冀琳彥，劉祖文

（江西理工大學(xué)，a.建筑與測繪工程學(xué)院；b.人事處，江西贛州341000）

氧化溝中階梯與微孔聯(lián)合充氧性能試驗研究

冀琳彥a，劉祖文b

（江西理工大學(xué)，a.建筑與測繪工程學(xué)院；b.人事處，江西贛州341000）

氧化溝污水處理工藝中的主要耗能設(shè)備是曝氣裝置，優(yōu)化曝氣方式是該方法降低運行費用的主要途徑.文中在微孔曝氣的基礎(chǔ)上加入無需能耗的階梯跌水充氧，對其充氧效果進行了優(yōu)化實驗研究.結(jié)果表明：階梯曝氣充氧的最佳安裝角度為45°，最佳實驗流量為3～4 m3/d；與單獨微孔曝氣相比，加入階梯曝氣后氧化溝內(nèi)的溶解氧量提高了3%，節(jié)約曝氣能耗約17%.

氧化溝；階梯曝氣；微孔曝氣；溶解氧

0 前言

氧化溝處理工藝由于具有處理流程簡單，出水水質(zhì)好，基建投資省，運行費用低等優(yōu)點，目前作為污水處理的熱點工藝之一正得到廣泛的應(yīng)用[1-4].氧化溝處理工藝中最關(guān)鍵設(shè)備是曝氣設(shè)備，其充氧效率的高低，能耗的多少直接影響到氧化溝的處理效果好壞和運轉(zhuǎn)費用高低[5-6].如何優(yōu)化改善曝氣設(shè)備是氧化溝處理工藝進一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵[7-8].汪永紅等[9]在工程實踐中，提出了微孔曝氣器的氧化溝工藝，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)機械曝氣方式其投資和運行費用都相對較低.鄧榮森[10]和趙軍等[11]研究發(fā)現(xiàn)采用跌水曝氣處理廢水技術(shù)具有很好的節(jié)能效果；肖海文等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在溫度為20℃時，溶解氧濃度為2.0 mg/L的污染較輕的水經(jīng)過高差為2 m的三級跌水后溶解氧濃度可升至6.86 mg/L，可見跌水曝氣并不需要太大的高差，從理論上來說是可行的.由于微孔曝氣和跌水曝氣均具有獨特的節(jié)能優(yōu)勢，因此，文中利用以上兩種曝氣方式的優(yōu)點，將兩種曝氣方式結(jié)合，探討了階梯曝氣最佳充氧條件，并對實際生活污水進行了處理實驗研究.

1 試驗裝置及內(nèi)容

1.1 污水水質(zhì)

實驗用水為校內(nèi)學(xué)生生活小區(qū)總排水口取出的廢水經(jīng)過簡單靜沉網(wǎng)濾后得到，污水水質(zhì)如表1所示.試驗期間污水水質(zhì)見表1.

表1 試驗用污水水質(zhì)

1.2 試驗裝置

階梯式微孔曝氣氧化溝工藝模型如圖1所示.其中氧化溝模型采用混凝土澆筑，尺寸為長×寬×深=3.0 m×1.0 m×0.55 m，有效水深0.5 m，有效容積1.5 m3；微孔曝氣所選鼓風(fēng)機風(fēng)量為12 m3/h，風(fēng)壓為7.5 kPa，功率為120 W；設(shè)置一臺潛水自吸泵，作為氧化溝模型中的水下推動器.階梯裝置不銹鋼板焊制，尺寸為長×寬=3.0 m×0.15 m，共有15個臺階，臺階間落差為0.05 m.

圖1 階梯式微孔曝氣氧化溝工藝模型

1.3 試驗內(nèi)容

實驗分為兩個部分進行，首先進行了階梯充氧系統(tǒng)的優(yōu)化實驗，進而所得優(yōu)化條件的基礎(chǔ)上開展了階梯曝氣和微孔曝氣聯(lián)合充氧實驗.

（1）階梯充氧實驗.在一定的溫度、壓力和水質(zhì)條件下，階梯跌水的溶氧能力主要決定于跌水的擾動程度以及水與空氣的接觸時間，相對于本實驗階梯而言，主要決定于其安裝角度和流量.為了避免污水水質(zhì)的變化對其溶氧能力的影響，首先通過清水實驗確定其最佳安裝角度和流量，然后在此條件下進行污水實驗測定其溶氧能力.實驗裝置如圖2所示.

