超深层曝气技术

超深层曝气法（也称深井曝气法）是一种优秀的废水处理方法。

一、超深层曝气工艺及设备

1.工艺流程

超深层曝气工艺是改进后的新型活性污泥法。它的核心部分是一个垂直置于地下的井体作为曝气池。世界上第一座用于污水处理的Billinham污水处理厂。由于各种废水性质不同，处理工艺也会有一定的差别。但无论釆用那种工艺，其工艺流程均包括预处理、超深层曝气、固液分离三部分。

2.预处理装置

为防止曝气筒的堵塞，要严格禁止较大的固形物进入曝气筒（如可以1cm为标准）。预处理装置包括格栅、沉砂池等。其它的预处理如浮选、沉淀、pH调节、营养源的补充、添加除磷化学药剂等，可根据废水的水质和需要决定是否设置。由于超深层曝气筒氧化能力强，大多数情况下初沉池可以省去。

3.超深层曝气装置

其结构可分为U型管和同心圆两大类。同心圆型的超深层曝气筒施工方便，在废水处理中应用较多。中、小型试验中两种结构均被采用。其深度多为50?150米。设备主要由顶筒、下降管、上升管三部分构成。同心圆结构的曝气筒一般以内圆作下降管，两管之间的环形部分作上升管，顶筒为脱除循环液中含氧极低的空气而设置的。超深层曝气设备的循环方式有两种，即以压缩空气为动力的气提循环（见下图）和以水泵为动力的泵提循环。

 

气提循环式的超深层曝气筒

（1）气提循环

向超深层曝气筒中通入的压缩空气不但为废水生物处理提供必要的氧，还为设备内液体的循环提供了动力。

循环原理：向上升管内通入压缩空气（启动空气）。由于气提作用，液体开始循环。待循环稳定后，将通入的空气慢慢地由上升管换至下降管，最后全部由下降管通入（运转空气）。由于下降管内液体流速（1?2米/秒）大于气泡的自由上升速度（约0.3米/秒），故由下降管进气点通入的空气随循环液流沿下降管而下降。在下降过程中，静水压力逐渐增加，气泡体积逐渐减小，并逐步溶入水中。到达井底后反转，改沿上升管上升，这样静水压力将逐步减小，故气泡体积也逐步增大，溶入水中的空气又逐渐释放出来，从而造成上升管与下降管气泡空隙率的差异，其差值就是液体循环的推动力。当此推动力大于设备液体循环所形成的阻力时，可不用外加动力，即能实现井内液体的自动循环。若此值小于设备阻力，可向上升管内通入一定量的辅助空气来维持循环。

（2）机械循环

在机械循环的超深层曝气筒中，液体循环所产生的阻力是利用装置在井口的水泵来克服的。这样，下降液流一直可延伸至井口的自由液面之上，构成一个反U形的虹吸装置。运行开始时，将虹吸管内空气抽空，然后启动水泵，使液体循环。由于釆用了机械循环，生化所必需的空气可在脱气糟的自由液面之上的位置注入，从而增加了气液接触时间，提高了氧的利用率。循环液中的废气在脱气槽中充分脱除，这对于保证机械循环是十分必要的。

4.固液分离装置

从超深层曝气筒流出的混合液中，由于不等量的微气泡粘附在活性污泥表面，因而形成污泥一部分上浮，一部分沉淀，一部分悬浮。为此，可根据污水的性质和客观需要来确定固液分离装置的形式。国内外经常采用的固液分离工艺有下列几种：

1）真空脱气、沉淀分离工艺

此工艺将超深层曝气筒的流出液在真空脱气塔内脱除气泡，再在二沉池中进行固液分离。经处理后水中SS可降到30毫克/升以下。此工艺较为成熟。缺点是真空脱气后加剧了二沉池内缺氧状态，且电耗较高。

2）浮上分离工艺

此法利用从超深层曝气筒流出液中含有较多的微气泡、具有自发的浮选作用来分离混合液中的悬浮物。浮选所得污泥与沉淀污泥一道作回流污泥。处理后水中SS含量较高（60毫克/升以下）。

3）浮上分离、机械脱气、沉淀分离工艺

首先利用混合液中的微气泡自发浮选作用分离部分污泥，然后机械脱气、沉淀分离除去水中的悬浮物。采用此工艺，处理后水中SS可小于30毫克/升。本法优点是机械脱气有进一步充氧作用，有助于改善二沉池的缺氧状态，动力消耗亦较低。

4）两段生物处理A法

将超深层曝气筒作前处理装置，将其出水不经固液分离直接送入后段曝气池中，进行二段生物处理并脱气，然后在沉淀池进行固液分离。此法适用于高浓度废水处理及现有处理设备的改造。处理后水中SS可小于30毫克/升。

5）两段生物处理B法

将超深层曝气筒流出液先在浮选槽进行固液分离，再进入后段生物处理和沉淀固液分离。此法适用于现有生物处理设备的改造，以提高废水的处理能力与处理效果。

二、超深层曝气筒的工艺参数

主要工艺参数如下（供参考）：

曝气筒直径：D=0.40?6.0米

曝气筒深度：H=50?150米

气泡空隙率：ε_max＜0.2

下降管内液体循环流速：v1=1.0?2.0米/秒

下降管内空气注入深度：h=23?50米

筒内平均溶解氧：Do=20~50毫克/升

氧的利用率：47?90%

设备充氧能力12.0-3.0公斤氧/米³?小时

动力效率：2.3?6.0公斤氧/度电

三、超深度曝气筒与其它方法处理效果比较

1.氧的转移特性的比较

由于超深层曝气筒深度大（50?150米），气液接触时间长（2?6分钟），加之井内雷诺系数高达10⁵?10⁶，完全处于良好的紊流状态，因而导致该设备具有较好的氧的转移特性。现将几种曝气方法氧的转移特性列于表1中。

表1 几种曝气方法中氧转移特性的比较

曝气方法	充氧能力 (kgO2/M3·hr)	利用率 （%）	动力效率 (kgO2/kW·hr)
普通曝气	0.05	5?15	0.5~1.5
纯氧曝气	0.025	90	1.0?1.5
超深层曝气	2?3	50?90	2.3?6.0

四、超深层曝气法的优点

超深层曝气法与普通活性污泥法、接触氧化法相比，具有以下优点：

1.占地面积小。超深层曝气筒的体积只有一般处理方法的1/30?1/50,全部废水工程占地可节约40~60%。

2.运转费用低廉。由于此方法氧的利用率达60~90%,设备运转所需空气量少，运转费用比一般处理方法节约1/3左右。

3:污泥量少。由于设备氧化能力强，污泥发生量比一般处理方法减少30~75%,使污泥处理规模和费用均减小。

4.投资省。根据国内的实践，超深层曝气工艺的投资可节约20~50%。

5.由于超深层曝气筒内溶解氧浓度高，能直接处理高浓度工业废水,并取得良好的结果。

6.由于设备置于地下，受外界温度影响小，一年中均可获得满意的处理效果。

7.设备简单、操作管理方便，维护工作量少。