曝氣池的設計計算與曝氣設備的選擇

生化處理中一般采用活性污泥法，其主要的工藝流程包括：預處理>初次沉淀>混合>曝氣>二次沉淀，曝氣是活性污泥法處理廢水的重要環(huán)節，曝氣在曝氣池中完成。因此曝氣池的設計在整個(gè)生化處理工藝設計中也就占到十分重要的地位。

按照曝氣的方式不同，曝氣池的分類(lèi)也各不相同，一般情況下，我們可以分為推流式曝氣池和完全混合型曝氣池兩種，各種不同的曝氣方式設計的參數也是不相同的，這主要是根據實(shí)際條件來(lái)進(jìn)行相應的調整。曝氣設備的選擇則是經(jīng)濟效益和運行成本控制的關(guān)鍵。

曝氣池的設計計算主要包括：①曝氣池容積的計算；②池體設計；③需氧量和供氧量的計算。

一、曝氣池容積的計算

1、有機負荷計算法

計算曝氣區容積，常用的是有機負荷計算法。負荷有兩種表示方法，即污泥負荷和容積負荷。一般采用污泥負荷，計算過(guò)程如下：

（1）確定污泥負荷

污泥負荷一般根據經(jīng)驗值確定，可以參照有關(guān)成熟經(jīng)驗中的數值。

（2）確定所需要微生物的量

微生物的量（XV）是由所要處理的有機物的總量和單位微生物在單位時(shí)間內處理有機物的能力（即污泥負荷）決定的。

根據污泥負荷的定義：Ns=Q（SO-Se）/（XV）,可得公式如下：

（XV）= Q（SO-Se）/ Ns

式中：

V——曝氣池容積，m3

Q——進(jìn)水設計流量，m3/d

SO——進(jìn)水的BOD5濃度， mg/L

Se——出水的BOD5濃度， mg/L

X——混合液揮發(fā)性懸浮固體，（MLVSS）濃度 mg/L

Ns——污泥負荷，kgBOD5/（kgMLVSS.d）.

(3)計算曝氣池的有效池容

確定了微生物的總量后，需要有污泥濃度的數值才能計算曝氣池的容積。污泥濃度根據所用工藝的污泥濃度的經(jīng)驗值選擇，一般在3000—6000mg/L之間。經(jīng)過(guò)實(shí)驗或其他方式確定了回流比、SVI值后也可以根據下式計算：

X=Rrf106/SVI(1+R)

式中：

R——污泥回流比，%

r——二次沉淀池中污泥綜合系數，一般為1.2左右

f——MLVSS/MLSS

曝氣池容積的計算公式如下：

V=（VX）/X=Q（SO-Se）/（XNS）

式中：

Q——廢水量，m3/d

Q（SO-Se）——每天的有機基質(zhì)降解量，kg/d

V——曝氣池有效容積，m3

（4）確定曝氣池的主要尺寸

主要確定曝氣池的個(gè)數、池深、長(cháng)度以及曝氣池的平面形式等。按照每日的處理量來(lái)確定池體的個(gè)數，同時(shí)，由于工藝的不同，曝氣池的式樣和個(gè)數各不相同，因此在實(shí)際的設計中需要我們有現場(chǎng)的實(shí)際地形圖和整體效果圖來(lái)做依據，這樣設計出來(lái)的池體才可以滿(mǎn)足工藝處理需要，并且與周?chē)�的環(huán)境和諧一致。

2、動(dòng)力學(xué)方法

也可用動(dòng)力學(xué)方法計算曝氣池的容積。計算過(guò)程如下：

（1）確定所需的動(dòng)力學(xué)常數的值

包括Y、Kd、Ks、umax,在沒(méi)有實(shí)驗數據時(shí)可以根據表2、表3 選擇適當的數值。

（2）確定污泥齡

根據公式1/θmin= (Y×umax×SO/ SO+Ks)-Kd可以確定θmin值。

θmin=1/(Y×umax-Kd)

式中：umax——基質(zhì)達到飽和濃度時(shí)，微生物的最大比增殖速率，d-1

實(shí)際活性污泥處理系統工程中所采用的θC(污泥齡.d)值，應大于θmin值，實(shí)際取值按公式1/θmin= Y×umax-Kd乘以安全系數。安全系數一般在2—20。也可以根據經(jīng)驗進(jìn)行取值，參照表1數據。

（3）確定所需的微生物量

根據公式1/θC=[Y×umax×(SO-Se)/ (SO-Se)+KsIn SO/ Se]-Kd來(lái)確定微生物的量，可以得到微生物量的計算公式：

（XV）=QθCY(SO-Se)/(1+KdθC)

