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内置套筒的曝气池设计

论文类型 技术与工程 发表日期 2001-04-01
来源 《中国给水排水》2001年第2期
作者 羊寿生
关键词 污水处理 曝气池 套筒式 设计
摘要 介绍了开发成功的一种套筒式曝气池,它具有用地少、投资省、经常费用低、维护管理方便等优点,适用于中小型污水处理厂。套筒式曝气池已在多座污水处理厂中应用,效果良好。

标题:

内置套筒的曝气池设计

可见全文

作者:

羊寿生;

发布时间:

2001-4-17

出自:

《中国给水排水》2001年 第2期

关键字:

污水处理;曝气池;套筒式;设计

摘 要:

    介绍了开发成功的一种套筒式曝气池,它具有用地少、投资省、经常费用低、维护管理方便等优点,适用于中小型污水处理厂。套筒式曝气池已在多座污水处理厂中应用,效果良好。

简介:

羊寿生
(上海市政设计研究院,上海200002)

  摘 要:介绍了开发成功的一种套筒式曝气池,它具有用地少、投资省、经常费用低、维护管理方便等优点,适用于中小型污水处理厂。套筒式曝气池已在多座污水处理厂中应用,效果良好。
  关键词:污水处理;曝气池;套筒式;设计
  中图分类号:TU992.02
  文献标识码:C
  文章编号:1000-4602(2001)04-0037-04

  曝气池的设计与布置是活性污泥法的关键(占污水处理厂造价的20%~30%,经常费用的70%~80%)。最早的曝气池,平面呈狭长矩形,水池断面的深宽比大约为0.3~0.5,曝气扩散器位于池的一侧,工作时水流呈螺旋推流状。
  随着科学技术发展,曝气池断面的深宽比例在不断优化,首先是曝气器采用两侧布置,故宽度要放大,而后根据土建结构分析以及水力学上的考虑,曝气池深宽比逐步变为1~2。目前,曝气池断面深度一般为3.5~4.5m,宽度为3.5~9 m。一般来说,曝气池通常为廊道式,水流为推流式,空气扩散器可布置在一侧或两侧,也可全池布置。当采用表面机械曝气器供氧时,如用竖轴式表面曝气叶轮供氧,曝气池平面可布置成矩形或圆形,池内置一台表曝叶轮;有时呈长方形,池内置多台表曝叶轮,叶轮之间可用墙隔开,水流为完全混合型。若用横轴式转刷或转盘供氧,曝气池平面呈狭长廊道形,称为氧化沟布置形式。在狭长廊道两端,设竖轴式表面曝气叶轮充氧,这也是一种氧化沟布置方式。氧化沟水流为推流式,但当氧化沟污泥负荷低时,具有完全混合式特点。
  综上所述,曝气池布置大致分为两种型式,平面呈狭长矩形池,水流为推流式;平面呈矩形或圆形池,水流为完全混合式。从实践中可知,狭长矩形池的充氧不均匀,处理效果易受污水负荷变化影响,污泥易发生膨胀;矩形或圆形池虽能承受污水负荷变化,但有可能发生污水短路,影响处理效率,污泥也容易发生膨胀。为了克服上述缺点,上海市政设计研究院从20世纪80年代开始,研究开发新的曝气池池型,主要从增加水池深度、节省用地考虑,同时要找到一种耗能低、不堵塞、管理方便的空气扩散器。经研究在曝气池中设套筒,利用气提作用,可增加水深,同时利用空气流的高速喷射撞击作用提高氧的利用率。由于池内设提升套筒,故称套筒式曝气池,经过小试、中试、直到工程中应用,取得了良好效果。

  1  套筒式曝气池的设计与布置

  1.1  布置形式
  套筒式曝气池由6座(或6座以上)矩形池(单池尺寸不宜大于9 m×9 m,池单边尺寸应大于水深)组成,每座池内设套筒两个(套筒面积占池面积的5%左右),套筒内密集设置多喷嘴曝气器(见图1)。

  污水、污泥从一端进入1号池,依次经过2、3、4、5及6号池出流至二次沉淀池。这种布置的特点是将6座完全混合式水池串联起来,不会发生短路,既能承受污水负荷变化,又改善了污泥沉降性能,处理效果稳定。
  套筒式曝气池也可设计成圆池(见图2),其主要尺寸与矩形池类同。

