農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)
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曝氣器在污水處理中的應(yīng)用
生物處理法根據(jù)參與作用的微生物的需氧情況，可分為好氧法和厭氧法兩大類。一般情況，好氧法比較適用于較低濃度污水，如乙烯廠污水;而厭氧法較適用于處理污泥和較高濃度的污水。好氧生物處理法可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。活性污泥法是水體自凈的人工強(qiáng)化方法，是一種依靠活性污泥工作主體的去除污水中有機(jī)物的方法。存在于活性污泥中的好氧微生物必須在有氧氣存在的條件下才能起作用。在污水處理生化系統(tǒng)的曝氣池中，充氧效率與好氧微生物生長量成正相關(guān)性。溶解氧的供給量要根據(jù)好氧微生物的數(shù)量、生理特性、基質(zhì)性質(zhì)及濃度來綜合考慮。這樣，活性污泥才能處在*的降解有機(jī)物的狀態(tài)。根據(jù)試驗(yàn)表明，曝氣池中溶解氧維持在3～4mg/L為宜，若供氧不足，活性污泥性能差，導(dǎo)致廢水處理效果下降。為保證有充足的供氧，必須依靠一種設(shè)備來完成，例如曝氣器。
曝氣原理
曝氣是使空氣與水強(qiáng)烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中。換言之，它是促進(jìn)氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌?？諝庵械难跬ㄟ^曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進(jìn)行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴(kuò)散的理論，目前應(yīng)用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。
雙膜理論認(rèn)為，在“氣水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動(dòng)，屬紊流狀態(tài);氣膜和液膜間屬層流狀態(tài)，不存在對流，在一定條件下會(huì)出現(xiàn)氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散透過液膜進(jìn)入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障°，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障°有效的方法是快速變換“氣液”界面。曝氣攪拌正是如此，具體的做法就是：減少氣泡的大小，增加氣泡的數(shù)量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長氣泡與液體的接觸時(shí)間。曝氣設(shè)備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。
曝氣類型與曝氣器的功能
曝氣類型大體分為兩類：一類是鼓風(fēng)曝氣，一類是機(jī)械曝氣。鼓風(fēng)曝氣是采用曝氣器￡擴(kuò)散板或擴(kuò)散管在水中引入氣泡的曝氣方式。一般乙烯廠的污水處理多采用這種方式。機(jī)械曝氣是指利用葉輪等器械引入氣泡的曝氣方式。
所有的曝氣設(shè)備，都應(yīng)該滿足下列3種功能：
①產(chǎn)生并維持有效的氣水接觸，并且在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持水中一定的溶解氧濃度;
②在曝氣區(qū)內(nèi)產(chǎn)生足夠的混合作用和水的?環(huán)流動(dòng);
③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態(tài)。
鼓風(fēng)曝氣設(shè)備
鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、曝氣器和一系列連通的管線組成。鼓風(fēng)機(jī)將空氣通過一系列管道輸送到安裝在池底部的曝氣器，通過曝氣器，使空氣形成不同尺寸的氣泡。氣泡在曝氣器出口形成，尺寸則取決于空氣擴(kuò)散裝置的形式，氣泡經(jīng)過上升和隨水?環(huán)流動(dòng)，后在液面處破，這一過程產(chǎn)生氧向污水中轉(zhuǎn)移的作用。鼓風(fēng)系統(tǒng)的曝氣器主要分為微氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切、水力沖擊及空氣升液等類型。
鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)有：動(dòng)力效率(Ep)，即每消耗1kW電能轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量;氧的利用效率(EA)，即通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比(%)。
微氣泡曝氣器
微氣泡曝氣器也稱微孔曝氣器，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等摻以適當(dāng)?shù)娜绶尤渲活惖恼硠?，在高溫下燒結(jié)成為擴(kuò)散板、擴(kuò)散管和擴(kuò)散罩的形式。按照安裝的型式，可分為提升式微孔曝氣器及固定式微孔曝氣器。
提升式微孔曝氣器主要由微孔曝氣管、活動(dòng)搖臂、提升機(jī)等3部分組成：①微孔曝氣管即由微孔管、前蓋、后蓋及連接螺栓組成;②活動(dòng)搖臂是可提升的配管，微孔曝氣管安裝于支氣管上，成柵條狀，底座固定在池壁上，活動(dòng)立管伸入池中，支管落在池底部，并支架支撐在池底部;③曝氣器提升機(jī)，為活動(dòng)式電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，起吊小車可隨意移動(dòng)，將搖臂提起。
其工作原理是：空氣從微氣泡曝氣管后蓋的通氣孔進(jìn)入曝氣管，曝氣管的管壁上密布者許多細(xì)小的孔隙，管內(nèi)空氣在壓力差的作用下，從管壁的孔隙中擴(kuò)散出來，在污水形成許許多多微小的氣泡，并造成水的紊流，從而達(dá)到了將空氣中的氧溶入水中的目的。
微孔曝氣管的形式有很多，目前較為常用的有兩種：一種是由粗瓷或剛玉等燒結(jié)而成的普通曝氣管，這種管壁在燒結(jié)過程中產(chǎn)生許多極微小的孔隙，它的主要特點(diǎn)是能產(chǎn)生微小的氣泡，氣泡直徑約0.1～0.2mm，氣、液接觸面積大，氧利用率高，一般可達(dá)到20～25%;其缺點(diǎn)是氣壓損失較大，易堵塞，送入的空氣需經(jīng)過濾處理，易損壞，一旦損壞，氧利用率就開始快速下降。另一種是管式膜片微孔曝氣管。這種曝氣管的安裝方式與前一種基本一樣，但其自身的結(jié)構(gòu)卻有很大的區(qū)別，它是由一個(gè)用ABS或UPVC制成的管子作為布?xì)夤埽鼙谏祥_有通風(fēng)孔，布?xì)夤芡庵芨采w著合成橡膠制成的膜片，膜片被金屬卡子固定在管子上。在合成橡膠膜片上用激光等方法打出均勻分布的孔眼。曝氣時(shí)，空氣通過管壁上的通氣孔進(jìn)入膜片與管壁之間，在壓縮空氣的作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達(dá)到布?xì)鈹U(kuò)散的目的。停止供氣，氣壓消失后，膜片本身在彈性作用下使孔眼自動(dòng)閉合，由于水壓的作用，膜片壓實(shí)在管壁上。因此，污水不會(huì)倒流而堵塞孔眼。但由于這種膜片的開孔直徑直接影響到氧的利用率，因此，開孔直徑應(yīng)適當(dāng)。開孔直徑過大，氧的利用率較低，開孔直徑過小，氧利用率高，但阻力增大。橡膠膜片應(yīng)選用耐老化，高強(qiáng)度膠質(zhì)，以免膜片出現(xiàn)撕裂，造成曝氣器損壞。
動(dòng)態(tài)曝氣器
動(dòng)態(tài)曝氣器是一種新型的曝氣器，屬于固定安裝式的微氣泡曝氣器，它由圓罩、旋混筒、旋混圈、套接頭抱箍和配氣管組成。
動(dòng)態(tài)曝氣器采用了“大孔排氣泡布?xì)?rdquo;技術(shù)，將引入曝氣器內(nèi)的空氣分別進(jìn)行正旋和反旋導(dǎo)流，正旋導(dǎo)流為順時(shí)針方向，反旋導(dǎo)流為逆時(shí)針方向，由兩個(gè)不同方向旋流作用下，在套筒旋混筒內(nèi)形成一個(gè)瞬間連續(xù)局部反應(yīng)的氣液強(qiáng)化旋混區(qū)。由旋混旋流作用所產(chǎn)生的大量氣泡，再經(jīng)圓罩阻擋擴(kuò)散作用之后，均勻密布的向上產(chǎn)生氣泡?？偟膩碚f，動(dòng)態(tài)曝氣器是由大孔雙向旋混、套筒強(qiáng)化旋混和圓罩阻擋擴(kuò)散等各種結(jié)構(gòu)作用，使氣相在液相中碰撞、剪切和分割，從而形成混合性擴(kuò)散。由于動(dòng)態(tài)曝氣器采用了大孔排氣，即使停風(fēng)停壓后，污水倒流進(jìn)曝氣器和配氣管中，也不會(huì)造成排氣孔堵塞，從而從根本上解決了曝氣器堵塞的問題，可長期保持氧利用率不發(fā)生變化。但由于產(chǎn)生氣泡的直徑較大，氧利用率相對微孔曝氣器要低，一般在15～19%之間。與動(dòng)態(tài)曝氣器的結(jié)構(gòu)和性能類似的還有旋混曝氣器。
農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)MBR脫氮除磷組合工藝
SBR-MBR工藝