圖2 階梯曝氣充氧實驗裝置

（2）階梯曝氣和微孔曝氣聯(lián)合充氧實驗.將階梯曝氣系統(tǒng)加入到微孔曝氣氧化溝的入水口處，測試加入階梯曝氣前后污水處理效果的變化情況.

1.4 分析方法

實驗中流量主要通過流量計進行調(diào)節(jié)，主要測試項目及方法見表2.

表2 分析項目表

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 階梯充氧試驗

在進行階梯充氧的清水實驗前，首先在現(xiàn)場測試水溫和大氣溫度，查出該溫度下的飽和溶解氧值，用溶解氧測定儀測出清水的溶解氧，計算其脫氧所需的亞硫酸鈉和氯化鈷的量，并分別加溫水融化后均勻加入實驗清水中，適當(dāng)攪拌以使清水的溶解氧達(dá)到零為止，然后使清水均勻流過階梯進行跌水充氧實驗.

1）階梯安裝角度優(yōu)化

根據(jù)氧化溝的設(shè)計流量2～6 m3/d，固定清水在階梯上游的流量為3 m3/d，調(diào)整階梯的角度θ分別為30°、45°和60°，測定不同安裝角度時階梯充氧后的溶解氧濃度.實驗結(jié)果如圖3所示：

圖3 安裝角度對階梯曝氣溶解氧的影響

由圖3可知，階梯的安裝角度為30°時，水流速度慢，污水與空氣的接觸時間長，但其紊流程度小，導(dǎo)致充氧效果較差；60°安裝時，水流速度加快，紊流程度大，但污水與空氣的接觸時間較短，充氧效果也不理想.安裝角度為45°時，水流速度適中，污水的紊流程度和與空氣的接觸時間達(dá)到一個平衡點，其充氧效果最佳，溶解氧達(dá)到了6.0 mg/L.所以階梯的最佳安裝角度為45°.

企業(yè)要依據(jù)年度經(jīng)濟計劃和企業(yè)日常運行經(jīng)濟編制制定月度經(jīng)濟計劃，根據(jù)實際計劃執(zhí)行，經(jīng)濟收入角度，按照計劃經(jīng)濟籌集方法，認(rèn)真分析和考慮經(jīng)濟制度和銀行的信譽程度，運用多樣化、豐富性的手段籌集經(jīng)濟，為企業(yè)經(jīng)濟奠定基礎(chǔ)和保證。按照預(yù)算規(guī)范進行預(yù)測產(chǎn)品供應(yīng)、產(chǎn)品生產(chǎn)和營銷的工作，規(guī)范合理的制定經(jīng)濟收入情況。對收入經(jīng)濟落實進行有效管理，確保企業(yè)經(jīng)濟收入能夠準(zhǔn)確進入相關(guān)部門。

2）階梯設(shè)計流量優(yōu)化

固定階梯的角度為45°，根據(jù)氧化溝的設(shè)計流量2～6 m3/d，控制階梯進水流量的范圍在1～6 m3/d，測定不同流量下階梯的充氧能力.實驗結(jié)果如圖4所示：

圖4 流量對階梯曝氣溶解氧的影響

由圖4可以看出，階梯曝氣的流量在3～4 m3/d時充氧效果最佳，其充氧量能達(dá)到20 g/d.當(dāng)階梯進水流量低于這個范圍時，雖然其溶解氧濃度較高，但由于流量過低導(dǎo)致其單位時間內(nèi)的充氧量不高；當(dāng)階梯進水流量高于這個范圍時，雖然其流量增加，但溶解氧濃度低導(dǎo)致充氧效果下降.

階梯曝氣清水充氧實驗的結(jié)果表明，其最佳運行條件為：階梯的傾斜角度為45°，進水流量控制在3～4 m3/d.此條件下水中的溶解氧濃度能達(dá)到5.0 mg/L以上，其充氧量能達(dá)到20 g/d.

3）階梯曝氣污水充氧實驗

實驗所用污水來源于缺氧池內(nèi)的泥水混合液，其初始溶解氧濃度接近于零.固定階梯的傾斜角度為45°，調(diào)整流量分別為3 m3/d和4 m3/d，實驗裝置運行穩(wěn)定后，每個流量分別取6個水樣測定其溶解氧濃度，取其平均值進行充氧能力的計算.實驗結(jié)果如表3所示.

