给水生物接触氧化池两种不同曝气系统的比较研究Word格式.docx
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穿孔曝气系统采纳穿孔管作为曝气设备，池中填料可采纳颗粒填料或弹性填料，设计气水比一样取1左右。
2充氧性能比较
通过对中试装置的清水充氧实验，对两种不同曝气方式的标准状态充氧性能作了测试，并对以下几项充氧性能评定指标作了比较与分析。
（1）标准状态下的氧总转移系数KLas（h-1）——曝气器在标准状态（水温20℃、1atm大气压强）的测试条件下，在单位传质推动力作历时，单位时刻向单位体积水中传递氧的数量；
KLas=KLa（T）·
（20-T）
（1）
式中KLa（T）——水温为T℃条件下，氧气的总转移系数（h-1）；
T——测按时的实际水温（℃）。
KLa（T）=[（c3-c1）/（c3-c2）]×
［60/（t2-t1）]
（2）
式中Cs——液体中的氧气溶解度（mg/L）；
C一、C2——在t一、t2时刻（以min计）所测得的氧气浓度（mg/L）。
（2）氧气转移率dc/dt（mg/）——曝气器在标准状态的测试条件下,单位体积内氧气的转移速度；
dC/dt=KLas·
Cs（20） （3）
式中dC/dt——单位体积内氧气的转移速度，简称氧气转移率（mg/）；
Cs（20）——标准状态下的氧气在清水中的溶解度，Cs（20）=L。
（3）充氧能力R0（kgO2/h）——曝气器在标准状态的测试条件下，单位时刻向溶解氧为零的水中传递的氧量:
R0=KLas·
V·
Cs（20）·
10-3,（kgO2/h） （4）
式中V——液体体积（m3）。
（4）氧利用率EA（％）——曝气器在标准状态的测试条件下，传递到水中的氧量占曝气器供氧量的百分比:
EA=（R0/S）×
100% （5）
式中S——供氧量（kgO2/h）；
S=·
·
GS
其中——空气中氧所占比例；
——标准状态下氧的容重（kg/m3）；
GS——供给空气量（m3/h）。
（5）充氧动力效率EP（kgO2/）——曝气器在标准状态的测试条件下消耗有效功所传递到水中的氧量。
Ep=R0/N （kgO2/）（6）
式中N——消耗功率计算值；
N=HGsγ/102（kW）
其中 H——空气压力（kg/cm2）；
γ——标准状态下的空气容重，γ=（kg/m3）。
清水充氧实验
本实验直接利用A型和B型生物接触氧化中试装置（见图1）为测试装置：
A型生物接触氧化池的填料区下方设微孔曝气器（微孔直径0～200μm范围内转变），直接向弹性填料区鼓风曝气，池中水深，填料区高度4m，并采纳两级串联的方式运行。
B型生物接触氧化池的填料区下方设置穿孔曝气管（孔径1mm），直接向颗粒填料区鼓风曝气，池中水深，填料区高度2m。
实验用水为自来水，水温28℃，供气量以转子流量计计量换算。
实验方式采纳静态启动的间歇非稳态法；
用亚硫酸钠为消氧剂，氯化钴为催化剂；
溶解氧采纳溶氧仪直接测定。
实验条件和测试结果见图2和表1。
表1两种曝气系统的清水充氧实验结果
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
比
较
项
目
水温
水深
池表面积
气压
气量*
孔眼直径
KLaS
dc/dt
R0
EA
Ep
℃
m
m2
kg/cm2
m3/h
μm
h-1
kgO2/
kgO2/h
%
A型
28
0～200
B型
1000
*注：
气量均采纳设计工况下的曝气量，曝气强度均操纵在4m3/左右。
实验结果分析和结论
由表1能够看出：
（1）由于氧的溶解度小（因此氧的转移也慢），通过正常的气水交壤面难以取得足够的氧量来进行好氧生物处置，必需要人为地增加气水的交壤面。
鼓风曝气确实是增加氧转移交壤面的一种方式。