  1.2理论分析
  假定生物处理中污染物的去除按一级反应降解,处理时间与处理效率关系为:

  推流式t=(1/k)ln(C0/C)             (1)

  完全混合式t=(1/k)[(C0-C)/C)]          (2)
  式中  C0、C——进水、出水污染物浓度
        k——反应速率常数
        t——停留时间
  当n个完全混合池串联时:

      T=nt=n/k[(C0/C)1/n-1]        (3)
  当进水污染物浓度C0=100 mg/L、出水C=5 mg/L时,串联完全混和池容积为:

      n=1  V=TQ=Q(100/5-1)/k=19(Q/k)
      n=4  V=4Q[(100/5)1/4-1]/k=4.46(Q/k)

  式中  V——容积
      Q——流量

  由此可算出单个完全混合池、串联完全混合池与推流池的相对容积比,如表1所示。
  由表1可知,在相同的去除率下,串联池越多,反应器容积越小。6池串联与单池相比,容积已大大减小,无限增加串联池数,总容积再减小已不明显,故套筒式曝气池串联池数宜采用6~10座为宜。

表1  串联完全混合池的相对容积比
形式去除率
85%95%98%
单个完全混合池5.6719.49
2池串联3.166.9612.14
4池串联2.434.466.64
6池串联2.223.905.50
8池串联2.143.605.04
推流池1.93.03.91

  1.3  单池的工作特性
  一般曝气池水深为4~6 m,鼓风机风压为49 kPa,而套筒式曝气池水深可达7.5 m,风机风压仍采用49 kPa,其主要是利用了套筒提升作用。曝气器位于水面下约3.8~4.0 m处,套筒内设置多喷嘴曝气器,有序排列,每只曝气器四个喷嘴,相邻喷嘴对置。曝气时,喷出的空气形成撞击气流使气泡变小,并使套筒内水流向上起到提升作用。在套筒顶部水面处,设弧形反射板,上升气水混合体经反射板引导,使水流的动能变成水平压能沿水面向四周喷射,形成较大水跃,使全池混合均匀,不产生沉积。
  1.4多喷嘴曝气器
  多喷嘴曝气器为一球状体,在球体中间水平向设四个喷嘴(每只喷嘴的供气量约为0.28~0.35m3/min,喷嘴直径为5~7 mm,通过喷嘴口的水头损失约为392 Pa),球体上端接空气管,下端设防堵尾管,空气从四个水平向喷嘴以15~20 m/s速度喷出,由于采用对称布置,故相邻两个喷嘴对齐后形成冲击气流,气泡冲击后,形成若干小气泡群向上浮升(曝气器构造及布置如图3所示)。当停止供气时,泥水从防堵管进入曝气器,重新通气时,泥水又从防堵管冲出,故不会发生喷嘴堵塞现象。这种布置在工程中已使用10年以上未发生堵塞。经生产性大池实测,其氧利用率达10%以上。

  1.5 防止污泥膨胀
  多座完全混合池串联后,由于每座池的基质浓度梯度大,使丝状微生物难以生存,数量减少,污泥不发生膨胀。工程实践也证实了这一研究成果,如上海地区城市污水处理厂有10余座,每到夏天水温升高后污泥常常发生膨胀,污泥体积指数在300~500之间,影响正常运行。而采用套筒式曝气池的闵行污水厂,污泥体积指数在100~150之间,沉降性能良好,10余年来从未发生污泥膨胀。同样,在气温较高的厦门污水处理厂也采用了套筒曝气池,投产后10余年从未发生污泥膨胀。

  2 主要参数及实测结果

  2.1 套筒
  
每只套筒平面的长宽比为5∶1,套筒中部设围板,上口及下口不设围板,其比例是上口为0.45~0.5 H,围板为0.25~0.3 H,下口为0.3~0.35 H(见图4,H为水深)。

  2.2 反射板
  反射板置于套筒上端,其作用是将向上的水气混合液经反射板后迅速转变成水平向压能。经多次试验研究,反射板的构造是采用勾股弦比例,在弦的中垂线上求取其圆心,夹角保持在74°左右(见图5)。

