浅谈纯氧曝气活性污泥法处理技术

2012年1月第1期城市道桥与防洪摘要：纯氧曝气活性污泥法处理技术已在国外污水处理工程得到广泛应用，介绍了该技术的供氧方式、原理以及目前成熟的供氧系统，通过对比分析纯氧曝气与空气曝气在饱和溶解氧浓度、氧转移速率等技术参数和经济性能方面的差异，论述了纯氧曝气的突出优点。同时介绍了纯氧曝气工艺在城市污水处理、工业废水处理、河道污染整治等方面的工程应用情况。关键词：纯氧曝气；活性污泥；饱和溶解氧浓度；氧转移速率中图分类号：TU992.1文献标识码：A文章编号：1009-7716（2012）01-0065-03收稿日期：2011-10-13作者简介：陈帅（1984－），男，安徽蚌埠人，工程师，从事排水工程科研检测工作。陈帅1，谭学军1，蒋玲燕2（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092；2.上海城投污水处理有限公司白龙港污水处理厂，上海市201201）浅谈纯氧曝气活性污泥法处理技术1概述活性污泥法是应用最为广泛的污水处理技术，空气曝气法是活性污泥处理工艺最常采用的供氧方法，但由于空气中氧的含量只有21%，且氧气在水中的溶解度较低，因此必然造成污水处理设施体积庞大、建设和运行成本高。纯氧活性污泥处理工艺是采用纯氧代替空气进行曝气，与空气曝气相比，纯氧在处理效果和投资成本等方面具有诸多优势，因而受到越来越多关注。2纯氧来源氧气的来源主要有以下方式：（1）就地制氧：目前氧气的制备主要有深冷分离制氧和变压吸附制氧（PSA、VPSA）工艺，两种制氧工艺的比较见表1。从对比中可以发现，采用变压吸附制氧工艺较为经济，污水厂能够主动掌握氧源，尤其适合大型污水厂。（2）管道输送外购氧气：适用于距离制氧厂较近的污水厂，但增加了相应的基建成本。（3）车运外购氧气：仅限于小型污水厂使用。（4）利用附近空气站的放空氧气：利用制氮空分站的放空氧气，对氧气进行回收利用，此法最为经济。3纯氧曝气原理（1）氧饱和浓度根据亨利定律：在一定温度下，某种气体在溶液中的浓度与液面上该气体的平衡压力成正比，见式（1）。PO2=Hc·Cs（1）式中：Cs———处于平衡状态下，氧气在水中的饱和浓度，mg/L；Hc———亨利常数，Pa·L/mg；PO2——氧气的平衡分压，Pa。亨利定律解决了混合气体中溶质气体进入液相的问题，并给出了定量关系式。表1深冷分离制氧工艺与变压吸附制氧工艺的比较类别项目深冷空分制氧装置变压吸附制氧装置分离原理将空气液化，根据氧和氮沸点不同达到分离加压吸附，抽真空解吸，利用氧氮吸附能力不同达到分离装置主要特点工艺流程复杂，设备较多，包括空气压缩系统，空气预冷系统，空气纯化系统，膨胀机组，换热系统和精馏塔等工艺流程简单，设备少，包括鼓风机、真空泵和吸附塔等工艺特点-160～-190℃低温下操作常温操作操作特点启动时间长，一般在15～40h，必须连续运转，不能间断运行，短暂停机，恢复工况时间长启动时间短，一般不大于30min，可连续运行，也可间断运行维护特点设备结构复杂，加工精度高，维修保养技术难度大，维护保养费用高设备结构简单，维护保养技术难度低，维护保养费用低土建及安装特点占地面积大，厂房和基础要求高，工程造价高安装周期长，技术难度大，安装费用高占地面积小，厂房无特殊要求，造价低安装周期短，安装费用低制氧成本中小型制氧电耗高，约为0.5～1.0kW·h/m3制氧电耗低，约为0.32～0.35kW·h/m3安全性设备受压力容器规范控制，可造成碳氢化合物局部聚集，存在爆炸的可能性操作压力低，不受压力容器规范控制，不会造成碳氢化合物的局部聚集防洪排水65城市道桥与防洪2012年1月第1期（2）氧转移速率刘易斯和怀特曼建立的“双模理论”解决了在曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相转移到液相的传质过程问题。根据该理论：氧转移决定性的阻力集中在液膜上；氧转移的推动力主要是气膜中存在的氧分压梯度和液膜中存在的氧浓度梯度。因此，氧转移速率方程为：dC=dt=KLa·（Cs-C）（2）式中：KLa——氧总转移系数，L/h；Cs———液体中饱和溶解氧浓度，mg/L；C———液体中实际溶解氧浓度，mg/L。由式（2）可知，增大氧饱和差值（Cs-C），可增加氧转移速率。根据亨利定律，只有增加气、液接触界面氧气的分压，使Cs值尽可能增大，从而使氧转移速率提高。4纯氧曝气系统纯氧曝气活性污泥法是在20世纪60年代由西方国家在传统活性污泥法基础上发展起来的一种高效污水处理方法[1]。目前主要的纯氧曝气系统主要有以下几种：（1）美国联碳开发的UNOX系统：采用加盖密闭式曝气池和叶轮式氧气表曝机曝气，池内分为若干段，每段设一台表曝机。该系统采用密闭式曝气池，使氧气能够得到充分利用，但曝气池加盖使得工程造价提高，同时此技术采用表面曝气，曝气能耗高。（2）美国Filer/