序批式反應(yīng)器(SBR)作為一種改良型的活性污泥處理工藝，利用時(shí)間上的推流代替空間上的推流，即以時(shí)間換空間的概念。該工藝集進(jìn)水、厭氧、好氧、沉淀于一池，不但可以為實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷提供條件，還可以靈活變換運(yùn)行方式以適應(yīng)不同類型污水的處理要求，便于自動(dòng)控制等。
將SBR與MBR相結(jié)合形成的SBR-MBR工藝，除了具有一般MBR的優(yōu)點(diǎn)外，對于膜組件本身和SBR工藝兩種程序運(yùn)行都互有幫助。由于膜組件的截留過濾作用，反應(yīng)中的微生物能大限度地增長，利于世代時(shí)間較長的硝化及亞硝化細(xì)菌的生長繁殖，因此，污泥的生物活性高，吸附和降解有機(jī)物的能力較強(qiáng)，同時(shí)也具有較好的硝化能力。
此外，SBR式的工作方式為除磷菌的生長創(chuàng)造了條件，同時(shí)也滿足了脫氮的需要，使得單一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)去除氮磷及有機(jī)物成為可能。與傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)相比，SBR-MBR在反應(yīng)階段利用膜分離排水，可以減少傳統(tǒng)SBR的循環(huán)時(shí)間;同時(shí)，序批式的運(yùn)行方式可以延緩膜污染。
A2O-MBR工藝
傳統(tǒng)的生物脫氮工藝通常采用前置反硝化或后置反硝化來實(shí)現(xiàn)氮的去除，而設(shè)置了厭氧、缺氧和好氧反應(yīng)器的A2O工藝則可以實(shí)現(xiàn)同步除碳和脫氮除磷功能。由A2O工藝與膜分離技術(shù)結(jié)合而成的具有同步脫氮除磷功能的A2O-MBR工藝，可進(jìn)一步拓展MBR的應(yīng)用范疇。
在該工藝中設(shè)置有兩段回流，一段是膜池的混合液回流至缺氧池實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮，另一段是缺氧池的混合液回流至厭氧池，實(shí)現(xiàn)厭氧釋磷。
A2O-MBR工藝中高濃度的MLSS、獨(dú)立控制的水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間、回流比及污泥負(fù)荷率等都會(huì)產(chǎn)生與傳統(tǒng)A2O工藝不同的影響，具有較好的脫氮除磷效率。
3A-MBR工藝
3A-MBR是依據(jù)生物脫氮除磷機(jī)理，結(jié)合膜生物反應(yīng)器技術(shù)特點(diǎn)而形成的具有脫氮除磷性能的新型污水處理工藝。
其基本原理是，膜生物反應(yīng)器內(nèi)的高濃度硝化液和高濃度活性污泥經(jīng)過回流系統(tǒng)形成良好的缺氧、厭氧條件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的脫氮除磷。
該工藝的內(nèi)部流程依次是第yi缺氧池、厭氧池、第二缺氧池、好氧池和膜池，膜池混合液分別回流至第yi缺氧池和第二缺氧池。第yi缺氧池利用進(jìn)水碳源和回流硝化液進(jìn)行快速反硝化，接著混合液進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行厭氧釋磷，減少了硝酸鹽對釋磷的影響，第二缺氧池再利用污水中剩余的碳源和回流的硝化液進(jìn)一步反硝化脫氮，好氧池內(nèi)同步發(fā)生有機(jī)物降解、好氧釋磷和好氧硝化等多種反應(yīng)，*去除污水中的污染物，混合液再a經(jīng)膜過濾出水，實(shí)現(xiàn)了對污水中有機(jī)物和氮磷的去除。
3A-MBR工藝合理地組合了有機(jī)物降解和脫氮除磷等各處理單元，協(xié)調(diào)了各種生物降解功能的發(fā)揮，達(dá)到了同步去除各污染指標(biāo)的目的，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
A2O/A-MBR工藝
A2O/A-MBR工藝是一種強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的新型工藝，該工藝?yán)肕BR內(nèi)高濃度活性污泥和生物多樣性來強(qiáng)化脫氮除磷效果，工藝流程依次為厭氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。該工藝在普通A2O工藝后再設(shè)一級缺氧池，在利用進(jìn)水快速碳源完成生物除磷和脫氮后，再利用第二缺氧池進(jìn)行內(nèi)源反硝化，進(jìn)一步去除TN，之后，再利用膜池的好氧曝氣作用保障出水。
A2O/A-MBR工藝是針對進(jìn)水碳源不足，而同時(shí)又有較高脫氮要求的污水處理項(xiàng)目所開發(fā)，也是強(qiáng)化脫氮的MBR脫氮處磷工藝。