依据双膜理论，膜的厚度反映了阻力的大小。
在浓度差相等的情形下，鼓风曝气气泡愈小，氧的转移量也愈多。
由表1第6项可知，A型生物接触氧化池的气泡直径远小于B型；
从第7、8项可看出，其相应的KLaS值和dc/dt值高于B型。
（2）一个曝气装置的KLaS值大，吸收的氧量虽可多些，但未必经济。
因此在实际工作中经常使用氧利用率EA和充氧动力效率Ep来作为比较曝气装置效率的指标。
从表1第10、11项可明显看出，A型生物接触氧化池的EA值和EP值均高于B型。
这说明在一样的充氧能力下，A型生物接触氧化池所消耗的能量小于B型。
在后来实验稳固工况的持续运转中，曾多次测定A、B型生物接触氧化池中水体的溶解氧，结果见表2：
表2A、B型生物接触氧化池中溶解氧的散布
DO测点位置
原水
A型第一级
A型第二级
DO（mg/L）
&
lt;
gt;
≈
由表2可知，A型生物接触氧化池中各部位的溶解氧值均高于B型。
这说明了A型生物接触氧化池具有较高的充氧效率，能提供足够的氧气以保证生物膜进行生化反映。
综上所述，能够为：
从充氧性能的上述五项评判指标来比较，A型生物接触氧化池的充氧性能明显优于B型生物接触氧化池。
3曝气系统经济比较
参考某地一座4万m3/d产水量的生物接触氧化池的实际工程设计，假定池表面积560m2，有效水深为；
并假定填料均采纳YDT弹性波纹立体填料，曝气用鼓风机均采纳国产罗茨风机，水下空气管道采纳ABS管材（水上空气总管采纳钢管）。
在此假定前提下，对可能用的两种曝气系统方案进行了经济上的比较与分析。
曝气系统造价比较
（1）微孔曝气系统的气水比为，总供气量为万m3/d。
采纳鼓风机的额定空气流量为m3/min，出口静压49kPa，配套电动机功率30kW。
空气总管管径300mm，采纳钢管。
为曝气均匀，将整个生物接触氧化池分为四个曝气区。
位于生物接触氧化池底部的布气管道布置成环状，管径100mm，管道间距，采纳ABS管。
曝气器采纳膜片式微孔曝气器，安装于环状布气管道上，每一个曝气器的效劳面积约，共1200个曝气器。
（2）穿孔曝气系统的气水比为1，总供气量为4万m3/d。
采纳鼓风机的额定空气流量为min，出口静压49kPa，配套电动机功率37kW。
空气总管管径350mm，采纳钢管。
为曝气均匀，位于生物接触氧化池底部的穿孔曝气管采取环路布置和曝气管下弯配置方式。
穿孔管采纳ABS管，沿管道每隔25mm开孔，孔径为2～3mm，管道间距为～。
（3）曝气系统要紧包括鼓风机和管道系统（曝气器、管道、管件、阀门、支撑、水平调剂器等）。
计算曝气系统造价时，参照1999年上半年上海市的市场价钱，再考虑相应的安装调试费用，最后得出两种曝气系统的工程造价（未考虑利润率）如下：
微孔曝气系统：
约60万元；
穿孔曝气系统：
约35万元。
曝气系统运行本钱比较
因为两种曝气系统的保护治理所需人工费相近，因此要紧考虑用电量的不同。
参考上海市工业用电价钱，设电价平均为元/，并假定生物接触氧化池天天24小时运行。
微孔曝气系统所用电动机功率为30kW，每一年耗电量，每一年电费约为万元；
穿孔曝气系统所用电动机功率为37kW，每一年耗电量，每一年电费约为万元。
因此两种曝气系统每一年所需电费相差约为万元。
由以上分析可知，微孔曝气系统每一年的运行本钱比穿孔曝气系统约少万元。
曝气系统对制水本钱的增加
（1）整个曝气系统按15年折旧计算，为简化起见，不考虑土建投资、贷款及利息，那么曝气系统的年折旧费用为：
约4万元/年；
约万元/年。
（2）曝气系统所需运行费用要紧包括电费和人工费，人工费均按万元/年计算，因此年运行费用为：
约万元/年；
（3）因生物接触氧化池日产水量为4万m3/d，年产水量为1460万m3/年，因此曝气系统对制水本钱的增加为：
（4＋）/1460=元/m3水，约分/m3水；