  2.3实测结果
  对生产性池子进行了实地检测,主要观察套筒曝气池充氧情况及混合情况。选测的矩形池平面尺寸为7.95 m×7.42 m,水深为7.5 m。
  2.3.1充氧能力测定
  
进行了两次测定,采用溶氧仪和化学法,同时测溶解氧值。取样点在水面下约0.5 m、3 m及距池底0.5 m处,测定在清水中进行,供气率为(7.1∶1)~(4.2∶1),经换算至20 ℃时的动力效率为2.8~3.6 kgO2/(kW·h),氧利用率为8.5%~9.5%,上述结果均为各点平均值。实际运行中,气水比<4.2∶1时,估计氧利用率>10%。
  2.3.2混和情况测定
  投加示踪剂(盐基玫瑰精染料),一次投入约4 kg,水体积为391m3,平均浓度为10.23 mg/L,空气量为10.2m3/min,每5 min取样测光密度。结果显示,染料投入后5 min内已达到完全混和。
  2.3.3 MLSS值测定
 

表2  各点实测的MLSS值
取样点水下深度
1m3.5m6 m
13225mg/L3380mg/L3430mg/L
23561mg/L3479mg/L4086mg/L
33607mg/L3024mg/L3720mg/L
43520mg/L3556mg/L3334mg/L
53960mg/L3970mg/L3840mg/L
63641mg/L3524mg/L3910mg/L
A3941mg/L3912mg/L3925mg/L
B4085mg/L3799mg/L3910mg/L
C3987mg/L3915mg/L3136mg/L

  在完全混合型曝气池正常运行时,取样测各点MLSS值,其结果如表2所示,说明整个池内混和情况良好。
  2.3.4曝气筒内流速测定
  
采用螺旋桨式流速仪,安装在筒底以上1/3处,测定筒内上升流速。当供气量为6m3/min时,上升流速为0.43~0.47 m/s;供气量为10.2m3/min时,上升流速为0.56 m/s。按此推算,水池容积为391.1m3,每池两只曝气筒,全池水环流一次,气量为6m3/min时约需7.4 min,气量为10.2m3/min时约需5.9 min。
    根据生产性池子的实测结果,套筒式曝气池运行基本上达到预期的设计要求。

  3 工程实例

  我院自开发成功套筒式曝气池后,在工程中即予以推广应用,已建成的套筒式曝气池工程实例如表3所示。

 

表3 套筒式曝气池工程实例
名称规模(104m3/d)曝气池数量池体尺寸:
长×宽×深 (m)
投产年份
上海闵行污水处理厂
二期*
三期*
2.2
1.5
1.5
2组,每组6座,共12座
2组,每组8座,共16座
2组,每组8座,共16座
7.9×7.6×7.5
8.6×8.6×7.5
7.8×7.8×7.5
1981年
1990年
1998年
上海炼油厂污水处理站1.442座圆池,φ=19.6,H=7.51981年
上海吴淞污水处理厂*42组,每组8座,共16座9×9×7.51991年
苏州城东污水处理厂2.52组,每组6座,共12座8.5×8.5×7.51989年
厦门员当湖污水处理厂3.72组,每组8座,共16座8.5×8.5×7.51988年
深圳滨河污水处理厂
(A/B法A段曝气池)
304组,每组6座,共24座9×9×7.51998年
注*有生物脱氮功能。

  上述各污水处理厂运行正常、维护简便、处理出水水质达到排放标准,其中上海闵行污水厂、厦门员当湖污水处理厂、深圳滨河污水处理厂、上海炼油厂污水处理站,分别获部、市级优秀设计一、二等奖。

  4 结语

  实践证明,套筒式曝气池具有占地省、投资少、运行费用低、管理方便等优点,是我院自主开发的一种曝气池形式,特别适用于中小型污水处理厂。近年来,又进一步研究开发成功在套筒曝气池一侧组建双层矩型平流沉淀池,使曝气池和沉淀池布置更为紧凑,用地更省,管理也更方便。


  电 话:(021)63217489
  传 真:(021)63217910
  收稿日期:2001-02-14

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