臭氧添添加及

出水 BOD5 TKN
设计参数 曝气池体积 水力停留时间, HRT @ ADF 水力停留时间, HRT @ PF
混合液挥发性悬浮固体,MLVSS
F/M 比 @ADF
项目：
单位 m3/day mg/l mg/l
m3/day mg/l mg/l m g/l
mg/l mg/l
m3 Days Days mg/l Kg/Kg∙d
纯氧曝气的特性 纯氧/富氧因氧气分压数倍于空气中的氧分压，饱和溶解氧值一般为空气的 4.7 倍左右，其 在水中的传质速率是空气的 5 倍左右。所以，臭氧尾气作为较纯的氧气回用到曝气池中，可 以采用更高的活性污泥浓度（～10000mg/L MLVSS），这就意味着抗负荷冲击能力强，污水 池容积可以相对减小。
二次喷射增效装置如采用导流筒结构，则可
在不加深水池高度的情况下，延长气体与水
体的接触时间，从而起到与加高水深相同的
效果。这种结构在客户已有水池水深有限的
图6
情况下采用。在设计阶段，也尽量推荐采用
以节省基建投资。（见图 8）
图8
图7
4
停留时间与均匀混合时间
停留时间是臭氧在接触池中的逗留时间。它取决于臭氧反应所需的时间和在接触池中的混合 效率。在接触池容积相同的条件下，GW 射流器为臭氧与污水提供了更长的接触时间。臭氧 一旦被吸入至射流器中就在进入接触池之前与水达到了完全混合。因此，在被处理污水量小 于或等于射流器所需动力水量时，停留时间等于臭氧反应所需时间。这个时间取决于污水 的具体试验数据。
2
臭氧转移效率 ηo3
ηo3=臭氧需要量/臭氧供给量
臭氧传质受水深，气水比，停留时间，水 质，PH，水温，水压，臭氧浓度等一系 列因素影响。水质，PH，水温由客户的 具体情况决定。本指南讨论水深，气水比， 停留时间的选择及效率优化问题。
水深 水深对臭氧转移效率的影响是显而易见的。 水越深，臭氧转移效率越高，反之亦然。 从图 2－图 4 的比较中可以看到，在气水 比（如 30%）和射流器进口工作压力（如 1.4kgf/cm2）相同的情况下，5 米、 8 米和 10 米水深下的臭氧转移效率分别为 87%， 92%和 98%。但是，水越深，意味着基建 投资越大。
公式（4）说明循环倍率仅由处理水量和动力循环水量决定。处理水量一旦确定，动力水量 就是决定传质效率和均匀搅拌所需时间的决定因素。
实例说明， 某污水处理厂臭氧脱色项目处理 60 万吨/天，臭氧投加量为 4800Nm3/h，水深 8 米，选择射 流器工作压力，循环水量及停留时间，接触池容积
根据图 4，水深 8 米时气水比在 20~25%时，综合能耗最低，选择气水比为 25%，则， 射流器总动力流量为，Qc=4800/0.25=19200m3/h
需氧量计算
总碳氧化需氧量@ ADF 硝化需氧量 @ ADF 总需氧量 @ ADF
Days Kg/Kg Kg/Kg Kg/day Kg/day
Y
Kg/day Kg/day kg/day
0.280 0.7 0.06 10.8
10.8
7.7
0.43
0.49 44576 62636 0.7 1.71
通常为 0.4‐0.8,假定 0.6 通常为 0.04‐0.075,假定 0.06
GW 射流系统臭氧添加及臭氧尾气 回用设计指南
杨忠明 梁志翔 范卫军 陈晓娟
声明： 本指南所涉及的设计原则和引用的图表数据，仅适用于成都绿水科技 有限公司的 GW 射流器系列产品。不允许也不能被任何其他同等功能 的产品或任何人出于任何目的所引用。本公司对任何不当引用的结果 不负任何责任的同时保留自己被侵权后进行诉讼的权利。
气液比 （V g/Vl）%
图2
不同工作压力下臭氧转移效率与气液比的关系 （8m水深）
1.1kgf/cm2 对数 (1.1kgf/cm2)
1.4kgf/cm2 对数 (1.4kgf/cm2)
2.1kgf/cm2 对数 (2.1kgf/cm2)
100
95
90
85
80
75
70 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 气液比 （Vg/Vl）%
气水比 气水比指的是射流器吸入的臭氧气量与
动力水量之比。在水深和射流器进口工作 压力一定的条件下，气水比越小，臭氧转 移效率越高。在供气量一定时，实际传递 到水中的臭氧量越多（见图 2、图 3、图 4）。 这就意味着可以使用更小规格的臭氧机和 较少的氧气供应。但气水比越小，在供气 量一定的情况下，循环水量就越大，射流 器所使用的水泵规格型号就大，配套功率 也较高。
Kg/Kg∙d Kg/Kg Kg/Kg∙Day Days
Days
计算生物固体平均停留时间,@ PF
表观或计算污泥产率系数, VSS/#BOD5 @ADF 表观或计算污泥产率系数, VSS/#BOD6 @PF 剩余污泥排量, @ ADF 剩余污泥排量, @ PF BOD5 对于 BOD 的比值
是否需要脱氮指标?
