第七讲改良的活性污泥法-深井曝气法

（1）深井曝气池的深度远大于普通曝气池的 深度，静水压力的增加使水中饱和溶解氧量成 倍增加，因此深度为50－100m的深井，其氧 传递的推动力是传统曝气池的6－16倍； 深井内混合液处于1－2m/s的流速下，雷数可 达105－106，剧烈的絮动使气液接触面更新 快，氧的传递率增大； 深井曝气池中气泡与水的接触时间可长达3－ 5min，而传统活性污泥法中只有15s，这也是 氧的传递效率增加的原因。
（2）生物固体浓度高，可在很高的有机负荷下运行




由于深井曝气池中很高的溶解氧浓度，深井曝气池能够维持很 高的生物固体浓度，这也是传统活性污泥法一直追求却不易达 到的目标。 传统活性污泥法常见的生物固体（MLSS)浓度为2－4 g/L，而 深井曝气池中的生物固体浓度可以高达4－12g/L，为前者的2 －6倍。 高生物固体浓度和高溶解氧浓度使深井曝气法可以在很高的有 机负荷下运行，其容积负荷最高可达80kgBOD5/(m3.d)，而传 统活性污泥法的有机物容积负荷仅为0.2-2 kgBOD5/(m3.d)。传 统活性污泥法的有机负荷一般为0.1-1.0 kgBOD5/(kgss.d)，而 深井曝气法的有机负荷则可达0.7-8.0 kgBOD5/(kgss.d). 二者都有了显著的增加，因此可使曝气池的容积大大减小。 由于曝气池中具有很高的生物固体浓度，以及混合液具有很高 的循环速度，进入曝气池的有机物能够得到很快的稀释和吸附， 深井曝气法特别适用于高浓度有机废水的处理，而且对于运行 过程中突然发生的冲击负荷有很强的承受能力，不致影响出水 水质。

空气量的计算 向深井曝气池供给的空气，既是微生物进行好氧代谢、降解有机物 所需要的氧源，也是维持混合液循环所需的动力。一般提供氧源的 空气量能够满足循环所需动力的要求，空气量主要决定于进出水的 水质和氧的利用效率，计算公式如下：



式中：Qa——所需空气量，m3/d； Q——废水流量， m3/d ； C0——废水BOD5浓度，kg/ m3； E——要求的BOD5去除率； f——耗氧系数，kgO2/ kgBOD5； P——氧利用率。

v1——降流区中水流速度，m/s

由于静水压力的影响，空隙率是随井深变化的， 水深为x处的静水压力为:
A——水深为x处的大气压力； ρ——液体密度. 在水深为x处的空隙率为



气阻可按照下式计算:



J——气阻,mH2O C——常数，C=A/ρg ε0——深井顶部液面处的空隙率；； H——深井深度，m 下降区一侧的阻碍循环J1，上升区一侧的J2起 气提作用，二者差值便是气浮阻力：
深井曝气池基本形式
气提式深井曝气池的构造
机械循环式深井曝气池
深井曝气的工艺流程

为了获得合格的出水和保持深井曝气池中必须 的生物固体浓度，除了常规活性污泥法一样采 用预处理外，深井曝气池还需要与一些附属构 筑物联合，组成一定的流程运行。


深井曝气池之后，需要设置脱气装置以去除混 合液中几乎饱和的气体，保证最后沉淀池的沉 淀效果。 常采用的脱气装置有真空脱气、机械脱气、自 发脱气装置三种。真空脱气装置由真空泵和真 空脱气塔组成，机械脱气是利用机械搅拌装置 使混合液中的气液得到分离，自发脱气池与沉 淀池结合为一体。
（3）基建费用和运行费用节省，占地面积小


上述深井曝气法的优点导致深井曝气法的基建 费用都显著低于传统活性污泥法。 一般，基建费用约可节约10％，运行费可节约 20％－50％，而占地面积则仅为传统活性污泥 法的1/3至1/5.
（4）深井曝气法的污泥沉降性能好，污泥产量小


一般深井曝气法的SVI在50mL/g以下，由于强 烈的絮动和极高的充氧能力，深井曝气法能够 有效地抑制丝状菌的生长，不容易发生污泥膨 胀。 深井曝气法的污泥产量一般在BOD5的0.250.35倍之间，这是由于溶解氧浓度高，促进了 微生物的自身氧化。

深井曝气池中混合液的溶解氧浓度可以高达8 －16mg/L，取决于深井的深度。这是传统的 活性污泥曝气池所望尘莫及的。



深井曝气池中的流速和温度对溶解氧浓度也会 产生影响。 实测数据表明，当深井曝气池中混合液流速在 1.0-1.5m/s的范围内时，流速对溶解氧浓度几 乎没有影响。 温度的影响有相互抵消的两方面，一方面是水 温增高可以增高氧的传递效率，但另一方面则 会使饱和溶解氧浓度降低。两种影响的总效果 是水温的降低会使溶解氧浓度略有增加。
第七讲 改良的活性污泥法 －深井曝气法
一、概述


深井曝气法是一种改良的活性污泥法。它针对 传统活性污泥法能耗大的缺点，着力于提高氧 的传输效率，又针对普通活性污泥法的曝气池 体积大，占地面积大的问题，将曝气池构造形 式进行了很大的变革。 尽管深井曝气法已经完全摆脱了传统活性污泥 法的外形，其处理废水的原理仍是相同的。



