浅谈曝气池的设计与设备选择

浅谈曝气池的设计与设备选择简介生物处理技术是目前十分普遍的一种水处理方法，目前我们应用的生物方法包括活性污泥法、生物膜法、生物塘法、厌氧生物法等，其中活性污泥法最主要的生物处理方法，大多数的活性污泥法中都要有曝气这个环节，因此曝气池的建设就显的十分重要。现实设计中，曝气池的设计需要注意许多的问题，并且要根据有关公式和实际污水处理的要求以及水质条件来确定和计算。关键字曝气池设计计算活性污泥法设备选择20世纪后期，我国许多城市饱尝了供水不足和水质污染的双重苦果；21世纪初期，更多的城市将面临水危机的严峻挑战。为此，各界人士纷纷建言献策，以寻找化解水危机的“灵丹妙药”，这显然是个跨世纪的难题，因为导致水危机的原因及过程非常复杂，化解水危机便成了一项更加复杂的系统工程。目前我们主要从两个方面着手处理水污染和供水不足的问题一是加强保护现有的淡水资源，进行节水工程改建项目，将使用水的量控制在最小化，大力发展中水回用技术；二是加强污水处理力度，维持越来越紧缺的水资源，这就需要坚强污水处理工艺的设计和研究，强化处理效果。由于一般的物理处理或者化学出理，对于污染物质的降解效果十分有限，并且还经常带来二次污染，因此生化处理方式将是污水处理方式发展的方向，并且由于基本没有二次污染因此值得大力推广。生化处理中一般采用活性污泥法，其主要的工艺流程包括预处理初次沉淀混合曝气二次沉淀，曝气是活性污泥法处理废水的重要环节，曝气在曝气池中完成。因此曝气池的设计在整个生化处理工艺设计中也就占到十分重要的地位。按照曝气的方式不同，曝气池的分类也各不相同，一般情况下，我们可以分为推流式曝气池和完全混合型曝气池两种，各种不同的曝气方式设计的参数也是不相同的，这主要是根据实际条件来进行相应的调整。曝气设备的选择则是经济效益和运行成本控制的关键。曝气池的设计计算主要包括曝气池容积的计算；池体设计；需氧量和供氧量的计算。（一）曝气池容积的计算计算曝气区容积，常用的是有机负荷计算法。负荷有两种表示方法，即污泥负荷和容积负荷。一般采用污泥负荷，计算过程如下（1）确定污泥负荷污泥负荷一般根据经验值确定，可以参照有关成熟经验中的数值。表1部分活性污泥工艺参数和特点工艺类型污泥龄/D污泥负荷KGBOD5/KGMLSS容积负荷KGBOD5/M3DMLSSMG/L水力停留时间/H回流比BOD5去除率/备注传统活性污泥法5150204030815003000480250758595用于低浓度生活污水、易受冲击负荷的影响完全混合法515020606242500400035025108595可用于一般污水，耐冲击负荷；易发生丝状菌膨胀阶段进水5150204041420003500350250758595应用范围广泛改良曝气02051550022420010001530050256075用于中等浓度的污水，出水中可能含有细胞组织接触稳定51502060912（10003000）注（400010000）释（0510）（36）05158090用于现有处理系统的改扩建和小型处理厂延时曝气203000501501502530006000183605157595工艺灵活，适用于小城镇、小型处理厂和需要消化的场合高负荷法510041516164000100002410507590适用于用涡轮曝气机供氧且控制絮体大小的一般污水处理厂纯氧曝气3100251016322000500013025058595适用于高浓度废水且可用空间狭窄的地方，能抵抗冲击负荷氧化沟1030005030010230006000836075157595适用于小城镇，有大片可用土地，供氧灵活SBR/005030102415005000备注1250/8595适用于小城镇，可用土地较小的地方，供氧灵活深井曝气/0550/055