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化方法，是一種依靠活性污泥工作主體的去除污水中有機物的方法。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*的降解有機物的狀態(tài)。根據(jù)試驗表明，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，必須依靠一種設備來完成，例如曝氣器。
曝氣原理
曝氣是使空氣與水強烈接觸的一種手段，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。空氣中的氧通過曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴散的理論，目前應用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。
雙膜理論認為，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，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)擴散透過液膜進入水體，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間。曝氣設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：一類是鼓風曝氣，一類是機械曝氣。鼓風曝氣是采用曝氣器￡擴散板或擴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。
所有的曝氣設備，都應該滿足下列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;
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)。
鼓風曝氣設備
鼓風曝氣系統(tǒng)由鼓風機、曝氣器和一系列連通的管線組成。鼓風機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散裝置的形式，氣泡經(jīng)過上升和隨水?環(huán)流動，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。
鼓風曝氣設備的主要技術(shù)性能指標有：動力效率(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?shù)娜绶尤渲活惖恼硠?，在高溫下燒結(jié)成為擴散板、擴散管和擴散罩的形式。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、活動搖臂、提升機等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，為活動式電動卷揚機，起吊小車可隨意移動，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入曝氣管，曝氣管的管壁上密布者許多細小的孔隙，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，一般可達到20～25%;其缺點是氣壓損失較大，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，它是由一個用ABS或UPVC制成的管子作為布氣管，管壁上開有通風孔，布氣管外周覆蓋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，空氣通過管壁上的通氣孔進入膜片與管壁之間，在壓縮空氣的作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達到布氣擴散的目的。停止供氣，氣壓消失后，膜片本身在彈性作用下使孔眼自動閉合，由于水壓的作用，膜片壓實在管壁上。因此，污水不會倒流而堵塞孔眼。但由于這種膜片的開孔直徑直接影響到氧的利用率，因此，開孔直徑應適當。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。橡膠膜片應選用耐老化，高強度膠質(zhì)，以免膜片出現(xiàn)撕裂，造成曝氣器損壞。
動態(tài)曝氣器
動態(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。
動態(tài)曝氣器采用了“大孔排氣泡布氣”技術(shù)，將引入曝氣器內(nèi)的空氣分別進行正旋和反旋導流，正旋導流為順時針方向，反旋導流為逆時針方向，由兩個不同方向旋流作用下，在套筒旋混筒內(nèi)形成一個瞬間連續(xù)局部反應的氣液強化旋混區(qū)。由旋混旋流作用所產(chǎn)生的大量氣泡，再經(jīng)圓罩阻擋擴散作用之后，均勻密布的向上產(chǎn)生氣泡?？偟膩碚f，動態(tài)曝氣器是由大孔雙向旋混、套筒強化旋混和圓罩阻擋擴散等各種結(jié)構(gòu)作用，使氣相在液相中碰撞、剪切和分割，從而形成混合性擴散。由于動態(tài)曝氣器采用了大孔排氣，即使停風停壓后，污水倒流進曝氣器和配氣管中，也不會造成排氣孔堵塞，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
序批式反應器(SBR)作為一種改良型的活性污泥處理工藝，利用時間上的推流代替空間上的推流，即以時間換空間的概念。該工藝集進水、厭氧、好氧、沉淀于一池，不但可以為實現(xiàn)生物脫氮除磷提供條件，還可以靈活變換運行方式以適應不同類型污水的處理要求，便于自動控制等。
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)點外，對于膜組件本身和SBR工藝兩種程序運行都互有幫助。由于膜組件的截留過濾作用，反應中的微生物能大限度地增長，利于世代時間較長的硝化及亞硝化細菌的生長繁殖，因此，污泥的生物活性高，吸附和降解有機物的能力較強，同時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，同時也滿足了脫氮的需要，使得單一反應器內(nèi)實現(xiàn)同時去除氮磷及有機物成為可能。與傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)相比，SBR-MBR在反應階段利用膜分離排水，可以減少傳統(tǒng)SBR的循環(huán)時間;同時，序批式的運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現(xiàn)氮的去除，而設置了厭氧、缺氧和好氧反應器的A2O工藝則可以實現(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，可進一步拓展MBR的應用范疇。
在該工藝中設置有兩段回流，一段是膜池的混合液回流至缺氧池實現(xiàn)反硝化脫氮，另一段是缺氧池的混合液回流至厭氧池，實現(xiàn)厭氧釋磷。
A2O-MBR工藝中高濃度的MLSS、獨立控制的水力停留時間和污泥停留時間、回流比及污泥負荷率等都會產(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)生物脫氮除磷機理，結(jié)合膜生物反應器技術(shù)特點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缺氧池利用進水碳源和回流硝化液進行快速反硝化，接著混合液進入?yún)捬醭剡M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一步反硝化脫氮，好氧池內(nèi)同步發(fā)生有機物降解、好氧釋磷和好氧硝化等多種反應，*去除污水中的污染物，混合液再a經(jīng)膜過濾出水，實現(xiàn)了對污水中有機物和氮磷的去除。
3A-MBR工藝合理地組合了有機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，達到了同步去除各污染指標的目的，具有較高的推廣應用價值。
A2O/A-MBR工藝
A2O/A-MBR工藝是一種強化內(nèi)源反硝化的新型工藝，該工藝利用MBR內(nèi)高濃度活性污泥和生物多樣性來強化脫氮除磷效果，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工藝后再設一級缺氧池，在利用進水快速碳源完成生物除磷和脫氮后，再利用第二缺氧池進行內(nèi)源反硝化，進一步去除TN，之后，再利用膜池的好氧曝氣作用保障出水。
A2O/A-MBR工藝是針對進水碳源不足，而同時又有較高脫氮要求的污水處理項目所開發(fā)，也是強化脫氮的MBR脫氮處磷工藝。