（4）確定曝氣池的容積

首先確定微生物濃度，其方法與前面的負荷設計法相同。

V=(VX)/X

（5）根據有關(guān)公司對出水濃度進(jìn)行校核；或者根據污泥負荷的定義對污泥負荷進(jìn)行校核。這兩種方法取其中一種就可以。

二、需氧量和供氣量的計算

1、需氧量

活性污泥的正常運行，除需要有性能良好的活性污泥以外，還需要進(jìn)行充足的氧氣供應，活性污泥法處理系統的日平均需氧量（O2）可按公式1/θC=YNs-Kd計算，去除1kgBOD5的需氧量（ΔO2）根據下式計算，也可根據經(jīng)驗數據選用。

ΔO2= /Ns

廢水a(chǎn)’、b’的值和部分工業(yè)廢水的a’、b’值可以從表4、表5選取。

2、供氣量

在需氧量確定以后，取一定的安全系數，得到實(shí)際需氧量（Ra），并轉化為標準狀態(tài)需氧量（Ro）。公式如下：

Ro= RaCs/[α(βρCS(T)-CT)×1.024(T-20)]

式中：

CS——在1.03×105Pa條件下氧的飽和濃度，mg/L

X——混合液揮發(fā)性懸浮固體，（MLVSS）濃度 mg/L

在實(shí)際工程中，所需要的空氣量比標準條件下所需要的空氣量要多33%～61%，具體在工程中需要的空氣量可以根據實(shí)際情況來(lái)確定，在標準狀態(tài)需氧量確定之后，根據不同設備廠(chǎng)家的曝氣機樣本和手冊，計算出總的能耗。總能耗確定后，就可以確定曝氣器的數量。

鼓風(fēng)曝氣要確定其供氣量，公式為：

Gs=Ro/0.3×EA

式中:

Gs——空氣量

EA——曝氣系統的充氧效益

計算出空氣量后，根據鼓風(fēng)機的樣本便可以確定鼓風(fēng)機的數量和型號。

三、曝氣設備的選擇

（1）曝氣設備所具有的功效

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在曝氣區內產(chǎn)生足夠的混合作用和水的循環(huán)流動(dòng)；

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)。

各種曝氣設備的特點(diǎn)是各不相同的，因此曝氣設備的用途和使用的范圍也就有各種不同，因此，在工藝設計中，要根據實(shí)際的需要和企業(yè)所能夠承擔的成本來(lái)選擇曝氣設備，現有的曝氣設備分為兩大類(lèi)：淹沒(méi)式曝氣器和表面曝氣器（表6：廢水處理中的曝氣設備）

曝氣設備的主要技術(shù)性能指標如下：

①動(dòng)力效率（EP） 每消耗1KW電能轉移到混合液中的氧量，以kg/（KW.h）計；

②氧的利用效率（EA） 通過(guò)鼓風(fēng)曝氣轉移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比（%）；

③氧的轉移效率（EL）也稱(chēng)為充氧能力，通過(guò)機械曝氣裝置，在單位時(shí)間內轉移到混合液中的氧量，以kg/h計。

鼓風(fēng)曝氣設備的性能按照①、②兩項指標評定，機械曝氣裝置則按照①、③兩項指標評定。在工藝設計和設備選擇中我們需要考慮性能、特點(diǎn)以外，還需要考慮有關(guān)葉輪直徑和曝氣池直徑的比例，一般比值在1/3--1/5左右，過(guò)大可能傷害污泥，過(guò)小則充氧量不足，葉輪和水深的比值一般采用2/5—1/4，池深過(guò)大，將影響充氧和泥水混合。

由于各種鼓風(fēng)機的型號和性能各不相同，因此所產(chǎn)生的噪聲也就不相同，相對應的機房設計也就各自有不同的要求，根據實(shí)際需要和性能考慮，在工藝中一般選擇同一型號的設備并且要有備用機，備用臺數的選擇按照工作機≤3臺時(shí)，備用1臺，當工作機≥4臺時(shí)，備用2臺；電源要用雙電源，按照最大負荷設計；每臺單機的基礎間距應該保持1.5米；配套的機房應該包括：機械間、配電室、進(jìn)風(fēng)室（設空氣凈化設備）、值班室，值班室與機械間應有隔音設備和觀(guān)察窗，還應設自控設備；機房?jì)取⑼舛家�進(jìn)行防止噪聲的措施，使其符合國家有關(guān)標準。

無(wú)論那一種廢水，其處理工藝都是以一些基本的單元技術(shù)為基礎組合而成的，在我國的生化處理技術(shù)上在過(guò)去的30年間有了很大程度的發(fā)展與進(jìn)步，曝氣池的設計與曝氣設備的選擇也有很大程度的變化，但是，應該遵從的基本原理和設計計算方式是不變化，因此我們需要了解最基本計算方式和選擇原則，這樣才可以提高現有的處理設備的利用率，減少運行費用，節約成本。