设计参数 尽管 GW 射流系统本身看似简单，其构成包括射流器，二次喷射器，循环水泵等。其传质效 率和动力消耗却与下述多个参 数相关：
1、水深 2、气水比 3、水力停留时间 4、进口工作压力 5、出口工作压力 6、水温 7、盐度 8、水质 9、臭氧／纯氧浓度
因此，在设计中要做到既保证
很高的臭氧转移效率，又保证
此设计指南的目的，是在总结 GW 射流系统工程实践经验数据的基础上，以综合运行电耗（成 本）最低为设计基本原则，为臭氧及其尾气回用系统设计提供基本的指导。
1 臭氧投加 臭氧的需要量和气体投加量由客户根据具体项目的试验数据和臭氧制造商的臭氧气体浓度 决定。本指南解决在臭氧供气量，浓度保证和供气压力一定的情况下，臭氧传质的设计要素 问题。
图3
不同工作压力下臭氧转移效率与气液比的关系 （10m水深）
1.1kgf/cm2 对数 (1.1kgf/cm2)
1.4kgf/cm2 对数 (1.4kgf/cm2)
2.1kgf/cm2 对数 (2.1kgf/cm2)
100 95 90 85 80 75 70 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 气液比 （Vg/Vl）%
6
数值 240000 450 15 NA 300000 450
15
NA
20 15
备注
68929 0.29 0.23
7000
0.224
假定 BOD‐MLSS 负荷
F/M 比 @PF 污泥产率系数, Y, KgVSS/KgBOD5 衰减系数, Kd,d‐1 设计生物固体平均停留时间（污泥 龄）
计算生物固体平均停留时间,@ ADF
hr/day kg/hr kg/hr mg/l∙hr mg/l∙hr
24 3505.42 3972.59 50.9 57.6
表 1 中 MLVSS 为 7000mg/L，泥龄 7（高峰）～11（平均）天，如果调低 MLVSS，如要保证 泥龄不变，则必须调低进水负荷或加大曝气池容积，反之亦然。这个规律适用于改造提升污 水处理能力的情况，在不需要扩大曝气池容积的条件下，可以提高污水处理能力。这个规律 用于设计阶段，与空气曝气法相比，则可大大减小曝气池容积，减少占地和基建投资。
氧气需要量及污泥龄 在污水处理量，进出水质，池型尺寸和其他相关参数决定之后，需氧量和相应的污泥龄就可 以确定。见表 1。
氧气需要量计算
2010.12.17
工艺参数 平均设计流量, @ ADF 进水 BOD5 @ ADF TKN @ ADF TSS @ ADF 高峰流量 @PF BOD5 @PF TKN/NH3 @PF TSS @PF
进口工作压力 在水深和气水比一定的情况下，射流器进 口工作压力越大则臭氧转移效率越高，相 应的射流器循环水泵的配套功率会越高。
因此，设计选型时需要在保证臭氧投加效 果的前提下，将水深，气水比、进出口工 作压力与总体运行成本结合起来综合平衡， 将运行成本控制在最低。
臭氧转移效率 %
臭氧转移效率 %
臭氧转移效率 %
不同工作压力下臭氧转移效率与气液比的关系 （5m水深）
1.1kgf/cm2 对数 (1.1kgf/cm2)
2.1kgf/cm2 对数 (2.1kgf/cm2)
1.4kgf/cm2 对数 (1.4kgf/cm2)
100
95
90
85
80
75
70
65 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
图4
3
本指南所述臭氧投加运行成本，指的是臭氧制备电耗，氧气生产综合电耗和 GW 射流器所用 动力水泵功率之和。在其它工艺条件一定的情况下，它与水深、气水比、臭氧浓度、水泵扬 程都有关系。
图 5、图 6、图 7 数据中的总电耗指的是臭氧 浓 度 为 10wt% ， 臭 氧 发 生 器 电 耗 为 10kwh/kgO3，制氧电耗为 1kwh/kgO2，水泵 扬程为 15 米条件下不同水深，不同气水比下 的总运行成本。包括臭氧制备功率，氧气制 备功率和 GW 射流器所用循环水泵水功率之 和。