/8595适用于一般的高浓度废水，该工艺可抵抗冲击负荷合并硝化工艺010025（002020）解010322000250061505158595常用的生物脱氮工艺单独硝化工艺005020（004015）00501620003500360502008595适用于现有处理系统的升级及氮的排放标准严格的地方注接触迟释污泥稳定池解TKN/MLVSS备注MLVSS/M变化决定于运行周期（2）确定所需要微生物的量微生物的量（XV）是由所要处理的有机物的总量和单位微生物在单位时间内处理有机物的能力（即污泥负荷）决定的。根据污泥负荷的定义NSQ（SOSE）/（XV）,可得公式如下（XV）Q（SOSE）/NS式中V曝气池容积，M3Q进水设计流量，M3/DSO进水的BOD5浓度，MG/LSE出水的BOD5浓度，MG/LX混合液挥发性悬浮固体，（MLVSS）浓度MG/LNS污泥负荷，KGBOD5/（KGMLVSSD）3计算曝气池的有效池容确定了微生物的总量后，需要有污泥浓度的数值才能计算曝气池的容积。污泥浓度根据所用工艺的污泥浓度的经验值选择，一般在30006000MG/L之间。经过实验或其他方式确定了回流比、SVI值后也可以根据下式计算XRRF106/SVI1R式中R污泥回流比，R二次沉淀池中污泥综合系数，一般为12左右FMLVSS/MLSS曝气池容积的计算公式如下V（VX）/XQ（SOSE）/（XNS）式中Q废水量，M3/DQ（SOSE）每天的有机基质降解量，KG/DV曝气池有效容积，M3（4）确定曝气池的主要尺寸主要确定曝气池的个数、池深、长度以及曝气池的平面形式等。按照每日的处理量来确定池体的个数，同时，由于工艺的不同，曝气池的式样和个数各不相同，因此在实际的设计中需要我们有现场的实际地形图和整体效果图来做依据，这样设计出来的池体才可以满足工艺处理需要，并且与周围的环境和谐一致。2、动力学方法也可用动力学方法计算曝气池的容积。计算过程如下（1）确定所需的动力学常数的值包括Y、KD、KS、UMAX,在没有实验数据时可以根据表2、表3选择适当的数值。表2生活污水的Y、KD值产率系数（Y）衰减系数（KD）0408MGVSS/MGBOD5025045MGVSS/MGCOD0002000029H1表3几种工业废水的Y、KD值工业废水名称YKD工业废水名称YKD合成纤维废水038010纸浆和造纸废水0760016亚硫酸盐浆粕废水055013制药废水077/含酚废水070/酿造废水093/（2）确定污泥龄根据公式1/MINYUMAXSO/SOKSKD可以确定MIN值。MIN1/YUMAXKD式中UMAX基质达到饱和浓度时，微生物的最大比增殖速率，D1实际活性污泥处理系统工程中所采用的C污泥龄D值，应大于MIN值，实际取值按公式1/MINYUMAXKD乘以安全系数。安全系数一般在220。也可以根据经验进行取值，参照表1数据。（3）确定所需的微生物量根据公式1/CYUMAXSOSE/SOSEKSINSO/SEKD来确定微生物的量，可以得到微生物量的计算公式（XV）QCYSOSE/1KDC（4）确定曝气池的容积首先确定微生物浓度，其方法与前面的负荷设计法相同。VVX/X（5）根据有关公司对出水浓度进行校核；或者根据污泥负荷的定义对污泥负荷进行校核。这两种方法取其中一种就可以。（二）需氧量和供气量的计算1、需氧量活性污泥的正常运行，除需要有性能良好的活性污泥以外，还需要进行充足的氧气供应，活性污泥法处理系统的日平均需氧量（O2）可按公式1/CYNSKD计算，去除1KGBOD5的需氧量（O2）根据下式计算，也可根据经验数据选用。O2/NS废水A、B的值和部分工业废水的A、B值可以从表4、表5选取。