摘要：生物接觸氧化法作為給水生物預(yù)處理工藝，近年來(lái)得到了日益廣泛的工程實(shí)際應(yīng)用。本文對(duì)給水生物接觸氧化法預(yù)處理工程中常用的兩種曝氣系統(tǒng)（微孔曝氣器曝氣和穿孔管曝氣），作了充氧性能、系統(tǒng)造價(jià)、運(yùn)行成本及運(yùn)行管理等方面的比較研究。研究表明，在實(shí)際工程應(yīng)用中，采用微孔曝氣器的曝氣系統(tǒng)優(yōu)于采用穿孔管的曝氣系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞： 微孔曝氣器 生物接觸氧化池 穿孔管 充氧性能 運(yùn)行成本
近些年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，城市化建設(shè)加快，城市人口膨脹，引起了城市工業(yè)與生活用水大量增加；同時(shí)，相應(yīng)的污染排放量也在逐年增加，導(dǎo)致了飲用水水源普遍受到污染，飲用水水質(zhì)惡化。在給水處理領(lǐng)域中引入生物預(yù)處理，已成為微污染水源水處理的技術(shù)發(fā)展方向和有效手段之一。在我國(guó)，給水工程實(shí)踐中常用生物接觸氧化法作為生物預(yù)處理工藝。在該方法中，曝氣系統(tǒng)的選擇直接關(guān)系著整個(gè)生物預(yù)處理工藝的充氧性能、處理效果、運(yùn)行成本和管理操作。本文結(jié)合中試試驗(yàn)和工程實(shí)踐對(duì)這兩種不同曝氣系統(tǒng)作了多方面的比較與分析。
1 生物接觸氧化池的兩種曝氣系統(tǒng)
為提高氧的利用率，生物接觸氧化池宜采用氣水逆向流設(shè)計(jì)。一般用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣，曝氣設(shè)備分布于池底；氣流自下向上流經(jīng)填料區(qū)，水流自上向下流經(jīng)填料區(qū)。曝氣系統(tǒng)一般采用微孔曝氣系統(tǒng)或穿孔曝氣系統(tǒng)。
微孔曝氣系統(tǒng)一般采用膜片式微孔曝氣器作為曝氣設(shè)備，池中填料一般采用彈性填料，設(shè)計(jì)氣水比一般取0.7左右。
穿孔曝氣系統(tǒng)采用穿孔管作為曝氣設(shè)備，池中填料可采用顆粒填料或彈性填料，設(shè)計(jì)氣水比一般取1左右。
2 充氧性能比較
通過(guò)對(duì)中試裝置的清水充氧試驗(yàn)，對(duì)兩種不同曝氣方式的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)充氧性能作了測(cè)試，并對(duì)以下幾項(xiàng)充氧性能評(píng)定指標(biāo)作了比較與分析。
(1) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLas（h-1）——曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(水溫20℃、1atm大氣壓強(qiáng))的測(cè)試條件下，在單位傳質(zhì)推動(dòng)力作用時(shí)，單位時(shí)間向單位體積水中傳遞氧的數(shù)量；
KLas=KLa(T)•1.024(20-T) (1）
式中 KLa(T)——水溫為T℃條件下，氧氣的總轉(zhuǎn)移系數(shù)（h-1）；
T——測(cè)定時(shí)的實(shí)際水溫（℃）。
KLa(T)=2.303lg[(c3-c1)/(c3-c2)]×［60/(t2-t1)] ?。?/span>2）
式中 Cs——液體中的氧氣溶解度（mg/L）；
C1、C2——在t1、t2時(shí)間（以min計(jì)）所測(cè)得的氧氣濃度（mg/L）。
(2) 氧氣轉(zhuǎn)移率dc/dt（mg/L.h）——曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下,單位體積內(nèi)氧氣的轉(zhuǎn)移速率；
dC/dt=KLas•Cs(20) ?。?/span>3）
式中 dC/dt ——單位體積內(nèi)氧氣的轉(zhuǎn)移速率，簡(jiǎn)稱氧氣轉(zhuǎn)移率（mg/L.h）；
Cs(20)——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧氣在清水中的溶解度，Cs(20)=9.17mg/L。
(3) 充氧能力R0(kgO2/h)——曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下，單位時(shí)間向溶解氧為零的水中傳遞的氧量:
R0=KLas•V•Cs(20)•10-3 ,（kgO2/h） (4)
式中 V——液體體積（m3）。
(4) 氧利用率EA（％）——曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下，傳遞到水中的氧量占曝氣器供氧量的百分比：
EA=(R0/S)×100% （5）
式中 S——供氧量(kgO2/h)；
S=0.21•1.331•GS
其中 0.21——空氣中氧所占比例；
1.331——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧的容重(kg/m3)；
GS——供給空氣量(m3/h)。
(5) 充氧動(dòng)力效率EP（kgO2/kW.h）——曝氣器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的測(cè)試條件下消耗1kW.h有用功所傳遞到水中的氧量。
Ep=R0/N ?。?/span>kgO2/KW.h） （6）
式中 N ——消耗功率計(jì)算值；
N=HGsγ/102 （kW）
其中 H ——空氣壓力(kg/cm2)；
γ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣容重，γ =1.205(kg/m3)。
2.1 清水充氧試驗(yàn)
本試驗(yàn)直接利用A型和B型生物接觸氧化中試裝置（見(jiàn)圖1）為測(cè)試裝置：A型生物接觸氧化池的填料區(qū)下方設(shè)微孔曝氣器(微孔直徑0～200μm范圍內(nèi)變化)，直接向彈性填料區(qū)鼓風(fēng)曝氣，池中水深4.5m，填料區(qū)高度4m，并采用兩級(jí)串聯(lián)的方式運(yùn)行。B型生物接觸氧化池的填料區(qū)下方設(shè)置穿孔曝氣管(孔徑1mm)，直接向顆粒填料區(qū)鼓風(fēng)曝氣，池中水深4.1m，填料區(qū)高度2m。