对比图 5，图 6，图 7 的数据可以看到，在 5
米水深时，选取 15~20%的气水比总运行成本
图5
最低，在水深 8 米时，气水比可增大至 20~25%，
综合能耗也低，而当水深为 10 米时，气水比
即使选取 30~35%，也在经济运行的范围内。
即水浅时，气水比取小值，水较深时，气水
Leabharlann Baidu
比取较大值。
等效水深
GW 射流器臭氧投加及尾气回用设计指南
引言 随着污水处理排放标准的提升，臭氧用于污水深度处理日趋广泛。与此同时，基于降低成本 的目的，深度处理后的臭氧尾气（氧含量为 80%至 95%）回用技术也日益得到极大的关注。 GW 射流传质系统，由于具备高效率，性能长期稳定可靠，寿命长，适于各种水深，免维修， 投资省，安装施工方便，可以不放水施工改造等特点，为满足客户进行污水深度处理需求， 提供了高效可靠的技术手段。
较低的动力消耗，对非专业人
士而言，是复杂而无头绪的事
情。
图1
GW 射流系统在 2005 年进行了完整的纯氧曝气工业规模试验，积累了经验数据，并由此建 立计算设计模型。在此基础上，经过多年应用于臭氧投加和氧气曝气实践，（图 1：污水处 理厂 60 万吨污水臭氧脱色项目 2013 年）已形成了较成熟的计算设计体系。
选用 32 套动力流量为 600m3/h 的 GW3600 射流器，水泵扬程 15 米，臭氧转移效率 95%
T1/T2=(4*32*600)/(600000/24)=3.07，即循环倍率 f＝3.07 满足均匀混合时间要求
5
2.臭氧尾气回用 极大部分臭氧在污水池进行氧化反应之后又回到氧气形态。将这部分氧气抽取用于曝气，取 代原有空气曝气系统，将极大降低曝气电耗，从而降低污水处理厂的综合运行成本。GW 射 流器系统以其抽气能力大、传质效率高、安装简单方便（可不放水安装）和性能的长期稳定 可靠性，成为这一应用领域的不二之选。
通常为 0.46‐0.71, 假定 0.71 如果 Y 为 1.71, 如果 N 则为 4.57
84130 0 84130
总碳氧化需氧量@ PF 硝化需氧量 @ PF 总需氧量 @ PF
Kg/day Kg/day kg/day
95342 0 95342
可曝气时间 氧传递量 @ ADF 氧传递量 @ PF 氧吸收率(OUR) @ ADF 氧吸收率(OUR) @ PF
7
氧气转移效率 ηo2
ηo2=氧需要量/氧供给量
氧气传质与臭氧传质的规律相同，受水深， 气水比，停留时间，水质，PH，水温等一系 列因素影响。水质，PH，水温由客户的具体 情况决定。本指南讨论水深，气水比的选择 及效率优化问题。
水深 水深对氧转移效率的影响是显而易见的。水 越深，氧转移效率越高，反之亦然。从图 9 －图 11 的比较中可以看到，在气水比相同 （如 30%）的情况下，5 米，8 米和 10 米水 深下的臭氧转移效率分别为 75%，80%和 84%。但是，水越深，意味着基建投资越大。
式（2）是成都绿水科技根据国内外文献资料，并通过长期大量工程实践得出的经验公式， 已被广泛重复应用于 GW 射流器的实际项目中。
停留时间必须大于均匀混合所需的时间，设停留时间与均匀混合所需时间的比值为 f，f 则 必须是大于 1 的数，定义为循环倍率 T1=f*T2，(3) T1/T2=(4*Qc)/Qin(4)
当被处理水量大于射流器动力水量时，则需要核算停留时间是否满足均匀混合的要求。 设： T1，水力停留时间，min V，接触池有效容积，m3 Qin，被处理水量，m3/h Qc，动力水量，m3/h T2，均匀混合所需时间
则有，停留时间 T1=V/Qin*60 min (1)
均匀混合所需时间 T2=60*V/(4*Qc) min (2)