表4活性污泥法处理城市废水时的废水A、B和O2的值表5部分工业废水的A、B值污水名称AB污水名称AB石油化工废水075016炼油废水055012含酚废水056亚硫酸浆帛废水0400185漂染废水05060065制药废水0350354合成纤维废水0550142制浆造纸废水03800922、供气量在需氧量确定以后，取一定的安全系数，得到实际需氧量（RA），并转化为标准状态需氧量（RO）。公式如下RORACS/CSTCT1024T20式中CS在103105PA条件下氧的饱和浓度，MG/LX混合液挥发性悬浮固体，（MLVSS）浓度MG/L在实际工程中，所需要的空气量比标准条件下所需要的空气量要多3361，具体在工程中需要的空气量可以根据实际情况来确定，在标准状态需氧量确定之后，根据不同设备厂家的曝气机样本和手册，计算出总的能耗。总能耗确定后，就可以确定曝气器的数量。鼓风曝气要确定其供气量，公式为GSRO/03EA式中GS空气量EA曝气系统的充氧效益计算出空气量后，根据鼓风机的样本便可以确定鼓风机的数量和型号。（三）曝气设备的选择（1）曝气设备所具有的功效产生并维持有效的气水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度；在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动；维持液体的足够速度，以使水中的生物固体处于悬浮状态。各种曝气设备的特点是各不相同的，因此曝气设备的用途和使用的范围也就有各种不同，因此，在工艺设计中，要根据实际的需要和企业所能够承担的成本来选择曝气设备，现有的曝气设备分为两大类淹没式曝气器和表面曝气器（表6废水处理中的曝气设备）表6废水处理中的曝气设备设备特点用途（1）淹没式曝气器鼓风机用多孔扩散板或者扩散管产生气泡各种活性污泥法用塑料或者布包管子产生气泡各种活性污泥法细气泡系统中等气泡系统粗气泡系统用孔口、喷射器或喷嘴产生气泡各种活性污泥法叶轮分布器由叶轮及压缩空气注入系统组成各种活性污泥法竖管中设档板以使底部进入的空气与水混合活性污泥法静态管式混合器射流式压缩空气与带压力的混合液在射流设备中混合各种活性污泥法（2）表面曝气器用大直径叶轮在空气中搅起水滴并卷入空气常规活性污泥法用小直径叶桨在空气中搅起水滴并卷入空气低速叶轮曝气器高速浮式曝气器转刷曝气器桨板通过水中旋转促进水的循环并曝气氧化沟、渠道曝气曝气设备的主要技术性能指标如下动力效率（EP）每消耗1KW电能转移到混合液中的氧量，以KG/（KWH）计；氧的利用效率（EA）通过鼓风曝气转移到混合液的氧量，占总供氧量的百分比（）；氧的转移效率（EL）也称为充氧能力，通过机械曝气装置，在单位时间内转移到混合液中的氧量，以KG/H计。鼓风曝气设备的性能按照、两项指标评定，机械曝气装置则按照、两项指标评定。在工艺设计和设备选择中我们需要考虑性能、特点以外，还需要考虑有关叶轮直径和曝气池直径的比例，一般比值在1/31/5左右，过大可能伤害污泥，过小则充氧量不足，叶轮和水深的比值一般采用2/51/4，池深过大，将影响充氧和泥水混合。由于各种鼓风机的型号和性能各不相同，因此所产生的噪声也就不相同，相对应的机房设计也就各自有不同的要求，根据实际需要和性能考虑，在工艺中一般选择同一型号的设备并且要有备用机，备用台数的选择按照工作机3台时，备用1台，当工作机4台时，备用2台；电源要用双电源，按照最大负荷设计；每台单机的基础间距应该保持15米；配套的机房应该包括机械间、配电室、进风室（设空气净化设备）、值班室，值班室与机械间应有隔音设备和观察窗，还应设自控设备；机房内、外都要进行防止噪声的措施，使其符合国家有关标准。无论那一种废水，其处理工艺都是以一些基本的单元技术为基础组合而成的，在我国的生化处理技术上在过去的30年间有了很大程度的发展与进步，曝气池的设计