氧曝气塔，是一种高分散生物反应体系，气液两相在塔式容器中呈现高速相对运动状态，有序流和无序流两种流体运动同时并存，气液混合充分，从而也使固体——活性污泥不仅被高度分散，微生物体可以同时从气相中直接呼吸摄氧和液相中摄取溶解氧，微生物体的内外源呼吸速率以指数级得到加速，促进微生物的增殖速率成几何级上升，代谢旺盛，世代更新加快，世代链及微生态链延长，生物相丰富，生物活性增强，食欲旺盛，对有机物的摄取倍率亦成几何级增长，对有机物种类的食谱展宽，故而对污水中各种分子量的有机物具有高效降解和快速的去除效果。深层曝气法的这种优秀的生物反应动力学特性，用于高浓度的污水和难降解的有机、有毒、色度深的高分子有机废水的处理时，非常适宜。

2、深层曝气法的活性污泥浓度高，其活性污泥浓度通常可达5～10gmlvss/l，是常规活性污泥法(浅层曝气)0.15～0.3gmlvss/l的2至数倍，因此对有机物的去除速率可以达到常规活性污泥法之去除速率的1.5～3次幂或更高。

五、深层曝气(含深井曝气)法的工艺组合

深层(井)曝气活性污泥法与常规(浅层)曝气活性污泥法同为曝气充氧好氧氧化，其组合工艺仍然需要后续沉淀(固液分离)和污泥回流过程。而由于深层(井)曝气过程是在较之常规(浅层)曝气要高出数倍乃至数十倍的水压下充氧，混合液中溶有过饱和空气以及生物氧化反应过程生成的废气(N2、CO2等)，因此需要在其顶部设置脱气池，用来脱除混合液中所溶入的过饱和空气和废气，以利于循环到降流管中重新注入新鲜空(氧)气。如果后续沉淀池，则需在进入沉淀池前先脱除微气泡，以保证沉淀过程不受微气泡上浮的干扰，而能使污泥正常沉降并从混合液中分离出去。

但微气泡的上浮本来就能携带污泥一起上浮，这便是自发气浮。因此我们正好可以利用深层曝气过程的这种特性，在其后续气浮分离器用来浮选掉污泥，可以将沉淀池省略，做到事半功倍。

在新疆某污水处理工程中，利用原来就建有符合处理规模的一组气浮分离装置，正好可以用来与深层曝气法组成最佳工艺组合，又能充分发挥原有设施的处理功能，可谓一举两得发挥两种设施的组合优势。

延伸阅读：

【技术】地下水污染修复技术——原位曝气技术(AS)

污水处理技术篇：高效节能曝气技术微孔曝气全球应用进展

原标题：深层曝气技术简介

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