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深井曝气法是从化工行业中生产单细胞蛋白的高效充 氧设备移植过来的，最早由英国帝国化学公司(ICI)开 发。 1974年，该公司在英国比林哈姆市建成了世界第一座 处理废水的深井，该井直径0.4m,深130m,每天处理 363m3工业废水和生活废水的混合废水，出水水质为 BOD515mg/L，SS18mg/L，取得了良好的效果。该 公司还提供了设计运行数据，表明深井曝气法具有投 资省、占地少、氧的转移效率高、运行费用低等一些 列优点，因此得到了各国的普遍注意。 此后，德国、日本、加拿大等国相继建设了深井曝气 装置，我国也曾在20世纪70年代末期进行过深井曝气 法的研究并有生产性装置投入运行。 在深井曝气法应用的过程中，其构造和流程得到了不 断的改进。

需要驱动力计算 为了在深井曝气池中形成必要的循环，必须克 服在一定流速下水循环流动的各部分产生的阻 力，同时也应克服上浮对水流的阻力。深井的 总阻力Y应为水流阻力Hf与气浮阻力J二者的和： 水流阻力 水流阻力包括在升流区和降流区中的沿程摩擦 阻力和转换方向及经过头部、底部及布气袋装 置时的局部阻力，采用一般的水力学公式即可 计算这些阻力.
深井曝气法的设计计算
1、曝气池容积及高度的确定 可以利用适当的容积负荷计算确定深井曝气池的容积， 计算公式如下：



式中：Q——水流量，m3/d； C0——废水BOD5浓度，kg/ m3； E——要求的BOD5去除率； F——容积负荷，kgBOD5/( m3· d)； 曝气池的深度可根据当地地质条件、施工能力及废水处 理厂可利用的土地面积等因素选定，选定深度后即可以 计算出深井曝气池的直径。
谢谢大家！

对于同心圆式的深井曝气法：


Hf ——水阻，m； K——系数; λ——摩阻系数; H——深井有效深度,m; V1——降流区流速, m/s; d1－深井降流区直径，m; g——重力加速度 D——深井直径,m

对于隔墙式的深井曝气池：



ξ——井底局部阻力系数，折返180°转弯取4.8； v——液体循环速度,m/s; C——流速系数; R——水力半径,m; H——深井深度,m; nt——粗糙系数
三、深井曝气池的主要优点

氧的传递效率和利用效率高 传统的活性污泥法采用底部曝气或机械搅拌供 给微生物所需的氧，但由于其构造的限制，氧 的传递效率很低。采用氧气曝气可以提高氧的 利用效率，但所需的能耗很高。深井曝气池具 有以下三个特点，使其中的氧传递率远远高于 传统活性污泥法的传氧效率：

二、深井曝气池的构造及深井曝气法 的工艺流程



深井曝气池的构造 深井曝气池的核心是深井曝气池。顾名思义，深井曝气 池是一个深井，其中设有隔板或内筒，将井体分成隔板 式或同心圆式升流区和降流区两部分，废水与活性污泥 的混合液在其中上升或下降，形成不断循环的流态。 深井直径一般为1－6m，深度则为50－150m。深井顶部 设一扩大的水箱，用以分离混合液中夹带的气体和污泥， 并将出水引出池外。在升流区和降流区的一定部位设置 布气管，对混合液进行曝气，供给微生物所需的氧并提 供混合液循环运动所需的动力。这种利用注入的压缩空 气形成混合液循环的深井曝气池，被称为气提式深井曝 气池。 深井曝气池中混合液的循环也可利用水泵的机械作用来 形成，这时称为机械循环式深井曝气池。 一般，气提循环式的深井曝气池具有能耗低、设备简单、 运行费用少的优点，在国内外广泛使用。

气浮阻力 气浮阻力是由于深井中空气泡的上浮作用对液 体循环所造成的阻力。由于降流区中气泡流动 的方向与水流方向相反，因此其移动的速度较 慢，而升流区中二者流动方向相同，故气泡移 动速度快。所以在同一水深处，升流区中的空 隙率(ξ2)比降流区中的空隙率(ξ1)小。气阻可 以通过计算降流区和升流区中空隙率的差值求 得。
深井曝气法与其他活性污泥法在充氧效率、动力效率和氧 利用率的比较

深井曝气法的充氧效率是传统活性污泥法的5－30倍， 是纯氧曝气法的1.6-10倍，其动力效率则为该两种活 性污泥法的2.3-2.7倍。因此深井曝气法的氧利用率要 比传统曝气法高得多，为其6－12倍，在达到同样的 氧利用率的前提下，深井曝气法所需的动力则要比纯 氧曝气法少许多，约为其1/4.

如以va(m/s)表示降流区中空气的空管流速， vb(m/s)表示气泡在水中的上升速度，根据气体 流量平衡原理，可以列出下式：

v2——升流区中水流速度，m/s。

降流区中的空隙率可以用下列的近似公式计算：

计算时一般可取气泡上升速度为vb为0.3m/s。

升流区与降流区中空隙率的比值可根据流量平 衡原理求得：

循环动力 用于克服水阻和气阻所需要的总水头为:

循环水泵的动力N(kW)为: