射流曝气技术在工业废水处理中的应用

但这种装置的缺点是构造比较复杂 , 制造 、安装 、检 修比较困难 。
20世纪 80 年代以来 , 德国拜耳和赫 司特两大 化工公司先后完成了采用高塔 —射流曝气活性污泥 法处理化工废水的扩建过程 , 日处理废水量分别为 1. 6 ×105 m3 (工 业 废 水 90 000 m3 , 市 政 污 水 70 000m3 )和 1. 0 ×105 m3 。 它们分别采 用获得专 利的狭缝射流器和径向射流喷嘴进行曝气 。 这两种 压力供气射流器结合高塔型 (水深 25 ～ 30 m )的反 应器 , 强化了氧的分布 、溶解和利用 , 有效地防止了 气泡并聚 , 提高了氧的利用率 , 在水深 17 m 的条件 下充氧动力效率达到 3. 8 kg /(kW h), 系统 BOD5 的去除率均在 90%以上 [ 7] 。日本在北九 洲市日明 废水处理厂中应用了射流曝气系统 , 废水处理量为 75 000m3 /d, 进水 BOD 5 为 136 m g /L, 处理后出水 BOD5 为 4. 7m g /L。 2. 2 国内射流曝气技术的发展
1968年德国的拜耳化学公司采用获得专利的被 称为 8 /14型射流器 (即喷嘴直径为 8mm, 混合管直 径 14mm)以压力供气方式处理化工废水 [ 6, 7] , 射流 器设在曝气池底部 , 池深 4. 8 m , 淹没深度 4. 2mm 。 其运行参数为 :废水量 720 m3 /h, 空气量 3 320 m3 / h, 水深 4. 2m , 氧利用率 7. 7%, 充氧能力 340 kg /h, 耗能 115 kW h, 充氧动力效率 2. 95 kg /(kW h)。
2 射流曝气技术在工业废水处理中的 应用进展
2. 1 国外射流曝气技术的发展 国外用射流曝气技术作为废水生化处理可以追
溯到 20世纪 40年代 。 1947年美国的 DOW 化学公 司将射流曝气法用于规模为 1. 85 ×105 m3 /d的含酚 废水处理厂 , 布置了 724只射流器 , 采用压力供气 , 工 作介质为二沉池出水或曝气池混合液[ 5] 。 20世纪五 六十年代 , 射流曝气法在国外应用得更多 , 并逐渐成 为继鼓风曝气和机械曝气后的第 3类曝气法[ 5] 。
很大 , 使空气中的氧更易快速溶解于水中 。 由于气 泡直径小 , 上升速度缓慢 , 从而延长了大气中氧气溶 解于水的时间 , 促使废水和氧气充分混合接触 , 氧化 废水中的还原性物质 , 杀灭大部分还原菌和其它一 些厌氧菌 , 进而达到处理废水的目的[ 3] 。 1. 3 废水生物处理中射流曝气的独特作用
[ 收稿日期 ] 2005 - 04 - 27;[ 修订日 期 ] 2005 - 05 - 24。 [ 作者简介 ] 郝建昌 (1979— ), 男 , 陕西省渭 南市人 , 硕士研 究生 , 研究方向为废水处理技术 。
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ENV IRONM ENTAL
化 工 环 保 PROTEC TION OF CHEM ICAL
200
5年第
25 卷第
6期
化 工 环 保 ENV IRONM ENTAL PROTECTION OF CHEM ICAL
IND USTRY
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射流曝气技术在工业废水处理中的应用
郝建昌 ,Leabharlann Baidu张安龙
(陕西科技大学 造纸工程学院 , 陕西 咸阳 712081)
[ 摘要 ] 介绍了射流曝气的基本原理及在废水好 氧生物 处理中的 独特作 用 , 阐 述了射 流曝气 技术的 性 能特点 , 回顾了射流曝气 技术在工业废水处理中的应用进展 , 列举了射流曝气 技术在工业废水处理中的 应用实例 , 最后指出了射 流曝气技术的研究发展方向 。 [ 关键词 ] 射流曝气 ;射流器 ;废水处理 [ 中图分类号 ] X703 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1006 - 1878(2005)06 - 0451 - 04
曝气技术广泛应用在生活污水和工业废水的好 氧生物处理中[ 1] , 主要有机械曝气 、鼓风曝气 、射流 曝气 。 其中射 流曝气是利 用射流曝气器将气流 或 气 -液混合流导入曝气池 , 以增加液体中氧含量的系 统 , 由于其一系列优点而得到较为广泛的应用 。射流 曝气作为一种曝气充氧方法 , 从 20世纪 40年代开始 应用到废水处理中 , 至今已有 60多年的历史 。
射流曝气作为一种曝气充氧方法 , 它的作用不 仅仅是作为一种气泡扩散充氧装置 (如鼓风曝气中 的各种空气扩散装置 ), 也不能单纯看作 是一种机 械曝气设备 , 而是介于两者之间 , 利用气泡扩散和水 力剪切两个作 用达到曝气和混合 的目的 [ 4] 。 实际 上 , 在活性污泥法废水处理系统中 , 由于通常采用废 水与活性污泥的混合物作为工作介质 , 当吸入 (或 压入 )空气后在射流器的喉管内发生相当剧烈的混 合作用 。 这一混合作用一方 面进行着气 - 液 - 固 (活性 污泥 )之间 的紊 动扩 散 与能 量交 换及 气 液 -固三相间的转移过程 , 还有更加突出的是发生 在被高速剧烈紊动 “切割 ”得非常细微的气泡 、活性 污泥的微小颗粒以及废水 (液相 )中有机物这三者 之间的生物学上的作用 。 因此 , 要评价射流曝气用 于活性污泥法的作用 , 如果仅仅作为曝气充氧装置 来理解就没有充分反映这一综合过程的全部机理 。 这一综合过程的机理应当理解为在活性污泥微生物 存在的条件下 , 发生在射流器喉管部分的高速紊动 过程中的生物学特性与三相间物理力学特性的综合 过程 。气体经高速水流吸入后经喉管压缩 , 气 、液相 剧烈混合 , 此时气泡刚形成 , 吸氧率高 ;气泡进一步 在管道中受剧烈揽动 , 粉碎成细微气泡 , 使气 、液接
ρ(SS) /(m g L- 1) 150 ～ 280 10 ～ 30 90
ρ(NH3 - N) /(m g 35 ～ 55 6 ～ 11 85
L-1 )
色度 (稀释倍数 ) 80 ～ 350 30 ～ 46 87
3. 2 在饮料加工废水处理中的应用 武汉江申 (百事可乐 )饮料有限公司废水处理
工程处理废水水量为 550 m3 /d, 废水 COD 为 800 ～ 1 500 mg /L, 处理系统包括水解酸化池 —接触氧化 池 —序批式氧化沟 。 其中氧化沟有 2座 , 按序批式 运行 , 总有效容积为 457 m3, 采用的曝气设备是工 作液总流量为 320 m3 /h的 16支自吸 式射流曝气 器 。运行结果表明 , 自吸式射流曝气器不仅满足了 曝气充氧的要求 , 而且满足了搅拌推流的要求 , 曝气 搅拌阶段沟内混合液平均水平流速大于 0. 25 m /s, 活性污泥呈完全悬浮状态 , 没有沉淀现象发生 [ 8] 。
IND U STRY
2005年第 25卷
触面积增大 , 也提高吸氧率 。尤其是当工作介质为 废水与活性污泥混合物时 , 喉管的紊动搅拌作用不 只限于微 小气泡 对废水 的充 氧作 用 , 同 时还 发生 气 -固 、液 -固间等多方面的作用 , 特别是当活性污 泥被 “切割 ”成非常细小的颗粒 , 无疑将大大增加活 性污泥的表面更新率与吸附表面积 , 从而使活性污 泥的细小絮状体能与气泡中的氧及废水中的有机物 有充分的接触吸附作用 , 使吸附能力大大提高 。这 是其它类型曝气设备所不能达到的 [ 4] 。 1. 4 射流曝气技术的主要性能特点
图 1 射流器结构 1. 喷嘴 ;2. 吸气室 ;3. 喉管 ;4. 扩散管 ;5. 尾管
1. 2 射流曝气的基本原理 射流器采用文丘里喷嘴 , 工作水泵出水通过射
流器的喷嘴 , 随着喷嘴直径变小 , 液体以极高的速度 从喷嘴喷射出来 , 高速流动的液体穿过吸气室进入 喉管 , 在喉管形成局部真空 , 通过导气管吸入 (或压 入 )的大量空气进入喉管后 , 在喷水压力的作用下 被分割成大量微小的气泡 , 与水形成混合体 。气液 混合体通过扩散 管向外排出 , 其速度减慢 , 压力增 强 , 形成强力喷射流 , 对废水搅拌充氧 。气泡经多次 切割 , 喷射扰动后 , 变成无数的细小气泡 , 其表面积