表3 階梯跌水對污水的充氧能力

由表2可知，階梯的傾斜角度為45°，流量為4 m3/d時，其跌水過程所提供的氧量能達(dá)到18.9 g/d，約占總理論需氧量的3%（污水的理論標(biāo)準(zhǔn)需氧量經(jīng)計算為650 g/d）.與清水充氧實驗相比，相同條件下，經(jīng)階梯曝氣后，污水中的溶解氧濃度較低，表明在跌水過程中，污水中的微生物在降解有機物的過程中消耗掉了一部分氧氣，因而對污水有一定的預(yù)處理作用.

2.2 聯(lián)合充氧實驗

將階梯曝氣裝置安裝在微孔曝氣氧化溝的進水口出對生活污水進行生物氧化處理，處理流量為4 m3/d，計算所得理論標(biāo)準(zhǔn)需氧量為650 g/d.

實驗所用微孔曝氣鼓風(fēng)機在水溫為25℃的污水中的充氧能力為1.35 kg/d.鼓風(fēng)機上帶10個微孔曝氣頭，每個曝氣頭的充氧能力為135 g/d.理論上單獨開啟5或6個曝氣頭即可滿足氧化溝內(nèi)污水處理所需的氧量.通過微孔曝氣頭的開啟個數(shù)，控制氧化溝內(nèi)的溶解氧濃度，測定增加階梯曝氣后污水處理效果的變化情況，實驗結(jié)果如圖5、圖6所示.

圖5 曝氣方式對CODcr去除率的影響

圖6 曝氣方式對NH3-N去除率的影響

由圖5，圖6可以看出，與單獨微孔曝氣比較，增加階梯曝氣后，CODcr和NH3-N的去除率有所提高.特別是階梯曝氣結(jié)合5個曝氣頭時CODcr和NH3-N的去除率達(dá)到92.8%和94.6%，超過了單獨使用6個曝氣頭時的處理效果（CODcr和NH3-N的去除率分別為92.3%和94.1%）.從處理效果來看，加入階梯曝氣后可以節(jié)省一個曝氣頭的供氣量，即節(jié)約了17%的曝氣能耗.

從以上實驗結(jié)果可以看出，雖然階梯在跌水過程中所提供的氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個曝氣頭的充氧能力，但從污水的處理效果方面分析，階梯跌水對有機物的降解在一定程度上相當(dāng)于一個曝氣頭的作用，其主要原因可能是增加階梯曝氣后，污水自缺氧池通過階梯跌水進入氧化溝的過程中存在一定的預(yù)處理作用.

3 結(jié)論

階梯曝氣和微孔曝氣結(jié)合可以提高對污水的處理效果，降低微孔曝氣所需的能耗.階梯曝氣不僅可以提供氧化溝內(nèi)污水處理所需的一定的需氧量，而且在階梯跌水過程中對污水具有一定的預(yù)處理作用.在階梯的最佳安裝角度45°，進水流量為4 m3/d時，階梯曝氣對污水充氧能力為18.9 g/d，雖然只約占總需氧量的3%，但其與5個曝氣頭結(jié)合時對CODcr和NH3-N的去除率要高于單獨使用6個曝氣頭時的處理效果，因而可以節(jié)約17%左右的曝氣能耗.

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Testing research on ladder and pore joint oxygen filling performance of oxidation ditch

JI Lin-yana,LIU Zu-wenb

(a.School of Architectural and Surveying&Mapping Engineering;b.Department of Personnel,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China)

The largest energy consumption facility group in the oxidation ditch process is the aerating apparatus.To optimize the aerator equipment is the main method to reduce operation cost.In this paper,based on the microporous aerators,the stepwise drop device is added in oxidation ditch process and the optimizing of the oxygenation capacity is studied.The results show that the best setting angle of stepwise drop device is 45°.Under the condition that the flow rate is 3～4 m3/d,comparing with the results of using microporous aerators alone,the dissolved oxygen is about 3%enhanced and the energy consumption is about 17%saved in the process of combining with stepwise drop device.

oxidation ditch；ladder aeration；microporous aeration；dissolved oxygen

X703.1

A

2012-02-22

江西省科技廳項目（2009BSB0880）；江西理工大學(xué)校級課題（JXXJ11009）

冀琳彥（1978-），女，講師，主要從事污水處理等方面的研究，E-mail：whcjly＠163.com.

2095-3046（2012）03-0006-04