（＋）/1460=元/m3水，约分/m3水。
4曝气系统的运行治理
曝气系统的正常运行依托于曝气系统的利用寿命和日常保护。
（1）微孔曝气系统正常运行的关键在于微孔曝气器的正确选用。
随着科技的进展，在目前的工程应用中，曝气器支承盘多采纳ABS工程塑料，布气膜片多采纳高分子聚合物或添加了增强剂的橡胶，取代了原有的钛板或陶瓷板曝气的微孔曝气器。
布气膜片的内外表面很滑腻，可不能产生金属氧化物，不易固着生物膜，并有专门好的耐酸耐碱性能。
布气膜片上的气孔可随气量的增减而可大可小，从而使曝气变得加倍均匀，同时也避免了堵塞。
由于布气膜片具有必然的弹性，曝气器在充氧曝气时，布气膜片及膜片上的微孔在气体的作用下能自行鼓胀挣开，以确保气体可从微孔中通过，在停止曝气时，布气膜片上的微孔呈闭合状态。
由于布气膜片具有弹性及微孔可自行扩张和收缩，幸免了以往曝气器微孔容易受堵的现象。
其缺点在于：
生产微孔曝气器的厂家较多，其产品质量良莠不齐。
若是曝气器布气膜片的材质和加工质量只是关，会致使在利用进程中显现布气膜片破损的情形。
在已有的生产性给水生物接触氧化池中，有的水厂持续运行三年以上，未显现过布气膜片破损的情形；
但也有个别水厂在不到一年的运行时刻内，就有少数曝气器的布气膜片显现破损。
由于曝气器安装在填料的下方，改换检修较为困难，因此对曝气器的质量提出了严格的要求。
（2）穿孔曝气系统直接在空气管道上开孔曝气，因此不存在上述微孔曝气系统存在的膜片破损问题。
给水工程中，穿孔曝气管孔眼直径一样为3mm，也有工程采纳1～2mm孔眼直径。
尽管在污水处置中，穿孔曝气管多采纳3mm孔眼直径，且较少有曝气不均匀和堵塞现象。
但在给水处置中，因为气水比和曝气强度远小于污水处置，因此在池表面积较大的情形下，其曝气均匀性较难操纵。
而且在长期利历时，曝气管内和孔眼处容易固着生物膜，产生生物粘垢，最终可能致使某些孔眼和局部管道堵塞。
在停止曝气时，因孔眼不能闭合，在水力静压作用下，底泥可能通过孔眼进入曝气管，也容易造成某些孔眼和局部管道堵塞。
由于曝气管安装在填料的下方，改换检修较为困难，因此在给水工程应用中，如何解决大面积、小曝气强度的穿孔曝气系统的曝气不均匀性和堵塞问题，是一个有待于深切研究的课题。
5结语
通过对微孔曝气系统和穿孔曝气系统的综合比较，能够为：
（1）在充氧性能方面，微孔曝气系统明显优于穿孔曝气系统。
就文中所述的五项充氧性能评定指标而言，前者较后者均有所提高，其氧的总转移系数、氧利用率、充氧动力效率可提高50％～60％。
（2）在经济比较上，尽管微孔曝气系统的造价高于穿孔曝气系统，但由于前者耗电量较低，微孔曝气系统对制水本钱的增加低于穿孔曝气系统约～分/m3水。
（3）在运行治理方面，两种曝气系统各有优势。
微孔曝气系统采纳微孔曝气器曝气，一样不存在孔眼和管道堵塞的问题，但由于有的布气膜片可能破损，对曝气器的质量要求较高；
穿孔曝气系统采纳穿孔管曝气，管道一样可不能破损，但由于给水生物处置中曝气强度一样较小，易存在曝气均匀性较差及孔眼和局部管道堵塞的问题。
一样来讲，在给水生物接触氧化法的工程实践应用中，采纳微孔曝气系统优于穿孔曝气系统。
参考文献：
一、许保玖，今世给水与废水处置原理，1990，高等教育出版社；
二、顾夏声，废水生物处置数学模式（第二版），1993，清华大学出版社；
3、曝气器清水充氧性能测定，CJ/—93；
4、黄长盾、吴之丽、唐宝忠，不同实验对充氧性能阻碍的实验研究，《中国给水排水》，1993，,；
五、同济大学、宁波市自来水总公司，受污染水弹性填料微孔曝气生物接触氧化预处置生产性研究，“九五”国家科技攻关打算子专题鉴定材料之一；
六、汤利华、许建华、张晴浩，宁波市梅林水厂生物预处置工艺设计。
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