包 装 车 间 、生 产 车 间 的 制 曲 、发 酵 回 淋 等 生 产 工段[ 9] 。
该厂采用水解酸化 —射流曝气 —煤渣吸附工艺 处理废水 , 其工艺流程见图 2。
其中曝气池尺寸 :3. 0 m ×3. 0 m ×3. 5 m , 有效 容积 45 m3 , 池中安装一个射流曝气器 , 喷嘴直径 20 mm , 充氧能力 30 m3 /h。
国内对射流曝气技术的研究和应用始于 20 世 纪 70 年 代 , 主 要用在 中小 型废水 处理装 置中 [ 8] 。 1978年以来 , 同济大学等单位对城市及工业废水的 处理工艺 、活性污泥生物学特性进行了较为系统的 研究 , 并在生产规模下将其用于处理屠宰废水和丝 绸印染废水 。 北京 市政设 计院研 究了 “ II 型射 流 器 ”的充氧性能 , 并在生物接触法中使用了射流器 , 处理感 光胶 片 生产 中 的涂 布 废水 和 地毯 染 纱 废 水[ 6] 。 20世纪 90年代末 , 清华大学的孟 立新开发 出集曝气与搅拌为一体的新型射流器 , 其清水充氧 能力达到日本同类产品的水平 , 并实际应用到 SBR 工艺中 。 同一时期 , 北京工业大学和中国环境科学 院合作研制开发的氧化沟用供气式射流曝气器 , 也 达到了国外同类产品的先进水平 [ 8] 。 而后 , 西安交 通大学环境科学与工程中心 、陕西科技大学造纸环 保研究所和陕西清源环保工程有限公司 , 在吸收国 内外先进技术的基础上 , 自主研制开发了新一代节 能型生物曝气系统 ——— FAS - Je t系列供气式 低压 射流曝气好氧生物处理系统 , 并将其成功应用于宁 夏沙湖纸业有限公司 2 000 m3 /d综合废 水生物处 理工程 、日本 独资洛 川伊 天果 汁有 限公 司 20 000 m3 /a浓缩果汁项目废水处理工程等多项工程 。
1 射流曝气技术简介
1. 1 射流器的结构 射流曝气系统的核心设备是射流器 。 射流器是
利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机 械和混合反应设备 , 它由喷嘴 、吸气室 、喉管及扩散 管等部件构成[ 2] 。 图 1 是一个典型的 单喷嘴射流 器结构 , 也是废水生化处理中常用的曝气用射流器 。
3 射流曝气技术在我国工业废水处理 中的应用实例
3. 1 在酱油加工废水处理中的应用 牡丹江市调味厂日排放生产 废水 60 m3 , 废水
第 6期
郝建昌等. 射流曝气技术在工 业废水处理中的应用
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中主要成分为粮食残留物 、各种微生物分泌的酶和 代谢产物 , 还有微量洗涤剂 、消毒剂 。 废水主要来自
图 2 废水处理工艺流程
该厂废水处理站处理 能力 90 m3 /d, 占地 面积 260 m2 , 总投资 32万元 , 运行费用约 1. 7元 /m3 , 废 水处理效果见表 1。
表 1 废 水处理效果
项目 处理前 处理后 平均去除率 , %
COD /(m g L - 1) 700 ～ 1 300 70 ～ 100 92
射流曝气法与其它曝气方法的区别在于其核心 设备射流曝气器 。射流曝气法的优点 :(1)射流曝气 器混合搅拌作用强 , 具有较高的的充氧能力 、氧利用 率和氧动力转移效率 。 (2)构造简单 、工作可靠 、运转 灵活 、便于调节 、不易堵塞 、易维修管理 。 (3)当采用 自吸式射流曝气器时 , 可取消鼓风机 , 消除噪音污染 。 (4)在射流曝气器喉管内 , 由于射流的紊动及能量交 换作用 , 形成了剧烈的混掺现象 , 不仅在瞬间 (10-2 s)完成氧从气相向液相中的转移 , 而且射流曝气的工 作水流是进水和回流污泥的混合液或曝气池混合液 , 因此在混合液内迅速地进行着泥 (微生物 ) -水 (有 机物 )-气 (溶解氧 )三者间的传质与生化反应 , 这是 一个在特定条件下发生的快速生物反应与三相间传 质的综合过程 [ 1] 。 (5)提高了污泥的活性 , 基质降解 常数较其它活性污泥法高 。 (6)所需曝气时间短 , 土 建投资省 , 运转费用低 , 占地面积小 。